CN1736326A - 多电极模块及使用它的测量方法和设备以及引线搜索方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于测量生物信号的多电极模块、一种用于通过使用所述多电极模块来测量生物信号的方法和设备以及一种引线搜索方法。一种用于通过使用多电极模块来测量生物信号的设备，包括：包括绝缘贴片和传感器阵列的多电极模块，所述传感器阵列包括地电极和多个单个电极；电极选择部件，用于依赖于要测量的生物信号的类型来从多个单个电极中选择包括基准电极和测量电极的多个电极对；和信号处理部件，用于获得来自所述多个电极对的生物信号。

Description

多电极模块及使用它的测量方法和设备以及引线搜索方法

技术领域

本发明涉及测量生物信号，具体而言，涉及一种用于测量生物信号的多电极模块，一种用于通过使用多电极模块来测量生物信号的方法和设备，以及一种使用多电极模块的引线搜索方法，借此无论所述多电极模块的附着位置和电极的布置方向如何，都可以测量诸如心电图(ECG)或心率(HR)之类的生物信号。

背景技术

典型地，把电极附于人体的特定位置以便结合医疗器械来作出诊断。通过组合某种元件来制造电极。信号线把分析仪器和附于病人皮肤的期望位置上的金属或导电电极互连。线和电极的组合被称作引线(lead)。从胸部的心脏产生的电流沿着皮肤表面流动，并且在附于皮肤的二个电极之间生成电压差以便测量。使用附于人体皮肤的电极的最可用的诊断测试之一是ECG。使用12个引线位置的一般ECG测量提供了最准确的信号来检测由缺血(ischemia)所引起的ECG变化。对于使用12个引线位置的ECG测量而言，有必要把10个电极附在病人身体和肢体上的各个位置以便分析ECG数据。从第一到第九引线读取在ECG上的12个记录，而把第十引线用作地。在十个电极之中，依照预先确定的解剖界标，把六个电极应用于病人的胸部，而把其余4个电极应用于肢体。通常，分别把应用于胸部的电极表示为V1、V2、V3、V4、V5和V6，并且对应于心口(precordial)引线。分别把应用于肢体的电极表示为LA、RA、LL和RL(地)，并且对应于肢体引线。

为了获得准确且可再现的记录，准确地定位心口引线是非常重要的。然而，难于准确地布置并附着多个引线。因此，对于进行附着电极的人来说，这种麻烦的工作消耗很多时间并且要求知识、技术和工作量。常常，由于没有适当地布置所述引线并且甚至把引线附着在略低或略高的位置上，从而产生不良的ECG数据。另一方面，定期的ECG测试对提供病人的ECG概略(profile)来说是重要的，以便早期检测并诊断心血管疾病。为了提供准确的ECG概略，要求把电极布置在与先前测试中相同的位置上，并且要求安全地固定所述电极。

不幸地是，依照使用12个引线位置的常规ECG测量，附着6个心口引线的位置对每个病人几乎是一样的，虽然病人心脏的位置彼此稍有不同。因此，难于作出准确的诊断。此外，由于在每次定期的ECG测试常常已经把6个心口引线附于略微偏离的位置，所以降低了持久管理ECG数据的准确性和可靠性。

为了克服这种缺陷，已经通过把多个电极集成到至少一个模块中开发了多电极模块。然而，还是难于准确地识别所述电极模块的附着位置。此外，由于心电的活动信号的极性可随所述电极的布置方向而改变，因此无技巧的一般用户感觉不便。

发明内容

本发明提供一种多电极模块，以及一种用于通过使用所述多电极模块来测量生物信号的方法和设备，借此通过简化用于测量心电的活动信号的电极的布置，不具有关于电极模块的附着位置或所述电极的布置方向的信息的一般用户，可以方便地使用所述多电极模块。

本发明还提供一种使用多电极模块的引线搜索方法，借此可以从Eindhoven三角形的引线I、II和III来可再现地高速获得多个心电图信号。

依照本发明的一方面，提供一种用于测量生物信号的多电极模块，包括：绝缘贴片，可附于人体皮肤；和传感器阵列，设置在所述绝缘贴片内，所述传感器阵列包括附于人体皮肤的多个单个电极和地电极。

把位于处于基本上圆弧上的各单个电极中央的单个电极选择为基准电极，而把处于基本上圆弧上的单个电极顺序地选择为测量电极。

把处于基本上圆弧上的每个单个电极顺序地选择为基准电极，而把除在处于基本上圆弧上的单个电极中的基准电极之外的其余至少一个单个电极选择为测量电极。

把位于处于基本上圆弧上的单个电极中央的单个电极选择为基准电极，而把处于基本上圆弧上的单个电极短接以便提供单个测量电极。

依照本发明的另一方面，提供一种通过使用多电极模块来测量生物信号的方法，包括：把所述多电极模块附于人体皮肤，所述多电极模块包括绝缘贴片和传感器阵列，所述传感器阵列包括多个单个电极和地电极；依赖于要测量的生物信号的类型，通过从多个单个电极中选择基准电极和测量电极来组合包括所述基准电极和所述测量电极的多个电极对；并且获得来自多个电极对的生物信号，所述电极对包括基准电极和测量电极。

依照本发明的又一方面，提供一种用于通过使用多电极模块来测量生物信号的设备，包括：多电极模块，包括绝缘贴片和传感器阵列，所述传感器阵列包括地电极和多个单个电极；电极选择部件，用于依赖于要测量的生物信号的类型来从多个单个电极中选择多个电极对，所述电极对包括基准电极和测量电极；和信号处理部件，用于获得来自多个电极对的生物信号。

所述电极选择部件可以包括：操作部件，用于根据响应于用户输入选择的生物信号的类型来产生预先确定的控制信号；测量信号选择部件，用于把位于处于基本上圆弧上的各单个电极中央的单个电极选择为基准电极，并且把处于基本上圆弧上的各单个电极顺序地选择为测量电极；测量信号生成部件，用于把位于处于基本上圆弧上的多个单个电极中央的单个电极选择为基准电极以便提供基准信号，并且把处于基本上圆弧上的多个单个电极选择为测量电极以便提供测量信号；和切换部件，响应于控制信号来切换以便把所述多电极模块连接到所述测量信号选择部件或所述测量信号生成部件。

