專利名稱：基于電阻抗測量來確定生理參數(shù)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本文所公開的主題涉及生理監(jiān)測系統(tǒng)，更具體來說，涉及從電阻抗測量來提取生理參數(shù)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電阻抗圖譜(EIS)測量用于對諸如組成人體區(qū)域的物質(zhì)之類的物質(zhì)的復(fù)電性質(zhì)進(jìn)行分類和量化。通過施加電流或電壓，并且測量在被測物質(zhì)表面的一個(gè)或多個(gè)電極上的響應(yīng)電壓或響應(yīng)電流，來確定這些電性質(zhì)。處理所施加激勵(lì)和所測量響應(yīng)，以便生成復(fù)電阻抗的估計(jì)。這個(gè)過程可使用單個(gè)激勵(lì)來進(jìn)行，或者這個(gè)過程可使用兩個(gè)或更多激勵(lì)來重復(fù)進(jìn)行，以便產(chǎn)生隨所施加激勵(lì)而改變的復(fù)電阻抗分布的測量。由EIS系統(tǒng)所得到的電阻抗測量能夠用于監(jiān)測人體生理參數(shù)?？赏ㄟ^施加極小電流或電壓，使用例如皮膚接觸電極，并且測量相同或不同皮膚接觸電極上的所產(chǎn)生電壓來獲得這些測量。所得電阻抗信號是若干參數(shù)的量度，參數(shù)包括電極之間和之中的幾何尺寸(例如長度、面積和/或體積)以及電極之間和下面的組織(例如器官、肌肉、脂肪和/或皮膚) 中的復(fù)電導(dǎo)率。由于所測量阻抗對幾何尺寸的變化敏感，所以患者運(yùn)動(dòng)以及其它外來信號和噪聲源能夠引起破壞(例如干擾)感興趣基本信號的不合需要影響，從而引起不準(zhǔn)確測量。感興趣信號可包括例如呼吸率、心臟搏動(dòng)以及其它解剖和生理現(xiàn)象。用于通過阻抗測量來監(jiān)測呼吸活動(dòng)的已知系統(tǒng)使用兩個(gè)電極之間的單個(gè)阻抗測量。感興趣基本源是進(jìn)入和離開肺部的氣流，并且干擾源包括心臟運(yùn)動(dòng)、患者移動(dòng)和其它不相關(guān)生理運(yùn)動(dòng)。這些干擾源與使用兩個(gè)電極之間的單個(gè)阻抗測量的時(shí)間或譜技術(shù)是不可分離的。算法還已知為在不同電極對之間切換以避免干擾源并且改進(jìn)信號可見性。例如， 一種方法包括在腹部呼吸器中的捕獲因顯性胸肌(dominant chest muscle)引起的呼吸運(yùn)動(dòng)的胸電極與捕獲因顯性隔肌引起的運(yùn)動(dòng)的腹電極之間進(jìn)行切換。這種方法遭受預(yù)期和干擾源的不可分離性。其它已知算法使用來自多個(gè)電極的信息，并且采用電阻抗斷層掃描技術(shù)來生成所詢問面積或體積的導(dǎo)電率分布的重構(gòu)。這些系統(tǒng)能夠生成填充或排空空氣的肺部的圖像， 但是要求多個(gè)電極、通常為16個(gè)或更多以及有效計(jì)算系統(tǒng)用于轉(zhuǎn)發(fā)建模和/或數(shù)據(jù)和圖像重構(gòu)。還已知用于連續(xù)測量患者的換氣率的非電氣方法?？赏ㄟ^經(jīng)由插管、使用面罩或者經(jīng)由患者鼻或口中的傳感器測量經(jīng)過氣道的氣流，來執(zhí)行這些方法。這些連續(xù)測量方法對于患者是不舒適的，并且相應(yīng)地沒有廣泛使用。其它較少介入的方法可使用諸如運(yùn)動(dòng)傳感器、加速計(jì)、壓力傳感器、話筒、聲傳感器和/或體積描計(jì)帶之類的方法來執(zhí)行。這些較少介入的方法易受到干擾和運(yùn)動(dòng)偽影，這降低它們測量感興趣生理參數(shù)的靈敏度，并且阻止其普遍使用。

發(fā)明內(nèi)容
按照一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于分離電測量信號的方法。該方法包括得到從耦合到對象表面的多個(gè)換能器所獲取的電測量信號，并且構(gòu)成系統(tǒng)矩陣來限定電測量信號之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系。該方法還包括分解系統(tǒng)矩陣，以便分離從不同生理和非生理源所創(chuàng)建的電測量信號。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于監(jiān)測換氣的方法。該方法包括將多個(gè)換能器定位在身體表面，并且得到來自多個(gè)換能器的電測量信號。該方法還包括使用基于系統(tǒng)矩陣的過程來將電阻抗信號分成換氣測量信號、變動(dòng)運(yùn)動(dòng)(ambulatory motion)測量信號以及換氣分析不感興趣的其它測量信號。按照又一個(gè)實(shí)施例，提供一種包括配置用于定位在對象表面的多個(gè)換能器的阻抗測量系統(tǒng)，其中多個(gè)換能器對應(yīng)于多個(gè)通道。阻抗測量系統(tǒng)還包括至少一個(gè)激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器， 電耦合到多個(gè)通道，并且配置成在多個(gè)換能器生成電激勵(lì)(例如電流或電壓)；以及至少一個(gè)響應(yīng)檢測器，配置成測量在多個(gè)換能器的每個(gè)處的響應(yīng)，以便限定阻抗測量信號。阻抗測量系統(tǒng)還包括處理器，具有生理參數(shù)提取模塊，配置成構(gòu)成系統(tǒng)矩陣以限定阻抗測量信號之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系，并且分解系統(tǒng)矩陣以分離阻抗測量信號。


