专利名称：用于测量用户生物电信号的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量用户生物电信号的系统和方法。而且， 本发明涉及一种用于测量用户生物电信号的计算机程序。
背景技术：
使用安装在皿上的电极来监视和记录包括生物电电位和/生物电电流 的生物电信号，以幼助诊断和治疗多种不同的医学疾病和病症。^^这种电极监视的生物电信号的一个范例是以心电图(ECG)形式 记录的心脏的电活动。使用安皿皿上的电极进行的ECG测量是分析对 象心脏功能的普通方法。ECG劇共了关于心率、节律变化和心脏病症的有 价值信息。通常，在舰和电极之间提供一些种类的电解质。如果采用干 电极，i顿汗作为电解质。跨越电tTO观i」量的电压题过将离子扩散到电 解质中而建立的独立半电池电位(half cell potential)之间的差值，并且称为 导联。对若干导联的测量提供了心脏电位矢量的^f投影，组成ECG。关于ECG观懂的一个大问题题动伪影。电极与舰的相对隨的每 个改变都扰乱电极下的平衡，导致半电池电位的相当大的变化。这种电位 导致ECG的大干扰，其可倉计倍于原始ECG信号。已知若干用于^Wt 动伪影的发生的方法。增加电极对皮肤的压力使得电极位置比较不易受到 运动的影响，但是也降低了电极的佩戴舒适度。另一途径是降低皮肤电极 的阻抗，以M^、伪影敏感度。美国专利5,795,293给出了对M^、伪影的方法发明内容本发明的一个目的是提供一种用于观糧具有减少的运动伪影的生物电 信号的技术。根据本发明通过测量用户生物电信号的方法而实现该目的，所述方法
包括确定电极位移和根据确定的位移调整所述电极位置的步骤，所述电极 适于测量生物电信号。而且，根据本发明 用于测量用户生物电信号的系 实现该目的， 戶 系统包括适于确定电极位移的确定单元以及适于根据确定的位移调整 戶脱电极位置的调整单元，戶舰电t腿于领糧生物电信号。而且，根据本发明通过计^m禾歸来实现该目的，当在计^M中执行 计算机，歸时，所述计算机禾旨包括根据输入信号确定电极位移的计算机 禾旨指令，以及产生输入信号用于根据确定的位移调整所述电极位置的计 算机禾骄指令，戶欣电极适于测量生物电信号。根据本发明必须的技术效 果可以因而基于根据本发明的计算机程序指令而实现。这种计算机程序可 以存储在载体上，或者其可以通过因特网或者另一计算机网络获得。在执行计 禾歸之前，M例如借助于CD—ROM播放器从载体、或者从因 特网中读取计算机禾歸，并且将其存储在计算机的内存中，而将计^tt程 序装载入计，。除lttt外，计 1包括中央处理单元(CPU)、总线系统、 例如RAM或ROM等的存储器件以及输A/输出单元。与现有技斜目比，当在第一步骤中测量信号并且在后续步骤中执行伪 影检测和伪影校正之处，本发明的基本捐i^是在测量之前或其期间控制伪 影的影响。换句话说，在第一步骤中检测可能的伪影的直接原因，并且适 应测量处理以便于减少该原因对后续测量的影响。随后，在下一步骤中， 执行实际测量。与现有技斜目比，在总以被动方式执行伪影降低之处，本 发明建议使用持续调整电极位置和测量的控制系统来主动减少运动伪影以 最小化伪影。本发明可以使用在用于例如使用电极而测量生物电信号的任何系统 中，例如，在倒可ECG观懂系统中。具有根据本发明的伪影斷氏，所有这 些系统的性能可以充分增长。基于下列实施例，将进一步描述本发明的这些和其它方面，其定义在 随附的权利要求中。优选地，通过确定运动而确定电极的位移。为此目的，确定单元， 包括加速度计。i^^顿一种加速度计，其适用于在若干方向上测量加速 度。持续监视和分析运动数据，并且^^合适的分析*莫型确定所得到的电 极位移。在后续步骤中，根据确定的位移调整电极的位置。tt地，实际 上或实质上在位移的相反方向上移动电极的测量位置，以补偿位移。根据本发明第一实施例，用户的运动由加速度计确定，其布置远离电 极。如果加速度计非常接近电极，可以估计相对于在非常接近的附近测得 的加速度的电极的加速度。随后，通过建模电极附近的加速度对电极位移 的影响，而确定半电池电位的改变。根据本发明第二实施例，电极相对于用户的运动由加速度计确定。