所述电极选择部件可以包括：操作部件，用于根据响应于用户输入选择的生物信号的类型来产生预先确定的控制信号；基准/测量信号选择部件，用于把处于基本上圆弧上的多个单个电极中的每个选择为基准电极以便提供基准信号，并且把处于基本上圆弧上的其余单个电极之一选择为测量电极以便提供测量信号；测量信号生成部件，用于把位于处于基本上圆弧上的多个单个电极中央的单个电极选择为基准电极以便提供基准信号，并且把处于基本上圆弧上的多个单个电极选择为测量电极以便提供测量信号；和切换部件，响应于控制信号来切换以便把所述多电极模块连接到所述基准/测量信号选择部件或所述测量信号生成部件。

依照本发明的又一方面，提供一种用于通过使用多电极模块来测量生物信号的引线搜索方法，所述多电极模块包括绝缘贴片和传感器阵列，所述传感器阵列包括多个单个电极和地电极，所述方法包括：存储关于电极对的信息以及从所述电极对产生的心电图数据，所述电极对包括从多个单个电极中选择的测量电极和从多个单个电极中选择的基准电极；比较所存储的心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最高正R峰值的心电图数据的电极对；并且把所发现的电极对选择为心脏轴方向引线。

依照本发明的又一方面，提供一种用于通过使用多电极模块来测量生物信号的引线搜索方法，所述多电极模块包括绝缘贴片和传感器阵列，所述传感器阵列包括多个单个电极和地电极，所述方法包括：存储关于电极对的信息以及从所述电极对产生的心电图数据，所述电极对包括从多个单个电极中选择的测量电极和从多个单个电极中选择的基准电极；比较所存储的心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最高正R峰值的心电图数据的第一电极对；比较所存储的心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最低正R峰值的心电图数据的第二电极对；把所述第一电极对选择为引线II，并且把第一和第二电极对的共用电极设置为所述引线II的负电极，而把其它电极设置为所述引线II的正电极；把所述第二电极对选择为引线I，并且把第一和第二电极对的共用电极设置为所述引线I的负电极，而把其它电极设置为所述引线I的正电极；并且通过把所述引线I的正电极设置为引线III的负电极，并且把所述引线II的正电极设置为所述引线III的正电极来选择引线III。

依照本发明的又一方面，分别提供一种用于执行通过使用多电极模块来测量生物信号的方法和引线搜索方法的计算机可读记录介质。

附图说明

通过参考附图来详细描述其示例性实施例，本发明的上述及其它特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是图示依照本发明第一实施例用于测量生物信号的多电极模块的示意图；

图2是图示依照本发明第二实施例用于测量生物信号的多电极模块的示意图；

图3是图示依照本发明第三实施例用于测量生物信号的多电极模块的示意图；

图4是图示通过使用依照本发明实施例的多电极模块来测量生物信号的方法的流程图；

图5是图示用于通过使用依照本发明第一实施例的多电极模块来测量生物信号的设备的框图；

图6是图示图5的测量信号选择部件的电路图；

图7A到7F是示出当采用图1的多电极模块时从图5的差分放大部件输出的六个ECG信号的波形图；

图8是图示用于通过使用依照本发明第二实施例的多电极模块来测量生物信号的设备的框图；

图9是图示图8的基准/测量信号选择部件的电路图；

图10A到10F是示出当采用图2的多电极模块时从图8的差分放大部件输出的六个ECG信号的波形图；

图11是图示用于通过使用依照本发明第三实施例的多电极模块来测量生物信号的设备的框图；

图12是图示图11的测量信号生成部件的电路图；

图13A到13D是示出当采用图3的多电极模块时从图11的差分放大部件输出的单个心电图信号的波形图；

图14是图示依照本发明的Eindhoven三角形的引线I、II和III的示意图；

图15是图示使用依照本发明实施例的多电极模块的引线搜索方法的流程图；

图16是用于描述图15的引线搜索操作的流程图；

图17是用于描述使用依照本发明另一实施例的多电极模块的引线搜索方法的流程图；

图18是用于描述图17的重新组织标准肢体引线的操作的流程图；和

图19是图示用于通过使用依照本发明第四实施例的多电极模块来测量生物信号的设备的框图。

具体实施方式

现在将参考附图来更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，可以采用许多不同的形式来具体实现本发明并且不应该把本发明认为是限制在这里阐明的实施例中；而是提供这些实施例使公开内容彻底并且完整，并且将向本领域技术人员完整地表达本发明的原理。在附图中相同的附图标记表示相同的元件，从而将不重复对它们的描述。

图1是图示依照本发明第一实施例的用于测量生物信号的多电极模块的示意图。所述多电极模块包括附于人体皮肤的绝缘贴片(patch)110、基准电极121、地电极122和第一到第六单个电极123到128。把基准电极121、地电极122和第一到第六单个电极123到128布置在贴片110内并且附于人体皮肤，从而构成传感器阵列。在所述传感器阵列中，基准电极121位于第一到第六单个电极123到128的中心，所述第一到第六单个电极123到128位于围绕圆弧的适当位置以便覆盖360°。

依照本发明的第一实施例，顺序地把第一到第六单个电极123到128选择为测量电极，并且为每个测量电极将每个测量电极和基准电极121的输出信号的差分放大迭代六次。另一方面，在不修改基准电极121的情况下，可以分别把第一到第六单个电极123到128中的两个选择为基准电极和测量电极。

图2是图示依照本发明第二实施例的用于测量生物信号的多电极模块的示意图。所述多电极模块包括附于人体皮肤的绝缘贴片210、地电极222和第一到第六单个电极223到228。把所述地电极222和第一到第六单个电极223到228布置在所述贴片210内并且附于人体皮肤，从而构成传感器阵列。在所述传感器阵列中，所述第一到第六单个电极223到228位于围绕圆弧的适当位置以便覆盖360°。可以从所述单个电极中可变地选择基准电极。也就是说，把第一到第六单个电极223到228之一选择为基准电极，并且把其余的单个电极选择为测量电极。例如，把第六电极228选择为基准电极，而把其余的第二到第五电极224到227选择为测量电极，使得增加从每个单个电极输出的信号。对于另一例子而言，把第六电极228选择为基准电极，而把第二到第五电极224到227短接以便用作测量电极。

