專利名稱：用于測量用戶生物電信號的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量用戶生物電信號的系統(tǒng)和方法。而且， 本發(fā)明涉及一種用于測量用戶生物電信號的計算機程序。
背景技術(shù)：
使用安裝在皿上的電極來監(jiān)視和記錄包括生物電電位和/生物電電流 的生物電信號，以幼助診斷和治療多種不同的醫(yī)學(xué)疾病和病癥。^^這種電極監(jiān)視的生物電信號的一個范例是以心電圖(ECG)形式 記錄的心臟的電活動。使用安皿皿上的電極進行的ECG測量是分析對 象心臟功能的普通方法。ECG劇共了關(guān)于心率、節(jié)律變化和心臟病癥的有 價值信息。通常，在艦和電極之間提供一些種類的電解質(zhì)。如果采用干 電極，i頓汗作為電解質(zhì)?？缭诫妕TO觀i」量的電壓題過將離子擴散到電 解質(zhì)中而建立的獨立半電池電位(half cell potential)之間的差值，并且稱為 導(dǎo)聯(lián)。對若干導(dǎo)聯(lián)的測量提供了心臟電位矢量的^f投影，組成ECG。關(guān)于ECG觀懂的一個大問題題動偽影。電極與艦的相對隨的每 個改變都擾亂電極下的平衡，導(dǎo)致半電池電位的相當(dāng)大的變化。這種電位 導(dǎo)致ECG的大干擾，其可倉計倍于原始ECG信號。已知若干用于^Wt 動偽影的發(fā)生的方法。增加電極對皮膚的壓力使得電極位置比較不易受到 運動的影響，但是也降低了電極的佩戴舒適度。另一途徑是降低皮膚電極 的阻抗，以M^、偽影敏感度。美國專利5,795,293給出了對M^、偽影的方法發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供一種用于觀糧具有減少的運動偽影的生物電 信號的技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明通過測量用戶生物電信號的方法而實現(xiàn)該目的，所述方法
包括確定電極位移和根據(jù)確定的位移調(diào)整所述電極位置的步驟，所述電極 適于測量生物電信號。而且，根據(jù)本發(fā)明 用于測量用戶生物電信號的系 實現(xiàn)該目的， 戶 系統(tǒng)包括適于確定電極位移的確定單元以及適于根據(jù)確定的位移調(diào)整 戶脫電極位置的調(diào)整單元，戶艦電t腿于領(lǐng)糧生物電信號。而且，根據(jù)本發(fā)明通過計^m禾歸來實現(xiàn)該目的，當(dāng)在計^M中執(zhí)行 計算機，歸時，所述計算機禾旨包括根據(jù)輸入信號確定電極位移的計算機 禾旨指令，以及產(chǎn)生輸入信號用于根據(jù)確定的位移調(diào)整所述電極位置的計 算機禾驕指令，戶欣電極適于測量生物電信號。根據(jù)本發(fā)明必須的技術(shù)效 果可以因而基于根據(jù)本發(fā)明的計算機程序指令而實現(xiàn)。這種計算機程序可 以存儲在載體上，或者其可以通過因特網(wǎng)或者另一計算機網(wǎng)絡(luò)獲得。在執(zhí)行計 禾歸之前，M例如借助于CD—ROM播放器從載體、或者從因 特網(wǎng)中讀取計算機禾歸，并且將其存儲在計算機的內(nèi)存中，而將計^tt程 序裝載入計，。除lttt外，計 1包括中央處理單元(CPU)、總線系統(tǒng)、 例如RAM或ROM等的存儲器件以及輸A/輸出單元。與現(xiàn)有技斜目比，當(dāng)在第一步驟中測量信號并且在后續(xù)步驟中執(zhí)行偽 影檢測和偽影校正之處，本發(fā)明的基本捐i^是在測量之前或其期間控制偽 影的影響。換句話說，在第一步驟中檢測可能的偽影的直接原因，并且適 應(yīng)測量處理以便于減少該原因?qū)罄m(xù)測量的影響。隨后，在下一步驟中， 執(zhí)行實際測量。與現(xiàn)有技斜目比，在總以被動方式執(zhí)行偽影降低之處，本 發(fā)明建議使用持續(xù)調(diào)整電極位置和測量的控制系統(tǒng)來主動減少運動偽影以 最小化偽影。