多通道心電圖測量的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于從活體受試者采集電信號的方法，包括通過附接到所述受試者的注入電極將已知的校準信號注入所述受試者，并且測量在附接到所述受試者的輸入電極處響應于所述校準信號生成的輸出信號的相應電平。所述方法還包括響應于所述相應電平推導所述輸入電極的相應權重因子，然后將所述相應權重因子應用于由所述輸入電極采集的生理信號，以便生成相應校正的生理信號。
【專利說明】多通道心電圖測量
【技術領域】
[0001]本發明整體涉及信號測量精度的提高和信號測量中干擾的降低，并具體地講涉及心電圖(ECG)測量中干擾的降低。
【背景技術】
[0002]心電圖(ECG)信號包括從心臟外部的導聯(通常附接到身體表面(BS))，以及那些來自接觸心臟的心內(IC)電極的導聯測得的信號。這些信號固有地為相對低的電平信號并且具有相對高的阻抗源。由于此原因和其他環境因素，在醫療手術(例如標測心臟的電活動)中，測量通常相對嘈雜。提高測量精度并降低測量過程中噪聲影響的系統將是有益的。
【發明內容】
[0003]本發明的實施例提供了用于從活體受試者采集電信號的方法，包括:
[0004]通過附接到受試者的注入電極，將已知的校準信號注入受試者；
[0005]測量在附接到受試者的輸入電極處響應于校準信號生成的輸出信號的相應電平；
[0006]響應于相應電平推導輸入電極的相應權重因子；以及
[0007]將相應權重因子應用于由輸入電極采集的生理信號，以便生成相應校正的生理信 號。
[0008]通常生理信號包括由發生在受試者中的電生理過程生成的信號。
[0009]在所公開的實施例中，生理信號包括在受試者外部生成并且耦合到受試者中的信號。
[0010]在另一個所公開的實施例中，已知的校準信號具有預調頻率，并且測量輸出信號的相應電平包括測量預調頻率下的相應電平。
[0011 ] 在又一個所公開的實施例中，相應電平包括在輸入電極處生成的相應振幅電平，并且響應于相應振幅電平的倒數值推導相應權重因子。作為另外一種選擇或除此之外，相應電平可包括在輸入電極處生成的相應相位電平，并且可響應于相應相位電平的負值推導相應權重因子。
[0012]在可供選擇的實施例中，生理信號包括雙極性信號，并且校正的生理信號包括校正的雙極性信號。作為另外一種選擇或除此之外，生理信號包括單極性信號，并且校正的生理信號包括校正的單極性信號。
[0013]在另一個可供選擇的實施例中，輸入電極包括分別附接到受試者的右臂(RA)、左臂(LA)和左腿(LL)的三個電極，并且將相應權重因子應用于由三個電極采集的三個生理信號包括:對由三個電極生成的三個校正的生理信號取平均數以提供參考信號。
[0014]根據本發明的實施例還提供了用于從活體受試者采集電信號的設備，包括:
[0015]附接到受試者的注入電極；[0016]附接到受試者的輸入電極；以及
[0017]處理器，其配置成:
[0018]通過注入電極將已知的校準信號注入受試者，
[0019]測量在輸入電極處響應于校準信號生成的輸出信號的相應電平，
[0020]響應于相應電平推導輸入電極的相應權重因子，以及
[0021]將相應權重因子應用于由輸入電極采集的生理信號，以便生成相應校正的生理信號。
[0022]結合附圖，通過以下對本發明實施例的詳細說明，將更全面地理解本發明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為根據本發明實施例的多通道心電圖(ECG)信號測量系統的示意圖；
[0024]圖2是根據本發明實施例的ECG模塊的示意性方框圖；并且
[0025]圖3為在根據本發明實施例的多通道ECG信號測量系統的操作過程中由處理器所執行的步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0026]鐘述
·[0027]本發明的實施例提供用于測量和補償由于從源和通道元件變化中拾取信號(pickup)而造成的通道不精確的系統。測量和補償通常是必要的，因為受試者可能處于她/他拾取外來電信號(諸如電源線信號)的環境中。生理信號可包括由受試者的電活動生成的任何電信號，諸如肌電圖(EMG)、腦電圖(EEG)或心電圖(ECG)信號。為簡潔起見，以下說明假定電信號為ECG信號。
[0028]為了提供校正，將已知的校準信號通過附接到受試者的注入參考電極注入到受試者中。校準信號通常包括頻譜。輸入電極也附接到或連接到受試者。就ECG而言，電極從附接到受試者皮膚的電極接收身體表面(BS)ECG信號，和/或從通常位于受試者心臟中的一個或多個導管上的電極接收心內(IC)ECG信號。