由于把在图1和2中示出的多电极模块设置在病人的胸部中以便测量心电图(ECG)信号，所以它们保持具有各种几何结构的单个固定模式。使用在传感器阵列中的所有电极来检测每个病人的Eindhoven三角形的三条引线I、II和III。通过诸如电引线之类的有线通信来把在传感器阵列中的每个电极连接到生物信号分析器(图中未示出)。所述通信方法不受有线通信的限制，而是可以采用各种通信方法。例如，也可以采用使用蓝牙模块或光通信的无线通信。把每个电极电接触到人体皮肤上以便检测并发送从病人产生的电信号。优选的是，每个电极包括电极组件和附于所述电极组件的导电聚合粘着材料，如水凝胶粘着材料。而且，所述电极的形状并不局限于此，而是可以采用各种材料和结构。

图3是图示依照本发明第三实施例的用于测量生物信号的多电极模块的示意图。所述多电极模块包括附于人体皮肤的绝缘贴片310、基准电极321、地电极322和第一到第六单个电极323到328。把基准电极321、地电极322和第一到第六单个电极323到328布置在贴片310内并且附于人体皮肤，从而构成传感器阵列。在所述传感器阵列中，所述基准电极321位于第一到第六单个电极323到328的中央，所述第一到第六单个电极323到328位于围绕圆周适当的位置以便覆盖360°。

依照本发明的第三实施例，把所有第一到第六单个电极323到328短接以便用作测量电极，并且执行来自所述测量电极和基准电极321的输出信号的差分放大以便测量心率。因此，可以获得具有一致极性的ECG信号，而不考虑电极模块的附着位置和所述电极的布置方向，从而有效地测量心率。

通过使用在图1中示出的多电极模块，可以把在图1和3中示出的多电极模块具体化为单一类型。在这种情况下，有必要由接收端适当地处理从布置在贴片110内每个电极输出的信号，以便可以获得想要的生物信号。

图4是图示通过使用依照本发明实施例的多电极模块来测量生物信号的方法的流程图。在生物信号分析器(图中未示出)中完成下面将要描述的生物信号的分析。

在操作410，把多电极模块附于人体皮肤。所述多电极模块包括绝缘贴片和传感器阵列，所述传感器阵列包括地电极和围绕圆弧布置的N个单个电极，其中N是大于或等于2的整数。在操作420，依照用户的输入来确定要加以测量的生物信号是心率还是心电图。

作为操作420的结果，如果要加以测量的生物信号是所述心电图，那么在操作430，基于在图1或2中示出的电极的布置来选择所述测量和基准电极。依照在图1中示出的布置，把位于中央的单个电极选择为基准电极，并且把除所述基准电极之外的其余(N-1)个单个电极顺序地选择为测量电极。依照在图2中示出的布置，采用可变的方式来选择所述基准电极和测量电极。如果把除位于中央的单个电极之外的(N-1)个单个电极之一选择为基准电极，那么把其余的(N-2)个单个电极选择为测量电极。这里，把N设置为7。

在操作440，通过使用在操作430选择的基准电极和测量电极来获得(N-1)个生物信号。在这种情况下，可以使用(N-1)个生物信号来确定引线的电错接(miscontact)。如果没有输入生物信号或者生物信号的周期不在预先确定的正常周期范围内，那么可以确定所述引线的电错接，其中过滤所述生物信号以便消除电源线噪声和运动伪信号。

在操作450，通过分析在操作440获得的(N-1)个生物信号来搜索Eindhoven三角形的三条引线I、II和III。下面将要描述这些。

作为操作420的结果，如果要加以测量的生物信号是心率，那么在操作460，基于在图3中示出的电极的布置来选择所述测量和基准电极。依照在图3中示出的布置，把位于中央的单个电极选择为基准电极，并且把除所述基准电极之外的其余(N-1)个单个电极短接以便选择为测量电极。

在操作470，通过使用在操作460选择的所述基准和测量电极来获得单一的生物信号。在这种情况下，类似于操作440，可以使用单一的生物信号来确定引线的电错接。在操作480，通过分析在操作470获得的单一的生物信号来计算心率。

图5是图示用于通过使用依照本发明第一实施例的多电极模块来测量生物信号的设备的框图。所述设备包括测量信号选择部件510、差分放大部件520、滤波部件530、模拟/数字(A/D)转换部件540、微控制器560、引线错接检测部件550、显示部件570和存储部件580。优选的是，在图5中示出的设备可以使用在图1中示出的多电极模块。现在，与图1的多电极模块相关联地，将描述用于依照本发明第一实施例测量生物信号的设备的操作。为了便于解释，把包括基准电极的单个电极的数目设置为7，但是不受此数目的限制。

参照图5，测量信号选择部件510接收从第一到第六单个电极123到128输出的测量信号和从基准电极121输出的基准信号。所述测量信号选择部件510向差分放大部件520的非反相输入端子a和反相输入端子b提供从基准电极121输出的基准信号和从第一到第六单个电极123到128输出的测量信号之一。在这种情况下，从所述第一到第六电极123到128中顺序地选择测量信号。此外，所述地电极122作用为在使用12个引线位置的ECG测试器中的右腿。

所述差分放大部件520对于从非反相输入端子a顺序提供的测量信号和从反相输入端子b提供的基准信号来执行差分放大。滤波部件530执行从差分放大部件520输出的放大信号的过滤以便消除电源线噪声或运动伪信号。A/D转换部件540把从滤波部件530输出的所过滤的信号转换为数字信号，并且把所述数字信号提供到微控制器560。