通過閱讀以下參照附圖的非限制性實(shí)施例的描述，將會(huì)更好地了解當(dāng)前所公開的主題，附圖包括圖1是示出按照一個(gè)實(shí)施例所形成的阻抗測量系統(tǒng)的簡化示意框圖。圖2是示出按照各個(gè)實(shí)施例所執(zhí)行的生理參數(shù)提取過程的簡化框圖。圖3是按照各個(gè)實(shí)施例、從電測量來提取生理參數(shù)的方法的流程圖。圖4是示出按照一個(gè)實(shí)施例的換能器布置的簡圖。圖5是示出按照另一個(gè)實(shí)施例的換能器布置的簡圖。圖6是示出按照各個(gè)實(shí)施例的數(shù)據(jù)測量的圖表。圖7是示出按照各個(gè)實(shí)施例的分離信號的圖表。圖8是示出與不同變動(dòng)運(yùn)動(dòng)對應(yīng)的波形的圖表。
具體實(shí)施例方式通過結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀，將會(huì)更好地理解以上概述以及某些實(shí)施例的以下詳細(xì)描述。在附圖示出各個(gè)實(shí)施例的功能塊的簡圖的意義上，功能塊不一定指示硬件電路之間的劃分。因此，例如，功能塊的一個(gè)或多個(gè)(例如處理器、控制器、電路或存儲器)可通過單個(gè)硬件或者多個(gè)硬件來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，各個(gè)實(shí)施例并不局限于附圖所示的布置和工具。本文所使用的、以單數(shù)形式所述并且具有數(shù)量詞“一”的元件或步驟應(yīng)該被理解為不排除多個(gè)所述元件或步驟的情況，除非明確說明了這種排除情況。此外，提到“一個(gè)實(shí)施例”并不是要被解釋為排除也結(jié)合了所述特征的其它實(shí)施例的存在。此外，除非相反的明確說明，否則，“包括”或“具有”帶特定性質(zhì)的元件或多個(gè)元件的實(shí)施例可包括沒有那種性質(zhì)的附加的這類元件。各個(gè)實(shí)施例提供用于分離或區(qū)分諸如感興趣預(yù)期生理信號之類的感興趣電測量與諸如不感興趣的生理或非生理信號的電阻抗信號和噪聲源之類的電阻抗信號的不感興趣的電測量的系統(tǒng)和方法。例如，在一些實(shí)施例中，將因預(yù)期生理活動(dòng)(例如呼吸)而引起的電阻抗信號與因非預(yù)期生理活動(dòng)(例如心跳或變動(dòng)運(yùn)動(dòng))而引起的電阻抗信號和非預(yù)期非生理信號(例如噪聲)分離，以便執(zhí)行生理活動(dòng)的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測。至少一個(gè)技術(shù)效果是可使用低復(fù)雜度電子器件和信號處理來執(zhí)行的生理活動(dòng)的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測。例如，按照各個(gè)實(shí)施例，可提供患者監(jiān)測器，以便測量電阻抗以確定昏迷、服用鎮(zhèn)靜劑或睡眠患者以及呈現(xiàn) SWif II# WBf 1S.$ (respiration rate breathing rate) 應(yīng)當(dāng)注意，雖然各個(gè)實(shí)施例可結(jié)合具有特定部件的電阻抗圖譜(EIS)系統(tǒng)或電阻抗斷層掃描(EIT)系統(tǒng)來描述，但是各個(gè)實(shí)施例可結(jié)合能夠測量對象(例如患者的一部分) 的電阻抗的任何系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。另外，雖然各個(gè)實(shí)施例可結(jié)合分離信號描述以識別獨(dú)立于患者運(yùn)動(dòng)的換氣率，但是可分離其它生理和非生理信號或活動(dòng)。阻抗測量系統(tǒng)20的一個(gè)實(shí)施例如圖1所示，它可以是基于換能器的系統(tǒng)，例如基于電極的系統(tǒng)，例如可形成心電描記(ECG)監(jiān)測裝置或阻抗心動(dòng)描記模塊的一部分的患者監(jiān)測器。但是，阻抗測量系統(tǒng)20也可以是EIS/EIT系統(tǒng)或其它獨(dú)立單元。阻抗測量系統(tǒng)20 可用于得到對象22(例如患者)的電阻抗測量，這用于分離感興趣生理活動(dòng)與非預(yù)期生理活動(dòng)和非生理信號。例如，在至少一個(gè)實(shí)施例中，所得到的電阻抗測量可用于分離換氣率與患者運(yùn)動(dòng)。在所示實(shí)施例中，阻抗測量系統(tǒng)20包括多個(gè)換能器M，它們在一個(gè)實(shí)施例中是多個(gè)電極，定位在對象22的表面上或者附近，這在衛(wèi)生保健應(yīng)用(例如患者監(jiān)測)中可包括將多個(gè)換能器M附連到患者或受檢者的皮膚。