用于测量电极接触阻抗的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于病人监测装置的系统和方法，更具体地，用于测量电极的接触阻抗，从而确定与电极相关的连接质量。
【背景技术】
[0002]在为病人提供医疗服务的过程中，需要监测重要的统计数值和其他的病人参数。不同类型的病人监测装置可以经由至少一个电极而监测病人的生理状态，所述电极在身体的各个位置处联接至病人的皮肤。例如，在临床环境下使用心电图(ECG)监测仪而对心脏的电活动进行定期监测。通过多个监测病人心脏电脉冲的电极而将ECG监测仪连接至病人。为了使ECG监测仪有效地记录病人的电脉冲，从这里延伸出的电极通常包括导电胶，所述导电胶嵌入用于确保电极连接至病人身体的粘着垫。来自监测仪的缆线选择性地连接至电极，从而使检测到的电压传输至ECG监测装置，以便为医护人员提供关于病人心脏功能的数据。
[0003]所公知的是记录信号的质量取决于电极和病人身体之间的电阻。将电极-病人交界面(interface)处的电阻称为接触阻抗。因此，合意的是当对病人进行监测时，在不同的时间测量接触阻抗，进而确保监测到的信号具有足够好的质量。一个测量接触阻抗的方法是使用上拉/下拉电阻器，其中将每个电极连接至与电压源串联的电阻器(一般为数十兆欧姆)。当接触阻抗增加至数十兆欧姆的范围时，会导致电极电压接近所施加的电压水平。这表示存在接触不良，并且暗示感测到的信号的质量欠佳。另一个测量接触阻抗的方法为对给出的电极施加电流，所述电流通过其他连接的电极而返回地。这会导致被施加电流的电极的压降和所有其他电极的并联组合的相应压降。通过对N个电极中的每一个重复此测量，可以得到成组的N个非线性方程和N个未知数，其中N等于连接至系统的电极的数量。然而，与用于测量接触阻抗的这些方法和其他方法相关联的缺陷包括信号质量的可靠测量较低，计算时间增加以及进行该测量所需的系统复杂。根据本发明原理的系统解决了已知系统的缺陷。
【发明内容】
[0004]在一个实施方案中，提供了确定电极与病人连接质量的装置。所述装置包括至少三个电极，其选择性地连接至病人，用于感测代表病人参数的电生理信号。电流源连接至所述至少三个电极中的每一个，所述电流源可以施加正电流和负电流两者。控制处理器连接至所述电流源和所述至少三个电极，所述控制处理器识别至少三个电极的若干独特电极对，并且控制电流源以将正电流施加至每个识别的电极对的一个电极，并且同时将负电流施加至每个识别的电极对的其他电极，从而确定至少三个电极中至少一个的连接质量。
[0005]在另一个实施方案中，ECG监测装置确定连接至病人的电极的连接质量。ECG监测仪包括多个联接至病人的电极，多个电极中的每一个均感测表示至少一个来自病人的病人参数的电脉冲。电流源选择性地可连接至多个电极，从而将正电流和负电流中的一个选择性地施加至多个电极的任意一个。控制处理器连接至电流源和多个电极。控制处理器识别来自多个电极的若干独特电极对，并且对于每个识别的电极对，控制电流源从而在电极对中将正电流施加至一个电极，并且将负电流施加至其他电极，从而生成表示电极对电压差异(voltage difference)的线性方程，并且确定多个电极的各自一个的连接质量数据。
[0006]在另一个实施方案中，提供了确定连接至病人的电极的连接质量的方法。所述方法包括以下行为:提供至少三个电极，其为控制处理器感测表示病人参数的电生理信号。将可以施加正电流和负电流两者的电流源连接至至少三个电极中的每一个。识别至少三个电极的若干独特电极对，并且控制电流源，从而将正电流施加至每个识别的电极对中的一个电极，并且同时将负电流施加至每个识别的电极对中的其他电极。确定至少三个电极中的至少一个的连接质量。
【附图说明】
[0007]图1为根据发明原理的用于测量电极接触阻抗的系统的示例性方框图。
[0008]图1A显示了中性电极的使用以降低ECG监测仪所记录的共模噪声的水平。将三个主要电极(primary electrode)的平均电压输入反相放大器，所述反相放大器的输出连接至中性电极。
[0009]图2描绘了根据发明原理的在用于测量接触阻抗系统中使用的连接至病人的电极的示例性电路示意图；
[0010]图3为根据发明原理的在用于测量接触阻抗系统中使用的连接至病人的电极的示例性电路示意图；
[0011]图4为根据发明原理的在用于测量接触阻抗系统中使用的连接至病人的电极的示例性电路示意图；
[0012]图5为根据发明原理的在用于测量接触阻抗系统中使用的连接至病人的电极的示例性电路示意图；
[0013]图5A为根据发明原理的在用于测量接触阻抗系统中使用的连接至病人的电极的示例性电路示意图；
[0014]图6为表示根据发明原理的测量接触阻抗中使用的连接至病人的每个电极对的电压的表格；
[0015]图7为详细描述根据发明原理的用于测量接触阻抗的系统工作的流程图；