引线错接检测部件550基于从测量信号选择部件510输出的测量和基准信号来检测引线的电错接，并且向微控制器560输出表示引线的错接状态或正常状态。这里，引线的错接意味着附于病人皮肤的、用于测量生物信号的所述电极不存在或坏的电连接状态。可以把滤波器安装在引线错接检测部件550的前端以便增加检测所述引线错接的可靠性。

微控制器560分析从滤波部件530输出的6个数字信号，以便获得Eindhoven三角形的引线I、II、III，假定从引线错接检测部件550输入用于表示引线处于正常状态的信号。如果从引线错接检测部件550输入用于表示所述引线错接状态的信号，那么微控制器560并不进入分析这6个数字信号，而是经由显示部件570发引线错接状态警报。

所述显示部件570可以经由字符消息或报警音来显示微控制器560的分析结果或引线错接状态。存储部件580存储所述微控制器560的分析结果。

图6是图示测量信号选择部件510的电路图。测量信号选择部件包括多路复用器610、第一缓冲器620、第二缓冲器630和反相放大器640。

多路复用器610采用顺序的方式选择从第一到第六单个电极123到128输出的测量信号之一，并且将其发送到第一缓冲器620。同样，多路复用器610把从基准电极121输出的基准信号递送到第二缓冲器630。此外，多路复用器610可以把从第一到第六单个电极123到128发送的两个信号分别选择为测量信号和基准信号，并且把它们分别发送到第一和第二缓冲器620和630。

所述第一和第二缓冲器620和630缓冲测量和基准信号并且分别把它们输出到差分放大部件520的非反相输入端子a和反相输入端子b。反相放大器640放大被递送给差分放大部件520的非反相输入端子a和反相输入端子b的信号，以便消除电源线噪声并且稳定地电极122的电压。

图7A和7F是示出当采用图1的多电极模块时从图5的差分放大部件520输出的六个ECG信号的波形图，其中横轴指的是时间(0.2s/Div.)，而纵轴指的是电压(0.1V/Div.)。

更具体地说，图7A示出了当输入基准电极121的基准信号和第一单个电极123的测量信号时差分放大部件520的输出信号。图7B示出了当输入基准电极121的基准信号和第二单个电极124的测量信号时差分放大部件520的输出信号。图7C示出了当输入基准电极121的基准信号和第三单个电极125的测量信号时差分放大部件520的输出信号。图7D示出了当输入基准电极121的基准信号和第四单个电极126的测量信号时差分放大部件520的输出信号。图7E示出了当输入基准电极121的基准信号和第五单个电极1 27的测量信号时差分放大部件520的输出信号。图7F示出了当输入基准电极121的基准信号和第六单个电极128的测量信号时差分放大部件520的输出信号。

图8是图示用于通过使用依照本发明第二实施例的多电极模块来测量生物信号的设备的框图。所述设备包括基准/测量信号选择部件810、差分放大部件820、滤波部件830、A/D转换部件840、引线错接检测部件850、微控制器860、显示部件870和存储部件880。优选地是，在图8中示出的设备使用在图2中示出的多电极模块，并且除基准/测量信号选择部件810之外，与在图5中示出的依照本发明第一实施例的设备具有类似的构造。现在，与图2的多电极模块关联，将要描述用于依照本发明第二实施例来测量生物信号的设备的操作，并且对于与图5中示出的类似部分将不再重复详细描述。为了简化解释，把包括基准电极的单个电极的数目设置为6，但是不受此数目的限制。

参照图8，基准/测量信号选择部件810接收来自第一到第六单个电极223到228的信号。所述基准/测量信号选择部件810缓冲从第一到第六单个电极223到228发送的信号之一，继而依照微控制器860的控制把它选择为基准信号。另外，所述基准/测量信号选择部件810缓冲从第一到第六单个电极223到228发送的其余信号，继而总计它们或把它们短接(short)以便将结果用作测量信号。分别向差分放大部件820的非反相输入端子a和反相输入端子b提供所选择的测量信号和基准信号。在这种情况下，所述地电极222作为在使用12个引线位置的ECG测试器中的右腿来起作用。例如，可以把第一单个电极223的输出信号用作基准信号，而可以把第二到第六单个电极224到228的输出信号的和用作测量信号。对于另一例子而言，可以把第一单个电极223的输出信号用作基准信号，而可以把第二到第六单个电极224到228的输出信号短接以便选择为测量信号。

图9是图示图8的基准/测量信号选择部件810的电路图。所述基准/测量信号选择部件810包括多路复用器910和加法器920。尽管在附图中未示出，但是可以更进一步把缓冲器包括在多路复用器910的输出端子内。

所述多路复用器910把第一到第六单个电极223到228之一选择为基准电极，并且把从基准电极发送的基准信号递送到差分放大部件820的反相输入端子b。

所述加法器920把除被多路复用器910选择为基准电极的一个电极之外的其余5个单个电极的输出信号相加，并且把和输出到差分放大部件820的非反相输入端子a。

图10A到10F是示出当采用图2的多电极模块时从图8的差分放大部件820输出的六个ECG信号的波形图，其中横轴指的是时间(0.2s/Div.)，而纵轴指的是电压(0.1V/Div.)。在这种情况下，把一个单个电极选择为基准电极，而把围绕圆弧的四个单个电极选择为测量电极。

更具体地说，图10A示出了当把第六单个电极228的输出信号选择为基准信号而把第二到第五单个电极224到227的输出信号的和选择为测量信号时、差分放大部件820的输出信号。图10B示出了当把第一单个电极223的输出信号选择为基准信号而把第三到第六单个电极225到228的输出信号的和选择为测量信号时、差分放大部件820的输出信号。图10C示出了当把第二单个电极224的输出信号选择为基准信号而把第一、第四、第五和第六单个电极223、226、227和228的输出信号的和选择为测量信号时、差分放大部件820的输出信号。图10D示出了当把第三单个电极225的输出信号选择为基准信号而把第一、第二、第五和第六单个电极223、224、227和228的输出信号的和选择为测量信号时、差分放大部件820的输出信号。图10E示出了当把第四单个电极226的输出信号选择为基准信号而把第一、第二、第三和第六单个电极223、224、225和228的输出信号的和选择为测量信号时、差分放大部件820的输出信号。图10F示出了当把第五单个电极227的输出信号选择为基准信号而把第一到第四单个电极223到226的输出信号的和选择为测量信号时、差分放大部件820的输出信号。