應(yīng)當(dāng)注意，雖然示出八個(gè)換能器對，但是可使用更多或更少換能器M。應(yīng)當(dāng)注意，其它類型的換能器可用于生成不同類型的激勵(lì)，例如，除了電流之外，其它激勵(lì)源包括電壓、磁場或射頻波等等。因此，換能器也可以是表面接觸電極、支起電極、天線和線圈等等。換能器M可按照不同布置定位在對象22的表面，并且可按照不同配置來驅(qū)動(dòng)。例如，換能器M可以是電極，并且使用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)ECG位置之一(例如導(dǎo)聯(lián)I、導(dǎo)聯(lián)II或?qū)?lián) III ECG配置)定位在對象22的表面。但是，在其它實(shí)施例中，可提供在非標(biāo)準(zhǔn)ECG位置中的換能器M的不同定位(例如腋下配置)。例如，換能器M可定位成提供通過肺部和/ 或軀干的軌跡/角的不同視圖，以便提供對呼吸的增加靈敏度以及對變動(dòng)運(yùn)動(dòng)的降低靈敏度。另外，可使用不同定位布置的組合，例如具有按照導(dǎo)聯(lián)II配置(右臂至左腿)的電流驅(qū)動(dòng)換能器M以及按照導(dǎo)聯(lián)I配置(右臂至左臂)的電壓測量換能器M或者反過來。作為修改或變更的其它非限制性示例，可提供與導(dǎo)聯(lián)II配置相似的配置，但是其中右臂換能器M放置在肩背上(導(dǎo)聯(lián)II背配置)或者其中電流驅(qū)動(dòng)換能器M定位在腋下位置而電壓測量換能器M定位在胸前和背部中央。另外，在各個(gè)實(shí)施例中，電流驅(qū)動(dòng)換能器M的一個(gè)或多個(gè)可在相同載波頻率下， 但是具有不同相位(例如0度、90度、180度和270度)。應(yīng)當(dāng)注意，換能器M的一部分可以沒有對其所施加的電流，而是僅用于電壓測量。在下表中示出按照不同配置的換能器M 的設(shè)定(例如所驅(qū)動(dòng)的電流和所測量的電壓)的各個(gè)示范實(shí)施例
權(quán)利要求
1.一種用于分離電測量信號的方法，所述方法包括得到從耦合到對象表面的多個(gè)換能器所獲取的電測量信號；構(gòu)成系統(tǒng)矩陣，以便限定電測量信號之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系；以及分解所述系統(tǒng)矩陣，以便分離所述電測量信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用所分離電測量信號來識別生理參數(shù)或非生理參數(shù)中的至少一個(gè)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述生理參數(shù)包括換氣運(yùn)動(dòng)、心臟運(yùn)動(dòng)和變動(dòng)運(yùn)動(dòng)中的至少一個(gè)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述非生理參數(shù)包括噪聲。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括按照心電描記(ECG)電極布置配置將所述多個(gè)換能器定位在所述對象表面。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將激勵(lì)施加到所述多個(gè)換能器的至少一個(gè)，其中所述激勵(lì)包括電、磁或射頻激勵(lì)其中之一。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，得到電測量信號包括測量所述多個(gè)換能器的全部或子集上的電壓、電流、磁響應(yīng)或射頻響應(yīng)中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，分解所述系統(tǒng)矩陣包括跨一個(gè)以上關(guān)系的主分量分析、獨(dú)立分量分析、盲源分離技術(shù)、基于模板的擬合技術(shù)、基于統(tǒng)計(jì)模板的技術(shù)、基于幾何模板的技術(shù)、基于模型的擬合技術(shù)、基于統(tǒng)計(jì)模型的技術(shù)、基于幾何模型的技術(shù)或者譜分析技術(shù)中的至少一個(gè)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)關(guān)系包括其中包括電壓、電壓差、 電流、電流差、阻抗、阻抗差、導(dǎo)納或?qū)Ъ{差中的至少一個(gè)的電信號之間的關(guān)系，其中所述一個(gè)或多個(gè)關(guān)系能夠是實(shí)值、虛值或復(fù)值。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述對象是人，以及構(gòu)造所述矩陣用于跨人的多個(gè)換氣周期進(jìn)行隨時(shí)間的阻抗測量。