本發(fā)明可以使用在用于例如使用電極而測量生物電信號的任何系統(tǒng) 中，例如，在倒可ECG觀懂系統(tǒng)中。具有根據(jù)本發(fā)明的偽影斷氏，所有這 些系統(tǒng)的性能可以充分增長?；谙铝袑嵤├?，將進一步描述本發(fā)明的這些和其它方面，其定義在 隨附的權(quán)利要求中。優(yōu)選地，通過確定運動而確定電極的位移。為此目的，確定單元， 包括加速度計。i^^頓一種加速度計，其適用于在若干方向上測量加速 度。持續(xù)監(jiān)視和分析運動數(shù)據(jù)，并且^^合適的分析*莫型確定所得到的電 極位移。在后續(xù)步驟中，根據(jù)確定的位移調(diào)整電極的位置。tt地，實際 上或?qū)嵸|(zhì)上在位移的相反方向上移動電極的測量位置，以補償位移。根據(jù)本發(fā)明第一實施例，用戶的運動由加速度計確定，其布置遠離電 極。如果加速度計非常接近電極，可以估計相對于在非常接近的附近測得 的加速度的電極的加速度。隨后，通過建模電極附近的加速度對電極位移 的影響，而確定半電池電位的改變。根據(jù)本發(fā)明第二實施例，電極相對于用戶的運動由加速度計確定。在 這種情況下，加速度計和電極 形成運動單元。換句話說，加速度計集 成在電極中并且位于電極之上，例如在電極頂部，從而使得加速度計確定 電極的運動。 地，第二加速度計布置成遠離電極。第二加速度計確定 用戶的運動。在這種情況下，電極和用戶身體之間的加速度的差值提供了 電極的位移。在所有瞎況下，提供了快速控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)f頓加速度 計數(shù)據(jù)作為輸入信號，并且基于作為輸入的電極位移數(shù)據(jù)而產(chǎn)生控制信號 (輸出信號)用于補償電極位移。根據(jù)本發(fā)明第三實施例，使用電極排列，其包括大量相鄰電極區(qū)域， 每個區(qū)域適于測量生物電信號。為此目的，可以使用單一電極，其包括大 量單獨的電極區(qū)域，它們互相電絕緣。作為選擇，i頓大量電極以便于形 成電極排列，其中每個單一電極作為電極排列的絕緣電極區(qū)域。為了獲得 足夠的^P率，tt^掛共四個或更多電極區(qū)域，從而對齡主要方向"上"、 "下"、"左"和"右"提供至少一個電極區(qū)域。隨后，通過比較不同電極 區(qū)域的阻抗而確定阻抗分布。為此目的，通過將電流通過電極注入并且測 量產(chǎn)生的電壓而執(zhí)行阻抗測量。阻抗分布的改變分別指示了電極或電極排 列的位移。在確定電極位移之后，調(diào)整電極或者電極排列的位置。優(yōu)選地，例如借助于用于移動電極的致動元件(actuatingelement),調(diào)整電極的真實位置。 致動元件可以包括小型馬達。借助于致動元件調(diào)整電極一位移而由此形成閉 環(huán)控制系統(tǒng)，其可以應(yīng)用于戰(zhàn)所有實施例中。在第三實施例的情況下， 地，調(diào)整實際測量位置，即電極排列的 測量中心。為此目的，通過測量在該數(shù)量電極區(qū)域上的阻抗分布而確定電 極區(qū)域的位移。隨后，相應(yīng)地調(diào)整電極的實際測量位置。換句話說，獲自
電極區(qū)域的排列的測量數(shù)據(jù)用于補償電極位移。 地，鄉(xiāng)過實質(zhì)上將
測量中心從電極的絕對中心移向位移的方向而執(zhí)行。^M過使用不同電極 區(qū)域的力口權(quán)混合而實現(xiàn)。該加權(quán)獲自阻抗測量。


下文中將借助范例參考下列實施例和隨附附圖，而詳細描述本發(fā)明的
這些和其它方面；其中
圖1是均作為時間的函數(shù)的ECG信號的圖形和加速度計信號的圖形；
圖2是根據(jù)第一實施例的系統(tǒng)的示意圖3是根據(jù)第二實施例的系統(tǒng)的示意圖4是根據(jù)第三實施例的系統(tǒng)的示意圖5是根據(jù)第三實施例的確定單元的示意圖；以及
圖6是根據(jù)第三實施例的調(diào)整單元的示意圖。
附圖^H己列表 1:加皿計信號 2: ECG信號 3:第一測量信號 4:第二測量{言號
10:測量系統(tǒng)
11:電極
