專利名稱：基于電阻抗測量來確定生理參數(shù)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本文所公開的主題涉及生理監(jiān)測系統(tǒng)，更具體來說，涉及從電阻抗測量來提取生理參數(shù)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電阻抗圖譜(EIS)測量用于對諸如組成人體區(qū)域的物質(zhì)之類的物質(zhì)的復(fù)電性質(zhì)進(jìn)行分類和量化。通過施加電流或電壓，并且測量在被測物質(zhì)表面的一個(gè)或多個(gè)電極上的響應(yīng)電壓或響應(yīng)電流，來確定這些電性質(zhì)。處理所施加激勵(lì)和所測量響應(yīng)，以便生成復(fù)電阻抗的估計(jì)。這個(gè)過程可使用單個(gè)激勵(lì)來進(jìn)行，或者這個(gè)過程可使用兩個(gè)或更多激勵(lì)來重復(fù)進(jìn)行，以便產(chǎn)生隨所施加激勵(lì)而改變的復(fù)電阻抗分布的測量。由EIS系統(tǒng)所得到的電阻抗測量能夠用于監(jiān)測人體生理參數(shù)?？赏ㄟ^施加極小電流或電壓，使用例如皮膚接觸電極，并且測量相同或不同皮膚接觸電極上的所產(chǎn)生電壓來獲得這些測量。所得電阻抗信號(hào)是若干參數(shù)的量度，參數(shù)包括電極之間和之中的幾何尺寸(例如長度、面積和/或體積)以及電極之間和下面的組織(例如器官、肌肉、脂肪和/或皮膚) 中的復(fù)電導(dǎo)率。由于所測量阻抗對幾何尺寸的變化敏感，所以患者運(yùn)動(dòng)以及其它外來信號(hào)和噪聲源能夠引起破壞(例如干擾)感興趣基本信號(hào)的不合需要影響，從而引起不準(zhǔn)確測量。感興趣信號(hào)可包括例如呼吸率、心臟搏動(dòng)以及其它解剖和生理現(xiàn)象。用于通過阻抗測量來監(jiān)測呼吸活動(dòng)的已知系統(tǒng)使用兩個(gè)電極之間的單個(gè)阻抗測量。感興趣基本源是進(jìn)入和離開肺部的氣流，并且干擾源包括心臟運(yùn)動(dòng)、患者移動(dòng)和其它不相關(guān)生理運(yùn)動(dòng)。這些干擾源與使用兩個(gè)電極之間的單個(gè)阻抗測量的時(shí)間或譜技術(shù)是不可分離的。算法還已知為在不同電極對之間切換以避免干擾源并且改進(jìn)信號(hào)可見性。例如， 一種方法包括在腹部呼吸器中的捕獲因顯性胸肌(dominant chest muscle)引起的呼吸運(yùn)動(dòng)的胸電極與捕獲因顯性隔肌引起的運(yùn)動(dòng)的腹電極之間進(jìn)行切換。這種方法遭受預(yù)期和干擾源的不可分離性。其它已知算法使用來自多個(gè)電極的信息，并且采用電阻抗斷層掃描技術(shù)來生成所詢問面積或體積的導(dǎo)電率分布的重構(gòu)。這些系統(tǒng)能夠生成填充或排空空氣的肺部的圖像， 但是要求多個(gè)電極、通常為16個(gè)或更多以及有效計(jì)算系統(tǒng)用于轉(zhuǎn)發(fā)建模和/或數(shù)據(jù)和圖像重構(gòu)。還已知用于連續(xù)測量患者的換氣率的非電氣方法?？赏ㄟ^經(jīng)由插管、使用面罩或者經(jīng)由患者鼻或口中的傳感器測量經(jīng)過氣道的氣流，來執(zhí)行這些方法。這些連續(xù)測量方法對于患者是不舒適的，并且相應(yīng)地沒有廣泛使用。其它較少介入的方法可使用諸如運(yùn)動(dòng)傳感器、加速計(jì)、壓力傳感器、話筒、聲傳感器和/或體積描計(jì)帶之類的方法來執(zhí)行。這些較少介入的方法易受到干擾和運(yùn)動(dòng)偽影，這降低它們測量感興趣生理參數(shù)的靈敏度，并且阻止其普遍使用。

發(fā)明內(nèi)容
