CN104039220B - 心电图传感器垫 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种心电图传感器垫(100)，所述垫(100)包括用于采集心脏信号的多个电极(104)和插头(200)，其中，所述电极(104)通过电线(102)连接到所述插头(200)，其中，所述电线(102)被开关(202)分段，其中，所述开关(202)能在闭合状态和打开状态之间切换，其中，在所述闭合状态中，所述电极(104)电连接到所述插头(200)，并且其中，在所述打开状态中，所述电极(104)与所述插头(200)电隔离。

Description

心电图传感器垫

技术领域

本发明涉及电极心动描记器传感器垫。

背景技术

心脏病是全世界第一死亡原因。由于例如包括心房颤动(AF)和室性心动过速(VT)的心律不齐和充血性心力衰竭(CHF)导致的心脏异常电活动针对临床和行业发展两者的最快发展领域。

心电图标测(ECM)是一种无创技术，其通过组合从大量表面电极采集的身体表面电子数据与从例如计算机断层摄影(CT)获得的详细三维解剖数据，针对每次心搏提供整个心脏的详细心脏电活动信息。因此有可能递送详细的电生理学信息，这些信息本来只能够利用心导管在有创电生理流程中被测量。此外，ECM提供真正时间分辨的瞬态电生理数据和多腔信息，而导管数据只能够根据心搏周期局部地被采集。像ECM那样的改进型标测和定位技术对于更好诊断和处理上述疾病状态的持续努力而言是关键性的。

图1示出了现有技术的原型ECM背心的图像。ECM背心是多电极背心(由附图标记100指示)，其具有两个多连接器插头，以用于所有个体电极104的简单快速连接。经由电线102将个体电极104连接到多连接器插头。

图1a描绘了ECM背心的摄影图像，同时图1b描绘了更详细地示出了电线102的放大布置的背心的X射线图像。能够清楚地看出，图1b中的近摄视图示出，大量电线被捆扎成束，以便将电极104与上述多连接器插头互连。通常，为每个电极分配专用电线。

像图1中所描绘的针对ECM的多电极背心作为无创诊断工具并在能够将它们与导管同时使用以获得心脏内信号的电生理学介入期间都将变得重要。这样避免并缩短了冗长的点到点标测流程或对大的多电极标测设备的需要。

此外，美国专利US5782238公开了一种包括具有多个电极的板的EKG设备。电极被分成电极组，每个组对应于特定的身体尺寸。

然而，ECM需要知道表面电极相对于包括心脏解剖结构的患者解剖结构的确切位置。本文，“患者”可以是人或动物。对于诊断用途而言，当前通过计算机断层摄影(CT)获得电极相对于患者解剖结构的确切位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进型心电图传感器垫。这个问题是由独立权利要求解决的。在从属权利要求中描述了优选实施例。

根据本发明，提供了一种心电图传感器垫，其中，所述垫包括用于采集心脏信号的多个电极和插头，其中，所述电极通过电线连接到所述插头，其中，所述电线被开关分段，其中，所述开关能在闭合状态和打开状态之间切换，其中，在所述闭合状态中，所述电极电连接到所述插头，并且其中，在所述打开状态中，所述电极与所述插头电隔离。

本发明的实施例可以具有如下优点：能够通过磁共振成像(MRI)获得传感器垫的电极相对于患者解剖结构的确切位置。MRI的优点在于，它对软组织对比度非常敏感，从而允许以高度精确的方式确定患者的解剖结构。此外，MRI的优点是避免CT中出现的辐射。此外，在例如在组合式X射线和磁共振(MR)介入套件(XMR)或甚至仅MRI设置中执行的介入期间，可以额外使用磁共振成像对消融的结构进行可视化，然后可以再次使用背心继续消融和标测。例如，能够使用患者特异性心脏射频消融来执行消融。

本发明的实施例可以是有利的，因为，例如可以在MR不兼容和MR兼容状态之间以容易快速的方式改变心电图传感器垫。例如，如图1中所描绘的ECG背心的种类不能在MRI中安全使用，因为长的导电引线102直接与皮肤(具有高介电常数)相邻。引线102可能受到MR扫描器的共振频率附近的共振的影响。这导致电线末端的潜在发热，这意味着尤其在电极处。然而，由于电极需要直接与皮肤相邻，由于发热的原因，存在皮肤烧伤的高风险。