12:確定單元
13:調(diào)整單元
14:加速度計
15:控制單元
16:致動元件
17:電極單元
18:信號鏈路
20:測量系統(tǒng)
21:電極
22:確定單元 23:調(diào)整單元 24:第一加速度計 25:控制單元 26:致動元件 27:電極單元 28:信彌各 29:第二加鵬十 30:測量系統(tǒng) 31:電極排列 32:確定單元 33:調(diào)整單元 35:控制單元 37:電極單元 38:信號鏈路 41:電極區(qū)域 42:電極區(qū)域 43:電極區(qū)域 44:電極區(qū)域 45:控制信號 46:鵬,
47: ECG信號
具體實施例方式
圖1示出了由ECG信號2之上的加3ffi計信號1表示的運動效果。在 第一測量階段3中，攜帶ECG電極的用戶不運動。在該瞎況下，未檢測到 加速度計信號l，并且ECG顯示清晰的心臟信號。在第二測量階段4中， 用戶運動。這導(dǎo)致ECG信號2的清晰干擾，雖然在該斷兄下，仍然可以確 定心率，這是因為相對l^子的接觸壓力。
根據(jù)本發(fā)明第一實施例的ECG測量系統(tǒng)10示出在圖2中。系統(tǒng)10包
括ECG電極11、確定單元12和調(diào)整單元13。確定單元12適于確定電極 11的位移，然而調(diào)整單元13適于根據(jù)所確定的位移調(diào)整電極11的位置。
確定單元12包括加皿計14，其位于緊靠電極11的附近。測得的加 鵬計繊(輸入信號)饋入控制單元15中，用于基于用戶的運動而產(chǎn)生 控制信號(輸出信號)?？刂茊卧?5 ^柳計算模型，用于確定電極ll的位 移。計算模型基于一方面電極11安驗的位置和另一方面由于人體運動而 導(dǎo)致的電極11的位移變化之間的相關(guān)性。例如，如果電極11安裝在用戶胸 部，并且加鵬計J際用戶向前彎曲，那么電極ll非常可能在特定方向上 稍稍運動，其可以根據(jù)加速 而預(yù)知。
如果由控制單元15對加鵬計數(shù)據(jù)的分析指示電極11已經(jīng)在特定方 向上運動了，那么控制單元15產(chǎn)繼審瞻號用于命令調(diào)整單元13在其原 始位置上移動電極11。為了fOT計算模型分析加皿計數(shù)據(jù)，和為了產(chǎn)生 控制信號，控制單元15包括微處理器或另一繊處理器件。
控制信號被饋入調(diào)整單元13中，其包括致動元件16，用于基于在先前 步驟中確定的電極位移而相對于用戶皮膚移動電極11。這樣，根據(jù)用戶的 運動，持續(xù)地調(diào)整電極ll的位置。電極11的ECG測量信號經(jīng)由信號鏈路 18傳輸?shù)酵獠縀CG監(jiān)視器(未示出)。
m地，電極11、控制單元15和調(diào)整單元13形劍每安裝在用戶艦 上的集成電極單元17。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例的ECG測量系統(tǒng)20示出在圖3中。該系統(tǒng)20 包括ECG電極21 、確定單元22和調(diào)整單元23 。確定單元22包括第一加 鵬計24和第二加避計29。第一加鵬計24定位在電極21處，從而使 得第一加3M計24和電極21形j^t動單元。第一加M計24適于確定電 極21的位移，而第二加皿計29適于確定佩戴電極21的用戶的運動。為 此目的，第二加速度計29位于緊靠電極11的附近。
所有加鄉(xiāng)計 (輸入信號)被饋入控制單元25中，用于基于電極 21相對于用戶的運動而產(chǎn)生控制信號(輸出信號)。如果由控制單元25對 加^M計數(shù)據(jù)的分析指示電極21己經(jīng)在特定方向上運動了，那么控制單元 25產(chǎn)生控制信號，用于命令調(diào)整單元23在其原始，移動電極21。因為 4頓了附加加鵬計29，可以獲得更多的加速繊。因此，如在第一實施 例中的情況，控制單元25可以使用較不復(fù)雜的計算模型來確定電極21的
位移。為了^柳計算模型來分析加速度計繊和為了產(chǎn)生控制信號，控制
單元25包括微處理器或另—繊處理器件。
