CN107072572A - Ecg电极和引线连接完整性检测 - Google Patents

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Abstract

本文提供用于ECG电极和引线连接完整性检测的系统和方法。该系统包含多个电极，其中将均匀谱能量信号注入到多个电极的电极的子集中。该系统还包含计算装置。计算装置包含显示器，以及计算装置能通信地耦合到多个电极。计算装置配置成获取来自电极的输入信号，并且基于来自电极的输入信号来确定来自电极的频率响应。计算装置还配置成使用频率响应来确定电极和引线连接中的减损。

Description

ECG电极和引线连接完整性检测
背景技术
心电图仪是一种适合记录患者心脏随时间的电活动的装置。心电图仪包含一个或多个传感器或电极，其适合于附连到患者并且配置成感测电活动。电极经由导体、例如导线向控制器传送与心脏活动有关的电信号。控制器可基于来自电极的数据来生成绘图(称作心电图(ECG))。
在常规ECG获取中，将一个电极驱动到直流(DC)电位，使得出现在所有其他电极的共模电位落入ECG输入放大器的共模信号范围之内。电极还可采用简单带外音调(tone)来驱动，以便检测主要引出线(lead)故障条件、例如开路。但是，这个常规ECG获取没有提供与故障条件有关的任何附加信息。
发明内容
实施例涉及一种用于ECG电极和引线连接完整性的系统。该系统包含多个电极，其中具有均匀谱能量的信号要注入到多个电极的电极的子集中。该系统还包含计算装置。计算装置包含显示器，以及计算装置能通信地耦合到多个电极。计算装置配置成获取来自电极的输入信号，并且基于来自电极的输入信号来确定来自电极的频率响应。计算装置还配置成使用频率响应来确定电极和引线连接中的减损(impairment)。
另一个实施例涉及一种ECG系统。该ECG系统包含多个电极，其包含右腿电极和第二电极。右腿电极要通过线性调频信号来驱动，并且可释放地附连到患者。计算第二电极与右腿电极之间的阻抗，以及所计算的阻抗用来确定电极连接减损的位置。
还有另一个实施例涉及一种用于ECG电极和引线连接完整性检测的方法。该方法包含将线性调频信号注入到中性电极中，并且从线性调频信号跨频率范围来测量多个电极处的阻抗。该方法还包含从所测量的阻抗来计算多个电极的电极对的阻抗，并且基于所计算的阻抗来确定减损位置。
附图说明
从结合附图进行的下面详细描述，将会变得更全面理解当前技术，附图中，相似参考数字表示相似部件，附图包括：
图1是按照实施例的12引出线ECG系统的示范说明；
图2A是按照实施例的驱动右腿电极的线性调频信号和采用共模反馈的右臂参考电极的说明；
图2B是按照实施例的驱动左臂、右臂和胸部电极的线性调频信号和电极的说明；
图3是按照实施例的线性调频信号的示例；
图4是用于确定电极和引线连接完整性检测的方法的过程流程图；以及
图5是按照实施例所使用的患者监测装置的框图。
具体实施方式
在下面详细描述中，参照形成其组成部分的附图，并且附图中通过说明示出可实施的具体实施例。充分详细地描述这些实施例，以便使本领域的技术人员能够实施实施例，并且要理解，可利用其他实施例，并且可进行逻辑、机械、电气和其他变化，而没有背离实施例的范围。因此，下面详细描述不是要被理解为限制当前技术的范围。
为了得到ECG绘图，一组电极可释放地附连到患者身体的各个位置。每个电极的定位直接影响ECG的质量和精度。电极经由电极头连接到电极引线。引线的另一端连接到机械，其处理这些电信号，并且产生表示被监测人体功能的特性的数据。在本文所论述的实施例中，在频率范围内评估到患者的电极和引线连接的阻抗。至少一个实施例的技术效果包含注入到电极中的线性调频信号。在一些情形中，与脉冲类似,线性调频信号具有均匀谱能量含量，使得能够在频率范围内评估电极和引线连接的阻抗。以这种方式，实现患者电极和引线连接完整性的更综合评价，以便向护理人员提供关于得到最佳质量ECG记录的指导。
图1是按照实施例的12引出线ECG系统100的示范说明。12引出线ECG系统100经过战略上放置于患者102上的十个电极来提供心脏的十二个引出线、图片或视图。虽然描述12引出线ECG系统，但是当前技术可与任何诊断/监测系统中的任何数量的引出线一起使用。