[0016]图8为详细描述根据发明原理的用于测量接触阻抗的系统工作的流程图；以及
[0017]图9为详细描述根据发明原理的用于测量接触阻抗的系统工作的流程图。
【具体实施方式】
[0018]用于测量接触阻抗的系统(下文中为“系统”)自动对电极和病人之间的连接质量进行测量、计算并且量化。通过在连接至病人的电极和病人的皮肤之间的交界面处测量阻抗而确定连接质量。这称为接触阻抗，并且在监测病人的过程中，系统有利地测量并确定每个电极的接触阻抗。通过在监测病人期间测量接触阻抗，医护人员可以实时注意到代表一个或更多的连接至病人的电极的连接变差的情况。这可以使医护人员对情况进行补救，否则会导致通过电极感测到的信号的质量低于期望的信号质量，从而导致产生的数据不能准确地表示病人当前的情况。使用成组的至少三个电极中的两个电极而自动地确定具体电极的连接质量数据，所述至少三个电极均连接至受到监测的病人。每个电极包括连接至此的第一电流源和第二电流源，所述第一电流源具有第一极性，所述第二电流源具有相反极性。来自第一电流源和第二电流源中每一个的电流强度与另一个相等。通过选择性地将具有预定强度的第一电流源施加至三个电极中的一个，并且同时将具有预定强度的第二电流源施加至三个电极中的另一个，系统自动地测量并确定连接至病人的电极的连接质量。系统顺序地将第一电流源和第二电流源施加至三个电极中的每个电极对组合。以此方法，系统有利地测量每个电极之间的差分电压，并且由于电流水平(current level)为预定值，所以对于每个电极对，系统自动地产生线性方程，其中两个电极之间的差分电压等于第一电极和第二电极的接触阻抗之和乘以电流水平。然而，第一电极和第二电极的各自阻抗是未知的，直到系统产生代表每个电极对的方程。此后，可以有利地对代表每个电极对(例如，电极I和电极2、电极2和电极3以及电极I和电极3)的三个产生的线性方程进行数学操作，从而解析出每个电极的各自接触阻抗。响应于确定各自电极的接触阻抗，将接触阻抗值与接触阻抗阈值进行比较，从而确定由各自电极感测到的信号质量是否足够好，借此使较低阻抗与电极/病人交界面处的较强连接相关。通过自动并同时将两个相反极性的电流源施加至两个不同的电极，系统可以在较短时间内确定信号质量，进而减小对病人监测的影响。实现了使用本系统的用于确定信号质量所需时间的减少，这是由于减少了产生和解析每个表示各自电极对的三个线性方程的计算处理需求。系统提供了进一步的优势:通过识别电极的连接质量而选择导联组合(lead combinat1n)，所述导联组合提供最高质量的ECG数据。此外，由系统提供的连接质量数据可以使用户确定在给定时间内可以使用的ECG导联的何种组合。
[0019]图1为示例性病人监测装置102的方框图，病人监测装置102经由多个电极A-C而选择性地监测来自病人的电脉冲，所述多个电极A-C使用导电胶和粘合剂而连接至病人的预定位置。这里显示了电极A-C，应当了解的是可以用任意数量的电极监测病人的电脉冲，并且采用电极的数量取决于监测装置102监测到的数据的类型。在一个实施方案中，病人监测装置为ECG监测仪，并且多个电极可以包括附接于病人肢体和胸部的电极。本领域的技术人员理解的是，电极一般定位于右臂(RA)、左臂(LA)、右腿(RL)、左腿(LL)，并且在一些情况下，有数个电极位于胸部上。这些电极中，RA、LA和LL 一般称为“主要电极”，胸部上的电极称为“V-导联”，并且RL —般称为“中性电极”，尽管在实践中可以将任何电极指定为中性的。发明人使用术语“第二电极”以共同指代V-导联和中性电极。将主要电极RA、LA和RL联接至平均器，所述平均器自动地将主要电极的电压平均，从而产生称为威尔逊点(Wilson Point)的参考电压。三个主要电极和中性电极的说明显示在图1A中，其中Z_RA、Z_LA、Z_LL和Z_中性分别表示RA、LA、LL和中性电极的电阻抗。由平均器产生的参考电压可以用作确定任意V-导联的阻抗，将在下文中对此进行讨论。通过电场各个源(例如电源线噪声)的电容联接，会将显著的噪声导入身体。该噪声称为共模噪声，并且其可以模糊ECG信号。因此，为了减小该噪声，大多数的ECG监测仪会取三个主要电极的平均电压，并随后将该信号输入至反相放大器。将放大器的输出连接至中性电极。通过将所有电极共有的信号反相并且将其注入体内，极大地降低了 ECG监测仪所经受的噪声水平。另外，已知V-导联包括电极V1 -V6，所述电极V1 -V6以已知方式位于病人胸部的预定位置。监测装置监测电脉冲以产生和输出ECG波形的方式是已知的，并且所述方式与本发明并不密切相关，将不对此进行进一步讨论。
[0020]回顾图1，监测装置102包括控制处理器104，控制处理器104包括用于控制监测装置102的操作的控制逻辑。控制逻辑包括用于监测病人的电脉冲以产生病人参数数据(例如ECG波形)的算法。系统进一步包括多个电流发生器106A-106C，电流发生器106A-106C与各自电极相关。这里