CN107205678B - 非接触式心电图系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种使用非接触式ECG传感器为人体提供标准心电图(ECG)信号以输出到外部医疗设备或用于在远程设备上存储或观察的系统。该系统包括数字处理模块(DPM)，用于与设置在织物或类似物中的非接触式ECG传感器阵列相连接。在DPM中嵌入选择机制，使得DPM能够使用不同的ECG传感器的ECG信号来识别身体部位并为每个身体部位选择最佳的传感器导联。然后，DPM使用已选定的ECG信号为检测到的不同身体部位生成标准ECG信号。该系统还用于连续重新检查该选择以确保在身体部位发生移动之后，为给定的身体部位选择最佳的导联，从而保证了对患者的持续且不间断的ECG监测。

Description

非接触式心电图系统
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2015年9月23日提交的申请号为62/054189的美国临时专利申请和于2015年8月18日提交的申请号为62/206542的美国临时专利申请的优先权，上述申请的说明书内容通过引用的方式并入到本文中。
技术领域
本发明主题通常涉及心电图系统。
背景技术
心电图(以下称为“ECG”)是心率、心率失常检测以及需要强制性进一步测试的静息ECG异常的唯一可靠的测试方式，与先前的ECG相比发生了变化。
ECG是应用在医学中针对心脏和非心脏疾病的最基本诊断和后续筛选工具之一。虽然标准的12导联心电图能够保存大量的信息，但是其只能捕捉10秒的数据。采用多导联的长期监测可以提供更多的信息并且更好地获得心电图的变化。
由于多种原因长期监测的缺失成为一个重要的医学问题。患者的档案中缺少基线心电图会导致患者的困惑和一些不必要的额外检查，他们第一次做ECG的时候是正常的，但是按照既定标准则是不正常的。通常，如果能够获得旧的(甚至是10年前)ECG与所感知的异常ECG相同，则不需要再做进一步的检查了。也就是说，比较现在的ECG和旧的ECG是具有很大的医疗价值的。ECG没有变化则需要较少的检查。
当即刻地、不显眼地或频繁地需要ECG监测时，传统的依靠接触式电极的心电图测试系统(电极与人体形成电流连接)就面临了挑战。需要通过一个受过培训的医疗保健人员而将传统的接触式电极放置在干净的准备好的皮肤表面，以确保电极的准确定位(也就是形态)和信号的质量。标准湿凝胶接触电极放置的限制包括将它们正确地放置在身体上并且在其时间限制内取出它们以避免皮肤反应。
除了不能提供长期监测以外，它们的可用性还受到如下所述的制约。
理想地，作为常规医疗访问的一部分，应当对所有患者进行ECG检查，尤其是当患者出现需要医疗护理的症状的时候。但是，上述检查的可用性受到了制约。它们的可用性受到制约是由于ECG设备的成本和缺少在对患者做检查时将导联正确放置在患者身上的技术人员。关于ECG的成本，大多数医生不寄希望于在现场进行测试。即使在医院内部，遥测单元仅限于在大型医院内的供所有患者的重症监护病房外面的6至10个单元。
另外的缺点是标准电极存在多个限制ECG的合理和广泛使用的问题。这些问题是：
1.由于金属、凝胶和粘合剂反应，电极会与肌肤发生反应，这就需要在住院期间进行多次调整；
2.缺少为了正确放置电极所需的知识；
3.放置电极的时间；
4.与延长检测相关的复杂化，例如由于汗水、患者的移动和错误的放置等导致的电极的经常滑落；
5.使用标准电极导出的ECG易于产生导致错误的ECG的肌肉假象。
进一步的缺点为使用标准电极获得的心电图是劳动和材料密集型的。在特定情况下，即使遥测装置也要每天为每个患者花费多于2～3个小时的护理时间来安装和重新安装标准电极。
由于电线、与其接触的护理人员和医院工作人员以及对电极的频繁的护理注意力，进一步的缺点为在医院里ECG成为了院内感染传播的源头。
因此，市场上有必要提供一种系统和方法去克服上述的缺陷。
发明内容
本发明实施例描述了一种ECG系统，通过避免在患者身体上手动识别并为接触式传感器准备位置以放置传感器在这些位置上，所述ECG系统能够容易地、不显眼地并快速地对任何患者或人员的ECG数据进行频繁的、经济的且可访问的记录。所描述的系统通过非接触式与日常和终生的多小时多导联检测克服了接触式电极相关的问题。