图11是图示用于通过使用依照本发明第三实施例的多电极模块来测量生物信号的设备的框图。所述设备包括测量信号生成部件1110、差分放大部件1120、滤波部件1130、A/D转换部件1140、微控制器1160、引线错接检测部件1150、显示部件1170和存储部件1180。优选地是，在图11中示出的设备使用在图3中示出的多电极模块，并且除测量信号生成部件1110之外，与在图5中示出的依照本发明第一实施例的设备具有类似的构造。现在，与图3的多电极模块关联，将要描述用于依照本发明来测量生物信号的设备的操作，并且对于与图5中示出的类似部分将不再重复详细描述。为了简化解释，把包括基准电极的单个电极的数目设置为7，但是不受此数目的限制。

参照图11，所述测量信号生成部件1110接收来自第一到第六单个电极323到328的信号。所述测量信号生成部件1110把第一到第六单个电极323到328的输出信号短接以便产生测量信号，并且把所述基准电极321的输出信号选择为基准信号。分别把所述测量和基准信号施加到差分放大部件1120的非反相输入端子a和反相输入端子b。在这种情况下，所述地电极322作为在使用12个引线位置的ECG测试器中的右腿来起作用。

图12是图示图11的测量信号生成部件1110的电路图。所述测量信号生成部件1110包括电短接部件1210、第一和第二缓冲器1220和1230和反相放大器1240。在图12中，由于第一和第二缓冲器1220和1230和反相放大器1240与在图6中示出的相似，所以对它们将不再重复详细描述。

在图12中，所述电短接部件1210把第一到第六单个电极323到328的输出信号短接以便产生测量信号，继而经由第一缓冲器1220把所述测量信号发送到差分放大部件1120的非反相输入端子a。

图13A到13D是示出图11的差分放大部件1120的输出信号的波形图。

更具体地说，图13A示出了当把贴片附于任意位置时差分放大部件1120的输出信号。图13B示出了当把图13A的贴片旋转90°时差分放大部件1120的输出信号。图13C示出了当把图13A的贴片旋转180°时差分放大部件1120的输出信号。图13D示出了当把图13A的贴片旋转270°时差分放大部件1120的输出信号。如根据附图看出的，不管多电极模块的附着位置或所述电极的布置方向如何，都可以获得几乎相同的ECG信号。

图14是图示依照本发明的Eindhoven三角形的引线I、II和III的示意图。

执行使用以胸为基础的三个引线位置的ECG测量，对于引线I是以从左到右或从右到左的方向，对于引线II是从胸的右上方到腹部左方，并且对于引线III是从胸的左上方到腹部左方，从而构成Eindhoven三角形。在引线I、II和III之间，引线II的R峰值最大，这是因为引线II的方向几乎平行于心脏轴，而引线I的R峰值最小，这是因为引线I的方向几乎垂直于心脏轴，心脏移动的基础。如在现有技术中已知的那样，R峰值是R波的峰值，并且与心跳同步，其与心室和心房的收缩相关联。

图15是图示使用依照本发明实施例的多电极模块的引线搜索法的流程图。优选的是，在图5和8的微控制器560和860中执行引线搜索。

在操作1510，通过组合附于人体皮肤的多电极模块的多个电极来获得多个基准信号和测量信号。在这种情况下，对于所述多电极模块可以采用图1或2的电极布置。

在操作1520，通过使用在操作1510获得的基准信号和测量信号来检测引线的电错接。

在操作1530，如果所述引线处于作为操作1520结果的正常状态，通过对于在操作1510获得的所述基准和测量信号使用多个差分放大信号，来搜索对应于引线II的电极对。

在操作1540，把在发现的对应于引线II的电极对上的引线数据和在发现的对应于引线II的电极对上的差分放大信号存储在存储部件580和880中，并且显示在显示部件570和870上。

图16是用于详细描述图15的引线搜索操作1530的流程图。

在操作1610，对于每个测量和基准信号来存储对应于所输入的测量和基准信号的电极对以及相应的ECG数据。

在操作1620，比较在操作1610存储的多个ECG数据的R峰值以便搜索对应于具有最高正R峰值的ECG数据的电极对。

在操作1630，确定在操作1620发现的电极对对应于引线II。

图17是用于描述使用依照本发明另一实施例的多电极模块的引线搜索方法的流程图。优选的是，在图5或8的微控制器560或860中执行图17的引线搜索方法。

在操作1710，通过组合附于人体皮肤的多电极模块的多个电极来获得多个基准和测量信号。在这种情况下，对于所述多电极模块可以采用图1或2的电极布置。

在操作1720，通过使用在操作1710获得的所述基准和测量信号来检测引线的电错接。

在操作1730，如果所述引线处于作为操作1720结果的正常状态，那么通过对于在操作1710获得的所述基准和测量信号使用多个差分放大信号，来搜索对应于引线I、II和III的电极对。把所发现的引线I、II和III重新组织为标准肢体引线构造。

在操作1740，把在对应于每个标准肢体引线的电极对上的引线数据和相应的差分放大信号存储在存储部件580和880中，并且显示在显示部件570和870上。

图18是用于详细描述重新组织图17的标准肢体引线布置的操作1730的流程图。

在操作1810，对于每个测量和基准信号来存储关于对应于所输入的测量和基准信号的电极对的信息以及相应的ECG数据。如果采用图1的多电极模块，那么一个基准电极和一个测量电极可以构成单个电极对。另一方面，如果采用图2的多电极模块，那么一个基准电极和每个测量电极可以构成多个电极对。

在操作1820，比较在操作1810存储的多个ECG数据的R峰值以便搜索对应于具有最高正R峰值的ECG数据的第一电极对。

在操作1830，比较在操作1810存储的多个ECG数据的R峰值以便搜索对应于具有最小的正R峰值的ECG数据的第二电极对。

在操作1840，检查在操作1820发现的第一电极对和在操作1830发现的第二电极对之间什么电极是共用的。优选的是，把对应于具有最低R峰值的ECG数据的第二电极对用作操作1840的共用电极检查的基础。如果作为操作1840的结果没有共用电极，那么返回操作1820。

