用于測量電極接觸阻抗的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于病人監(jiān)測裝置的系統(tǒng)和方法，更具體地，用于測量電極的接觸阻抗，從而確定與電極相關(guān)的連接質(zhì)量。
【背景技術(shù)】
[0002]在為病人提供醫(yī)療服務(wù)的過程中，需要監(jiān)測重要的統(tǒng)計數(shù)值和其他的病人參數(shù)。不同類型的病人監(jiān)測裝置可以經(jīng)由至少一個電極而監(jiān)測病人的生理狀態(tài)，所述電極在身體的各個位置處聯(lián)接至病人的皮膚。例如，在臨床環(huán)境下使用心電圖(ECG)監(jiān)測儀而對心臟的電活動進行定期監(jiān)測。通過多個監(jiān)測病人心臟電脈沖的電極而將ECG監(jiān)測儀連接至病人。為了使ECG監(jiān)測儀有效地記錄病人的電脈沖，從這里延伸出的電極通常包括導電膠，所述導電膠嵌入用于確保電極連接至病人身體的粘著墊。來自監(jiān)測儀的纜線選擇性地連接至電極，從而使檢測到的電壓傳輸至ECG監(jiān)測裝置，以便為醫(yī)護人員提供關(guān)于病人心臟功能的數(shù)據(jù)。
[0003]所公知的是記錄信號的質(zhì)量取決于電極和病人身體之間的電阻。將電極-病人交界面(interface)處的電阻稱為接觸阻抗。因此，合意的是當對病人進行監(jiān)測時，在不同的時間測量接觸阻抗，進而確保監(jiān)測到的信號具有足夠好的質(zhì)量。一個測量接觸阻抗的方法是使用上拉/下拉電阻器，其中將每個電極連接至與電壓源串聯(lián)的電阻器(一般為數(shù)十兆歐姆)。當接觸阻抗增加至數(shù)十兆歐姆的范圍時，會導致電極電壓接近所施加的電壓水平。這表示存在接觸不良，并且暗示感測到的信號的質(zhì)量欠佳。另一個測量接觸阻抗的方法為對給出的電極施加電流，所述電流通過其他連接的電極而返回地。這會導致被施加電流的電極的壓降和所有其他電極的并聯(lián)組合的相應(yīng)壓降。通過對N個電極中的每一個重復此測量，可以得到成組的N個非線性方程和N個未知數(shù)，其中N等于連接至系統(tǒng)的電極的數(shù)量。然而，與用于測量接觸阻抗的這些方法和其他方法相關(guān)聯(lián)的缺陷包括信號質(zhì)量的可靠測量較低，計算時間增加以及進行該測量所需的系統(tǒng)復雜。根據(jù)本發(fā)明原理的系統(tǒng)解決了已知系統(tǒng)的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個實施方案中，提供了確定電極與病人連接質(zhì)量的裝置。所述裝置包括至少三個電極，其選擇性地連接至病人，用于感測代表病人參數(shù)的電生理信號。電流源連接至所述至少三個電極中的每一個，所述電流源可以施加正電流和負電流兩者?？刂铺幚砥鬟B接至所述電流源和所述至少三個電極，所述控制處理器識別至少三個電極的若干獨特電極對，并且控制電流源以將正電流施加至每個識別的電極對的一個電極，并且同時將負電流施加至每個識別的電極對的其他電極，從而確定至少三個電極中至少一個的連接質(zhì)量。
[0005]在另一個實施方案中，ECG監(jiān)測裝置確定連接至病人的電極的連接質(zhì)量。ECG監(jiān)測儀包括多個聯(lián)接至病人的電極，多個電極中的每一個均感測表示至少一個來自病人的病人參數(shù)的電脈沖。電流源選擇性地可連接至多個電極，從而將正電流和負電流中的一個選擇性地施加至多個電極的任意一個?？刂铺幚砥鬟B接至電流源和多個電極?？刂铺幚砥髯R別來自多個電極的若干獨特電極對，并且對于每個識別的電極對，控制電流源從而在電極對中將正電流施加至一個電極，并且將負電流施加至其他電極，從而生成表示電極對電壓差異(voltage difference)的線性方程，并且確定多個電極的各自一個的連接質(zhì)量數(shù)據(jù)。
