相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求享有于2015年9月23日提交的申請?zhí)枮?2/054189的美國臨時專利申請和于2015年8月18日提交的申請?zhí)枮?2/206542的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，上述申請的說明書內(nèi)容通過引用的方式并入到本文中。

本發(fā)明主題通常涉及心電圖系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

心電圖(以下稱為“ecg”)是心率、心率失常檢測以及需要強(qiáng)制性進(jìn)一步測試的靜息ecg異常的唯一可靠的測試方式，與先前的ecg相比發(fā)生了變化。

ecg是應(yīng)用在醫(yī)學(xué)中針對心臟和非心臟疾病的最基本診斷和后續(xù)篩選工具之一。雖然標(biāo)準(zhǔn)的12導(dǎo)聯(lián)心電圖能夠保存大量的信息，但是其只能捕捉10秒的數(shù)據(jù)。采用多導(dǎo)聯(lián)的長期監(jiān)測可以提供更多的信息并且更好地獲得心電圖的變化。

由于多種原因長期監(jiān)測的缺失成為一個重要的醫(yī)學(xué)問題?；颊叩臋n案中缺少基線心電圖會導(dǎo)致患者的困惑和一些不必要的額外檢查，他們第一次做ecg的時候是正常的，但是按照既定標(biāo)準(zhǔn)則是不正常的。通常，如果能夠獲得舊的(甚至是10年前)ecg與所感知的異常ecg相同，則不需要再做進(jìn)一步的檢查了。也就是說，比較現(xiàn)在的ecg和舊的ecg是具有很大的醫(yī)療價值的。ecg沒有變化則需要較少的檢查。

當(dāng)即刻地、不顯眼地或頻繁地需要ecg監(jiān)測時，傳統(tǒng)的依靠接觸式電極的心電圖測試系統(tǒng)(電極與人體形成電流連接)就面臨了挑戰(zhàn)。需要通過一個受過培訓(xùn)的醫(yī)療保健人員而將傳統(tǒng)的接觸式電極放置在干凈的準(zhǔn)備好的皮膚表面，以確保電極的準(zhǔn)確定位(也就是形態(tài))和信號的質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)濕凝膠接觸電極放置的限制包括將它們正確地放置在身體上并且在其時間限制內(nèi)取出它們以避免皮膚反應(yīng)。

除了不能提供長期監(jiān)測以外，它們的可用性還受到如下所述的制約。

理想地，作為常規(guī)醫(yī)療訪問的一部分，應(yīng)當(dāng)對所有患者進(jìn)行ecg檢查，尤其是當(dāng)患者出現(xiàn)需要醫(yī)療護(hù)理的癥狀的時候。但是，上述檢查的可用性受到了制約。它們的可用性受到制約是由于ecg設(shè)備的成本和缺少在對患者做檢查時將導(dǎo)聯(lián)正確放置在患者身上的技術(shù)人員。關(guān)于ecg的成本，大多數(shù)醫(yī)生不寄希望于在現(xiàn)場進(jìn)行測試。即使在醫(yī)院內(nèi)部，遙測單元僅限于在大型醫(yī)院內(nèi)的供所有患者的重癥監(jiān)護(hù)病房外面的6至10個單元。

另外的缺點是標(biāo)準(zhǔn)電極存在多個限制ecg的合理和廣泛使用的問題。這些問題是：

1.由于金屬、凝膠和粘合劑反應(yīng)，電極會與肌膚發(fā)生反應(yīng)，這就需要在住院期間進(jìn)行多次調(diào)整；

2.缺少為了正確放置電極所需的知識；

3.放置電極的時間；

4.與延長檢測相關(guān)的復(fù)雜化，例如由于汗水、患者的移動和錯誤的放置等導(dǎo)致的電極的經(jīng)?；洌?/p>

5.使用標(biāo)準(zhǔn)電極導(dǎo)出的ecg易于產(chǎn)生導(dǎo)致錯誤的ecg的肌肉假象。

進(jìn)一步的缺點為使用標(biāo)準(zhǔn)電極獲得的心電圖是勞動和材料密集型的。在特定情況下，即使遙測裝置也要每天為每個患者花費多于2～3個小時的護(hù)理時間來安裝和重新安裝標(biāo)準(zhǔn)電極。

由于電線、與其接觸的護(hù)理人員和醫(yī)院工作人員以及對電極的頻繁的護(hù)理注意力，進(jìn)一步的缺點為在醫(yī)院里ecg成為了院內(nèi)感染傳播的源頭。

因此，市場上有必要提供一種系統(tǒng)和方法去克服上述的缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例描述了一種ecg系統(tǒng)，通過避免在患者身體上手動識別并為接觸式傳感器準(zhǔn)備位置以放置傳感器在這些位置上，所述ecg系統(tǒng)能夠容易地、不顯眼地并快速地對任何患者或人員的ecg數(shù)據(jù)進(jìn)行頻繁的、經(jīng)濟(jì)的且可訪問的記錄。所描述的系統(tǒng)通過非接觸式與日常和終生的多小時多導(dǎo)聯(lián)檢測克服了接觸式電極相關(guān)的問題。