在 这种情况下，加速度计和电极 形成运动单元。换句话说，加速度计集 成在电极中并且位于电极之上，例如在电极顶部，从而使得加速度计确定 电极的运动。 地，第二加速度计布置成远离电极。第二加速度计确定 用户的运动。在这种情况下，电极和用户身体之间的加速度的差值提供了 电极的位移。在所有瞎况下，提供了快速控制系统。控制系统f顿加速度 计数据作为输入信号，并且基于作为输入的电极位移数据而产生控制信号 (输出信号)用于补偿电极位移。根据本发明第三实施例，使用电极排列，其包括大量相邻电极区域， 每个区域适于测量生物电信号。为此目的，可以使用单一电极，其包括大 量单独的电极区域，它们互相电绝缘。作为选择，i顿大量电极以便于形 成电极排列，其中每个单一电极作为电极排列的绝缘电极区域。为了获得 足够的^P率，tt^掛共四个或更多电极区域，从而对齡主要方向"上"、 "下"、"左"和"右"提供至少一个电极区域。随后，通过比较不同电极 区域的阻抗而确定阻抗分布。为此目的，通过将电流通过电极注入并且测 量产生的电压而执行阻抗测量。阻抗分布的改变分别指示了电极或电极排 列的位移。在确定电极位移之后，调整电极或者电极排列的位置。优选地，例如借助于用于移动电极的致动元件(actuatingelement),调整电极的真实位置。 致动元件可以包括小型马达。借助于致动元件调整电极一位移而由此形成闭 环控制系统，其可以应用于战所有实施例中。在第三实施例的情况下， 地，调整实际测量位置，即电极排列的 测量中心。为此目的，通过测量在该数量电极区域上的阻抗分布而确定电 极区域的位移。随后，相应地调整电极的实际测量位置。换句话说，获自
电极区域的排列的测量数据用于补偿电极位移。 地，鄉过实质上将
测量中心从电极的绝对中心移向位移的方向而执行。^M过使用不同电极 区域的力口权混合而实现。该加权获自阻抗测量。
下文中将借助范例参考下列实施例和随附附图，而详细描述本发明的
这些和其它方面；其中
图1是均作为时间的函数的ECG信号的图形和加速度计信号的图形；
图2是根据第一实施例的系统的示意图3是根据第二实施例的系统的示意图4是根据第三实施例的系统的示意图5是根据第三实施例的确定单元的示意图；以及
图6是根据第三实施例的调整单元的示意图。
附图^H己列表 1:加皿计信号 2: ECG信号 3:第一测量信号 4:第二测量{言号
10:测量系统
11:电极
12:确定单元
13:调整单元
14:加速度计
15:控制单元
16:致动元件
17:电极单元
18:信号链路
20:测量系统
21:电极
22:确定单元 23:调整单元 24:第一加速度计 25:控制单元 26:致动元件 27:电极单元 28:信彌各 29:第二加鹏十 30:测量系统 31:电极排列 32:确定单元 33:调整单元 35:控制单元 37:电极单元 38:信号链路 41:电极区域 42:电极区域 43:电极区域 44:电极区域 45:控制信号 46:鹏,
47: ECG信号
具体实施例方式
图1示出了由ECG信号2之上的加3ffi计信号1表示的运动效果。在 第一测量阶段3中，携带ECG电极的用户不运动。在该瞎况下，未检测到 加速度计信号l，并且ECG显示清晰的心脏信号。在第二测量阶段4中， 用户运动。这导致ECG信号2的清晰干扰，虽然在该斷兄下，仍然可以确 定心率，这是因为相对l^子的接触压力。
根据本发明第一实施例的ECG测量系统10示出在图2中。系统10包
括ECG电极11、确定单元12和调整单元13。确定单元12适于确定电极 11的位移，然而调整单元13适于根据所确定的位移调整电极11的位置。
确定单元12包括加皿计14，其位于紧靠电极11的附近。测得的加 鹏计繊(输入信号)馈入控制单元15中，用于基于用户的运动而产生 控制信号(输出信号)。控制单元15 ^柳计算模型，用于确定电极ll的位 移。计算模型基于一方面电极11安驗的位置和另一方面由于人体运动而 导致的电极11的位移变化之间的相关性。例如，如果电极11安装在用户胸 部，并且加鹏计J际用户向前弯曲，那么电极ll非常可能在特定方向上 稍稍运动，其可以根据加速 而预知。