按照一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于分離電測量信號(hào)的方法。該方法包括得到從耦合到對象表面的多個(gè)換能器所獲取的電測量信號(hào)，并且構(gòu)成系統(tǒng)矩陣來限定電測量信號(hào)之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系。該方法還包括分解系統(tǒng)矩陣，以便分離從不同生理和非生理源所創(chuàng)建的電測量信號(hào)。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于監(jiān)測換氣的方法。該方法包括將多個(gè)換能器定位在身體表面，并且得到來自多個(gè)換能器的電測量信號(hào)。該方法還包括使用基于系統(tǒng)矩陣的過程來將電阻抗信號(hào)分成換氣測量信號(hào)、變動(dòng)運(yùn)動(dòng)(ambulatory motion)測量信號(hào)以及換氣分析不感興趣的其它測量信號(hào)。按照又一個(gè)實(shí)施例，提供一種包括配置用于定位在對象表面的多個(gè)換能器的阻抗測量系統(tǒng)，其中多個(gè)換能器對應(yīng)于多個(gè)通道。阻抗測量系統(tǒng)還包括至少一個(gè)激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器， 電耦合到多個(gè)通道，并且配置成在多個(gè)換能器生成電激勵(lì)(例如電流或電壓)；以及至少一個(gè)響應(yīng)檢測器，配置成測量在多個(gè)換能器的每個(gè)處的響應(yīng)，以便限定阻抗測量信號(hào)。阻抗測量系統(tǒng)還包括處理器，具有生理參數(shù)提取模塊，配置成構(gòu)成系統(tǒng)矩陣以限定阻抗測量信號(hào)之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系，并且分解系統(tǒng)矩陣以分離阻抗測量信號(hào)。


通過閱讀以下參照附圖的非限制性實(shí)施例的描述，將會(huì)更好地了解當(dāng)前所公開的主題，附圖包括圖1是示出按照一個(gè)實(shí)施例所形成的阻抗測量系統(tǒng)的簡化示意框圖。圖2是示出按照各個(gè)實(shí)施例所執(zhí)行的生理參數(shù)提取過程的簡化框圖。圖3是按照各個(gè)實(shí)施例、從電測量來提取生理參數(shù)的方法的流程圖。圖4是示出按照一個(gè)實(shí)施例的換能器布置的簡圖。圖5是示出按照另一個(gè)實(shí)施例的換能器布置的簡圖。圖6是示出按照各個(gè)實(shí)施例的數(shù)據(jù)測量的圖表。圖7是示出按照各個(gè)實(shí)施例的分離信號(hào)的圖表。圖8是示出與不同變動(dòng)運(yùn)動(dòng)對應(yīng)的波形的圖表。
具體實(shí)施例方式通過結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀，將會(huì)更好地理解以上概述以及某些實(shí)施例的以下詳細(xì)描述。在附圖示出各個(gè)實(shí)施例的功能塊的簡圖的意義上，功能塊不一定指示硬件電路之間的劃分。因此，例如，功能塊的一個(gè)或多個(gè)(例如處理器、控制器、電路或存儲(chǔ)器)可通過單個(gè)硬件或者多個(gè)硬件來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，各個(gè)實(shí)施例并不局限于附圖所示的布置和工具。本文所使用的、以單數(shù)形式所述并且具有數(shù)量詞“一”的元件或步驟應(yīng)該被理解為不排除多個(gè)所述元件或步驟的情況，除非明確說明了這種排除情況。此外，提到“一個(gè)實(shí)施例”并不是要被解釋為排除也結(jié)合了所述特征的其它實(shí)施例的存在。此外，除非相反的明確說明，否則，“包括”或“具有”帶特定性質(zhì)的元件或多個(gè)元件的實(shí)施例可包括沒有那種性質(zhì)的附加的這類元件。各個(gè)實(shí)施例提供用于分離或區(qū)分諸如感興趣預(yù)期生理信號(hào)之類的感興趣電測量與諸如不感興趣的生理或非生理信號(hào)的電阻抗信號(hào)和噪聲源之類的電阻抗信號(hào)的不感興趣的電測量的系統(tǒng)和方法。例如，在一些實(shí)施例中，將因預(yù)期生理活動(dòng)(例如呼吸)而引起的電阻抗信號(hào)與因非預(yù)期生理活動(dòng)(例如心跳或變動(dòng)運(yùn)動(dòng))而引起的電阻抗信號(hào)和非預(yù)期非生理信號(hào)(例如噪聲)分離，以便執(zhí)行生理活動(dòng)的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測。