一方面，提供了一種醫(yī)療設(shè)備(又稱為“dpm”)，用于使用非接觸式ecg傳感器提供人體的心電圖(ecg)信號。所述醫(yī)療設(shè)備包括：輸入口，用于從非接觸式ecg傳感器陣列中接收非接觸式ecg信號；處理器，用于執(zhí)行選擇處理，包括：檢測與非接觸式ecg陣列相鄰的身體部位；將成組的非接觸式ecg傳感器與每個檢測到的身體部位相關(guān)聯(lián)；從每一組中選擇具有最高信號質(zhì)量的非接觸式ecg傳感器；處理器基于從每個選定的非接觸式ecg傳感器接收的非接觸式ecg信號來生成標(biāo)準(zhǔn)ecg信號；輸出口，用于發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)ecg信號。

所述醫(yī)療設(shè)備可以是重量少于2lbs的輕量便攜式設(shè)備。

在一個實施例中，選擇處理進(jìn)一步包括如下步驟：使用與非接觸式ecg傳感器相關(guān)聯(lián)的非接觸式ecg信號來獲取身體輪廓，所述非接觸式ecg傳感器與人體相鄰；確定人體在非接觸式ecg傳感器陣列中的位置；將非接觸式ecg傳感器分組并通過身體輪廓和人體的位置將每一組與身體部位相關(guān)聯(lián)；從每一組中選擇能夠提供具有最高質(zhì)量的非接觸式ecg信號的非接觸式ecg傳感器。

在一個實施例中，處理器通過測量每個非接觸式ecg傳感器和人體之間的阻抗來識別與人體相鄰的非接觸式ecg傳感器。

在另外的實施例中，醫(yī)療設(shè)備用于在人體相對于非接觸式ecg傳感器陣列移動之后為給定的身體部位選擇另外的非接觸式ecg傳感器。在進(jìn)一步的實施例中，處理器用于連續(xù)地重新執(zhí)行選擇處理以進(jìn)行對另外的非接觸式ecg傳感器的選擇。當(dāng)與每個身體部位相關(guān)聯(lián)的選定的非接觸式ecg傳感器的信號質(zhì)量下降超過給定閾值時，處理器也可以連續(xù)地監(jiān)測信號質(zhì)量以重新執(zhí)行選擇處理。

所述醫(yī)療設(shè)備包括不同的操作模式，包括：非接觸模式，用于輸出第一標(biāo)準(zhǔn)ecg信號，第一標(biāo)準(zhǔn)ecg信號根據(jù)非接觸式ecg信號而產(chǎn)生；混合模式，用于輸出第二標(biāo)準(zhǔn)ecg信號，第二標(biāo)準(zhǔn)ecg信號根據(jù)非接觸式ecg信號和從傳統(tǒng)接觸式電極處接收的傳統(tǒng)ecg信號而產(chǎn)生；以及旁通模式，用于輸出第三標(biāo)準(zhǔn)ecg信號，第三標(biāo)準(zhǔn)ecg信號根據(jù)從傳統(tǒng)接觸式電極處接收的傳統(tǒng)ecg信號而產(chǎn)生。

所述醫(yī)療設(shè)備進(jìn)一步包括自動增益控制機(jī)構(gòu)，用于控制不同的非接觸式ecg傳感器之間的相對阻抗差異以及由于每個非接觸式傳感器與人體之間的距離或衣物材料類型的差別引起的每個非接觸式ecg傳感器和人體之間的絕對阻抗。

所述醫(yī)療設(shè)備還包括用于將標(biāo)準(zhǔn)ecg信號通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)程裝置的有線/無線端口。

另一方面，提供了一種使用非接觸式心電圖(ecg)傳感器提供人體的ecg信號的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：傳感器襯墊，包括非接觸式ecg傳感器陣列；處理器，可操作地連接到傳感器襯墊，且用于從非接觸式ecg傳感器處接收非接觸式ecg信號并執(zhí)行選擇處理，所述選擇處理包括:檢測與非接觸式ecg傳感器陣列相鄰的身體部位；將成組的非接觸式ecg傳感器與每個檢測到的身體部位相關(guān)聯(lián)；從每一組中選擇具有最高信號質(zhì)量的非接觸式ecg傳感器；傳感器基于從每個選定的非接觸式ecg傳感器接收的非接觸式ecg信號來生成標(biāo)準(zhǔn)ecg信號；以及用于輸出標(biāo)準(zhǔn)ecg信號的輸出口。

在一個實施例中，傳感器襯墊包括接地襯墊以與人體相鄰且保持一定距離地放置，接地襯墊用于為人體提供電容耦合接地參考以減少干擾。

在另外的實施例中，接地襯墊由從非接觸式ecg信號導(dǎo)出的反饋信號驅(qū)動。

所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括驅(qū)動信號發(fā)生器，所述驅(qū)動信號發(fā)生器構(gòu)造為向接地襯墊饋送ecg頻段之外的高頻信號，以確定每個非接觸式ecg傳感器的電容耦合接地參考。