控制信號被饋入調(diào)整單元23，其又包括致動元件26，用于相/Si也移動 電極21。 ^i也，電極21、控制單元25和調(diào)整單元23形皿有第一加速 度計24的集成電極單元27。再者，根據(jù)用戶的運動持續(xù)的調(diào)整電極21的 位置。電極21的ECG測量信號經(jīng)由信號鏈路28傳送到外部ECG監(jiān)視器 (未示出)。
根據(jù)本發(fā)明第三實施例的ECG測量系統(tǒng)30示出在圖4、 5和6中。系 統(tǒng)30包括具有ECG電極排列31的確定單元32和調(diào)整單元33 。電極排列 31包括四個絕緣的電極區(qū)域41、 42、 43、 44。 fflil由控制單元35比較不 同電極區(qū)域41、 42、 43、 44的阻抗(輸入信號)來確定阻抗分布。為此目 的，電極排列31適于使得其允許P服測量?？刂茊卧?5 M31施加計算模 型到Pmi^46而產(chǎn)生控制信號45 (輸出信號)。為了分析阻^[ 46和 為了產(chǎn)ffi制信號45，控制單元35包括微處理器或另一 處理器件，例 如信號處理器。控制信號包括用于調(diào)整單元33附旨令。該指令取決于由電 極區(qū)域41、 42、 43、 44上的阻抗分布的改變表征的電極的位移。
同時，四個電極區(qū)域41、 42、 43、 44將ECG測量信號47^f共到調(diào)整 單元33。調(diào)整單元33包括混合器40，例如f言號處理單元，適用于根據(jù)控 制信號45加權(quán)ECG測量信號47。換句話說，電極排列31的實際測量j體
根據(jù)其位移而調(diào)整。
如果用戶不運動，齡電極區(qū)域41、 42、 43、 44對阻抗分布作用相同。 如果因為用戶運動，電極排列31相對于用戶J^夫的健改變，"正常"阻 抗分布朝向"動態(tài)"阻抗分布改變。例如，第一電極區(qū)域41貢獻百分之80， 而其它三個電極區(qū)域42、 43、 44一共貢獻卩鵬的百分之20。然后，存在強 烈的指示，電極排列31已經(jīng)移向第一電極區(qū)域41。在這種情況下，產(chǎn)繼 制信號，從而使得混合器40以這樣的方式混合弓l入的ECG測量信號47， 即百分之20來自第一電極區(qū)域14的測量信號與百分之80的來自其它三個 電極區(qū)域42、 43、 44的測量信號混合。換句話說，電極排列31的實際測 量位置根據(jù)用戶的運動而調(diào)整。^M31以總共四個電極區(qū)i或41、 42、 43、 44上的均勻[5K分布為目標(biāo)而實I見。所得到的電極排列31的ECG測量信 號經(jīng)由信號鏈路38傳輸?shù)酵獠縀CG監(jiān)視器(未示出)。,地，電極排列
31 、控制單元35和調(diào)整單元33形職成電極單元37。
對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯然的是，本發(fā)明不局限于前述實施例的細 節(jié)，并且本發(fā)明可以以其它特定形式具體化，而不脫離其精神和本質(zhì)屬性。 因而，從所有方面，當(dāng)前實施例將認(rèn)為是說明性而非限制性的，本發(fā)明的 范圍將由隨附權(quán)禾腰求而不是前述描述而指示，并且因而符合權(quán)利要求等 效的內(nèi)涵和范圍的所有改變，認(rèn)為被包括于此。此外，將顯然的是，措辭 "包括"不排除其它元件或步驟，措辭"一"或"一個"不排除織形式， 而諸如計算機系統(tǒng)或另一單元的單數(shù)元件滿足權(quán)禾腰求中所述的多個器件 的功能。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)己都不應(yīng)理解為限制涉及的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1、一種用于測量用戶生物電信號的方法，包括如下步驟-確定電極(11，21，31)的位移，所述電極(11，21，31)適于測量生物電信號(47)，以及-根據(jù)所確定的位移調(diào)整所述電極(11，21，31)的位置。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述確定步驟包括確定戶腿用戶 的運動。