一方面，提供了一种医疗设备(又称为“DPM”)，用于使用非接触式ECG传感器提供人体的心电图(ECG)信号。所述医疗设备包括：输入口，用于从非接触式ECG传感器阵列中接收非接触式ECG信号；处理器，用于执行选择处理，包括：检测与非接触式ECG阵列相邻的身体部位；将成组的非接触式ECG传感器与每个检测到的身体部位相关联；从每一组中选择具有最高信号质量的非接触式ECG传感器；处理器基于从每个选定的非接触式ECG传感器接收的非接触式ECG信号来生成标准ECG信号；输出口，用于发送标准ECG信号。
所述医疗设备可以是重量少于2lbs的轻量便携式设备。
在一个实施例中，选择处理进一步包括如下步骤：使用与非接触式ECG传感器相关联的非接触式ECG信号来获取身体轮廓，所述非接触式ECG传感器与人体相邻；确定人体在非接触式ECG传感器阵列中的位置；将非接触式ECG传感器分组并通过身体轮廓和人体的位置将每一组与身体部位相关联；从每一组中选择能够提供具有最高质量的非接触式ECG信号的非接触式ECG传感器。
在一个实施例中，处理器通过测量每个非接触式ECG传感器和人体之间的阻抗来识别与人体相邻的非接触式ECG传感器。
在另外的实施例中，医疗设备用于在人体相对于非接触式ECG传感器阵列移动之后为给定的身体部位选择另外的非接触式ECG传感器。在进一步的实施例中，处理器用于连续地重新执行选择处理以进行对另外的非接触式ECG传感器的选择。当与每个身体部位相关联的选定的非接触式ECG传感器的信号质量下降超过给定阈值时，处理器也可以连续地监测信号质量以重新执行选择处理。
所述医疗设备包括不同的操作模式，包括：非接触模式，用于输出第一标准ECG信号，第一标准ECG信号根据非接触式ECG信号而产生；混合模式，用于输出第二标准ECG信号，第二标准ECG信号根据非接触式ECG信号和从传统接触式电极处接收的传统ECG信号而产生；以及旁通模式，用于输出第三标准ECG信号，第三标准ECG信号根据从传统接触式电极处接收的传统ECG信号而产生。
所述医疗设备进一步包括自动增益控制机构，用于控制不同的非接触式ECG传感器之间的相对阻抗差异以及由于每个非接触式传感器与人体之间的距离或衣物材料类型的差别引起的每个非接触式ECG传感器和人体之间的绝对阻抗。
所述医疗设备还包括用于将标准ECG信号通过数据网络发送给远程装置的有线/无线端口。
另一方面，提供了一种使用非接触式心电图(ECG)传感器提供人体的ECG信号的系统，所述系统包括：传感器衬垫，包括非接触式ECG传感器阵列；处理器，可操作地连接到传感器衬垫，且用于从非接触式ECG传感器处接收非接触式ECG信号并执行选择处理，所述选择处理包括:检测与非接触式ECG传感器阵列相邻的身体部位；将成组的非接触式ECG传感器与每个检测到的身体部位相关联；从每一组中选择具有最高信号质量的非接触式ECG传感器；传感器基于从每个选定的非接触式ECG传感器接收的非接触式ECG信号来生成标准ECG信号；以及用于输出标准ECG信号的输出口。
在一个实施例中，传感器衬垫包括接地衬垫以与人体相邻且保持一定距离地放置，接地衬垫用于为人体提供电容耦合接地参考以减少干扰。
在另外的实施例中，接地衬垫由从非接触式ECG信号导出的反馈信号驱动。
所述系统进一步包括驱动信号发生器，所述驱动信号发生器构造为向接地衬垫馈送ECG频段之外的高频信号，以确定每个非接触式ECG传感器的电容耦合接地参考。
在一个实施例中，非接触式ECG传感器包括：电容电极，用于与人体进行电容耦合，以输出代表心脏电活动的电荷；电动力传感器，所述电动力传感器构造为检测并放大由电容电极产生的电荷；以及电极罩，所述电机罩被物理地设置为与电极相邻，用于降低电动力传感器的输入端处的杂散干扰。
非接触式ECG传感器由柔性材料制成。
在一个实施例中，传感器衬垫设置在与人体接触的织物中或设置在凝胶、硅树脂、橡胶类型衬垫和垫子之一中。
在另一方面，提供了一种使用非接触式心电图(ECG)传感器提供人体的ECG信号的方法，方法包括：从非接触式ECG传感器阵列接收非接触式ECG信号；检测与非接触式ECG传感器阵列相邻的身体部位；将成组的非接触式ECG传感器与每个检测到的身体部位相关联；从每一组非接触式ECG传感器中选择具有最高信号质量的非接触式ECG传感器；基于每个选定的非接触式ECG传感器的非接触式ECG信号生成并输出标准ECG信号。
所述方法进一步包括使用与非接触式ECG传感器相关联的非接触式ECG信号获得人体的身体轮廓，所述非接触式ECG传感器与人体相邻；确定人体在非接触式ECG传感器阵列中的位置；将非接触式ECG传感器分组并利用身体轮廓和人体的位置将每一组与身体部位相关联；从每一组中选择能够提供具有最高质量的非接触式ECG信号的非接触式ECG传感器。
在一个实施例中，方法进一步包括：通过测量每个非接触式ECG传感器和人体之间的阻抗来识别与人体相邻的非接触式ECG传感器。