在一個實施例中，非接觸式ecg傳感器包括：電容電極，用于與人體進(jìn)行電容耦合，以輸出代表心臟電活動的電荷；電動力傳感器，所述電動力傳感器構(gòu)造為檢測并放大由電容電極產(chǎn)生的電荷；以及電極罩，所述電機(jī)罩被物理地設(shè)置為與電極相鄰，用于降低電動力傳感器的輸入端處的雜散干擾。

非接觸式ecg傳感器由柔性材料制成。

在一個實施例中，傳感器襯墊設(shè)置在與人體接觸的織物中或設(shè)置在凝膠、硅樹脂、橡膠類型襯墊和墊子之一中。

在另一方面，提供了一種使用非接觸式心電圖(ecg)傳感器提供人體的ecg信號的方法，方法包括：從非接觸式ecg傳感器陣列接收非接觸式ecg信號；檢測與非接觸式ecg傳感器陣列相鄰的身體部位；將成組的非接觸式ecg傳感器與每個檢測到的身體部位相關(guān)聯(lián)；從每一組非接觸式ecg傳感器中選擇具有最高信號質(zhì)量的非接觸式ecg傳感器；基于每個選定的非接觸式ecg傳感器的非接觸式ecg信號生成并輸出標(biāo)準(zhǔn)ecg信號。

所述方法進(jìn)一步包括使用與非接觸式ecg傳感器相關(guān)聯(lián)的非接觸式ecg信號獲得人體的身體輪廓，所述非接觸式ecg傳感器與人體相鄰；確定人體在非接觸式ecg傳感器陣列中的位置；將非接觸式ecg傳感器分組并利用身體輪廓和人體的位置將每一組與身體部位相關(guān)聯(lián)；從每一組中選擇能夠提供具有最高質(zhì)量的非接觸式ecg信號的非接觸式ecg傳感器。

在一個實施例中，方法進(jìn)一步包括：通過測量每個非接觸式ecg傳感器和人體之間的阻抗來識別與人體相鄰的非接觸式ecg傳感器。

方法進(jìn)一步包括：連續(xù)地重復(fù)檢測至選擇的步驟，以使得在人體相對于非接觸式ecg傳感器陣列移動之后為給定的身體部位選擇另外的非接觸式ecg傳感器。在一個實施例中，連續(xù)地監(jiān)測選定的與每個身體部位相關(guān)聯(lián)的非接觸式ecg傳感器的信號質(zhì)量，并在人體相對于非接觸式ecg傳感器陣列移動后當(dāng)信號質(zhì)量下降至超出給定閾值時，重復(fù)檢測至選擇的步驟以為給定的身體部位選擇另外的非接觸式ecg傳感器。

以下術(shù)語定義如下：

術(shù)語“導(dǎo)聯(lián)”旨在表示人體上提供和顯示pqrstu波形的兩個位置之間的測量電壓的差異。

術(shù)語“ecg導(dǎo)聯(lián)”旨在表示基于人體上兩個醫(yī)學(xué)意義的位置之間的測量電壓差異的醫(yī)學(xué)意義的ecg信號。

標(biāo)準(zhǔn)ecg信號是與現(xiàn)有醫(yī)療裝備相聯(lián)系且符合ecg標(biāo)準(zhǔn)的ecg信號。標(biāo)準(zhǔn)ecg信號包括單個節(jié)奏帶或任何數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)學(xué)意義的ecg導(dǎo)聯(lián)。

節(jié)奏帶是顯示pqrstu波形之間的節(jié)奏的任意導(dǎo)聯(lián)。節(jié)奏帶不需要從醫(yī)學(xué)意義上的ecg位置采集ecg信號。

根據(jù)下面對所選實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明主題的特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見，如附圖所示。應(yīng)理解，在不脫離權(quán)利要求的范圍的情況下，公開和要求保護(hù)的主題可以從各個方面進(jìn)行修改。因此，附圖和說明書在本質(zhì)上被認(rèn)為是說明性的，而不是限制性的，并且本發(fā)明主題的全部范圍在權(quán)利要求中得以闡述。