11.一種用于監(jiān)測換氣的方法，所述方法包括將多個(gè)換能器定位在人體表面；從所述多個(gè)換能器的全部或子集來得到電測量信號；以及使用基于系統(tǒng)矩陣的過程來將所述電信號分成換氣信號和變動(dòng)運(yùn)動(dòng)信號。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，同時(shí)得到所述電測量信號。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，依次得到所述電測量信號。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，使用所述基于系統(tǒng)矩陣的過程包括使用跨一個(gè)以上關(guān)系的主分量分析、獨(dú)立分量分析、盲源分離技術(shù)、基于模板的擬合技術(shù)、基于統(tǒng)計(jì)模板的技術(shù)、基于幾何模板的技術(shù)、基于模型的擬合技術(shù)、基于統(tǒng)計(jì)模型的技術(shù)、基于幾何模型的技術(shù)、譜分析技術(shù)中的至少一個(gè)來分解所述系統(tǒng)矩陣。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，使用所述基于系統(tǒng)矩陣的過程包括構(gòu)成系統(tǒng)矩陣，以便限定所述電測量信號之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系，其中所述一個(gè)或多個(gè)關(guān)系包括其中包括電壓、電壓差、電流、電流差、阻抗或阻抗差、導(dǎo)納或?qū)Ъ{差中的至少一個(gè)的電信號之間的關(guān)系，其中所述一個(gè)或多個(gè)關(guān)系能夠是實(shí)值、虛值或復(fù)值。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，定位所述多個(gè)換能器包括按照心電描記(ECG)電極布置配置將所述多個(gè)換能器耦合到人體皮膚。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，定位所述多個(gè)換能器包括按照非心電描記(ECG) 電極布置配置將所述多個(gè)換能器耦合到人體皮膚。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，得到電測量信號包括測量所述多個(gè)換能器的一個(gè)或多個(gè)上的電壓、電流、磁響應(yīng)或射頻響應(yīng)其中之一。
19.一種阻抗測量系統(tǒng)，包括多個(gè)換能器，配置用于定位在對象表面，其中所述多個(gè)換能器對應(yīng)于多個(gè)通道； 激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器，電耦合到所述多個(gè)通道的至少一個(gè)子集，并且配置成對所述多個(gè)換能器的至少一個(gè)子集生成電激勵(lì)；響應(yīng)檢測器，配置成測量所述多個(gè)換能器的至少一個(gè)子集上的響應(yīng)，以便限定電測量信號；以及處理器，具有生理參數(shù)提取模塊，配置成構(gòu)成系統(tǒng)矩陣以限定所述電測量信號之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系，并且分解所述系統(tǒng)矩陣以分離所述電測量信號。
20.如權(quán)利要求19所述的阻抗測量系統(tǒng)，其中，所述生理參數(shù)提取模塊還配置成使用所分離電測量信號來識別生理參數(shù)和非生理參數(shù)中的至少一個(gè)。
21.如權(quán)利要求19所述的阻抗測量系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)換能器包括按照心電描記 (ECG)電極布置配置耦合到患者皮膚的電極。
22.如權(quán)利要求19所述的阻抗測量系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)換能器包括按照非心電描記 (ECG)電極布置配置耦合到患者皮膚的電極。
23.如權(quán)利要求19所述的阻抗測量系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)換能器包括電、磁或射頻換能器其中之一。
24.如權(quán)利要求19所述的阻抗測量系統(tǒng)，其中，所述電激勵(lì)包括電流、電壓、磁或射頻激勵(lì)其中之一。
25.如權(quán)利要求19所述的阻抗測量系統(tǒng)，其中，所述電測量信號包括電流、電壓、磁和射頻信號中的至少一個(gè)。
全文摘要
提供用于基于電阻抗測量來確定生理參數(shù)的系統(tǒng)和方法。一種方法包括得到從耦合到對象表面的多個(gè)換能器所獲取的電測量信號，并且構(gòu)成系統(tǒng)矩陣來限定阻抗測量信號之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系。該方法還包括分解系統(tǒng)矩陣，以便分離電測量信號。
文檔編號A61B5/053GK102525454SQ20111045183
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者A·S·羅斯, J·M·阿謝 申請人:通用電氣公司