CN103415247B - 针对基于电极的监测系统的电流保护 - Google Patents
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Abstract
当对患者应用屏蔽的ECG导联时，在诸如电烙术的强RF信号的存在期间，高电流可能流经所述线缆电容到所述屏蔽并经由另一线缆电容和电极从所述屏蔽回到所述患者，由此造成皮肤灼伤。当借助于将串联电阻连接到所述屏蔽导线而使所述导联线缆的屏蔽分隔时，可以大幅降低这种高电流。将这些电阻器实现到ECG主干线缆中允许针对所有应用使用统一的导联线缆。
Description
技术领域
本发明涉及用于针对过流保护患者的装置，所述患者被连接到基于电极的监测系统，例如心电图（ECG）设备，所述过流，例如，可以由电烙术应用造成。
背景技术
在监测ECG信号期间，外科医生经常使用电烙术设备。电烙术是涉及将高频电流引入到人体的特定区域以去除不想要的组织、封闭血管或创建手术切口的外科技术。用于执行电烙术的器械也被称作电烙器。电烙器使用高频，通常高达100KHz，以确保患者的神经和肌肉不受刺激。较低的频率可能造成抽搐和痉挛，这会是个严重的问题。取决于所用的电压，所述电烙术可能对患者的身体具有不同影响。因而，将非常高水平的射频能量耦合到所述患者，并因此耦合到监测器的输入端。
已提出了许多用于减小RF能量的量的实现方式，例如在US4038990中，其中，将耦合的电感与电容器一起使用，或在US5217010中，其中，提供了各种LC滤波器替代方式。
然而，这些已知的实现方式均未考虑由分隔的屏蔽承载的RF电流的问题。特别是，在具有被暴露于电烙术RF能量的屏蔽导联集的ECG应用中，会出现通过线缆电容（到屏蔽的内导线）提供电流通路的问题。因此，当所有屏蔽被连接在一起时，高电流可能流过这些串联的线缆电容，由此导致在患者的电极部位的皮肤灼伤。
为了减小这些灼伤的风险，已提出通过将呈阻抗（R和/或L）形式的串联保护元件直接应用到导联集的抓具中，减小流到导联线中的电流。然而，一个大的缺点在于，对于对呼吸信号的监测（其意味着到所述患者的低阻抗路径），必须用无保护元件的替换具有内置式保护元件的所述ECG导联集。这耗时且要视情况而定，因此避免该程序是高度合乎期望的。
在US6246902中，不再在导联线缆中提供保护元件，并且对所述导联线缆集的屏蔽被分隔。将所述保护元件放在分隔的块中允许针对手术和重症监护室两者使用统一的未屏蔽的导联集。也可以通过所述块以分隔的方式供应所述屏蔽导线。而且，在所述屏蔽导线中，可以插入电感，以防止电流流过所述串联的线缆电容并额外获得在所述屏蔽中的RF阻塞，同时维持针对低频率的良好传导，这显然是该实现方式的目标。
然而，使用电感器用于分隔和过滤屏蔽的方法具有这样的缺点，所述电感器大且昂贵，并且在它们的共振频率以上表现为电容。因此，在较高的频率，它们再次成为良导线。电烙术频率在几百kHz直到4MHz的范围内的事实使得难以找到适当的电感器，所述电感器电感足以抑制所述RF信号同时其共振频率仍足够低。此外，与（寄生）电容一起，可能发生共振，这削弱了RF抑制能力。尤其在存在线缆电容与电感器的串联共振时，电流可能增加到可再次发生灼伤的量。因此，尤其是在使用不同长度的导联线缆时——或者甚至是未屏蔽的导联线缆时——很难确保在任何状况均不会有共振发生。
在US2009/149920A1中，提供了一种使用覆盖起搏器的导联的电阻屏蔽的方法，以避免MRI程序期间的RF能量拾取。高价且复杂的电阻屏蔽的实现方式仅在如果要在所述导联的整个长度上避免能量拾取时适用。
发明内容
本发明的目的是提供一种将屏蔽分隔的更有效的方式，以防止过度的屏蔽电流。
该目的通过如权利要求1所述的装置来实现。