附圖說明

從下面的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將變得顯而易見，其中：

圖1是根據(jù)實施例的示例性的ecg系統(tǒng)的框圖；

圖2示出了根據(jù)實施例的傳感器矩陣的非限定性示例；

圖3示出了根據(jù)實施例的說明選擇算法進(jìn)行的主要步驟的流程圖；

圖4示出了使用根據(jù)實施例的系統(tǒng)為患者獲得的全pqrstu波形的示例；

圖5示出了傳感器陣列在不與患者皮膚直接接觸的情況下如何捕捉ecg信號；

圖6示出了根據(jù)實施例的說明非接觸式ecg傳感器的示例性傳感器設(shè)計的結(jié)構(gòu)框圖；

圖7示出了根據(jù)實施例的非接觸式ecg傳感器的實體設(shè)計的示例；

圖8示出了根據(jù)實施例的系統(tǒng)總體設(shè)計的示例性框圖；

圖9示出了根據(jù)實施例的示例性的增益控制機(jī)構(gòu)的框圖；

圖10示出了根據(jù)實施例的說明rld發(fā)生器功能的示例性框圖；

圖11示出了用于獲得標(biāo)準(zhǔn)ecg導(dǎo)聯(lián)的醫(yī)學(xué)認(rèn)可的ecg位置；

圖12示出了標(biāo)準(zhǔn)ecg導(dǎo)聯(lián)的示例，每個導(dǎo)聯(lián)以人體上兩個位置之間的矢量來顯示；

圖13a和13b示出了系統(tǒng)如何確定患者的身體輪廓的示例；

圖14示出了使用非接觸式ecg傳感器提供人體的心電圖(ecg)信號的方法的流程圖；

應(yīng)當(dāng)注意的是，在所有的附圖中，相同的特征使用相同的附圖標(biāo)記表示。

具體實施方式

一種使用非接觸式ecg傳感器為人體提供標(biāo)準(zhǔn)ecg信號以輸出到外部醫(yī)療裝置(以及新的/專用的監(jiān)測器，或與計算設(shè)備相連的顯示設(shè)備上以供觀察)或在遠(yuǎn)程/本地裝置上以供存儲或觀察。該系統(tǒng)包括數(shù)字處理模塊(digitalprocessingmodule，dpm)，其與設(shè)置在織物或類似物之中的非接觸式ecg傳感器陣列相連。在dpm中植入了一套選擇機(jī)制，使得dpm利用不同ecg傳感器的ecg信號來識別身體部位并為每個身體部位選擇最佳的傳感器導(dǎo)聯(lián)。然后，dpm使用選定的ecg信號為檢測到的不同身體部位生成標(biāo)準(zhǔn)ecg信號。該系統(tǒng)用于連續(xù)地重新檢查該選擇以確保在身體部位發(fā)生移動之后，為給定的身體部位選擇最佳的導(dǎo)聯(lián)，從而保證了對患者的持續(xù)且不間斷的ecg監(jiān)測。

通過參考下面給出的例子，可更容易地理解本發(fā)明，這些例子是對本發(fā)明的說明而不是限定其范圍。

現(xiàn)參考附圖，圖1示出了根據(jù)實施例的示例性的ecg系統(tǒng)200的框圖。如圖1所示，該系統(tǒng)200包括設(shè)置于傳感器襯墊7中的非接觸式傳感器陣列(在非限制性實施例中)，以及利用電纜9可操作地連接到傳感器陣列的數(shù)字處理模塊(dpm)2，該dpm2從設(shè)置于傳感器襯墊7中的傳感器中獲取傳感器讀數(shù)，dpm2構(gòu)造為同時記錄心臟的電生理活動(體表電位圖)以及識別最佳的電極/傳感器以將標(biāo)準(zhǔn)ecg信號(+后心尖)輸出到現(xiàn)有的醫(yī)療設(shè)備6中。dpm可以通過互聯(lián)網(wǎng)或數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與移動設(shè)備3或者云4相連接以使得數(shù)據(jù)能夠隨時且實時地供醫(yī)生使用，從而醫(yī)生可以快速診斷由dpm2檢測出的心律失常和缺血性變化。

在一個非限制性示例中，dpm2可以是重量少于2lbs的輕量便攜式醫(yī)療設(shè)備，能夠攜帶以進(jìn)行連續(xù)地ecg監(jiān)測。

如上所述，dpm2構(gòu)造為生成符合現(xiàn)有醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號，以使得輸出信號與由標(biāo)準(zhǔn)接觸式ecg系統(tǒng)獲取的信號相同，并可以使用現(xiàn)有的醫(yī)療裝備6以即插即用的方式觀察/讀取(從而不會對現(xiàn)有醫(yī)療裝備作改動以讀取和輸出從dpm接收的標(biāo)準(zhǔn)ecg信號)。dpm2包括數(shù)據(jù)輸出插頭，用于接收標(biāo)準(zhǔn)電纜8以輸出使用現(xiàn)有醫(yī)療設(shè)備6同時讀取的信號。如果附接了標(biāo)準(zhǔn)中繼電纜5，dpm2也能夠同時記錄接觸式ecg信息。

但是，dpm2也可以有自身的內(nèi)置的或外連的顯示裝置，且dpm2可以經(jīng)由通信/數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送/流傳輸標(biāo)準(zhǔn)ecg信號以使標(biāo)準(zhǔn)ecg信號能夠供本地/遠(yuǎn)程個人電腦或便攜式設(shè)備使用。

應(yīng)注意，圖1示出了一個非限制性實施例，可以在不脫離權(quán)利要求中限定的本發(fā)明范圍的情況下對系統(tǒng)200進(jìn)行變動。例如，雖然圖1示出了在不同模塊之間傳輸數(shù)據(jù)的電纜，但是可以預(yù)期使用包括但不限于wi-fi、藍(lán)牙等的無線連接。

此外，傳感器陣列可以設(shè)置于多種其他的物件當(dāng)中，包括：衣服、床和車輛裝置/部件。在另外的實施例中，傳感器陣列可被設(shè)置于多個裝置中，包括但不限于：家具(例如椅子、床/床墊/毯子、沙發(fā)、坐墊和床墊)、車輛裝置中(例如座椅、頭靠、方向盤等)或者穿戴式裝置(例如夾克、襯衫、t恤、毛衣或文胸等)中。