如果由控制单元15对加鹏计数据的分析指示电极11已经在特定方 向上运动了，那么控制单元15产继审瞻号用于命令调整单元13在其原 始位置上移动电极11。为了fOT计算模型分析加皿计数据，和为了产生 控制信号，控制单元15包括微处理器或另一繊处理器件。
控制信号被馈入调整单元13中，其包括致动元件16，用于基于在先前 步骤中确定的电极位移而相对于用户皮肤移动电极11。这样，根据用户的 运动，持续地调整电极ll的位置。电极11的ECG测量信号经由信号链路 18传输到外部ECG监视器(未示出)。
m地，电极11、控制单元15和调整单元13形劍每安装在用户舰 上的集成电极单元17。
根据本发明第二实施例的ECG测量系统20示出在图3中。该系统20 包括ECG电极21 、确定单元22和调整单元23 。确定单元22包括第一加 鹏计24和第二加避计29。第一加鹏计24定位在电极21处，从而使 得第一加3M计24和电极21形j^t动单元。第一加M计24适于确定电 极21的位移，而第二加皿计29适于确定佩戴电极21的用户的运动。为 此目的，第二加速度计29位于紧靠电极11的附近。
所有加鄉计 (输入信号)被馈入控制单元25中，用于基于电极 21相对于用户的运动而产生控制信号(输出信号)。如果由控制单元25对 加^M计数据的分析指示电极21己经在特定方向上运动了，那么控制单元 25产生控制信号，用于命令调整单元23在其原始，移动电极21。因为 4顿了附加加鹏计29，可以获得更多的加速繊。因此，如在第一实施 例中的情况，控制单元25可以使用较不复杂的计算模型来确定电极21的
位移。为了^柳计算模型来分析加速度计繊和为了产生控制信号，控制
单元25包括微处理器或另—繊处理器件。
控制信号被馈入调整单元23，其又包括致动元件26，用于相/Si也移动 电极21。 ^i也，电极21、控制单元25和调整单元23形皿有第一加速 度计24的集成电极单元27。再者，根据用户的运动持续的调整电极21的 位置。电极21的ECG测量信号经由信号链路28传送到外部ECG监视器 (未示出)。
根据本发明第三实施例的ECG测量系统30示出在图4、 5和6中。系 统30包括具有ECG电极排列31的确定单元32和调整单元33 。电极排列 31包括四个绝缘的电极区域41、 42、 43、 44。 fflil由控制单元35比较不 同电极区域41、 42、 43、 44的阻抗(输入信号)来确定阻抗分布。为此目 的，电极排列31适于使得其允许P服测量。控制单元35 M31施加计算模 型到Pmi^46而产生控制信号45 (输出信号)。为了分析阻^[ 46和 为了产ffi制信号45，控制单元35包括微处理器或另一 处理器件，例 如信号处理器。控制信号包括用于调整单元33附旨令。该指令取决于由电 极区域41、 42、 43、 44上的阻抗分布的改变表征的电极的位移。
同时，四个电极区域41、 42、 43、 44将ECG测量信号47^f共到调整 单元33。调整单元33包括混合器40，例如f言号处理单元，适用于根据控 制信号45加权ECG测量信号47。换句话说，电极排列31的实际测量j體
根据其位移而调整。
如果用户不运动，齡电极区域41、 42、 43、 44对阻抗分布作用相同。 如果因为用户运动，电极排列31相对于用户J^夫的健改变，"正常"阻 抗分布朝向"动态"阻抗分布改变。例如，第一电极区域41贡献百分之80， 而其它三个电极区域42、 43、 44一共贡献卩鹏的百分之20。然后，存在强 烈的指示，电极排列31已经移向第一电极区域41。在这种情况下，产继 制信号，从而使得混合器40以这样的方式混合弓l入的ECG测量信号47， 即百分之20来自第一电极区域14的测量信号与百分之80的来自其它三个 电极区域42、 43、 44的测量信号混合。换句话说，电极排列31的实际测 量位置根据用户的运动而调整。^M31以总共四个电极区i或41、 42、 43、 44上的均匀[5K分布为目标而实I见。所得到的电极排列31的ECG测量信 号经由信号链路38传输到外部ECG监视器(未示出)。,地，电极排列
31 、控制单元35和调整单元33形職成电极单元37。