方法进一步包括：连续地重复检测至选择的步骤，以使得在人体相对于非接触式ECG传感器阵列移动之后为给定的身体部位选择另外的非接触式ECG传感器。在一个实施例中，连续地监测选定的与每个身体部位相关联的非接触式ECG传感器的信号质量，并在人体相对于非接触式ECG传感器阵列移动后当信号质量下降至超出给定阈值时，重复检测至选择的步骤以为给定的身体部位选择另外的非接触式ECG传感器。
以下术语定义如下：
术语“导联”旨在表示人体上提供和显示PQRSTU波形的两个位置之间的测量电压的差异。
术语“ECG导联”旨在表示基于人体上两个医学意义的位置之间的测量电压差异的医学意义的ECG信号。
标准ECG信号是与现有医疗装备相联系且符合ECG标准的ECG信号。标准ECG信号包括单个节奏带或任何数量的标准医学意义的ECG导联。
节奏带是显示PQRSTU波形之间的节奏的任意导联。节奏带不需要从医学意义上的ECG位置采集ECG信号。
根据下面对所选实施例的详细描述，本发明主题的特征和优点将变得更加显而易见，如附图所示。应理解，在不脱离权利要求的范围的情况下，公开和要求保护的主题可以从各个方面进行修改。因此，附图和说明书在本质上被认为是说明性的，而不是限制性的，并且本发明主题的全部范围在权利要求中得以阐述。
附图说明
从下面的详细描述并结合附图，本发明的特征和优点将变得显而易见，其中：
图1是根据实施例的示例性的ECG系统的框图；
图2示出了根据实施例的传感器矩阵的非限定性示例；
图3示出了根据实施例的说明选择算法进行的主要步骤的流程图；
图4示出了使用根据实施例的系统为患者获得的全PQRSTU波形的示例；
图5示出了传感器阵列在不与患者皮肤直接接触的情况下如何捕捉ECG信号；
图6示出了根据实施例的说明非接触式ECG传感器的示例性传感器设计的结构框图；
图7示出了根据实施例的非接触式ECG传感器的实体设计的示例；
图8示出了根据实施例的系统总体设计的示例性框图；
图9示出了根据实施例的示例性的增益控制机构的框图；
图10示出了根据实施例的说明RLD发生器功能的示例性框图；
图11示出了用于获得标准ECG导联的医学认可的ECG位置；
图12示出了标准ECG导联的示例，每个导联以人体上两个位置之间的矢量来显示；
图13a和13b示出了系统如何确定患者的身体轮廓的示例；
图14示出了使用非接触式ECG传感器提供人体的心电图(ECG)信号的方法的流程图；
应当注意的是，在所有的附图中，相同的特征使用相同的附图标记表示。
具体实施方式
一种使用非接触式ECG传感器为人体提供标准ECG信号以输出到外部医疗装置(以及新的/专用的监测器，或与计算设备相连的显示设备上以供观察)或在远程/本地装置上以供存储或观察。该系统包括数字处理模块(Digital Processing Module，DPM)，其与设置在织物或类似物之中的非接触式ECG传感器阵列相连。在DPM中植入了一套选择机制，使得DPM利用不同ECG传感器的ECG信号来识别身体部位并为每个身体部位选择最佳的传感器导联。然后，DPM使用选定的ECG信号为检测到的不同身体部位生成标准ECG信号。该系统用于连续地重新检查该选择以确保在身体部位发生移动之后，为给定的身体部位选择最佳的导联，从而保证了对患者的持续且不间断的ECG监测。
通过参考下面给出的例子，可更容易地理解本发明，这些例子是对本发明的说明而不是限定其范围。
现参考附图，图1示出了根据实施例的示例性的ECG系统200的框图。如图1所示，该系统200包括设置于传感器衬垫7中的非接触式传感器阵列(在非限制性实施例中)，以及利用电缆9可操作地连接到传感器阵列的数字处理模块(DPM)2，该DPM 2从设置于传感器衬垫7中的传感器中获取传感器读数，DPM 2构造为同时记录心脏的电生理活动(体表电位图)以及识别最佳的电极/传感器以将标准ECG信号(+后心尖)输出到现有的医疗设备6中。DPM可以通过互联网或数据网络与移动设备3或者云4相连接以使得数据能够随时且实时地供医生使用，从而医生可以快速诊断由DPM 2检测出的心律失常和缺血性变化。
在一个非限制性示例中，DPM 2可以是重量少于2lbs的轻量便携式医疗设备，能够携带以进行连续地ECG监测。
如上所述，DPM 2构造为生成符合现有医学标准的输出信号，以使得输出信号与由标准接触式ECG系统获取的信号相同，并可以使用现有的医疗装备6以即插即用的方式观察/读取(从而不会对现有医疗装备作改动以读取和输出从DPM接收的标准ECG信号)。DPM 2包括数据输出插头，用于接收标准电缆8以输出使用现有医疗设备6同时读取的信号。如果附接了标准中继电缆5，DPM 2也能够同时记录接触式ECG信息。