[0029]處理器測量響應于校準信號而被輸入電極同時接收的信號電平，并且對于每個輸入電極，處理器將所測得的信號與校準信號進行比較。該比較可在注入信號的整個頻譜上針對信號的振幅和相位進行。處理器從該比較中推導輸入電極中的每一個的相應權重因子。權重因子為在相應輸入電極處的注入信號的影響的量度。
[0030]對于輸入電極中的每一個，處理器將權重因子應用于由電極采集的生理信號，SP本文所述實例中的ECG信號，以獲得校正的生理信號。
[0031]校正的生理信號可為單極性或雙極性形式。如通過本發明的實施例校正的信號與未校正信號相比、以及與現有技術系統相比，在測量精度上有顯著提高。另外，如通過本發明實施例生成的校正的信號顯著降低或甚至消除可能干擾由受試者所生成信號的外來信號(諸如電源線信號)的影響。
[0032]本文所述的系統可用于實時監測與生理信號采集相關的參數，例如測量通道問差異的參數，以及與采集信號的電極相關的電路。所述差異通常包括在與通道相關的元件的操作參數中的偏差，以及電極-組織接觸阻抗的變化。系統提供的另外的優點為對外部誘導信號(諸如來自電源線的信號)的出色共模抑制。
[0033]在本發明的一個實施例中，通過從附接到受試者的右臂、左臂和左腿的輸入電極采集相應生理信號而生成威爾遜中心電極(WCT)等同物。將校準信號注入受試者的右腿。對來自輸入電極的三個校正的信號取平均值，從而產生參考地電平。其他通道的參考信號。該參考信號可用作單極性信號的基準，并由于應用到三個輸入電極生理信號的校正而提供比現有技術的接地更為準確的基準。
[0034]對系統的描述
[0035]現在參考圖1，其為根據本發明的實施例的多通道心電圖(ECG)信號測量系統10的示意圖。
[0036]為簡潔和清晰起見，除非另外指明，否則下述描述均假定是其中系統10感測來自受試者26的心臟34的身體表面(BS)電信號的研究過程。然而，本發明的實施例可應用于BS和心內(IC)電信號二者。通常使用具有遠端32的探針24采集IC信號，所述遠端32具有一個或多個IC電極22。
[0037]為了感測BS電信號，將電極30A，30B，30C，...通過相應導聯31A，31B，31C，...附接到受試者26的皮膚。在本發明中，電極30A，30B，30C，...統稱為電極30，而導聯31A，31B，31C，...統稱為導聯31。在僅測量BS電信號的典型的ECG過程中，存在在以下標準位置附接到受試者26的皮膚的十個電極30:右臂、左臂、右腿、左腿以及在心臟34區域中的六個電極。在圖1中示出四個電極30A、30B、30C和30D，并將它們假定為分別附接到受試者26的右腿、左腿、右臂和左臂。為清晰起見，在圖1中僅示出附接在心臟34區域中的用于上述典型的ECG過程的六個電極中的兩個電極30E和30J。
[0038]然而，在一些ECG過程中可能存在超過10或少于10個電極30，并且就本發明實施例而言不存在對電極30數量的限制。相似地，就IC電信號而言，不存在對可用于系統10中的IC電極22的 數量限制。應當理解，(電極30和電極22的)每個電極限定系統10的相應通道。
[0039]通常，探針24包括導管，所述導管在系統10的用戶28執行醫療過程期間插入到受試者26的體內。在本文的描述中，以舉例的方式假定用戶28為醫療專業人員。
[0040]系統10可由系統處理器40控制，所述系統處理器包括與存儲器44連通的處理單元42。處理器40通常安裝在控制臺46中，所述控制臺包括操作控制38，所述操作控制通常包括專業人員28用來與處理器互動的定點裝置39，例如鼠標或跟蹤球。處理器使用存儲在存儲器44中的軟件(包括ECG模塊36)來操作系統10。將由處理器40執行的操作的結果在顯示器48上呈現給專業人員，所述顯示器48通常為用戶呈現圖形用戶界面、由電極22和/或電極30感測的ECG信號的視覺表示和/或正在被研究的心臟34的圖像或標測圖。例如，該軟件可以電子形式通過網絡下載到處理器40，或者作為另外一種選擇或除此之外，該軟件可被提供和/或存儲在非臨時性有形介質(例如，磁存儲器、光學存儲器或電子存儲器)上。
[0041]聯接ECG模塊36，以便接收來自電極22和電極30的電信號。模塊被配置用于分析所述信號并且可將分析結果以標準ECG格式(通常為隨時間移動的圖形表示)呈現在顯示器48上。模塊36的結構和操作相對于圖2和圖3在下文更詳細地進行描述。