[0006]在另一個實施方案中，提供了確定連接至病人的電極的連接質(zhì)量的方法。所述方法包括以下行為:提供至少三個電極，其為控制處理器感測表示病人參數(shù)的電生理信號。將可以施加正電流和負電流兩者的電流源連接至至少三個電極中的每一個。識別至少三個電極的若干獨特電極對，并且控制電流源，從而將正電流施加至每個識別的電極對中的一個電極，并且同時將負電流施加至每個識別的電極對中的其他電極。確定至少三個電極中的至少一個的連接質(zhì)量。
【附圖說明】
[0007]圖1為根據(jù)發(fā)明原理的用于測量電極接觸阻抗的系統(tǒng)的示例性方框圖。
[0008]圖1A顯示了中性電極的使用以降低ECG監(jiān)測儀所記錄的共模噪聲的水平。將三個主要電極(primary electrode)的平均電壓輸入反相放大器，所述反相放大器的輸出連接至中性電極。
[0009]圖2描繪了根據(jù)發(fā)明原理的在用于測量接觸阻抗系統(tǒng)中使用的連接至病人的電極的示例性電路示意圖；
[0010]圖3為根據(jù)發(fā)明原理的在用于測量接觸阻抗系統(tǒng)中使用的連接至病人的電極的示例性電路示意圖；
[0011]圖4為根據(jù)發(fā)明原理的在用于測量接觸阻抗系統(tǒng)中使用的連接至病人的電極的示例性電路示意圖；
[0012]圖5為根據(jù)發(fā)明原理的在用于測量接觸阻抗系統(tǒng)中使用的連接至病人的電極的示例性電路示意圖；
[0013]圖5A為根據(jù)發(fā)明原理的在用于測量接觸阻抗系統(tǒng)中使用的連接至病人的電極的示例性電路示意圖；
[0014]圖6為表示根據(jù)發(fā)明原理的測量接觸阻抗中使用的連接至病人的每個電極對的電壓的表格；
[0015]圖7為詳細描述根據(jù)發(fā)明原理的用于測量接觸阻抗的系統(tǒng)工作的流程圖；
[0016]圖8為詳細描述根據(jù)發(fā)明原理的用于測量接觸阻抗的系統(tǒng)工作的流程圖；以及
[0017]圖9為詳細描述根據(jù)發(fā)明原理的用于測量接觸阻抗的系統(tǒng)工作的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]用于測量接觸阻抗的系統(tǒng)(下文中為“系統(tǒng)”)自動對電極和病人之間的連接質(zhì)量進行測量、計算并且量化。通過在連接至病人的電極和病人的皮膚之間的交界面處測量阻抗而確定連接質(zhì)量。這稱為接觸阻抗，并且在監(jiān)測病人的過程中，系統(tǒng)有利地測量并確定每個電極的接觸阻抗。通過在監(jiān)測病人期間測量接觸阻抗，醫(yī)護人員可以實時注意到代表一個或更多的連接至病人的電極的連接變差的情況。這可以使醫(yī)護人員對情況進行補救，否則會導致通過電極感測到的信號的質(zhì)量低于期望的信號質(zhì)量，從而導致產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不能準確地表示病人當前的情況。使用成組的至少三個電極中的兩個電極而自動地確定具體電極的連接質(zhì)量數(shù)據(jù)，所述至少三個電極均連接至受到監(jiān)測的病人。每個電極包括連接至此的第一電流源和第二電流源，所述第一電流源具有第一極性，所述第二電流源具有相反極性。來自第一電流源和第二電流源中每一個的電流強度與另一個相等。通過選擇性地將具有預定強度的第一電流源施加至三個電極中的一個，并且同時將具有預定強度的第二電流源施加至三個電極中的另一個，系統(tǒng)自動地測量并確定連接至病人的電極的連接質(zhì)量。系統(tǒng)順序地將第一電流源和第二電流源施加至三個電極中的每個電極對組合。以此方法，系統(tǒng)有利地測量每個電極之間的差分電壓，并且由于電流水平(current level)為預定值，所以對于每個電極對，系統(tǒng)自動地產(chǎn)生線性方程，其中兩個電極之間的差分電壓等于第一電極和第二電極的接觸阻抗之和乘以電流水平。然而，第一電極和第二電極的各自阻抗是未知的，直到系統(tǒng)產(chǎn)生代表每個電極對的方程。