但是，DPM 2也可以有自身的内置的或外连的显示装置，且DPM2可以经由通信/数据网络发送/流传输标准ECG信号以使标准ECG信号能够供本地/远程个人电脑或便携式设备使用。
应注意，图1示出了一个非限制性实施例，可以在不脱离权利要求中限定的本发明范围的情况下对系统200进行变动。例如，虽然图1示出了在不同模块之间传输数据的电缆，但是可以预期使用包括但不限于Wi-Fi、蓝牙等的无线连接。
此外，传感器阵列可以设置于多种其他的物件当中，包括：衣服、床和车辆装置/部件。在另外的实施例中，传感器阵列可被设置于多个装置中，包括但不限于：家具(例如椅子、床/床垫/毯子、沙发、坐垫和床垫)、车辆装置中(例如座椅、头靠、方向盘等)或者穿戴式装置(例如夹克、衬衫、T恤、毛衣或文胸等)中。
选择算法
传统的ECG指示了基于患者生理学的电极位置，由此将传统的接触式电极附着在这些位置上，保持相对的身体位置而没有考虑患者的移动。例如，如图11中所示例的，应当将电极V1放置在胸骨右侧的第4肋间位置，应当将电极RA放置在右臂上，电极LA放置在和电极RA相同的位置但是在左臂上，应当将电极RL放置在右腿、外侧小腿肌肉上等等……这些电极和它们的位置的重要性在于两个特定位置之间的电压差异代表医学意义上的ECG导联(关于图11和图12所述的)，且在心电图中导联代表向量，沿此向量测量并记录心脏去极化以产生心电图。
因此，为了产生与传统的ECG标准兼容的ECG信号，虽然数据是以非接触的方式收集的，但是也有必要按照相同的原则进行。
图2示出了根据实施例的传感器矩阵202的非限制性示例。如图2所示，矩阵202包括以矩阵结构排列的m行n列的传感器10，以使得无论患者在矩阵202上如何放置，总会有至少一个传感器位于与传统ECG电极的物理位置相对应的患者身体的位置上。采用内置在DPM2的自适应算法，DPM2可被用于从矩阵202中选择给定的传感器10来获取连续的ECG读数，此给定的传感器10对应于患者身体上定义的ECG位置。
图3为根据实施例的说明由阵列算法204进行的主要步骤的流程图。在步骤210中，该算法通过测量每个传感器10和患者之间的阻抗来检测哪个传感器10与患者的身体相邻，这可以检测到可以被用来从中获取数据的传感器10。接着分析这些传感器10(那些确定的与身体相邻的传感器)输出的ECG信号以获得患者的身体轮廓。
在一个非限定性的实施例中，实施例可以使用不同类型的信息来获取身体轮廓。第一种类型是代表身体和传感器之间距离的耦合阻抗。当耦合阻抗过高，传感器距离身体过远而不能使用。第二种类型是信号自身，例如信号的形态以及信号看起来怎么样，是否具有通常的ECG模式(PQRSTU波形)。第三种信息类型涉及提供良好ECG信号的ECG传感器的几何位置。这些传感器和它们的位置提供了如图13a和13b所示的人体的几何形状的指示。在图13a的实施例中，假设用户250正躺在内置有传感器衬垫202的床垫上，与患者身体相邻的传感器10a将获得良好的ECG信号同时位于患者身体以外的传感器10b将不会获得良好的信号。基于这些信息以及衬垫202上每个传感器的位置，DPM 2可以获得患者的身体轮廓252，如图13b所示，从身体轮廓252中DPM能够确定身形、宽度和患者身体的其它尺寸。使用这些信息和嵌入到DPM 2中的一套规则，DPM 2可以检测/确定身体部位的位置并将一个或多个传感器10与每个身体部位/身体位置关联起来以用于下文所述的ECG目的。
在步骤212中，该算法分析从传感器接收的ECG信号并将其与已经检测到的身体轮廓结合以在衬垫上搜寻患者身体的位置。在步骤214中，该算法使用从步骤210和212获得的信息来确定每个传感器10位于身体的位置。一旦传感器组靠近于用于ECG目的的每个主要身体部位(右臂、左臂等)，则按照步骤216比较并过滤从那些相邻的传感器输出的信号，以选择一个具有最佳ECG信号的单个传感器，由此来接收和记录单个的身体部位的ECG数据。
在一个实施例中，DPM 2连续并动态地运行算法204，以便实时地重新检查从传感器10获得的读数，来重新验证具有最佳ECG读数的传感器10的选择，不断地考虑患者移动，由此可以选择新的传感器10，新的传感器10可提供比在移动之前选择的传感器10更好的读数。
在另外的实施例中，系统可以检测患者何时发生移动并确定何时有必要重新运行算法以重新计算是否需要进行新的选择。例如，系统可以监测信号的强度/质量并在信号质量下降至给定的阈值以下时确定重新运行选择算法204。
PQRSTU波形的检测