選擇算法

傳統(tǒng)的ecg指示了基于患者生理學(xué)的電極位置，由此將傳統(tǒng)的接觸式電極附著在這些位置上，保持相對的身體位置而沒有考慮患者的移動。例如，如圖11中所示例的，應(yīng)當(dāng)將電極v1放置在胸骨右側(cè)的第4肋間位置，應(yīng)當(dāng)將電極ra放置在右臂上，電極la放置在和電極ra相同的位置但是在左臂上，應(yīng)當(dāng)將電極rl放置在右腿、外側(cè)小腿肌肉上等等……這些電極和它們的位置的重要性在于兩個特定位置之間的電壓差異代表醫(yī)學(xué)意義上的ecg導(dǎo)聯(lián)(關(guān)于圖11和圖12所述的)，且在心電圖中導(dǎo)聯(lián)代表向量，沿此向量測量并記錄心臟去極化以產(chǎn)生心電圖。

因此，為了產(chǎn)生與傳統(tǒng)的ecg標(biāo)準(zhǔn)兼容的ecg信號，雖然數(shù)據(jù)是以非接觸的方式收集的，但是也有必要按照相同的原則進(jìn)行。

圖2示出了根據(jù)實施例的傳感器矩陣202的非限制性示例。如圖2所示，矩陣202包括以矩陣結(jié)構(gòu)排列的m行n列的傳感器10，以使得無論患者在矩陣202上如何放置，總會有至少一個傳感器位于與傳統(tǒng)ecg電極的物理位置相對應(yīng)的患者身體的位置上。采用內(nèi)置在dpm2的自適應(yīng)算法，dpm2可被用于從矩陣202中選擇給定的傳感器10來獲取連續(xù)的ecg讀數(shù)，此給定的傳感器10對應(yīng)于患者身體上定義的ecg位置。

圖3為根據(jù)實施例的說明由陣列算法204進(jìn)行的主要步驟的流程圖。在步驟210中，該算法通過測量每個傳感器10和患者之間的阻抗來檢測哪個傳感器10與患者的身體相鄰，這可以檢測到可以被用來從中獲取數(shù)據(jù)的傳感器10。接著分析這些傳感器10(那些確定的與身體相鄰的傳感器)輸出的ecg信號以獲得患者的身體輪廓。

在一個非限定性的實施例中，實施例可以使用不同類型的信息來獲取身體輪廓。第一種類型是代表身體和傳感器之間距離的耦合阻抗。當(dāng)耦合阻抗過高，傳感器距離身體過遠(yuǎn)而不能使用。第二種類型是信號自身，例如信號的形態(tài)以及信號看起來怎么樣，是否具有通常的ecg模式(pqrstu波形)。第三種信息類型涉及提供良好ecg信號的ecg傳感器的幾何位置。這些傳感器和它們的位置提供了如圖13a和13b所示的人體的幾何形狀的指示。在圖13a的實施例中，假設(shè)用戶250正躺在內(nèi)置有傳感器襯墊202的床墊上，與患者身體相鄰的傳感器10a將獲得良好的ecg信號同時位于患者身體以外的傳感器10b將不會獲得良好的信號。基于這些信息以及襯墊202上每個傳感器的位置，dpm2可以獲得患者的身體輪廓252，如圖13b所示，從身體輪廓252中dpm能夠確定身形、寬度和患者身體的其它尺寸。使用這些信息和嵌入到dpm2中的一套規(guī)則，dpm2可以檢測/確定身體部位的位置并將一個或多個傳感器10與每個身體部位/身體位置關(guān)聯(lián)起來以用于下文所述的ecg目的。

在步驟212中，該算法分析從傳感器接收的ecg信號并將其與已經(jīng)檢測到的身體輪廓結(jié)合以在襯墊上搜尋患者身體的位置。在步驟214中，該算法使用從步驟210和212獲得的信息來確定每個傳感器10位于身體的位置。一旦傳感器組靠近于用于ecg目的的每個主要身體部位(右臂、左臂等)，則按照步驟216比較并過濾從那些相鄰的傳感器輸出的信號，以選擇一個具有最佳ecg信號的單個傳感器，由此來接收和記錄單個的身體部位的ecg數(shù)據(jù)。

在一個實施例中，dpm2連續(xù)并動態(tài)地運行算法204，以便實時地重新檢查從傳感器10獲得的讀數(shù)，來重新驗證具有最佳ecg讀數(shù)的傳感器10的選擇，不斷地考慮患者移動，由此可以選擇新的傳感器10，新的傳感器10可提供比在移動之前選擇的傳感器10更好的讀數(shù)。