对本领域技术人员而言将显然的是，本发明不局限于前述实施例的细 节，并且本发明可以以其它特定形式具体化，而不脱离其精神和本质属性。 因而，从所有方面，当前实施例将认为是说明性而非限制性的，本发明的 范围将由随附权禾腰求而不是前述描述而指示，并且因而符合权利要求等 效的内涵和范围的所有改变，认为被包括于此。此外，将显然的是，措辞 "包括"不排除其它元件或步骤，措辞"一"或"一个"不排除織形式， 而诸如计算机系统或另一单元的单数元件满足权禾腰求中所述的多个器件 的功能。权利要求中的任何附图标己都不应理解为限制涉及的权利要求。
权利要求
1、一种用于测量用户生物电信号的方法，包括如下步骤-确定电极(11，21，31)的位移，所述电极(11，21，31)适于测量生物电信号(47)，以及-根据所确定的位移调整所述电极(11，21，31)的位置。
2、 如权利要求l所述的方法，其中，所述确定步骤包括确定戶腿用户 的运动。
3、 如权利要求i0M的方法，其中，戶;f^确定步骤包括确定戶服电极(11， 21， 31)相对于戶脱用户的运动。
4、 如权利要求l戶舰的方法，其中，戶服调整步骤包括调S^脱电极 (11， 21， 31)的实际位置。
5、 如权利要求l所述的方法，其中，所述调整步骤包括调整所述电极 (11， 21， 31)的实际测量^S。
6、 一种用于测TO户生物电信号的系统(10， 20， 30)，包括 一确定单元(12， 22， 32)，适于确定电极(11， 21， 31)的位移，所述电极(11， 21， 31)适于测量生物电信号(47)，以及—调整单元(13， 23， 33)，适于根据所确定的位移调^0f述电极(11， 21， 31)的隨。
7、 如权利要求6戶服的系统(10， 20， 30)，其中，戶服确定单元(12， 22， 32)包括加速度计(14)。
8、 如权利要求7戶脱的系统(10， 20， 30)，其中，戶腿加速度计(14) 远离戶/M电极(11， 21， 31)布置。
9、 如权禾腰求7戶腿的系统(10， 20， 30)，其中，戶舰加體计(14) 和雕电极(11， 21， 31)形艇动单元(17)。
10、 如权利要求7戶;M的系统(10， 20， 30)，包fi^离戶腿电极(11， 21， 31)布置的第二加速度计(29)。
11、 如权利要求6戶腿的系统(10， 20， 30)，其中，戶腐调整单元(13， 23， 33)包括用于移动戶腿电极(11， 21， 31)的致动元件(16， 26)。
12、 如权利要求6戶诚的系统(30)，其中，戶鹏确定单元(32)包括 电极(31)，臓电极(31)包括大量相邻电极区域(41， 42， 43， 44)，針区域都适于测量生物电信号。
13、 如权利要求6所述的系统(30)，其中，所述调整单元(33)包括 分析单元(35， 40)，适于分析大量生物电信号，并且皿于调整所述电极(31)的实际测量，。
14、 一种计嶽几辦，包括一根据输入信号确定电极(11， 21， 31)的位移的计算机，歸指令， 阮逸电极(11， 21， 31)适于测量生物电信号(47)，以及一当在计對几中执行所述计算机禾蹄时，用于根据所确定的位移，产 生用于调整所述电极(11， 21， 31)的位置的输出信号的计算机禾ij^指令。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量用户生物电信号的系统和方法。而且，本发明涉及用于测量用户生物电信号的一种计算机程序。为了提供用于测量具有减少的运动伪影的生物电信号的技术，提供了一种新方法，包括如下步骤，确定电极位移，所述电极适于测量生物电信号；以及根据所确定的位移调整所述电极的位置。本发明可以用在使用电极测量生物电信号的任何系统中，例如，用于任何ECG测量系统中。根据本发明具有减少的伪影，所有那些系统的性能可以充分提高。
文档编号A61B5/04GK101160092SQ200680012817
公开日2008年4月9日 申请日期2006年4月4日 优先权日2005年4月19日
发明者H·赖特尔, J·A·J·西杰斯, J·米尔施泰夫, O·祖赫 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司