如上所述，该系统构造为记录心脏电生理活动和ECG。特别地，如图4所示，系统可以被设计为获取完整的PQRSTU频谱成分ECG波形，，图4示出了根据实施例的使用系统为患者获取的完整PQRSTU波形的示例。图4中示出的PQRSTU波形由心脏产生，被系统捕捉以供医生诊断观察使用。在一个实施例中，系统捕捉ECG读数并将其进行处理以生成可以使用现有的医疗设备读取和观察的ECG信号，产生和由标准接触式ECG系统生成的波形相同的波形，并且如此可用于替换所有应用的标准ECG系统。
无需赘言的是，非接触式传感器10不生成与现有医疗设备(如监测器或类似)相兼容的输出，因此不能与这些设备连接，因而需要进一步的处理。在一个实施例中，DPM将获得的信号转换为符合现有的医疗设备国际标准的格式。这可以无缝替代传统的ECG系统，而不需要更换现有的医疗诊断设备或重新培训医生和专业医护人员。可以在DPM 2中使用数字信号处理和数模转换器级(19)中的模拟输出电路的组合来执行这种转换。
传感器设计
正如上所述，实施例使用非接触式ECG传感器10获得患者的ECG读数。特别地设计传感器10以从患者身上捕捉高质量的ECG，而不需要与患者的皮肤发生直接的电接触。这使得能够距离患者一定距离和/或通过织物(如布料、寝具等)与患者的皮肤隔离地放置传感器10，如图5所示，图5示出了传感器阵列在不与患者的皮肤发生直接接触的情况下如何捕捉ECG信号的例子。
图6是说明根据实施例的示例性传感器设计的框图。如图6所示，传感器10包括导电电极33、电极罩32和包括放大器34和偏置电路35电压的电动传感器。在图6的示例性设计中，将增益/电流缓冲放大器34用在一类负反馈拓扑中，且输入偏置网络35用于增加放大器34的有效输入阻抗以保持获取的ECG的信号质量。电动传感器的输入口和导电电极33相连接。使用屏蔽驱动电路(36)来产生反馈信号以连接到电极罩(32)，以通过降低电动传感器的输入口存在的寄生电容来进一步增加信噪比(SNR)。
导电电极33可以通过与皮肤/身体靠近但不接触的方式而电容耦合到患者的身体。这可以通过穿着衣服躺在一张内置有传感器10阵列的床上来实现(作为非限定性实施例)。由心脏的电活动产生的靠近患者皮肤表面的电场在没有直接电接触的情况下电容性诱导导电电极33上的电荷。这些电荷被电动传感器收集并放大，生成能够代表该位置的心脏电活动(完整PQRSTU)的电信号(电压)。
构造电机罩32以降低电动传感器接收的杂散干扰数量并降低放大器34的输入口的有效电容，这有助于保持获取的ECG信号质量。
在一个非限制性实施例中，电极33和电极罩32由弹性/柔性材料制成，使得传感器10更好地适应人体的几何形状以及更好地获取ECG读数。同时，这种构造还使得传感器10无缝地设置于织物(或以下任一种：凝胶/硅树脂/橡胶类型衬垫/垫子)中，传感器阵列将放置于所述织物中。
图7示出了传感器10的物理设计的示例。如图7中所示的示例，该物理设计包括物理地实现为层39的导电电极33，物理地实现为层40的电极罩32和嵌入层41的电路剩余部分。整体结构可以在基体37上制造，所述基体37也可以是印刷电路板。在图7所示的设计中，层39、40和41可以通过电介质层38彼此隔离以提供电绝缘。
图8示出了根据实施例的系统总体设计的示例性框图。
参照图8和以上参照图1所述的内容，系统包括传感器衬垫7，该传感器衬垫7包括如图2所示的以阵列202的形式设置的非接触式ECG传感器(以下称为“CECG传感器10”)。该传感器衬垫7还包括接地衬垫15、驱动电路，如右腿驱动(RLD)发生器14(后面会讨论)以及A/D转换器13。传感器衬垫7输出传感器10的数字化ECG读数到DPM 2。RLD发生器14构造为向接地衬垫15馈送在ECG频带之外的高频信号。然后高频信号通过患者身体耦合到CECG传感器上，在此处DPM 2记录和分析振幅。这给系统提供了每个传感器与患者耦合程度的度量标准(实际上为阻抗测量)以确定来自每个传感器的信号质量。
除了数字化CECG传感器数据，DPM 2还可以构造为以模拟格式接收传统电极的标准ECG数据。可选地通过使用标准接触式电极和中继电缆(5)而获取这些模拟ECG数据。可以使用ADC 17对模拟信号进行转换。之后信号使用数字信号处理单元18进行过滤并通过多个有线的和无线的接口输出(如通过Wi-Fi(22)或以太网(23)输出至移动应用(3)/云服务器(4)上，通过“模拟CECG&ECG输出”接口输出至现有的医疗设备(6)上)。