在另外的實施例中，系統(tǒng)可以檢測患者何時發(fā)生移動并確定何時有必要重新運行算法以重新計算是否需要進(jìn)行新的選擇。例如，系統(tǒng)可以監(jiān)測信號的強(qiáng)度/質(zhì)量并在信號質(zhì)量下降至給定的閾值以下時確定重新運行選擇算法204。

pqrstu波形的檢測

如上所述，該系統(tǒng)構(gòu)造為記錄心臟電生理活動和ecg。特別地，如圖4所示，系統(tǒng)可以被設(shè)計為獲取完整的pqrstu頻譜成分ecg波形，，圖4示出了根據(jù)實施例的使用系統(tǒng)為患者獲取的完整pqrstu波形的示例。圖4中示出的pqrstu波形由心臟產(chǎn)生，被系統(tǒng)捕捉以供醫(yī)生診斷觀察使用。在一個實施例中，系統(tǒng)捕捉ecg讀數(shù)并將其進(jìn)行處理以生成可以使用現(xiàn)有的醫(yī)療設(shè)備讀取和觀察的ecg信號，產(chǎn)生和由標(biāo)準(zhǔn)接觸式ecg系統(tǒng)生成的波形相同的波形，并且如此可用于替換所有應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)ecg系統(tǒng)。

無需贅言的是，非接觸式傳感器10不生成與現(xiàn)有醫(yī)療設(shè)備(如監(jiān)測器或類似)相兼容的輸出，因此不能與這些設(shè)備連接，因而需要進(jìn)一步的處理。在一個實施例中，dpm將獲得的信號轉(zhuǎn)換為符合現(xiàn)有的醫(yī)療設(shè)備國際標(biāo)準(zhǔn)的格式。這可以無縫替代傳統(tǒng)的ecg系統(tǒng)，而不需要更換現(xiàn)有的醫(yī)療診斷設(shè)備或重新培訓(xùn)醫(yī)生和專業(yè)醫(yī)護(hù)人員?？梢栽赿pm2中使用數(shù)字信號處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換器級(19)中的模擬輸出電路的組合來執(zhí)行這種轉(zhuǎn)換。

傳感器設(shè)計

正如上所述，實施例使用非接觸式ecg傳感器10獲得患者的ecg讀數(shù)。特別地設(shè)計傳感器10以從患者身上捕捉高質(zhì)量的ecg，而不需要與患者的皮膚發(fā)生直接的電接觸。這使得能夠距離患者一定距離和/或通過織物(如布料、寢具等)與患者的皮膚隔離地放置傳感器10，如圖5所示，圖5示出了傳感器陣列在不與患者的皮膚發(fā)生直接接觸的情況下如何捕捉ecg信號的例子。

圖6是說明根據(jù)實施例的示例性傳感器設(shè)計的框圖。如圖6所示，傳感器10包括導(dǎo)電電極33、電極罩32和包括放大器34和偏置電路35電壓的電動傳感器。在圖6的示例性設(shè)計中，將增益/電流緩沖放大器34用在一類負(fù)反饋拓?fù)渲?，且輸入偏置網(wǎng)絡(luò)35用于增加放大器34的有效輸入阻抗以保持獲取的ecg的信號質(zhì)量。電動傳感器的輸入口和導(dǎo)電電極33相連接。使用屏蔽驅(qū)動電路(36)來產(chǎn)生反饋信號以連接到電極罩(32)，以通過降低電動傳感器的輸入口存在的寄生電容來進(jìn)一步增加信噪比(snr)。

導(dǎo)電電極33可以通過與皮膚/身體靠近但不接觸的方式而電容耦合到患者的身體。這可以通過穿著衣服躺在一張內(nèi)置有傳感器10陣列的床上來實現(xiàn)(作為非限定性實施例)。由心臟的電活動產(chǎn)生的靠近患者皮膚表面的電場在沒有直接電接觸的情況下電容性誘導(dǎo)導(dǎo)電電極33上的電荷。這些電荷被電動傳感器收集并放大，生成能夠代表該位置的心臟電活動(完整pqrstu)的電信號(電壓)。

構(gòu)造電機(jī)罩32以降低電動傳感器接收的雜散干擾數(shù)量并降低放大器34的輸入口的有效電容，這有助于保持獲取的ecg信號質(zhì)量。

在一個非限制性實施例中，電極33和電極罩32由彈性/柔性材料制成，使得傳感器10更好地適應(yīng)人體的幾何形狀以及更好地獲取ecg讀數(shù)。同時，這種構(gòu)造還使得傳感器10無縫地設(shè)置于織物(或以下任一種：凝膠/硅樹脂/橡膠類型襯墊/墊子)中，傳感器陣列將放置于所述織物中。

圖7示出了傳感器10的物理設(shè)計的示例。如圖7中所示的示例，該物理設(shè)計包括物理地實現(xiàn)為層39的導(dǎo)電電極33，物理地實現(xiàn)為層40的電極罩32和嵌入層41的電路剩余部分。整體結(jié)構(gòu)可以在基體37上制造，所述基體37也可以是印刷電路板。在圖7所示的設(shè)計中，層39、40和41可以通過電介質(zhì)層38彼此隔離以提供電絕緣。