此外，在图1b中看到的紧密捆扎的引线的RF耦合可能导致多个共振，这是难以预测或建模的。此外，引线102的存在导致MR图像中的B1伪影。

本发明的实施例可以通过提供电线的可切换分段，从而在引线中使由磁共振成像过程诱发的局部电流最小化而解决所有这些问题。这还使引线末端的发热以及MR图像中由于垫中存在引线而发生伪影最小化。

这里必须要指出，本发明的实施例还可以具有以下优点：避免了在背心内部使用RF捕集器或类似设备。典型的RF捕集器很笨重，可能对自身加热，并且相当难以预测RF捕集器如何与电线很多的环境耦合。

一般而言，尤其是在医疗诊断领域中，当今广泛使用了利用磁场和核自旋之间的交互的图像形成MR方法，以便形成二维或三维图像，因为对于软组织成像，它们在很多方面优于其他成像方法，它们不需要电离辐射，并且它们通常是无创的。例如，MRI被用作成像技术以使心肌损伤可视化。能够使用心脏和呼吸触发的MR成像对组织形态成像，时间分辨的电影可以揭示心脏功能，能够利用动态对比度增强成像来测量灌注，并且能够使用MR标记序列来详细研究心肌的收缩。

根据一般的MR方法，患者的身体或一般的要检查的对象被布置在强均匀磁场B0中，该磁场的方向同时定义测量所基于的坐标系的轴，通常为z轴。

磁场根据施加的磁场强度针对个体核自旋产生不同的能级，能够通过施加定义频率(所谓的拉莫尔频率或MR频率)的交变电磁场(RF场)来激励所述自旋(自旋共振)。从宏观角度讲，个体核自旋的分布产生总体磁化，通过施加适当频率的电磁脉冲(RF脉冲)可以使总体磁化偏离出平衡状态，同时磁场垂直于z轴延伸，使得磁化绕z轴执行进动。

能够借助接收RF天线探测磁化的任何变化，所述接收RF天线在MR设备的检查体积之内以某方式被布置并取向，使得在垂直于z轴的方向上测量磁化的变化。

为了在身体中实现空间分辨，在均匀磁场上叠加沿三个主轴延伸的切换的磁场梯度，从而导致自旋共振频率的线性空间相关性。那么接收天线中拾取的信号包含能够与身体中不同位置相关联的不同频率分量。

经由接收天线获得的信号数据对应于空间频率域，并被称为k空间数据。k空间数据通常包括利用不同相位编码采集的多条线。通过收集多个样本对每条线进行数字化。例如，借助傅里叶变换将一组k空间数据样本变换成MR图像。

根据本发明的实施例，所述开关是机械开关。例如，所述开关能由加压气体操作，其中，所述垫包括接口，所述接口用于接收供应气体的连接器并用于提供与所述开关的气体连接。这可以具有如下优点：能够提供操作开关的MR安全可能性。不需要用于操作开关的其他电连接，这些电连接可能进一步干扰MR图像采集过程。

根据本发明的实施例，所述开关适于在接收到加压状态下的气体时从打开状态切换到闭合状态。这样可以具有如下优点：能够确保无源状态下，即未加压状态下的MR安全。

根据本发明的另一实施例，所述开关适于在释放所述加压气体时自动从闭合状态切换到打开状态。同样，这样还可以具有如下优点：确保了垫的MR安全性。此外，由于开关过程的可逆性，这样可以允许多次重复使用心电图传感器垫。

根据本发明的另一实施例，所述机械开关包括可移除导电元件，其中，所述元件被固定到可移除层，其中，所述开关适于在移动所述层时从闭合状态切换到打开状态。在这一备选实施例中，能够通过简单地移除包括可移除导电元件的层来确保MR安全性。优选地，应当以清晰可见的方式标记这种层，使得MR装置的操作员能够容易检查垫是否处于其MR安全状态。优选地，例如应当通过颜色以某方式标记背心和层，使得容易区分MR安全状态和MR不安全状态。