图1的示例中的12引出线ECG系统100经由十个战略上放置的电极来实现患者102的心脏的电活动的十二个视图。四个电极是肢体电极，其包含右臂(RA)电极104、左臂(LA)电极106、右腿(RL)电极108和左腿(LL)110。虽然电极RA 104和LA 106示为附连到患者102的手腕，但是它们可施加于患者102的肩部处。类似地，虽然电极RL 108和LL 110示为附连到患者102的脚踝，但是它们可施加于患者102的臀部。在一些情况下，RL 108被认为是起地作用的“虚设”或中性电极。
其余六个电极施加于患者102的胸部。六个电极可在第4肋间隙右胸骨缘(V1)112、第4肋间隙左胸骨缘(V2)114处、在顶点(第5 ICS锁骨中线)(V4)118之上、在V2与V4之间的中途(V3)116、与V4相同的水平处但是在腋前线(V5)120上以及在与V4和V5相同的水平处但是在中腋线(V6)118上放置。电活动的12引出线或视图能够直接从患者引出线来获取以及使用埃因托芬定律来得出。电极V1 112、V2 114、V3 116、V4 118、V5 120和V6 122必须以高准确度放置于如图1所图示的患者102的解剖的特定部分。
附连电极或引线以获取ECG信号的过程倾于能够导致不良质量信号的条件。电极/引线阻抗的幅值对得到质量ECG信号的能力具有显著影响。按照当前技术，RL电极通过动态信号来驱动，其能够控制成输出强加于平均DC电位的低电平线性调频波形，由此使电极的每个之间的频率响应能够通过采取对出现在每个电极处的输入信号的快速傅立叶变换(FFT)来确定。频率响应则用来检测和分类每个ECG信号引出线的电极/引线连接中的减损。以这种方式，能够准确地确定连接减损的位置。
线性调频信号的注入导致对临床医生或患者在施加电极方面的改进反馈，从而导致ECG信号的改进获取，特别是在患者发起的记录使用情况下。此外，能够控制平均右腿(RL)偏置电压，以便优化出现在ECG引出线输入放大器的每个处的共模电压。在一些情况下，控制平均RL共模电压用来计及电极接触电位中的变化，降低输入放大器饱和的机会，并且改进ECG输入放大器的共模抑制性能。
具体来说，能够通过调整驱动RL的线性调频信号，使得它将会把来自电极的输入信号集中在输入放大器的范围之内(这将会使共模抑制为最大，并且消除放大器的输入饱和)来改进共模抑制性能。相应地，产生于将电极附连到患者的DC电位能够向上或向下调整，从而消除一些情况下的饱和，并且保存被测量信号的实际完整性。
图2A是按照实施例的驱动右腿电极的线性调频信号和采用共模反馈的右臂参考电极的说明。作为示例，图示胸部电极V1 112至V6 122。来自每个电极的信号以充分高的拐角频率经过RL驱动202。在一些情况下，充分高的拐角频率为40、100、150 Hz或以上。对RL驱动202的RA共模反馈能够去除在从多个电极所得到的信号上的功率线噪声。在RLD 202之后，来自电极V1 112至V6 122、LA 106和RA 104的滤波信号经过放大器204来发送。放大器204可以是差分放大器，其用来增强来自RA参考电极的电极信号之间的差。
RL电极108充当输出，并且将信号反馈给患者。如所图示，线性调频信号206与RA104电极的滤波和放大输出相加。RA 104电极的放大器204具有来自RA 104电极的滤波信号以及放大器偏置208,以作为输入。将合计的线性调频信号208和放大器偏置208输入到放大器210。放大器210的输出由低通滤波器108来滤波，并且然后注入或驱动到RL 108电极上。这个动态RL偏置驱动电路系统使从引线和电极RA 104、LA 106、LL 110、V1 112、V2 114、V3116、V4 118、V5 120和V6 122的每个到RL 108的阻抗能够在预定频率范围内准确地测量。RL电极与其他电极之间的这个所测量的阻抗则能够用来计算电极或引线的任何对之间的阻抗。这个信息能够用来通知临床医生或患者哪些电极或引出线在记录ECG信号之前要求调整或更换。