圖8示出了根據(jù)實施例的系統(tǒng)總體設(shè)計的示例性框圖。

參照圖8和以上參照圖1所述的內(nèi)容，系統(tǒng)包括傳感器襯墊7，該傳感器襯墊7包括如圖2所示的以陣列202的形式設(shè)置的非接觸式ecg傳感器(以下稱為“cecg傳感器10”)。該傳感器襯墊7還包括接地襯墊15、驅(qū)動電路，如右腿驅(qū)動(rld)發(fā)生器14(后面會討論)以及a/d轉(zhuǎn)換器13。傳感器襯墊7輸出傳感器10的數(shù)字化ecg讀數(shù)到dpm2。rld發(fā)生器14構(gòu)造為向接地襯墊15饋送在ecg頻帶之外的高頻信號。然后高頻信號通過患者身體耦合到cecg傳感器上，在此處dpm2記錄和分析振幅。這給系統(tǒng)提供了每個傳感器與患者耦合程度的度量標(biāo)準(zhǔn)(實際上為阻抗測量)以確定來自每個傳感器的信號質(zhì)量。

除了數(shù)字化cecg傳感器數(shù)據(jù)，dpm2還可以構(gòu)造為以模擬格式接收傳統(tǒng)電極的標(biāo)準(zhǔn)ecg數(shù)據(jù)?？蛇x地通過使用標(biāo)準(zhǔn)接觸式電極和中繼電纜(5)而獲取這些模擬ecg數(shù)據(jù)。可以使用adc17對模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。之后信號使用數(shù)字信號處理單元18進(jìn)行過濾并通過多個有線的和無線的接口輸出(如通過wi-fi(22)或以太網(wǎng)(23)輸出至移動應(yīng)用(3)/云服務(wù)器(4)上，通過“模擬cecg&ecg輸出”接口輸出至現(xiàn)有的醫(yī)療設(shè)備(6)上)。

dpm2包括某種類型的非易失性存儲器，如用于儲存ecg數(shù)據(jù)(如果需要的話)的閃存26。dpm2還可以構(gòu)造為進(jìn)行急性問題診斷，通過任一個通信接口或集成聲音警報器(24)發(fā)出警告。dpm2還包括藍(lán)牙低功耗接口(21)，以使得用戶能通過移動設(shè)備進(jìn)行配置。還可以包括只讀存儲器(25)以存儲唯一標(biāo)識符。可采用密碼處理模塊(27)對通信接口發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密處理并安全地儲存數(shù)據(jù)加密的口令。

所有的傳感器數(shù)據(jù)(非接觸式和接觸式)都可以通過有線的和無線的接口進(jìn)行發(fā)送。陣列算法204(如上圖3中已講述)決定通過模擬接口19向現(xiàn)有醫(yī)療設(shè)備輸出哪個傳感器的信息。設(shè)置繼電器20以切換從傳統(tǒng)電極接收的模擬數(shù)據(jù)和從非接觸式傳感器10接收的模擬數(shù)據(jù)，并允許dpm2在二者之間進(jìn)行比較。如果需要的話，在dpm2中可以構(gòu)造為關(guān)閉以像直通電纜一樣作用，而不會影響接觸式ecg信號(由處理單元和繼電器(20)控制)。dpm2還可以在混合模式下使用，在該模式下如果改善了ecg信號的質(zhì)量，可通過模擬接口輸出cecg和ecg傳感器的組合。

自動增益校正

由于電生理傳感器10的大而有限的輸入阻抗，在每個傳感器10和患者身體之間的電容耦合的變化(例如每個傳感器和身體之間距離的變化)會引起每個傳感器通道的增益的變化。這會影響ecg導(dǎo)聯(lián)的振幅，干燥的接觸式粘附電極會以同樣的方式產(chǎn)生比新的電極低的信號質(zhì)量。為了解決這個問題，提供了增益控制機(jī)構(gòu)，以使得系統(tǒng)能夠控制不同非接觸式ecg傳感器之間的相對阻抗差異和每個非接觸式ecg傳感器和人體之間的絕對阻抗，所述絕對阻抗是由每個非接觸式ecg傳感器和人體之間的距離差異引起的。如圖9所示，在每個傳感器通道42(在模擬域或數(shù)字域中)上設(shè)置可編程增益放大器43來補償由傳感器10和人體之間的耦合差異引起的增益變化。圖9是根據(jù)實施例的說明示例性增益控制機(jī)構(gòu)的框圖。如圖9所示，增益控制機(jī)構(gòu)220包括反饋回路，該反饋回路包括耦合在pga43和處理器45之間的adc44，處理器45自身與pga43相連接，以在發(fā)生變化時實時地控制其增益。

處理器45可以是專用處理器，也可以是嵌入到dpm2的處理單元18中的處理器模塊。

右腿驅(qū)動

再參照圖8，示出了在操作中接地襯墊15應(yīng)當(dāng)放置在靠近但不接觸患者身體(在一定距離處)處。該襯墊由從ecg信號導(dǎo)出的反饋信號驅(qū)動以為患者身體提供電容耦合接地參考。通過這樣的方式導(dǎo)出反饋信號以增加系統(tǒng)的共模抑制比(cmrr)(通常超過10db)。這能夠減少來自于共模信號的干擾并保持獲得的ecg信號質(zhì)量。