根据本发明的实施例，移动包括从垫移除该层。然而，层的移动还可能仅仅是在传感器垫的预定义方向上层偏移形式的移动。在这种情况下，层在预定义方向上的偏移可以在打开状态和闭合状态之间切换开关。

根据本发明的另一实施例，所述层可通过紧固器件固定到所述垫。这样具有如下优点：在心电图测量期间，患者的移动将不会导致可移除层的意外移动造成开关的意外操作。因此，紧固器件精确定义了可移除层相对于传感器垫的位置。

根据本发明的实施例，紧固器件例如包括专利紧固件。

根据本发明的另一实施例，所述开关进行的分段获得段，其中，所述段的长度等于或小于最优长度，其中，所述最优长度由这样的长度给出：在所述长度处，对携带所述垫的对象的磁共振扫描导致具有的由于存在所述电线而导致的伪影低于预定阈值的磁共振图像，和/或由于磁共振扫描诱发的涡流而导致的对所述电极和所述段的局部加热低于预定义阈值。注意，电线段的(一个或多个)长度小于与磁共振检查系统的磁场强度以及讨论的原子核类型(通常为质子(1H))的旋磁比相关联的拉莫尔波长(对应于拉莫尔频率)的1/4。这种分割为小于1/4λ的段抑制了电线中的RF共振。此外，使电线的宽度很小，从而不支持涡流(例如，由于切换磁共振检查系统的磁梯度)。或者，可以纵向地分裂电线以抑制涡流。

根据本发明的另一实施例，所述垫包括在衣物中，所述衣物能由对象穿戴以执行心脏信号的采集。例如，该衣物为背心。这样允许容易地将电极安装到要成像的对象。

根据本发明的另一实施例，电线未必被分段，但具有至少2kOhm/m的电阻率，优选5kOhm/m。这具有如下优点：进一步抑制了潜在存在的RF共振，并因此进一步使MR图像伪影最小化。虽然如此，这样仍然允许传输ECG信号。此外，可以使用对高电阻电线的分段来进一步提高安全性和/或减少图像伪影。

在另一方面中，本发明涉及一种心电图传感器垫，所述垫包括用于采集心脏信号的多个电极和插头，其中，所述电极通过电线连接到插头，其中，所述电线具有至少2kOhm/m，优选5kOhm/m的电阻率。

附图说明

包括的附图2、3和4公开了本发明的优选实施例。然而要理解，附图仅出于说明的目的被设计，并不作为本发明的限制的定义。在附图中：

图1示出了现有技术的原型ECM背心的图像，

图2示出了耦合到MR成像系统的心电图传感器垫的示意图，

图3示出了开关的示意图，

图4示出了开关的另一示意图。

附图标记列表：

100 背心

102 电线

104 电极

200 插头

202 开关

204 RF线圈

205 ECM单元

206 计算机系统

208 RF发射器

210 接口

300 弹簧

302 连接器

304 被供应的气体

306 压力腔室

308 中断连接器

310 方向

400 方向

402 专利紧固件

404 间隙

406 层

导电元件

具体实施方式

在下文中，由相同的附图标记表示类似元件。

图2示出了心电图传感器垫100的示意图。该垫包括用于采集患者的心脏信号的多个电极104。优选地，将传感器垫附着于患者，例如，由患者穿戴。在这种情况下，优选地，传感器垫是由患者穿戴的背心。

将个体电极104连接到背心100的插头200。由电线102描绘出连接。电线102被开关202分段，其中，开关能在闭合状态和打开状态之间切换，其中，在闭合状态中，电极被电连接到插头，并且其中，在打开状态中，电极与插头电隔离。

图2中进一步示出了磁共振成像系统的RF天线204。通常，这样的系统包括超导或常导主磁体线圈，从而沿着通过检查体积的z轴生成基本均匀，时间上恒定的主磁场B0。背心100和RF天线204都位于检查体积之内。