因此，将电阻器串联到（一个或多个）第一屏蔽，即，在第一屏蔽与第二屏蔽之间或在第一屏蔽与导联屏蔽之间，以减弱由所述导联屏蔽、所述第一屏蔽以及所述（公共）第二屏蔽生成的、流经导线路径的电流。从而，通过在所述屏蔽导线中使用（所述）（一个或多个）电阻器代替电感器，提供了电流保护的有效方案。由于耦合电容对低频干扰源（例如50/60Hz源或静电放电源）的AC阻抗远高于可以在此使用以有效地减小不期望的电流的电阻的事实，该方案可能的。由此，这些干扰对所述ECG信号质量的影响可以忽略，并且出于静电放电保护的目的，所述（一个或多个）额外的电阻器将不降低性能，因为在所述导联线缆的静电荷的源阻抗远高于所述AC耦合阻抗。
所提出的方案提供以下优点：电阻器便宜且小从而可以将它们容易地集成到现有监测系统中。而且RF能量被简单转换成热，并且不会发生共振。此外，由(寄生或预期)电感(Ls)和电容(Cs)造成的共振可以被阻尼。这甚至可能导致进一步减小患者监测器处的干扰。由此，由于不存在串联共振，可以在全部导联线缆长度(即，导联线缆电容)预防在电极部位处的患者灼伤。
根据第一方面，所述装置可以包括多个第一信号导线，每个所述第一信号导线具有适于耦合到多个导联线中相应的一个的输入端，每个所述导联线连接到多个所述生理信号传感器中相应的一个，并且所述多个第一信号导线中的每个具有适于耦合到多个所述第二信号导线中相应的一个的输出端；所述装置还包括被定位为屏蔽多个所述第一信号导线的多个第一屏蔽，并且多个所述第一屏蔽中的每个适于在多个所述第一信号导线被耦合到多个所述导联线时被连接到被定位为屏蔽多个所述导联线中相应的一个的多个导联屏蔽中相应的一个，或多个所述第一屏蔽中的每个适于被连接到被定位为屏蔽全部多个所述第二信号导线的被布置为公共屏蔽的第二屏蔽；并且所述装置还包括多个电阻，每个所述电阻被连接于所述多个第一屏蔽中相应的一个与所述多个第二屏蔽中相应的一个之间或被连接于所述多个第一屏蔽中相应的一个与被布置为公共屏蔽的所述第二屏蔽之间，以减弱由所述多个导联屏蔽、所述多个第一屏蔽和所述第二屏蔽生成的流经导线路径的电流。因而可以在中央位置处保护具有多个传感器和屏蔽的传感器线的布置，在所述中央位置处所述线被捆绑并提供有公共屏蔽。
根据可以与第一方面组合的第二方面，可以在所述多个第一信号导线被耦合到所述多个导联线或被耦合到所述多个第二信号导线时，分别将(一个或多个)干扰滤波电路连接在所述第一信号导线中相应的一个与所述多个第二信号导线中相应的一个之间。由此，可以提供额外的干扰保护。
根据可以与第一方面和第二方面组合的第三方面，所述装置可以被布置为具有输入连接部分并且具有输出连接部分的主干块，所述输入连接部分用于连接所述多个导联线与所述多个导联屏蔽，所述输出连接部分包括多个第二信号导线和所述第二屏蔽。所述第三方面提供了有利的模块化布置，其可以被相互连接，以增强常规的监测系统。可以通过提供额外的单输出线缆更改所述第三个方面，所述单输出线缆包含公共屏蔽和所述多个第二信号导线，单线缆具有被连接到所述主干块的第一端，以及被连接到主干连接器的相对第二端，所述多针连接器包括输出连接部分。
应该理解，本发明的优选的实施例也可以是从属权利要求与相应的独立权利要求的任意组合。
参考后文描述的实施例，本发明的这些以及其他方面将会显而易见并将得以阐明。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据优选的实施例的监测系统的示意性方框图；并且
图2示出了根据优选的实施例的保护电路的示意性电路图。
具体实施方式
在以下实施例中，描述了针对过度的屏蔽电流的提升的保护，用于诸如ECG设备的患者监测设备。
根据实施例，当通过将至少一个串联电阻连接入或连接到所述（一个或多个）屏蔽导线而使所述导联线缆的屏蔽被分隔时，可以显著降低屏蔽线缆电流。这些电阻器可以例如被提供在ECG主干线缆中，以允许针对所有应用使用统一的导联线缆。
通常，所述导联线缆对50/60Hz源的耦合电容在几个皮法拉（pF）的范围内。在极端环境下，其可能增加到约100pF。
这导致了将在大约1000MΩ的范围内的耦合阻抗，在极端环境下其可能降低到约30MΩ。与这些值相比较，例如10kΩ的电阻将使为100V且30MΩ源阻抗的共模信号——这是绝对最差的情况——降低到仅0.03V，在正常状况下甚至降低到0.001V。