此后，可以有利地對代表每個電極對(例如，電極I和電極2、電極2和電極3以及電極I和電極3)的三個產(chǎn)生的線性方程進行數(shù)學操作，從而解析出每個電極的各自接觸阻抗。響應(yīng)于確定各自電極的接觸阻抗，將接觸阻抗值與接觸阻抗閾值進行比較，從而確定由各自電極感測到的信號質(zhì)量是否足夠好，借此使較低阻抗與電極/病人交界面處的較強連接相關(guān)。通過自動并同時將兩個相反極性的電流源施加至兩個不同的電極，系統(tǒng)可以在較短時間內(nèi)確定信號質(zhì)量，進而減小對病人監(jiān)測的影響。實現(xiàn)了使用本系統(tǒng)的用于確定信號質(zhì)量所需時間的減少，這是由于減少了產(chǎn)生和解析每個表示各自電極對的三個線性方程的計算處理需求。系統(tǒng)提供了進一步的優(yōu)勢:通過識別電極的連接質(zhì)量而選擇導聯(lián)組合(lead combinat1n)，所述導聯(lián)組合提供最高質(zhì)量的ECG數(shù)據(jù)。此外，由系統(tǒng)提供的連接質(zhì)量數(shù)據(jù)可以使用戶確定在給定時間內(nèi)可以使用的ECG導聯(lián)的何種組合。
[0019]圖1為示例性病人監(jiān)測裝置102的方框圖，病人監(jiān)測裝置102經(jīng)由多個電極A-C而選擇性地監(jiān)測來自病人的電脈沖，所述多個電極A-C使用導電膠和粘合劑而連接至病人的預定位置。這里顯示了電極A-C，應(yīng)當了解的是可以用任意數(shù)量的電極監(jiān)測病人的電脈沖，并且采用電極的數(shù)量取決于監(jiān)測裝置102監(jiān)測到的數(shù)據(jù)的類型。在一個實施方案中，病人監(jiān)測裝置為ECG監(jiān)測儀，并且多個電極可以包括附接于病人肢體和胸部的電極。本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的是，電極一般定位于右臂(RA)、左臂(LA)、右腿(RL)、左腿(LL)，并且在一些情況下，有數(shù)個電極位于胸部上。這些電極中，RA、LA和LL 一般稱為“主要電極”，胸部上的電極稱為“V-導聯(lián)”，并且RL —般稱為“中性電極”，盡管在實踐中可以將任何電極指定為中性的。發(fā)明人使用術(shù)語“第二電極”以共同指代V-導聯(lián)和中性電極。將主要電極RA、LA和RL聯(lián)接至平均器，所述平均器自動地將主要電極的電壓平均，從而產(chǎn)生稱為威爾遜點(Wilson Point)的參考電壓。三個主要電極和中性電極的說明顯示在圖1A中，其中Z_RA、Z_LA、Z_LL和Z_中性分別表示RA、LA、LL和中性電極的電阻抗。由平均器產(chǎn)生的參考電壓可以用作確定任意V-導聯(lián)的阻抗，將在下文中對此進行討論。通過電場各個源(例如電源線噪聲)的電容聯(lián)接，會將顯著的噪聲導入身體。該噪聲稱為共模噪聲，并且其可以模糊ECG信號。因此，為了減小該噪聲，大多數(shù)的ECG監(jiān)測儀會取三個主要電極的平均電壓，并隨后將該信號輸入至反相放大器。將放大器的輸出連接至中性電極。通過將所有電極共有的信號反相并且將其注入體內(nèi)，極大地降低了 ECG監(jiān)測儀所經(jīng)受的噪聲水平。另外，已知V-導聯(lián)包括電極V1 -V6，所述電極V1 -V6以已知方式位于病人胸部的預定位置。監(jiān)測裝置監(jiān)測電脈沖以產(chǎn)生和輸出ECG波形的方式是已知的，并且所述方式與本發(fā)明并不密切相關(guān)，將不對此進行進一步討論。
[0020]回顧圖1，監(jiān)測裝置102包括控制處理器104，控制處理器104包括用于控制監(jiān)測裝置102的操作的控制邏輯。控制邏輯包括用于監(jiān)測病人的電脈沖以產(chǎn)生病人參數(shù)數(shù)據(jù)(例如ECG波形)的算法。系統(tǒng)進一步包括多個電流發(fā)生器106A-106C，電流發(fā)生器106A-106C與各自電極相關(guān)。這里