至少一個(gè)技術(shù)效果是可使用低復(fù)雜度電子器件和信號(hào)處理來執(zhí)行的生理活動(dòng)的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測。例如，按照各個(gè)實(shí)施例，可提供患者監(jiān)測器，以便測量電阻抗以確定昏迷、服用鎮(zhèn)靜劑或睡眠患者以及呈現(xiàn) SWif II# WBf 1S.$ (respiration rate breathing rate) 應(yīng)當(dāng)注意，雖然各個(gè)實(shí)施例可結(jié)合具有特定部件的電阻抗圖譜(EIS)系統(tǒng)或電阻抗斷層掃描(EIT)系統(tǒng)來描述，但是各個(gè)實(shí)施例可結(jié)合能夠測量對象(例如患者的一部分) 的電阻抗的任何系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。另外，雖然各個(gè)實(shí)施例可結(jié)合分離信號(hào)描述以識(shí)別獨(dú)立于患者運(yùn)動(dòng)的換氣率，但是可分離其它生理和非生理信號(hào)或活動(dòng)。阻抗測量系統(tǒng)20的一個(gè)實(shí)施例如圖1所示，它可以是基于換能器的系統(tǒng)，例如基于電極的系統(tǒng)，例如可形成心電描記(ECG)監(jiān)測裝置或阻抗心動(dòng)描記模塊的一部分的患者監(jiān)測器。但是，阻抗測量系統(tǒng)20也可以是EIS/EIT系統(tǒng)或其它獨(dú)立單元。阻抗測量系統(tǒng)20 可用于得到對象22(例如患者)的電阻抗測量，這用于分離感興趣生理活動(dòng)與非預(yù)期生理活動(dòng)和非生理信號(hào)。例如，在至少一個(gè)實(shí)施例中，所得到的電阻抗測量可用于分離換氣率與患者運(yùn)動(dòng)。在所示實(shí)施例中，阻抗測量系統(tǒng)20包括多個(gè)換能器M，它們在一個(gè)實(shí)施例中是多個(gè)電極，定位在對象22的表面上或者附近，這在衛(wèi)生保健應(yīng)用(例如患者監(jiān)測)中可包括將多個(gè)換能器M附連到患者或受檢者的皮膚。應(yīng)當(dāng)注意，雖然示出八個(gè)換能器對，但是可使用更多或更少換能器M。應(yīng)當(dāng)注意，其它類型的換能器可用于生成不同類型的激勵(lì)，例如，除了電流之外，其它激勵(lì)源包括電壓、磁場或射頻波等等。因此，換能器也可以是表面接觸電極、支起電極、天線和線圈等等。換能器M可按照不同布置定位在對象22的表面，并且可按照不同配置來驅(qū)動(dòng)。例如，換能器M可以是電極，并且使用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)ECG位置之一(例如導(dǎo)聯(lián)I、導(dǎo)聯(lián)II或?qū)?lián) III ECG配置)定位在對象22的表面。但是，在其它實(shí)施例中，可提供在非標(biāo)準(zhǔn)ECG位置中的換能器M的不同定位(例如腋下配置)。例如，換能器M可定位成提供通過肺部和/ 或軀干的軌跡/角的不同視圖，以便提供對呼吸的增加靈敏度以及對變動(dòng)運(yùn)動(dòng)的降低靈敏度。另外，可使用不同定位布置的組合，例如具有按照導(dǎo)聯(lián)II配置(右臂至左腿)的電流驅(qū)動(dòng)換能器M以及按照導(dǎo)聯(lián)I配置(右臂至左臂)的電壓測量換能器M或者反過來。作為修改或變更的其它非限制性示例，可提供與導(dǎo)聯(lián)II配置相似的配置，但是其中右臂換能器M放置在肩背上(導(dǎo)聯(lián)II背配置)或者其中電流驅(qū)動(dòng)換能器M定位在腋下位置而電壓測量換能器M定位在胸前和背部中央。另外，在各個(gè)實(shí)施例中，電流驅(qū)動(dòng)換能器M的一個(gè)或多個(gè)可在相同載波頻率下， 但是具有不同相位(例如0度、90度、180度和270度)。應(yīng)當(dāng)注意，換能器M的一部分可以沒有對其所施加的電流，而是僅用于電壓測量。在下表中示出按照不同配置的換能器M 的設(shè)定(例如所驅(qū)動(dòng)的電流和所測量的電壓)的各個(gè)示范實(shí)施例