通常，常规系统提供了大于90dB的公共模衰减。由此，0.03V均方根（RMS）信号被减小到小于3μVpp（峰到峰电压），其远小于ECG的正常噪声（医疗仪器促进会（AAMI）要求为30μVpp）。0.001V的信号，如在正常环境下发生的，将甚至被减小到0.1μVpp。与所述导联线缆相比，患者自身通常具有对干扰源更紧密的耦合的事实，支持了不需要对所述导联的非常低的阻抗屏蔽的事实，因为与所述线缆相比，所述患者将大得多的噪声引入到所述系统中。
出于静电放电保护的目的，额外的电阻器也将不会降低性能，因为静电荷在所述导联线缆的源阻抗甚至远高于上文提及的所述AC耦合阻抗。
通过设计新的ECG主干线缆和/或主干块，实现了所述实现方式，其中所有的屏蔽被一起放在所述电阻器后面。由此具有这样的优点，即不会丢失可插入的滤波器——所述主干线缆简单地总是保持与特定监测器一起。
图1示出了根据优选的实施例的监测系统的示意性框图。多个ECG电极2或其他类型的生理信号传感器被附接到患者1的身体，以从所述患者1采集生理信号。具有各自的电磁屏蔽4的多重导联线3在一端被连接到所述电极2中相应的一个，并且在另一端被连接到所述导联连接器5，所述电磁屏蔽被定位为屏蔽所述导联线3。所述导联连接器5具有连接端6，所述连接端6可以被插入具有保护电路8（图1中未示出）的主干块8的插座或插孔7中。从所述主干块8，具有公共屏蔽的单个主干线缆9连向具有多针连接端11的主干连接器10，所述多针连接端11可以被插入到插座或插孔12中，所述插座或插孔12被连接到患者监测器13的生理信号处理电路（未示出）。籍此，可以提供模块化系统，其中，可以更改主干块8或导联连接器5以提供针对过度屏蔽电流的提升的保护。
图2示出了主干块8中的所述保护电路的示意性电路图。所述保护电路包含干扰滤波器16，其可以是任意种类的RLC滤波器（或其子集）。额外地，被定位为屏蔽所述ECG信号导线14的电磁屏蔽15在各自的保护电阻器17之后合并。信号导线14与主干块8中的电磁屏蔽15经由图1的导联连接器5被分别连接到外部导联线3和外部电磁屏蔽4。所述滤波器之后的ECG信号导线18具有公共屏蔽19，并且可以被布置为图1的所述主干线缆9。
根据如实施例所述的保护电路的示范性实现方式，干扰滤波器16可以是串联的电阻器（例如，10kΩ）和电感器（例如，6.8mH）。保护电阻器17可以被实现为具有例如22kΩ的值。当然，取决于所期望的应用，可以选择其他值。
作为备选，所述保护电阻器17也可以被集成在导联连接器5的所述连接端6中，或被集成在主干块8的连接插孔7中。
总地来说，当对患者应用屏蔽的ECG导联时，在诸如电烙术的强RF信号的存在期间，高电流可能流经所述线缆电容到所述屏蔽并经由另一线缆电容和电极从所述屏蔽回到所述患者，由此造成皮肤灼伤。当借助于将串联电阻连接到所述屏蔽导线而使所述导联线缆的屏蔽分隔时，可以大幅降低这种高电流。将这些电阻器实现到ECG主干线缆中允许针对所有应用使用统一的导联线缆。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践要求保护的本发明时，可以理解并实现对所公开实施例的其他变化。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一”不排除复数。
单个处理器、感测单元或其他单元可以实现权利要求书中记载的多个项目的功能。互不相同的从属权利要求中记载了特定措施这一仅有事实并不指示不能有利地组合这些措施。
权利要求书中的任何附图标记均不应被理解为限制它的范围。
当对患者应用屏蔽的ECG导联时，在诸如电烙术的强RF信号的存在期间，高电流可能流经所述线缆电容到所述屏蔽并经由另一线缆电容和电极从所述屏蔽回到所述患者，由此造成皮肤灼伤。当借助于将串联电阻连接到所述屏蔽导线而使所述导联线缆的屏蔽分隔时，可以大幅降低这种高电流。将这些电阻器实现到ECG中继线缆中允许针对所有应用使用统一的导联线缆。