DPM 2包括某种类型的非易失性存储器，如用于储存ECG数据(如果需要的话)的闪存26。DPM 2还可以构造为进行急性问题诊断，通过任一个通信接口或集成声音警报器(24)发出警告。DPM 2还包括蓝牙低功耗接口(21)，以使得用户能通过移动设备进行配置。还可以包括只读存储器(25)以存储唯一标识符。可采用密码处理模块(27)对通信接口发送/接收的数据进行加密和解密处理并安全地储存数据加密的口令。
所有的传感器数据(非接触式和接触式)都可以通过有线的和无线的接口进行发送。阵列算法204(如上图3中已讲述)决定通过模拟接口19向现有医疗设备输出哪个传感器的信息。设置继电器20以切换从传统电极接收的模拟数据和从非接触式传感器10接收的模拟数据，并允许DPM 2在二者之间进行比较。如果需要的话，在DPM 2中可以构造为关闭以像直通电缆一样作用，而不会影响接触式ECG信号(由处理单元和继电器(20)控制)。DPM 2还可以在混合模式下使用，在该模式下如果改善了ECG信号的质量，可通过模拟接口输出CECG和ECG传感器的组合。
自动增益校正
由于电生理传感器10的大而有限的输入阻抗，在每个传感器10和患者身体之间的电容耦合的变化(例如每个传感器和身体之间距离的变化)会引起每个传感器通道的增益的变化。这会影响ECG导联的振幅，干燥的接触式粘附电极会以同样的方式产生比新的电极低的信号质量。为了解决这个问题，提供了增益控制机构，以使得系统能够控制不同非接触式ECG传感器之间的相对阻抗差异和每个非接触式ECG传感器和人体之间的绝对阻抗，所述绝对阻抗是由每个非接触式ECG传感器和人体之间的距离差异引起的。如图9所示，在每个传感器通道42(在模拟域或数字域中)上设置可编程增益放大器43来补偿由传感器10和人体之间的耦合差异引起的增益变化。图9是根据实施例的说明示例性增益控制机构的框图。如图9所示，增益控制机构220包括反馈回路，该反馈回路包括耦合在PGA 43和处理器45之间的ADC 44，处理器45自身与PGA 43相连接，以在发生变化时实时地控制其增益。
处理器45可以是专用处理器，也可以是嵌入到DPM 2的处理单元18中的处理器模块。
右腿驱动
再参照图8，示出了在操作中接地衬垫15应当放置在靠近但不接触患者身体(在一定距离处)处。该衬垫由从ECG信号导出的反馈信号驱动以为患者身体提供电容耦合接地参考。通过这样的方式导出反馈信号以增加系统的共模抑制比(CMRR)(通常超过10dB)。这能够减少来自于共模信号的干扰并保持获得的ECG信号质量。
图10是根据实施例的说明RLD发生器14功能的示例性框图。如图10所示，使用开关矩阵(29)选择(或丢弃)从传感器接收的数据，开关矩阵(29)选择特定的传感器10以使用在处理单元(18)中数字地实现RLD算法而获取数据。然后信号相加(29)、反转和放大(30)。这构成了接地衬垫15的驱动信号。
RLD算法构造为监测从每个传感器获得的共模信号(并通过扩展，从选择算法输出ECG信号)。RLD算法可以选择在反馈配置中将RLD信号应用于患者后提高了系统共模抑制比的传感器组。
获取的导联
如上所述，将当前的ECG与先前的ECG进行比较的能力是具有巨大的医疗价值的，这对于不具备长期监测的现有系统来说是不可能的。例如，异常的ECG并不能表明是急性心脏病，且正常的ECG并不排除心脏病。因此，有必要将新的ECG和过去做的ECG进行比较。标定包括：
·节律有变化吗？
·频率有变化吗？
·传导时间有变化吗？
·心轴有变化吗？
·有新的病理性Q波吗？
·R波尺寸有变化吗？
·ST有变化吗？
·T波有变化吗？
上述变化会立即地导致进一步的检查。心电图的变化可以被进一步地分类为急性和慢性，但是，两者都需要心电图的比较。
通常来说，随着使用的电极数量增加，可能的监测时间会减少。当前，由于放置多个电极并将其保持在人体上的固有缺陷，当前标准的一个主要限制就是在使用多个电极获取长期监测时存在困难。
上文描述的系统第一次允许对心电图进行串行比较。该系统已经证明能够获得后路ECG导联。根据修改后的梅森-利克(Mason-Likar)导联系统，可以从躺在传感器矩阵上的患者处获取16导联ECG，该传感器矩阵被嵌入到垫子、椅子等当中。获取的导联包括：如图11和图12中所列出的导联Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、aVr、aVI、aVf、V1、V1R、V2、V2R、V3、V3R、V4、V4R、V5和V5R。图11示出了用于获取标准ECG导联的医学认可的ECG位置，图12示出了标准ECG导联的示例，每个导联以人体上两个位置之间的矢量来表示。