在操作1850，如果作为操作1840的结果存在共用电极，那么把在操作1820发现的第一电极对确定为引线II。在这种情况下，把共用电极设置为负电极，而把其它电极设置为正电极。

在操作1860，把在操作1830发现的第二电极对确定为引线I。在这种情况下，把共用电极设置为负电极，而把其它电极设置为正电极。

同时，如果以对应于具有最低R峰值的ECG数据的第二电极对为基础，存在至少两个对应于具有最高R峰值的ECG数据的第一电极对，那么把最接近引线I正电极的那个设置为引线II的正电极。

在操作1870，把在操作1860确定的、引线I的正电极设置为引线III的负电极，而把在操作1850确定的、引线II的正电极设置为引线III的正电极。

现在，参考图7A到7F将要描述引线I、II和III的电极对。引线I具有包括基准电极121和第一单个电极123的电极对，以便产生图7A的波形。在这种情况下，基准电极121作为引线I的负电极起作用，而第一单个电极123作为引线I的正电极起作用。引线II具有包括基准电极121和第六单个电极128的电极对，以便产生图7F的波形。在这种情况下，基准电极121作为引线II的负电极起作用，而第六单个电极128作为引线II的正电极起作用。同样，引线III具有包括对应于引线I正电极的第一单个电极123和对应于引线II正电极的第六单个电极128的电极对。在这种情况下，第一单个电极作为负电极起作用，而第六单个电极128作为正电极起作用。

对于一些不同的实施例已经分别描述了在图5、8和11中示出的上述设备。然而，除电极的布置之外，它们的大部分元件是相同的。因此，可以把用于测量生物信号的上述设备集成到如图19所示的用于测量生物信号的一个设备中。

参照图19，依照本发明另一实施例用于测量生物信号的设备包括操作部件1911、切换部件1912、测量信号选择部件1913、测量信号生成部件1914、差分放大部件1915、滤波部件1916、A/D转换部件1917、引线错接检测部件1918、微控制器1919、显示部件1920和存储部件1921。操作部件1911、切换部件1912、测量信号选择部件1913和测量信号生成部件1914构成了电极选择部件。另外，差分放大部件1915、滤波部件1916、A/D转换部件1917、引线错接检测部件1918、微控制器1919、显示部件1920和存储部件1921构成了信号处理部件。这里，所述信号处理部件与在图5、8和11中示出的相似。所述测量信号选择部件1913与图5的附图标记510相似。测量信号生成部件1914与图11的附图标记1110相似。同样，可以应用在图8中示出的所述基准/测量选择部件810代替所述测量信号选择部件1913。

借助于用户操作，操作部件1911用来选择要加以测量的生物信号类型，并且根据所选择的类型对切换部件1912产生控制信号。作为另一实施例，可以把所述操作部件1911连接到微控制器1919，以便从所述微控制器1919产生控制信号。

所述切换部件1912具有对应于第一到第六单个电极和基准电极的多个开关。取决于来自操作部件1911或微控制器1919的控制信号，把所述第一到第六单个电极和基准电极连接到测量信号选择部件1913或测量信号生成部件1914之一。

还可以把本发明具体化为在计算机可读记录介质上的计算机可读代码。所述计算机可读记录介质是可以储存数据的任何数据存储装置，所述数据在以后可由计算机系统读取。计算机可读记录介质的例子包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光数据存储器装置和载波(诸如通过因特网的数据传输)。所述计算机可读记录介质还可以通过耦合计算机系统的网络分发，以便采用分布式方式来存储并执行所述计算机可读代码。同样，可以容易地由本发明所属的领域内的程序员来构造用于完成本发明的功能程序、代码和代码段。

依照本发明，可以有效地搜索至少一个引线以便获得ECG数据，而无论生物信号电极模块的电极的极性或布置是怎样的。因此，甚至无经验的人也可以容易地贴上/移除所述生物信号电极模块。因此，可以改进用户的便利性。

通过改变生物信号电极模块的电极的连接，可以有选择地获得诸如ECG或心率之类的稳定的生物信号，而不管所述电极的布置是怎样的。

此外，由于通过分析来自每个电极的信号来搜索引线，所以获得的生物信号自适应于每个人心脏的解剖学界标或不同的位置。因此，可以提供更准确的诊断。

虽然参考示例性实施例已经特别示出并描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如权利要求所定义的本发明精神和范围的情况下，可以在形式和细节上作出各种改变。只应当把示例性实施例认为是描述性的，而并非是限制性的。因此，本发明的范围不由所述本发明的具体描述来定义而是由权利要求来定义，并且在所述范围内的所有差异都将被理解为包括在本发明内。

Claims (34)

1.一种用于测量生物信号的多电极模块，包括：

绝缘贴片，可附于人的皮肤；和

传感器阵列，设置在所述绝缘贴片内，所述传感器阵列包括附于人的皮肤的多个单个电极和地电极。

2.如权利要求1所述的多电极模块，其中把位于处于基本上圆弧上的单个电极中央的单个电极选择为基准电极，而把处于基本上圆弧上的各单个电极顺序地选择为测量电极。

3.如权利要求1所述的多电极模块，其中把处于基本上圆弧上的每个单个电极顺序地选择为基准电极，而把除在处于基本上圆弧上的单个电极之中的基准电极之外的其余至少一个单个电极选择为测量电极。