Claims (6)
1.一种用于将从患者采集的生理信号耦合到患者监测器(13)中的生理信号处理电路的装置，所述装置包括：
a)第一信号导线(14)，其具有适于耦合到导联线(3)的输入端和适于耦合到第二信号导线(18)的输出端，所述导联线(3)连接到生理信号传感器(2)以采集生理信号，所述第二信号导线(18)连接到所述患者监测器(13)；
b)第一屏蔽(15)，其被定位为屏蔽所述第一信号导线(14)，并且所述第一屏蔽(15)适于被连接到被定位为屏蔽所述第二信号导线(18)的第二屏蔽(19)，或在所述第一信号导线(14)被耦合到所述导联线(3)时，所述第一屏蔽(15)适于被连接到被定位为屏蔽所述导联线(3)的导联屏蔽(4)；以及
c)电阻器(17)，其适于在所述第一信号导线(14)被耦合到所述第二信号导线(18)或被耦合到所述导联线(3)时，分别被连接于所述第一屏蔽(15)与所述第二屏蔽(19)之间或被连接于所述第一屏蔽(15)与所述导联屏蔽(4)之间，以衰减由所述导联屏蔽(4)、所述第一屏蔽(15)和所述第二屏蔽(19)生成的流经导线路径的电流。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括干扰滤波电路(16)，所述干扰滤波电路(16)适于在所述第一信号导线(14)被耦合到所述第二信号导线(18)或被耦合到所述导联线(3)时，分别被连接于所述第一信号导线(14)与所述第二信号导线(18)之间。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括多个所述第一信号导线(14)，多个所述第一信号导线(14)中的每个具有适于耦合到多个所述导联线(3)中相应的一个的输入端，所述导联线(3)中的每个连接到多个所述生理信号传感器(2)中相应的一个，并且多个所述第一信号导线(14)中的每个具有适于耦合到多个所述第二信号导线(18)中相应的一个的输出端；所述装置还包括被定位为屏蔽所述第一信号导线(14)的多个所述第一屏蔽(15)并且多个所述第一屏蔽(15)中的每个适于在多个所述第一信号导线(14)被耦合到多个所述导联线(3)时被连接到被定位为屏蔽多个所述导联线(3)中相应的一个的多个所述导联屏蔽(4)中相应的一个，或多个所述第一屏蔽(15)中的每个适于被连接到被定位为屏蔽全部多个所述第二信号导线的被布置为公共屏蔽的第二屏蔽(19)；并且所述装置还包括多个所述电阻器(17)，所述电阻器(17)中的每个被连接于多个所述第一屏蔽(15)中相应的一个与多个所述导联屏蔽(4)中相应的一个之间或被连接于多个所述第一屏蔽(15)中相应的一个与所述第二屏蔽(19)之间，以衰减由多个所述导联屏蔽(4)、多个所述第一屏蔽(15)和所述第二屏蔽(19)生成的流经导线路径的电流。
4.根据权利要求3所述的装置，还包括多个干扰滤波电路(16)，在多个所述第一信号导线(14)被耦合到多个所述导联线(3)或被耦合到多个所述第二信号导线(18)时，所述多个干扰滤波电路(16)中的每个分别被连接于多个所述第一信号导线(14)中相应的一个与多个所述第二信号导线(18)中相应的一个之间。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述装置被布置为主干块(8)，所述主干块(8)具有输入连接部分(7)和输出连接部分(11)，所述输入连接部分(7)用于将多个所述导联线(3)与多个所述导联屏蔽(4)进行连接，所述输出连接部分(11)能够被插入到插座或插孔(12)中。
6.根据权利要求5所述的装置，还包括单线缆(9)，所述单线缆(9)包括所述公共屏蔽(19)和多个所述第二信号导线(18)，所述单线缆(9)具有连接到所述主干块(8)的第一端和连接到主干连接器(10)的相对的第二端，所述主干连接器(10)包括所述输出连接部分(11)。
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