可以将包含传感器10的衬垫不易察觉地放置在垫子下面，以使得可以从后路导联处(如俯卧位)获取ECG数据；该系统可以基于在压力测试期间用于采集ECG的Mason-Likar传感器布置。由于肌肉、运动和人工制品等的影响，不会使用标准的12导联ECG布置，而被限制为10秒12导联ECG打印输出且对于短期到长期监测是不实用的。
后置电极是一种已经被接受的获取ECG的方法，在某些情况下，在更加广泛使用的前导联布置的方法中后置电极被用作辅助物。目前，前导联布置因为其便利性成为唯一使用的一种导联布置。然而，在某些情况下，采用标准电极执行俯卧位ECG导联，但是由于固有缺陷，没有形成标准。
图14是使用非接触式ECG传感器提供人体的心电图(ECG)信号的方法的流程图。如图14所示，该方法260开始于步骤262，从非接触式ECG传感器阵列中接收非接触式ECG信号。步骤264包括检测靠近非接触式ECG传感器阵列的身体部位。步骤266包括从每组中选择具有最高信号质量的非接触式ECG传感器。步骤268包括基于每个选定的非接触式ECG传感器的非接触式ECG信号生成标准ECG信号。
尽管结合附图已经对上述优选的实施例进行了说明，但是对本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况可以进行修改。这样的修改被认为是包含在本发明范围内的可能变化。

Claims (15)

1.一种用于提供人体的心电图(ECG)信号以供在远程/本地设备上存储和/或观察的数字处理模块(DPM)(2)，所述数字处理模块(2)包括：
输入口，适用于从与人体相邻的非接触式ECG传感器(10)阵列中接收人体的非接触式ECG信号；
处理器，适用于执行选择处理，所述选择处理包括：
根据与每个非接触式ECG传感器(10)相关联的每个非接触式ECG信号的质量，获取所述人体的身体轮廓(252)；
使用嵌入在数字处理模块(2)中的成套的规则，检测位于所述身体轮廓(252)中的一个或多个身体部位；
将成组的非接触式ECG传感器(10)和每个检测到的身体部位相关联；
从每一组中为与这组非接触式ECG传感器(10)相关联的身体部位选择具有最高信号质量的非接触式ECG传感器(10)；
所述处理器适用于产生基于非接触式ECG信号的标准ECG信号，从选定的非接触式ECG传感器(10)中接收所述非接触式ECG信号；以及
输出口，用于向所述远程/本地设备发送所述标准ECG信号。
2.根据权利要求1所述的数字处理模块(2)，其中，所述处理器还适用于执行以下步骤：
a.确定所述人体在所述非接触式ECG传感器(10)阵列中的位置；
b.将所述非接触式ECG传感器(10)分组并通过所述身体轮廓(252)和所述人体的所述位置将每一组与身体部位相关联；
c.对于每一组，从中选择能够提供最高信号质量的所述非接触式ECG传感器(10)。
3.根据权利要求2所述的数字处理模块(2)，其中，所述处理器通过测量每个非接触式ECG传感器(10)和所述人体之间的阻抗来识别与所述人体相邻的所述非接触式ECG传感器(10)。
4.根据权利要求1所述的数字处理模块(2)，其中，所述数字处理模块(2)适用于在所述人体相对于所述非接触式ECG传感器(10)阵列移动之后为给定的身体部位选择另外的非接触式ECG传感器(10)。
5.根据权利要求4所述的数字处理模块(2)，其中，所述处理器适用于连续地重新执行所述选择处理以进行对所述另外的非接触式ECG传感器(10)的选择，或者，在当前信号质量下降至超出给定阈值时，所述处理器适用于连续地监测选定的非接触式ECG传感器(10)的当前信号质量以重新执行所述选择处理，所述选定的非接触式ECG传感器(10)与每个身体部位相关联。
6.根据权利要求1所述的数字处理模块(2)，其中，所述数字处理模块(2)包括不同的操作模式，所述操作模式包括：
非接触模式，用于输出第一标准ECG信号，所述第一标准ECG信号根据所述非接触式ECG信号而产生；
混合模式，用于输出第二标准ECG信号，所述第二标准ECG信号根据所述非接触式ECG信号和从传统接触式电极接收的传统ECG信号而产生；以及
旁通模式，用于输出第三标准ECG信号，所述第三标准ECG信号根据从所述传统接触式电极接收的传统ECG信号而产生。
7.根据权利要求1所述的数字处理模块(2)，
a)还包括自动增益控制机构(220)，适用于控制不同的非接触式ECG传感器(10)之间的相对阻抗差异以及由于每个非接触式ECG传感器(10)与所述人体之间的距离或衣物材料类型的差别引起的每个非接触式ECG传感器(10)和所述人体之间的绝对阻抗；
b)还包括有线/无线数据端口，用于将所述标准ECG信号通过数据网络发送给远程装置。
8.一种用于提供人体的心电图(ECG)信号以供在远程/本地设备上存储和/或观察的系统(200)，所述系统(200)包括：