如图2A所图示，高通滤波器212对来自电极V1 112至V6 122、LL 110和LA 106的放大信号进行滤波。另一个放大器214施加到电极V1 112至V6 122、LL 110和LA 106。放大器214将经过高通滤波器212的来自每个电极的相应信号和放大器偏置208视为输入。两倍的放大信号然后经过另一个低通滤波器216来发送。在低通滤波器216之后，每个电极V1 112至V6 122、LL 110和LA 106能够提供将要在监测器上显示或者打印输出(printout)的心脏的引出线或视图。
相应地，ECG电极和引线连接完整性检测通过注入的线性调频信号206的谱分析来实现。与脉冲类似,线性调频信号206具有均匀谱能量含量，使得到患者的电极和引线连接的阻抗能够在频率范围内评估，与如在当前AC引出线故障检测系统中通常所进行地在单频率测量阻抗相对。通过将注入的能量遍布于宽范围频率，能够确定患者互连阻抗的更准确评价，包含电阻和电抗(即，通常为电容)分量。这实现患者电极和引线连接完整性的更综合评价，以便向护理人员提供关于得到最佳质量ECG记录的指导。
在实施例中，线性调频信号是强加于平均DC电位的低电平线性调频波形，从而使电极的每个之间的频率响应能够通过采取对出现在每个电极处的输入信号的快速傅立叶变换(FFT)来确定。频率响应则用来检测和分类每个ECG信号引出线的电极和引线连接中的减损。这个信息还能够用来准确地确定连接减损的位置。
在实施例中，当前技术能够在低频率确定到患者的不良电极连接。常规ECG系统能够经由250 赫兹(Hz)信号(其用来评估在单个250 Hz频率的电极的阻抗和频率响应)来检测到患者的良好电容电抗阻抗连接。但是，到患者的电极或引线连接在显示在250 Hz频率的良好连接的同时能够是在较低频率的不良连接。当前技术能够用来检测在较低频率的不良连接。另外，当前技术能够用来确定产生于在电极或引线连接处的高于特定阈值的阻抗的低频率减损。
如图2A所图示，来自每个输入电极的信号相对于右臂来测量，因为右臂信号用作对其他电极的放大器的输入。放大器、例如放大器204将测量差分信号。但是，存在放大器能够放大的共模电压的某个范围。按照当前技术，RL电极108用来将电位施加到患者，使得正确偏置所有其他放大器输入，并且存在于其他电极输入处的电压对在这一点上实际附连到患者的放大器是有效的。
在一些情况下，差分放大器、例如放大器204能够测量两个电压之间的差，以及只要绝对或共模电压处于某个范围之内，则放大器204能够放大信号。例如，如果放大器具有在-5和+5伏特所供应的其功率，则它能够放大不同信号，只要差分输入的每个上的输入电压处于-5 V至+5 V范围之内。如果差分输入超出那个范围，则放大器将不会作为线性组件正确地工作。相应地，将电位施加到患者的右腿基本上偏置放大器，以确保差分输入处于正确范围之内。此外，将线性调频信号施加到右腿给予能够生成大于DC信号的被驱动输出。在与常规ECG系统相比时，信号跨频率范围来偏置和分析，以检测连接减损的更大范围。
图2B是按照实施例的驱动左臂、右臂和胸部电极的线性调频信号和电极的说明。作为示例，图示胸部电极V1 112至V6 122。来自每个电极的信号如针对图2A所述地经过RL驱动202。在RL驱动202之后，滤波信号与线性调频信号206(其经过引出线检查耦合218)耦合。信号然后经过放大器204继续进行。放大器204上的第二输入来自RA 104电极，以便偏置和放大滤波信号。
图2B图示将线性调频信号注入到每个个别电极输入中的备选技术。线性调频信号作为电流源(即，高源阻抗)被注入，使得在每个电极输入上所拾取的芯片信号的幅值将是那个电极与RL电极之间的阻抗的函数，使得阻抗越高，则出现于那个特定输入的线性调频电压将越大。
图3是按照实施例的线性调频信号300的示例。在一些情况下，线性调频信号300是具有均匀谱能量含量的信号。如所图示，线性调频信号包含经由特定时间之内的恒定幅度的正弦波形在整个频率带宽(Hz)的值。在一些实施例中，脉冲信号能够用来代替线性调频信号。此外，能够通过应用逆操作以在可适用于ECG监测的频率内得出均匀谱密度来使用其他波形。