[0042]圖2是根據本發明實施例的ECG模塊36的示意性方框圖。在圖2中，電極30A、30B、30C和30D的標識符已附有相應肢體的標識符，即電極所附接到的右腿(RL)、左腿(LL)、右臂(RA)和左臂(LA)。在本發明中，電極30E、30F、30G、30H、30I和30J也可通過電壓標識符V1、V2、V3、V4、V5和V6被分別標識。圖2示出了具有附加電壓標識符V1、V6的電極30E和30J。為清晰起見，在圖中，BS電極30示出為實心圓，而IC電極22示出為空心圓。
[0043]除了模塊36內的位于受試者26右腿上的連接至電極30A的電路外，模塊36內連接至其他電極30中的每一個以及連接至電極22的電路基本上類似。以下說明適用于連接至BS電極30E的電路，并通過后綴字母的適當改變適用于連接至除了電極30A外的所有其他電極30的電路。該說明還適用于連接至一個或多個IC電極22的電路。
[0044]電極30E通過導聯31E連接至保護裝置60E (通常為電壓抑制器)。裝置60E使模塊36的元件與可在受試者26中生成的不期望的電流或電壓(諸如那些由去心臟纖顫或消融手術生成的電流或電壓)絕緣。
[0045]存在于電極30E處的信號通常由受試者26中發生的電生理過程生成，諸如與心臟34的跳動相關的ECG信號。存在于電極30E處的信號也可包括已在受試者26外部生成的信號，其可由受試者拾取或耦合到受試者中，并且其可通過受試者轉移到電極。此類后期信號包括由受試者26的電源線拾取生成的電信號。
[0046]電極30E處的信號包括生理信號以及響應于注入受試者26中的信號而生成的信號，下文將進行更詳細的描述。將電極30E處的信號傳遞到裝置60E。在穿過裝置60E后，將輸出信號在低噪聲的高阻抗放大器62E中放大，然后將放大的輸出信號在模數轉換器(ADC) 64E 中數字化。在一個實施例中,ADC64E 包括 Texas Instruments (Dallas, Texas)制造的ADS1271。將來自電極30E的數字化數據，以及來自除電極30A之外的所有其他電極的數字化數據轉移至ECG處理單元66，以用于進行單元中的信號分析儀68中的分析。
[0047]將電極30A連接至保護裝置60A。然而，不是源自受試者26的信號通過電極轉移到單元66，而是電極配置成將信號注入受試者。信號注入發生在受試者26上附接電極30A的區域處，即受試者的右腿處 。
[0048]注入的信號由數字信號發生器70生成，其為數模轉換器(DAC)72提供數字化值。DAC72將來自發生器70的數字數據轉換為模擬信號，并且模擬信號通過緩沖放大器74轉移至電極30A。
[0049]圖3為根據本發明的一個實施例由處理器40執行的操作系統10的步驟的流程圖。流程圖的說明假定將十個電極30的典型系統附接到受試者26的皮膚。本領域的普通技術人員將能夠調整該說明用于其他電極在受試者26內操作的情況，例如具有至少一些設置在心臟34中的IC電極22以生成IC信號，和/或用于其他數量的電極30。流程圖說明還假定對受試者26進行ECG測量的同時執行流程圖步驟，即ECG測量與執行流程圖步驟同時進行。
[0050]在流程圖的說明中，電極30A可稱為參考信號注入電極、參考電極或注入電極。另外，電極30B-30J可稱為信號接收電極或輸入電極。
[0051]在初始步驟100中，將十個電極30附接到受試者26的皮膚上，電極基本上如上文結合圖1所述進行設置。將電極通過控制臺46連接至ECG模塊36，如圖2所示。
[0052]在信號生成步驟102中，信號發生器70生成具有η個預選頻率f1; f2，...fn的數
字信號，所述預選頻率相應地具有η個預選相位ψι, ψ2,...%’其中η為等于I或更大的整數。將信號輸入到DAC72，并將來自DAC72的模擬信號通過放大器74放大。對于每個頻率f1; f2，...fn，通常通過處理單元66設定放大器74的相應放大因子A1, A2,...An,以使得通過放大器輸出的信號電平對于所有η個頻率為已知的預選值。
[0053]通常將頻率f1; f2，...4選擇為處于包含預期的ECG信號頻率和預期的電源線干擾頻率的范圍內。后者通常為大約50Hz或60Hz。前者通常在大約IHz至大約1000Hz的范圍內。然而，沒有要求由發生器70生成的信號頻率必須在上面列出的值內，并且頻率f1;f2，...fn可能在這些值以外。
[0054]輸入到電極30A的校準信號的表達式給出如下:[0055]Scal=Si (Vi)⑴
[0056]其中Si為輸入函數,通常為矢量Vi的正弦函數，
[0057]矢量Vi為具有限定η個不同信號的振幅、頻率和相位的元的3η維輸入矢量，即，