3、 如權(quán)利要求i0M的方法，其中，戶;f^確定步驟包括確定戶服電極(11， 21， 31)相對于戶脫用戶的運動。
4、 如權(quán)利要求l戶艦的方法，其中，戶服調(diào)整步驟包括調(diào)S^脫電極 (11， 21， 31)的實際位置。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述調(diào)整步驟包括調(diào)整所述電極 (11， 21， 31)的實際測量^S。
6、 一種用于測TO戶生物電信號的系統(tǒng)(10， 20， 30)，包括 一確定單元(12， 22， 32)，適于確定電極(11， 21， 31)的位移，所述電極(11， 21， 31)適于測量生物電信號(47)，以及—調(diào)整單元(13， 23， 33)，適于根據(jù)所確定的位移調(diào)^0f述電極(11， 21， 31)的隨。
7、 如權(quán)利要求6戶服的系統(tǒng)(10， 20， 30)，其中，戶服確定單元(12， 22， 32)包括加速度計(14)。
8、 如權(quán)利要求7戶脫的系統(tǒng)(10， 20， 30)，其中，戶腿加速度計(14) 遠離戶/M電極(11， 21， 31)布置。
9、 如權(quán)禾腰求7戶腿的系統(tǒng)(10， 20， 30)，其中，戶艦加體計(14) 和雕電極(11， 21， 31)形艇動單元(17)。
10、 如權(quán)利要求7戶;M的系統(tǒng)(10， 20， 30)，包fi^離戶腿電極(11， 21， 31)布置的第二加速度計(29)。
11、 如權(quán)利要求6戶腿的系統(tǒng)(10， 20， 30)，其中，戶腐調(diào)整單元(13， 23， 33)包括用于移動戶腿電極(11， 21， 31)的致動元件(16， 26)。
12、 如權(quán)利要求6戶誠的系統(tǒng)(30)，其中，戶鵬確定單元(32)包括 電極(31)，臓電極(31)包括大量相鄰電極區(qū)域(41， 42， 43， 44)，針區(qū)域都適于測量生物電信號。
13、 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(30)，其中，所述調(diào)整單元(33)包括 分析單元(35， 40)，適于分析大量生物電信號，并且皿于調(diào)整所述電極(31)的實際測量，。
14、 一種計嶽幾辦，包括一根據(jù)輸入信號確定電極(11， 21， 31)的位移的計算機，歸指令， 阮逸電極(11， 21， 31)適于測量生物電信號(47)，以及一當(dāng)在計對幾中執(zhí)行所述計算機禾蹄時，用于根據(jù)所確定的位移，產(chǎn) 生用于調(diào)整所述電極(11， 21， 31)的位置的輸出信號的計算機禾ij^指令。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量用戶生物電信號的系統(tǒng)和方法。而且，本發(fā)明涉及用于測量用戶生物電信號的一種計算機程序。為了提供用于測量具有減少的運動偽影的生物電信號的技術(shù)，提供了一種新方法，包括如下步驟，確定電極位移，所述電極適于測量生物電信號；以及根據(jù)所確定的位移調(diào)整所述電極的位置。本發(fā)明可以用在使用電極測量生物電信號的任何系統(tǒng)中，例如，用于任何ECG測量系統(tǒng)中。根據(jù)本發(fā)明具有減少的偽影，所有那些系統(tǒng)的性能可以充分提高。
文檔編號A61B5/04GK101160092SQ200680012817
公開日2008年4月9日 申請日期2006年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月19日
發(fā)明者H·賴特爾, J·A·J·西杰斯, J·米爾施泰夫, O·祖赫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司