權(quán)利要求
1.一種用于分離電測量信號(hào)的方法，所述方法包括得到從耦合到對象表面的多個(gè)換能器所獲取的電測量信號(hào)；構(gòu)成系統(tǒng)矩陣，以便限定電測量信號(hào)之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系；以及分解所述系統(tǒng)矩陣，以便分離所述電測量信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用所分離電測量信號(hào)來識(shí)別生理參數(shù)或非生理參數(shù)中的至少一個(gè)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述生理參數(shù)包括換氣運(yùn)動(dòng)、心臟運(yùn)動(dòng)和變動(dòng)運(yùn)動(dòng)中的至少一個(gè)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述非生理參數(shù)包括噪聲。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括按照心電描記(ECG)電極布置配置將所述多個(gè)換能器定位在所述對象表面。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將激勵(lì)施加到所述多個(gè)換能器的至少一個(gè)，其中所述激勵(lì)包括電、磁或射頻激勵(lì)其中之一。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，得到電測量信號(hào)包括測量所述多個(gè)換能器的全部或子集上的電壓、電流、磁響應(yīng)或射頻響應(yīng)中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，分解所述系統(tǒng)矩陣包括跨一個(gè)以上關(guān)系的主分量分析、獨(dú)立分量分析、盲源分離技術(shù)、基于模板的擬合技術(shù)、基于統(tǒng)計(jì)模板的技術(shù)、基于幾何模板的技術(shù)、基于模型的擬合技術(shù)、基于統(tǒng)計(jì)模型的技術(shù)、基于幾何模型的技術(shù)或者譜分析技術(shù)中的至少一個(gè)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)關(guān)系包括其中包括電壓、電壓差、 電流、電流差、阻抗、阻抗差、導(dǎo)納或?qū)Ъ{差中的至少一個(gè)的電信號(hào)之間的關(guān)系，其中所述一個(gè)或多個(gè)關(guān)系能夠是實(shí)值、虛值或復(fù)值。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述對象是人，以及構(gòu)造所述矩陣用于跨人的多個(gè)換氣周期進(jìn)行隨時(shí)間的阻抗測量。
11.一種用于監(jiān)測換氣的方法，所述方法包括將多個(gè)換能器定位在人體表面；從所述多個(gè)換能器的全部或子集來得到電測量信號(hào)；以及使用基于系統(tǒng)矩陣的過程來將所述電信號(hào)分成換氣信號(hào)和變動(dòng)運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，同時(shí)得到所述電測量信號(hào)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，依次得到所述電測量信號(hào)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，使用所述基于系統(tǒng)矩陣的過程包括使用跨一個(gè)以上關(guān)系的主分量分析、獨(dú)立分量分析、盲源分離技術(shù)、基于模板的擬合技術(shù)、基于統(tǒng)計(jì)模板的技術(shù)、基于幾何模板的技術(shù)、基于模型的擬合技術(shù)、基于統(tǒng)計(jì)模型的技術(shù)、基于幾何模型的技術(shù)、譜分析技術(shù)中的至少一個(gè)來分解所述系統(tǒng)矩陣。