4.如权利要求1所述的电极模块，其中把位于处于基本上圆弧上的单个电极中央的单个电极选择为基准电极，而把处于基本上圆弧上的各单个电极短接以便提供单个测量电极。

5.一种通过使用多电极模块来测量生物信号的方法，包括：

把所述多电极模块附于人的皮肤，所述多电极模块包括绝缘贴片和传感器阵列，所述传感器阵列包括多个单个电极和地电极；

依赖于要测量的生物信号的类型，通过从多个单个电极中选择基准电极和测量电极来组合包括所述基准电极和所述测量电极的多个电极对；并且

获得来自多个电极对的生物信号。

6.如权利要求5所述的方法，还包括通过分析所述生物信号，搜索至少一个引线以便获得心电图数据。

7.如权利要求5所述的方法，还包括分析所述生物信号以便获得心率。

8.如权利要求6所述的方法，还包括在获得所述生物信号之前、确定所述地电极、所选择的基准电极和所选择的测量电极是否电附于人的皮肤。

9.如权利要求7所述的方法，还包括在获得所述生物信号之前、确定所述地电极、所选择的基准电极和所选择的测量电极是否电附于人的皮肤。

10.如权利要求5所述的方法，其中把位于处于基本上圆弧上的多个单个电极中央的单个电极选择为基准电极，而把处于基本上圆弧上的单个电极顺序地选择为测量电极。

11.如权利要求5所述的方法，其中把处于基本上圆弧上的多个单个电极中的每个顺序地选择为基准电极，而把除在处于基本上圆弧上的单个电极之中的基准电极之外的其余至少一个单个电极选择为测量电极。

12.如权利要求5所述的方法，其中把位于处于基本上圆弧上的多个单个电极中央的单个电极选择为基准电极，而把处于基本上圆弧上的单个电极短接以便提供单个测量电极。

13.如权利要求6所述的方法，其中搜索所述引线包括：

存储关于包括所述测量电极和基准电极的电极对的信息以及相应的心电图数据；

比较所存储心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最高正R峰值的心电图数据的电极对；并且

把所发现的电极对选择为心脏轴方向引线。

14.如权利要求6所述的方法，其中搜索所述引线包括：

存储关于包括所述测量电极和基准电极的电极对的信息以及相应的心电图数据；

比较所存储心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最高正R峰值的心电图数据的第一电极对；

比较所存储心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最低正R峰值的心电图数据的第二电极对；

把所述第一电极对选择为引线II，并且把第一和第二电极对的共用电极设置为所述引线II的负电极，而把其它电极设置为所述引线II的正电极；

把所述第二电极对选择为引线I，并且把第一和第二电极对的共用电极设置为所述引线I的负电极，而把其它电极设置为所述引线I的正电极；

通过把所述引线I的正电极设置为引线III的负电极，而把所述引线II的正电极设置为所述引线III的正电极来选择引线III。

15.一种用于通过使用多电极模块来测量生物信号的设备，包括：

多电极模块，包括绝缘贴片和传感器阵列，所述传感器阵列包括地电极和多个单个电极；

电极选择部件，用于依赖于要测量的生物信号的类型来从多个单个电极中选择多个电极对，所述电极对包括基准电极和测量电极；和

信号处理部件，用于获得来自多个电极对的生物信号。

16.如权利要求15所述的设备，其中所述电极选择部件包括：

操作部件，用于根据响应于用户输入所选择生物信号的类型来产生预先确定的控制信号；

测量信号选择部件，用于把位于处于基本上圆弧上的多个单个电极中央的单个电极选择为基准电极以便提供基准信号，并且把处于基本上圆弧上的多个单个电极顺序地选择为测量电极以便提供测量信号；

测量信号生成部件，用于把位于处于基本上圆弧上的多个单个电极中央的单个电极选择为基准电极以便提供基准信号，并且把处于基本上圆弧上的多个单个电极选择为测量电极以便提供测量信号；和

切换部件，响应于控制信号来切换以便把所述多电极模块连接到所述测量信号选择部件或所述测量信号生成部件。

17.如权利要求15所述的设备，其中所述电极选择部件包括：

操作部件，用于根据响应于用户输入选择的生物信号的类型来产生预先确定的控制信号；

基准/测量信号选择部件，用于把处于基本上圆弧上的多个单个电极中的每个选择为基准电极以便提供基准信号，并且把处于基本上圆弧上的其余单个电极之一选择为测量电极以便提供测量信号；

测量信号生成部件，用于把位于处于基本上圆弧上的多个单个电极中央的单个电极选择为基准电极以便提供基准信号，并且把处于基本上圆弧上的单个电极的输出信号短接以便提供单个测量信号；和

切换部件，响应于控制信号来切换以便把所述多电极模块连接到所述基准/测量信号选择部件或所述测量信号生成部件。

18.如权利要求17所述的设备，其中所述基准/测量信号选择部件把其余单个电极的输出信号相加或短接以便提供测量信号。

19.一种用于通过使用多电极模块来测量生物信号的设备，包括：

包括绝缘贴片和传感器阵列的多电极模块，所述传感器阵列包括附于人的皮肤的地电极和多个单个电极；

测量信号选择部件，用于把位于处于基本上圆弧上的单个电极中央的单个电极选择为基准电极，并且把处于基本上圆弧上的各单个电极顺序地选择为测量电极；和

信号处理部件，用于通过使用差分放大来处理所述测量和基准信号以便搜索至少一个引线。

20.一种用于通过使用多电极模块来测量生物信号的设备，包括：

包括绝缘贴片和传感器阵列的多电极模块，所述传感器阵列包括附于人的皮肤的地电极和多个单个电极；

基准/测量信号选择部件，把处于基本上圆弧上的每个单个电极顺序地选择为基准电极，而把除在处于基本上圆弧上的单个电极中的基准电极之外的其余至少一个单个电极选择为测量电极；和