[0058]
【權利要求】
1.一種用于從活體受試者采集電信號的方法，包括: 通過附接到所述受試者的注入電極，將已知的校準信號注入所述受試者； 測量在附接到所述受試者的輸入電極處響應于所述校準信號生成的輸出信號的相應電平； 響應于所述相應電平推導所述輸入電極的相應權重因子；以及 將所述相應權重因子應用于由所述輸入電極采集的生理信號，以便生成相應校正的生理信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述生理信號包括由發生在所述受試者中的電生理過程生成的信號。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述生理信號包括在所述受試者外部生成并且耦合到所述受試者中的信號。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述已知的校準信號具有預調頻率，并且其中測量所述輸出信號的相應電平包括測量所述預調頻率下的所述相應電平。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述相應電平包括在所述輸入電極處生成的相應振幅電平，并且其中響應于所述相應振幅電平的倒數值推導所述相應權重因子。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述相應電平包括在所述輸入電極處生成的相應相位電平，并且其中響應于所述相應相位電平的負值推導所述相應權重因子。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述生理信號包括雙極性信號，并且其中所述校正的生理信號包括校正的雙極·性信號。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述生理信號包括單極性信號，并且其中所述校正的生理信號包括校正的單極性信號。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述輸入電極包括分別附接到所述受試者的右臂(RA)、左臂(LA)和左腿(LL)的三個電極，并且其中將所述相應權重因子應用于由所述三個電極采集的所述三個生理信號包括:對由所述三個電極生成的所述三個校正的生理信號取平均數以提供參考信號。
10.用于從活體受試者采集電信號的設備，包括: 附接到所述受試者的注入電極； 附接到所述受試者的輸入電極；以及 處理器，其配置成: 通過所述注入電極將已知的校準信號注入所述受試者， 測量在所述輸入電極處響應于所述校準信號生成的輸出信號的相應電平， 響應于所述相應電平推導所述輸入電極的相應權重因子，以及 將所述相應權重因子應用于由所述輸入電極采集的生理信號，以便生成相應校正的生理信號。
11.根據權利要求10所述的設備，其中所述生理信號包括由發生在所述受試者中的電生理過程生成的信號。
12.根據權利要求10所述的設備，其中所述生理信號包括在所述受試者外部生成并且耦合到所述受試者中的信號。
13.根據權利要求10所述的設備，其中所述已知的校準信號具有預調頻率，并且其中測量所述輸出信號的相應電平包括測量所述預調頻率下的所述相應電平。
14.根據權利要求10所述的設備，其中所述相應電平包括在所述輸入電極處生成的相應振幅電平，并且其中響應于所述相應振幅電平的倒數值推導所述相應權重因子。
15.根據權利要求10所述的設備，其中所述相應電平包括在所述輸入電極處生成的相應相位電平，并且其中響應于所述相應相位電平的負值推導所述相應權重因子。
16.根據權利要求10所述的設備，其中所述生理信號包括雙極性信號，并且其中所述校正的生理信號包括校正的雙極性信號。
17.根據權利要求10所述的設備，其中所述生理信號包括單極性信號，并且其中所述校正的生理信號包括校正的單極性信號。
18.根據權利要求10所述的設備，其中所述輸入電極包括分別附接到所述受試者的右臂(RA)、左臂(LA)和左腿(LL)的三個電極，并且其中將所述相應權重因子應用于由所述三個電極采集的所述三個生理信號包括:對由所述三個電極生成的所述三個校正的生理信號取平均數以提供參考信號。·
【文檔編號】A61B5/0402GK103845051SQ201310636662
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2012年12月4日
【發明者】M.勒文, M.巴－塔爾 申請人:韋伯斯特生物官能(以色列)有限公司