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，使用所述基于系統(tǒng)矩陣的過程包括構(gòu)成系統(tǒng)矩陣，以便限定所述電測量信號(hào)之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系，其中所述一個(gè)或多個(gè)關(guān)系包括其中包括電壓、電壓差、電流、電流差、阻抗或阻抗差、導(dǎo)納或?qū)Ъ{差中的至少一個(gè)的電信號(hào)之間的關(guān)系，其中所述一個(gè)或多個(gè)關(guān)系能夠是實(shí)值、虛值或復(fù)值。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，定位所述多個(gè)換能器包括按照心電描記(ECG)電極布置配置將所述多個(gè)換能器耦合到人體皮膚。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，定位所述多個(gè)換能器包括按照非心電描記(ECG) 電極布置配置將所述多個(gè)換能器耦合到人體皮膚。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，得到電測量信號(hào)包括測量所述多個(gè)換能器的一個(gè)或多個(gè)上的電壓、電流、磁響應(yīng)或射頻響應(yīng)其中之一。
19.一種阻抗測量系統(tǒng)，包括多個(gè)換能器，配置用于定位在對象表面，其中所述多個(gè)換能器對應(yīng)于多個(gè)通道； 激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器，電耦合到所述多個(gè)通道的至少一個(gè)子集，并且配置成對所述多個(gè)換能器的至少一個(gè)子集生成電激勵(lì)；響應(yīng)檢測器，配置成測量所述多個(gè)換能器的至少一個(gè)子集上的響應(yīng)，以便限定電測量信號(hào)；以及處理器，具有生理參數(shù)提取模塊，配置成構(gòu)成系統(tǒng)矩陣以限定所述電測量信號(hào)之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系，并且分解所述系統(tǒng)矩陣以分離所述電測量信號(hào)。
20.如權(quán)利要求19所述的阻抗測量系統(tǒng)，其中，所述生理參數(shù)提取模塊還配置成使用所分離電測量信號(hào)來識(shí)別生理參數(shù)和非生理參數(shù)中的至少一個(gè)。
21.如權(quán)利要求19所述的阻抗測量系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)換能器包括按照心電描記 (ECG)電極布置配置耦合到患者皮膚的電極。
22.如權(quán)利要求19所述的阻抗測量系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)換能器包括按照非心電描記 (ECG)電極布置配置耦合到患者皮膚的電極。
23.如權(quán)利要求19所述的阻抗測量系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)換能器包括電、磁或射頻換能器其中之一。
24.如權(quán)利要求19所述的阻抗測量系統(tǒng)，其中，所述電激勵(lì)包括電流、電壓、磁或射頻激勵(lì)其中之一。
25.如權(quán)利要求19所述的阻抗測量系統(tǒng)，其中，所述電測量信號(hào)包括電流、電壓、磁和射頻信號(hào)中的至少一個(gè)。
全文摘要
提供用于基于電阻抗測量來確定生理參數(shù)的系統(tǒng)和方法。一種方法包括得到從耦合到對象表面的多個(gè)換能器所獲取的電測量信號(hào)，并且構(gòu)成系統(tǒng)矩陣來限定阻抗測量信號(hào)之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系。該方法還包括分解系統(tǒng)矩陣，以便分離電測量信號(hào)。
文檔編號(hào)A61B5/053GK102525454SQ20111045183
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者A·S·羅斯, J·M·阿謝 申請人:通用電氣公司