圖10是根據(jù)實施例的說明rld發(fā)生器14功能的示例性框圖。如圖10所示，使用開關(guān)矩陣(29)選擇(或丟棄)從傳感器接收的數(shù)據(jù)，開關(guān)矩陣(29)選擇特定的傳感器10以使用在處理單元(18)中數(shù)字地實現(xiàn)rld算法而獲取數(shù)據(jù)。然后信號相加(29)、反轉(zhuǎn)和放大(30)。這構(gòu)成了接地襯墊15的驅(qū)動信號。

rld算法構(gòu)造為監(jiān)測從每個傳感器獲得的共模信號(并通過擴(kuò)展，從選擇算法輸出ecg信號)。rld算法可以選擇在反饋配置中將rld信號應(yīng)用于患者后提高了系統(tǒng)共模抑制比的傳感器組。

獲取的導(dǎo)聯(lián)

如上所述，將當(dāng)前的ecg與先前的ecg進(jìn)行比較的能力是具有巨大的醫(yī)療價值的，這對于不具備長期監(jiān)測的現(xiàn)有系統(tǒng)來說是不可能的。例如，異常的ecg并不能表明是急性心臟病，且正常的ecg并不排除心臟病。因此，有必要將新的ecg和過去做的ecg進(jìn)行比較。標(biāo)定包括：

·節(jié)律有變化嗎？

·頻率有變化嗎？

·傳導(dǎo)時間有變化嗎？

·心軸有變化嗎？

·有新的病理性q波嗎？

·r波尺寸有變化嗎？

·st有變化嗎？

·t波有變化嗎？

上述變化會立即地導(dǎo)致進(jìn)一步的檢查。心電圖的變化可以被進(jìn)一步地分類為急性和慢性，但是，兩者都需要心電圖的比較。

通常來說，隨著使用的電極數(shù)量增加，可能的監(jiān)測時間會減少。當(dāng)前，由于放置多個電極并將其保持在人體上的固有缺陷，當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的一個主要限制就是在使用多個電極獲取長期監(jiān)測時存在困難。

上文描述的系統(tǒng)第一次允許對心電圖進(jìn)行串行比較。該系統(tǒng)已經(jīng)證明能夠獲得后路ecg導(dǎo)聯(lián)。根據(jù)修改后的梅森-利克(mason-likar)導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)，可以從躺在傳感器矩陣上的患者處獲取16導(dǎo)聯(lián)ecg，該傳感器矩陣被嵌入到墊子、椅子等當(dāng)中。獲取的導(dǎo)聯(lián)包括：如圖11和圖12中所列出的導(dǎo)聯(lián)ⅰ、ⅱ、ⅲ、avr、avi、avf、v1、v1r、v2、v2r、v3、v3r、v4、v4r、v5和v5r。圖11示出了用于獲取標(biāo)準(zhǔn)ecg導(dǎo)聯(lián)的醫(yī)學(xué)認(rèn)可的ecg位置，圖12示出了標(biāo)準(zhǔn)ecg導(dǎo)聯(lián)的示例，每個導(dǎo)聯(lián)以人體上兩個位置之間的矢量來表示。

可以將包含傳感器10的襯墊不易察覺地放置在墊子下面，以使得可以從后路導(dǎo)聯(lián)處(如俯臥位)獲取ecg數(shù)據(jù)；該系統(tǒng)可以基于在壓力測試期間用于采集ecg的mason-likar傳感器布置。由于肌肉、運動和人工制品等的影響，不會使用標(biāo)準(zhǔn)的12導(dǎo)聯(lián)ecg布置，而被限制為10秒12導(dǎo)聯(lián)ecg打印輸出且對于短期到長期監(jiān)測是不實用的。

后置電極是一種已經(jīng)被接受的獲取ecg的方法，在某些情況下，在更加廣泛使用的前導(dǎo)聯(lián)布置的方法中后置電極被用作輔助物。目前，前導(dǎo)聯(lián)布置因為其便利性成為唯一使用的一種導(dǎo)聯(lián)布置。然而，在某些情況下，采用標(biāo)準(zhǔn)電極執(zhí)行俯臥位ecg導(dǎo)聯(lián)，但是由于固有缺陷，沒有形成標(biāo)準(zhǔn)。

圖14是使用非接觸式ecg傳感器提供人體的心電圖(ecg)信號的方法的流程圖。如圖14所示，該方法260開始于步驟262，從非接觸式ecg傳感器陣列中接收非接觸式ecg信號。步驟264包括檢測靠近非接觸式ecg傳感器陣列的身體部位。步驟266包括從每組中選擇具有最高信號質(zhì)量的非接觸式ecg傳感器。步驟268包括基于每個選定的非接觸式ecg傳感器的非接觸式ecg信號生成標(biāo)準(zhǔn)ecg信號。

盡管結(jié)合附圖已經(jīng)對上述優(yōu)選的實施例進(jìn)行了說明，但是對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況可以進(jìn)行修改。這樣的修改被認(rèn)為是包含在本發(fā)明范圍內(nèi)的可能變化。