通常，磁共振系统在切换的磁场梯度中施加一系列RF脉冲，以反转或激励核磁自旋，诱发磁共振，对磁共振重新聚焦，操纵磁共振，对磁共振进行空间或其他编码，使自旋饱和等，以执行MR成像。

更具体而言，梯度脉冲放大器施加电流脉冲以沿着检查体积的x、y和z轴选择全身梯度线圈中的一些。RF发射器208经由发送/接收开关向RF天线204发射RF脉冲或脉冲群，以向检查体积中发射RF脉冲。典型的MR成像序列包括彼此一起采集的一组短持续时间的RF脉冲序列，并且任何施加的磁场梯度实现核磁共振的选定操纵。RF脉冲用于饱和、激励、反转、重新聚焦或操纵位于检查体积中的一部分或整个受检者的磁化。所得的MR信号也可以由RF天线204拾取。

如上所述，使用RF脉冲的这种磁共振成像过程不仅限于定位于检查体积中的身体，而且包括背心100。ECM需要心电图传感器垫的电极相对于解剖结构的确切位置，使得也确定电极104的确切位置是重要的。优选地，电极可以包括提供强MR信号的材料。这样允许容易地定位电极的确切位置。例如，电极可以携带掺杂有MR造影剂的凝胶衬垫，以增强信号，这样简化了根据MR图像对电极位置的确定。

为了例如针对并行成像来生成患者和背心100的有限区域的MR图像，邻接选定成像的区域放置一组局部阵列RF线圈。阵列线圈能够用于接收由经由RF天线引起的RF发射而诱发的MR信号。然而，也能够使用阵列线圈向检查体积发射RF信号。

所得的MR信号被RF天线204和/或RF线圈的阵列拾取并然后被接收器解调，接收器优选包括前置放大器。接收器经由发送/接收开关连接到RF线圈。

主计算机控制梯度脉冲放大器和发射器以生成多个成像序列的任何成像序列，例如回波平面成像(EPI)、回波体积成像、梯度和自旋回波成像，远自旋回波成像、使用超短回波时间采集脉冲序列的成像等。

对于选定的序列，接收器接收每个RF激励脉冲之后迅速相继的类似的多条MR数据线。数据采集系统执行接收的信号的模数转换，并将每条MR数据线转换成适于进一步处理的数字格式。在现代MR系统中，数据采集系统是专用于采集原始图像数据的独立计算机。

最后，通过重建处理器将数字原始图像数据重建成图像表示，重建处理器应用傅里叶变换或其他适当的重建算法。MR图像可以表示通过患者的平面切片、平行平面切片的阵列、三维体积、任意形状的信号体积、平面、射线锥等或任何其他类型的或多或少复杂的空间信号布置。然后在图像存储器中存储图像，可以经由例如视频监视器访问图像存储器，以将图像表示的切片或其他部分转换成用于可视化的适当格式，视频监视器提供了所得MR图像的人可读显示。

图2中描绘的系统206例如可以是专用计算机系统，其执行主计算机的上述功能。

通过适当的发射器件，或线缆、光学传输器件或RF传输器件将插头200连接到ECM单元205。因此，ECM单元205能够从电极104接收心脏信号。ECM单元205被设计成对利用ECM背心100采集的心电图信号进行放大、滤波、处理、存储和显示，以用于心电图标测。也可以装备这种ECM单元205以操作ECM背心100的开关202。ECM单元205还通过计算机系统206的接口210连接到计算机系统206。因此，计算机系统206和ECM单元205能够通信。可以执行通信以用于进行MR测量和心电图标测的定时和协调。

图3示出了插置于两个电极104的电线102之间的开关202。开关202能由加压气体操作。为此目的，开关202包括连接器302，通过该连接器能够将气体提供到开关的腔室306中。由附图标记304指示加压气体的供应。能在开关202的打开和闭合状态之间在方向310上移动中断接触308。中断接触是使用弹簧300进行弹簧操作的。在通过连接器302接收到加压状态下的气体时，腔室306被填充以气体。这导致向中断接触308施加压力，这使得接触从图3所描绘的打开状态移动到闭合状态。在闭合状态中，给予电互连。