图4是用于确定电极和引线连接完整性检测的方法400的过程流程图。在框402处，将线性调频信号注入到多个电极的子集中。在一些实施例中，子集是中性电极、例如如图2A所图示的RL电极。在其他实施例中，多个电极的子集包含如图2B所图示的胸部电极、LL电极、LA电极和RA电极。在框404处，第一阻抗能够在多个电极的每个电极处测量，以及多对电极之间的阻抗基于所测量的阻抗来计算。在框406处，减损位置基于所计算的阻抗来确定。
在一些实施例中，减损的类型能够根据在电极或引线连接处的频率响应和所计算的阻抗来分类。当阻抗或频率响应超出预定阈值时，能够检测和分类连接减损。具体来说，在较低频率的电极或引线故障可指示到患者的连接的电阻过高。在连接处的高电阻可通过不良皮肤条件所引起。具体来说，其中附连电极的皮肤的表面可需要被改善，或者外来物质(例如洗剂或油)可需要从皮肤上去除。改善皮肤能够包含但不限于剃发或擦洗皮肤，以便实现对电极连接的更好皮肤。
在记录、显示或者以其他方式获取ECG绘图之前能够检测连接减损。在一些情况下，连接减损包含在ECG准备规程中。在一些实施例中，连接减损可在ECG信号的获取期间来确定。以这种方式，能够在整个ECG获取中监测电极连接质量。
图5是可按照实施例所使用的患者监测装置500的框图。患者监测装置500可以是例如心电图仪、计算装置或者任何其他患者监测装置，其测量患者的生理参数。患者监测装置500可包含中央处理单元(CPU)502(其配置成运行所存储指令)以及存储器装置504(其存储由CPU 502可运行的指令)。CPU可通过总线506耦合到存储器装置504。另外，CPU 502能够是单核处理器、多核处理器、计算集群或者任何数量的其他配置。此外，患者监测装置500可包含多于一个CPU 502。存储器装置504能够包含随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪速存储器或者任何其他适当存储器系统。例如，存储器装置504可包含动态随机存取存储器(DRAM)。
CPU 502可经过总线506来链接到显示接口508，其配置成将患者监测装置500连接到显示装置510。显示装置510可包含显示屏幕，其是患者监测装置500的内置组件。显示装置510除了别的以外还可包含计算机监测器、电视机或投影仪，其外部连接到患者监测装置500。在一些情况下，显示器用来输出关于患者状态的信息，包含ECG、如本文所述的连接减损以及各种告警。
CPU 502还可经过总线506连接到输入/输出(I/O)装置接口512，其配置成将患者监测装置500连接到一个或多个I/O装置514。I/O装置514可包含例如键盘和指示装置，其中指示装置除了别的以外可包含触摸板或触摸屏。I/O装置514可以是患者监测装置500的内置组件，或者可以是外部连接到患者监测装置500的装置。
计算装置还包含电极集线器516。电极集线器516可耦合到多个电极518。在实施例中，电极518形成如本文所述的12引出线ECG系统。在其他实施例中，电极518形成15引出线ECG系统。患者监测装置500还可包含网络接口控制器(NIC)520，其配置成经过总线506将患者监测装置500连接到网络522。网络522除了别的以外可以是广域网(WAN)、局域网(LAN)或因特网。在一些情况下，网络526是患者监测网络。另外，在一些情况下，网络是安全的。患者监测网络能够用来测量和显示生理参数、例如患者的脉搏率和血压。
图5的框图不意图指示患者监测装置500将包含图5所示的全部组件。此外，患者监测装置500可包含图5中未示出的任何数量的附加组件，这取决于具体实现的细节。
虽然本文针对医疗领域中使用的缆线来描述实施例，但是可广义地解释对患者监测系统的引用。本文所述的实施例能够囊括其中任何系统用于来自受检者的数据的那些状况。此外，本领域的技术人员将会知道，当前技术可适用于许多不同硬件配置、软件架构、组织或过程。
虽然所给出的详细附图和具体示例描述具体实施例，但是它们仅适于说明的目的。所示和所述的系统和方法并不局限于本文所提供的准确细节和条件。而是可在本文所述实施例的设计、操作条件和布置中进行任何数量的置换、修改、变化和/或省略，而没有背离如所附权利要求书所表达的当前技术的精神。