传感器衬垫(7)，包括非接触式ECG传感器(10)阵列；
处理器，所述处理器能够操作地连接到所述传感器衬垫(7)，且适用于从所述非接触式ECG传感器(10)接收非接触式ECG信号并执行选择处理，所述选择处理包括：
根据与每个非接触式ECG传感器(10)相关联的每个非接触式ECG信号的质量，获取所述人体的身体轮廓(252)；
使用嵌入在数字处理模块(2)中的成套的规则，检测位于所述身体轮廓(252)中的一个或多个身体部位；
将成组的非接触式ECG传感器(10)和每个检测到的身体部位相关联；
从每一组中为与这组非接触式ECG传感器(10)相关联的身体部位选择具有最高信号质量的非接触式ECG传感器(10)；
所述处理器适用于产生基于非接触式ECG信号的标准ECG信号，从选定的非接触式ECG传感器(10)中接收所述非接触式ECG信号；以及
输出口，用于向所述远程/本地设备输出所述标准ECG信号。
9.根据权利要求8所述的系统(200)，其中，所述传感器衬垫(7)包括接地衬垫(15)以与所述人体相邻且保持一定距离地放置，所述接地衬垫(15)适用于为所述人体提供电容耦合接地参考以减少干扰。
10.根据权利要求9所述的系统(200)，其中，所述接地衬垫(15)由从所述非接触式ECG信号导出的反馈信号驱动，或者，所述系统(200)进一步包括驱动信号发生器(14)，所述驱动信号发生器(14)构造为向所述接地衬垫(15)馈送位于ECG频段之外的高频信号，以确定每个非接触式ECG传感器(10)的电容耦合接地参考。
11.根据权利要求8所述的系统(200)，其中，所述非接触式ECG传感器(10)包括：
电容电极(33)，适用于与所述人体进行电容性耦合，以输出代表心脏电活动的电荷；
电动力传感器，所述电动力传感器构造为检测并放大由所述电容电极产生的电荷；以及
电极罩(32)，所述电极罩(32)物理地设置为与电极(33)相邻，用于降低所述电动力传感器的输入端处的杂散干扰。
12.根据权利要求11所述的系统(200)，其中，所述非接触式ECG传感器(10)由柔性材料制成，或者，所述传感器衬垫(7)设置在与所述人体接触的织物中或凝胶类型衬垫、硅树脂类型衬垫或橡胶类型衬垫之一中。
13.一种使用非接触式ECG传感器(10)提供人体的心电图(ECG)信号的方法，所述方法包括：
从与人体相邻的非接触式ECG传感器(10)阵列接收非接触式ECG信号；
根据与每个非接触式ECG传感器(10)相关联的每个非接触式ECG信号的质量，获取人体的身体轮廓(252)；
使用嵌入在数字处理模块(2)中的成套的规则，检测位于所述身体轮廓(252)中的一个或多个身体部位；
将成组的非接触式ECG传感器(10)和每个检测到的身体部位相关联；
从每一组中为与这组非接触式ECG传感器(10)相关联的身体部位选择具有最高信号质量的非接触式ECG传感器(10)；
基于从选定的非接触式ECG传感器(10)接收的非接触式ECG信号生成并输出标准ECG信号。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
确定所述人体在所述非接触式ECG传感器(10)阵列中的位置；
将非接触式ECG传感器(10)分组并通过所述身体轮廓(252)和所述人体的所述位置将每一组与身体部位相关联；
对于每一组，从中选择能够提供具有最高信号质量的所述非接触式ECG信号的所述非接触式ECG传感器(10)，
通过测量每个非接触式ECG传感器(10)和所述人体之间的阻抗来识别与所述人体相邻的所述非接触式ECG传感器(10)。
15.根据权利要求13所述的方法，
a)进一步包括：连续地重复检测至选择的步骤，以使得在所述人体相对于所述非接触式ECG传感器(10)阵列移动之后为给定的身体部位选择另外的非接触式ECG传感器(10)，或者，
b)进一步包括：连续地监测与每个身体部位相关联的选定的非接触式ECG传感器(10)的当前信号质量；以及在所述人体相对于所述非接触式ECG传感器(10)阵列移动之后，当所述当前信号质量下降至超出给定阈值时，重复检测至选择的步骤以为给定的身体部位选择另外的非接触式ECG传感器(10)，或者，
c)进一步包括控制不同的非接触式ECG传感器(10)之间的相对阻抗差异以及由于每个所述非接触式ECG传感器(10)与所述人体之间的距离或衣物材料类型的差别引起的每个非接触式ECG传感器(10)和所述人体之间的绝对阻抗。
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