必须要注意，即使在图3中，也仅示出了单个电线102，其能够互连两个电极，这未必表示需要将电极彼此互连。仅仅出于说明的目的而示出图3，并且优选地，每个电极都逐个连接到上述插头。因此，电极自身的互连不是必要的。因此，实际上，中断接触包括多个个体接触，其能够互连多个电线102。

优选地，沿电线在背心100中分布气压操作的开关202。优选由背心中包含的细塑料管对这些开关进行定址。所有塑料管都共同出现在可以附着压力致动器的中心连接插座或连接器处。在最简单的情况下，这样的压力致动器可以是注射器。将空气泵送到这一连接器中可以闭合针对ECM操作的所有开关。释放压力会打开针对MR扫描的开关。这种变化确保了无源状态，即不加压状态下的MR安全。该实施例还允许甚至对躺着的患者切换MR线圈内部的背心。这样避免了在ECG记录和MR扫描之间重新定位电极。

例如，能够采用ECM单元205使向连接器中泵入空气和从背心释放空气自动化。因此，计算机系统206还包括接口210，以控制ECM单元205。可以以某方式调整该系统，使得在第一步中从背心释放任何可用压力，并执行自动化ECG测量。在完成ECG测量之后，在第二步中，向背心的连接器提供气压，以将开关切换到MR安全，即打开状态。然后，自动执行MRI测量。然后分析来自ECG和MRI的结果。在另一实施例中，使用接口210使ECM单元205能够禁止任何MR扫描或仅允许具有极低RF发射功率的MR扫描。

必须要注意，可以使用任何适当介质来操作开关。这包括空气、氮气或氦气，以及不会干扰要采集的MR图像的任何不导电或高电阻的液体。

图4描绘了开关202的备选实施例，其中，图4a示出了开关的闭合状态，并且图4b示出了开关的打开状态。开关202包括导电元件408，其中，元件408被固定到可移除层406。通过移动，或甚至将层406移除来执行从闭合到打开状态的切换，从而中断电线102之间的接触。在打开状态中，在电线102之间存在间隙404。通过在方向400中移动该条，即层406，执行闭合和打开状态之间的切换。

因此，在这一实施例中，使用若干可移除的条来对长电线分段。每个条被放置在长电线中布置的不导电间隙上。每个条都包含多个导电桥，所述多个导电桥闭合各自间隙。如果移除该条，背心长电线中的开放间隙仍然存在，从而有效地将这些电线分成短段。可以使用专利紧固件402再现该层到背心的定位和固定，并由此再现导电元件到背心的定位和固定。

额外地或备选地，还能够提供电阻率至少为2kOhm/m的高电阻电线102。优选地，电线102的电阻率为5kOhm/m。这样允许抑制RF共振并避免MR图像伪影，但仍然允许发射ECG信号。

Claims (5)

1.一种心电图传感器垫(100)，所述垫(100)包括用于采集心脏信号的多个电极(104)和插头(200)，其中，所述电极(104)通过电线(102)连接到所述插头(200)，其中，所述电线(102)被机械开关(202)分段，其中，所述机械开关(202)能在闭合状态和打开状态之间切换，其中，在所述闭合状态中，所述电极(104)电连接到所述插头(200)，并且其中，在所述打开状态中，所述电极(104)与所述插头(200)电隔离，并且其中，所述机械开关(202)包括可移除导电元件(408)，其中，所述元件(408)被固定到可移除层(406)，其中，所述机械开关(202)适于在移动(400)所述层(406)时从所述闭合状态切换到所述打开状态。

2.根据权利要求1所述的垫(100)，其中，所述移动(400)包括从所述垫(100)移除所述层(406)。

3.根据权利要求1所述的垫(100)，其中，所述层(406)能通过紧固器件固定到所述垫(100)。

4.根据权利要求3所述的垫(100)，其中，所述紧固器件包括揿钮(402)。

5.根据权利要求1所述的垫(100)，其中，所述垫(100)包括在衣物中，所述衣物能由对象穿戴以执行所述心脏信号的采集。