本书面描述使用包含最佳模式的示例来公开当前技术，并且还使本领域的技术人员能够实施当前技术，包含制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合方法。当前技术的可取得的专利范围由权利要求书来定义，并且可包含本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件，或者如果它们包含具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则它们意图处于权利要求书的范围之内。

Claims (20)

1.一种用于ECG电极和引线连接完整性检测的系统，包括：
多个电极，其中将均匀谱能量信号注入到所述多个电极的电极的子集中；以及
计算装置，包括显示器，其中所述计算装置能通信地耦合到所述多个电极，并且配置成：
获取来自电极的输入信号；
基于来自所述电极的所述输入信号来确定来自所述电极的频率响应；以及
使用所述频率响应来确定所述电极和引线连接中的减损。
2.如权利要求1所述的系统，其中，电极的所述子集是右腿(RL)电极。
3.如权利要求1所述的系统，其中，电极的所述子集包含右臂电极、左臂电极、左腿电极、V1电极、V2电极、V3电极、V4电极、V5电极和V6电极。
4.如权利要求1所述的系统，其中，通过计算出现在所述电极处的所述输入信号的快速傅立叶变换(FFT)来确定所述频率响应。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述频率响应用来确定所述电极的阻抗，以及所述电极的所述阻抗用来确定所述电极的连接减损。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述均匀谱能量信号是线性调频信号。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述均匀谱能量信号是脉冲信号。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述频率响应用来检测和分类所述电极和引线连接中的减损。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述计算装置是患者监测系统。
10.一种心电图(ECG)系统，包括：
多个电极，包含右腿电极和第二电极，所述右腿电极通过线性调频信号来驱动并且可释放地附连到患者，其中计算所述第二电极与所述右腿电极之间的阻抗，并且所计算的阻抗用来确定电极连接减损的位置。
11.如权利要求10所述的ECG系统，其中，在频率范围内评估所述减损。
12.如权利要求10所述的ECG系统，其中，所述线性调频信号是具有均匀谱能量含量的信号。
13.如权利要求10所述的ECG系统，其中，所述多个电极形成12引出线ECG系统。
14.如权利要求10所述的ECG系统，其中，所述第二电极是右臂电极、左臂电极、左腿电极或胸部电极的任何。
15.如权利要求10所述的ECG系统，其中，所计算的阻抗用来确定引线连接减损的位置。
16.一种用于心电图(ECG)电极和引线连接完整性检测的方法，包括：
将线性调频信号注入到中性电极中；
从所述线性调频信号跨频率范围来测量多个电极处的阻抗；
从所测量的阻抗来计算所述多个电极的电极对的阻抗；以及
基于所计算的阻抗来确定减损位置。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述中性电极是12引出线ECG系统的右腿(RL)电极。
18.如权利要求16所述的方法，其中，所计算的阻抗用来确定电极减损位置或引线减损位置。
19.如权利要求16所述的方法，包括在得到心电图绘图之前确定所述减损位置。
20.如权利要求16所述的方法，其中，所计算的阻抗用来分类减损。
CN201580053300.9A 2014-07-30 2015-07-07 Ecg电极和引线连接完整性检测 Pending CN107072572A (zh)

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