信号处理部件，用于通过使用差分放大来处理所述测量和基准信号以便搜索至少一个引线。

21.如权利要求20所述的设备，其中所述基准/测量信号选择部件把其余单个电极的输出信号相加或短接以便提供测量信号。

22.如权利要求19所述的设备，其中所述信号处理部件执行如下过程：

存储关于包括所述测量电极和基准电极的电极对的信息以及相应的心电图数据；

比较所存储心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最高正R峰值的心电图数据的电极对；并且

把所发现的电极对选择为心脏轴方向引线。

23.如权利要求20所述的设备，其中所述信号处理部件执行如下过程：

存储关于包括所述测量电极和基准电极的电极对的信息以及相应的心电图数据；

比较所存储心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最高正R峰值的心电图数据的电极对；并且

把所发现的电极对选择为心脏轴方向引线。

24.如权利要求19所述的设备，其中所述信号处理部件执行如下过程：

存储关于包括所述测量电极和基准电极的电极对的信息以及相应的心电图数据；

比较所存储心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最高正R峰值的心电图数据的第一电极对；

比较所存储心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最低正R峰值的心电图数据的第二电极对；

把所述第一电极对选择为引线II，并且把第一和第二电极对的共用电极设置为所述引线II的负电极，而把其它电极设置为所述引线II的正电极；

把所述第二电极对选择为引线I，并且把第一和第二电极对的共用电极设置为所述引线I的负电极，而把其它电极设置为所述引线I的正电极；

通过把所述引线I的正电极设置为引线III的负电极，而把所述引线II的正电极设置为所述引线III的正电极来选择引线III。

25.如权利要求20所述的设备，其中所述信号处理部件执行如下过程：

存储关于包括所述测量电极和基准电极的电极对的信息以及相应的心电图数据；

比较所存储心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最高正R峰值的心电图数据的第一电极对；

比较所存储心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最低正R峰值的心电图数据的第二电极对；

把所述第一电极对选择为引线II，并且把第一和第二电极对的共用电极设置为所述引线II的负电极，而把其它电极设置为所述引线II的正电极；

把所述第二电极对选择为引线I，并且把第一和第二电极对的共用电极设置为所述引线I的负电极，而把其它电极设置为所述引线I的正电极；

通过把所述引线I的正电极设置为引线III的负电极，而把所述引线II的正电极设置为所述引线III的正电极来选择引线III。

26.一种用于通过使用多电极模块来测量生物信号的设备，包括：

包括绝缘贴片和传感器阵列的多电极模块，所述传感器阵列包括附于人的皮肤的地电极和多个单个电极；

测量信号生成部件，用于把位于处于基本上圆弧上的单个电极中央的单个电极选择为基准电极，并且把处于基本上圆弧上的单个电极的输出信号短接以便提供单个测量信号；和

信号处理部件，用于通过使用差分放大来处理所述测量和基准信号以便获得心率。

27.一种通过使用多电极模块来测量生物信号的引线搜索方法，包括：

把所述多电极模块附于人的皮肤，所述多电极模块包括绝缘贴片和传感器阵列，所述传感器阵列包括多个单个电极和地电极；

存储关于电极对的信息以及从所述电极对产生的心电图数据，所述电极对包括从多个单个电极中选择的测量电极和从多个单个电极中选择的基准电极；并且

比较所存储心电图数据的R峰值以便搜索所述引线。

28.如权利要求27所述的方法，其中把位于处于基本上圆弧上的各单个电极中央的单个电极选择为基准电极，而把处于基本上圆弧上的各单个电极选择为测量电极。

29.如权利要求27所述的方法，其中把处于基本上圆弧上的每个单个电极顺序地选择为基准电极，而把除在处于基本上圆弧上的单个电极中的基准电极之外的其余至少一个单个电极选择为测量电极。

30.如权利要求27所述的方法，其中搜索所述引线包括：

比较所存储的心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最高正R峰值的心电图数据的电极对；并且

把所发现的电极对选择为心脏轴方向引线。

31.如权利要求27所述的方法，其中搜索所述引线包括：

比较所存储的心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最高正R峰值的心电图数据的第一电极对；

比较所存储的心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最低正R峰值的心电图数据的第二电极对；

把所述第一电极对选择为引线II，并且把第一和第二电极对的共用电极设置为所述引线II的负电极，而把其它电极设置为所述引线II的正电极；

把所述第二电极对选择为引线I，并且把第一和第二电极对的共用电极设置为所述引线I的负电极，而把其它电极设置为所述引线I的正电极；并且

通过把所述引线I的正电极设置为引线III的负电极，而把所述引线II的正电极设置为所述引线III的正电极来选择引线III。

32.一种用于执行通过使用多电极模块来测量生物信号的方法的计算机可读记录介质，所述多电极模块包括绝缘贴片和传感器阵列，所述传感器阵列包括多个单个电极和地电极，所述方法包括：

把所述多电极模块附于人的皮肤，所述多电极模块包括绝缘贴片和传感器阵列，所述传感器阵列包括多个单个电极和地电极；

依赖于要测量的生物信号的类型，通过从多个单个电极中选择基准电极和测量电极来组合包括所述基准电极和所述测量电极的多个电极对；并且

获得来自多个电极对的生物信号。

33.一种用于执行通过使用多电极模块来测量生物信号的引线搜索方法的计算机可读记录介质，所述多电极模块包括绝缘贴片和传感器阵列，所述传感器阵列包括多个单个电极和地电极，所述方法包括：

存储关于电极对的信息以及从所述电极对产生的心电图数据，所述电极对包括从多个单个电极中选择的测量电极和从多个单个电极中选择的基准电极；

比较所存储的心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最高正R峰值的心电图数据的电极对；并且

把所发现的电极对选择为心脏轴方向引线。

34.一种用于执行通过使用多电极模块来测量生物信号的引线搜索方法的计算机可读记录介质，所述多电极模块包括绝缘贴片和传感器阵列，所述传感器阵列包括多个单个电极和地电极，所述方法包括：

存储关于电极对的信息以及从所述电极对产生的心电图数据，所述电极对包括从多个单个电极中选择的测量电极和从多个单个电极中选择的基准电极；

比较所存储的心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最高正R峰值的心电图数据的第一电极对；

比较所存储的心电图数据的R峰值以便搜索对应于具有最低正R峰值的心电图数据的第二电极对；

把所述第一电极对选择为引线II，并且把第一和第二电极对的共用电极设置为所述引线II的负电极，而把其它电极设置为所述引线II的正电极；

把所述第二电极对选择为引线I，并且把第一和第二电极对的共用电极设置为所述引线I的负电极，而把其它电极设置为所述引线I的正电极；并且

通过把所述引线I的正电极设置为引线III的负电极，而把所述引线II的正电极设置为所述引线III的正电极来选择引线III。

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