心电学研究中的噪声检测的系统和方法

技术领域

本发明主题一般涉及噪声检测的系统和方法，并且更具体地说，涉及保健环境中检测和标识噪声方向的系统和方法。

背景技术

在工作环境中设置、建立和保持最小化的噪声水平是当今现场工程师的难题和需要。噪声干扰源的示例可以包括未接地的电延伸线、电插座、具有大电能需求的设备等。此类噪声干扰可能常常与处理设备执行研究而产生的或测试、调试或维护电信号处理设备而产生的电信号的测量和分辨率相干扰。

例如，关注噪声的一个环境可能是在进行心电学研究所在的保健场景中。心电图(ECG)系统可以测量人心脏内或人皮肤表面的微小生物电势信号。这些生物电势信号可以涵盖与100 uV一样低的范围，并且能够分辨如30 uV那么小。例如，John G. Webster的“医疗器械 – 应用和方法”(1988)(Medical Instrumentation – Application and Method by John G. Webster (1988))描述如何将电极定位于人体(例如，额状面或横状面)上以跟踪用作检查心脏机能的诊断工具的ECG。

需要对于处理设备具有最小化噪声水平的环境，这能够增强电信号处理性能。

发明内容

需要或期望一种系统和方法来检测和定位可能与电信号处理设备执行研究而产生的电信号的测量和分辨率相干扰的环境噪声源。下文描述中，通过本文描述的实施例来解决上文提到的缺点和需求。

根据一个实施例，提供一种与ECG信号采集系统组合使用的系统。ECG信号采集系统能够操作以连接到受检者的皮肤表面上的电极布置。该系统可以包括电路板和安装在该电路板上的多个分支电路。这些多个分支电路能够布置在电路板上且具有与受检者的皮肤表面上的电极布置的电阻抗相关的电阻抗。该系统还可以包括以电通信连接的输出连接器，以接收从多个分支电路传递的信号以用于传递到ECG采集系统。

根据本文描述的本发明主题的另一个实施例，提供一种系统，其包括在受检者的ECG信号的采集中与电极布置通信的ECG采集系统。其改进包括与ECG采集系统通信连接的天线系统，该天线系统包括安装在电路板上的一系列分支电路。电路板上布置的这一系列分支电路能够与受检者上的电极布置相似。输出连接器以电通信方式连接以接收从多个分支电路传递的信号，用于传递到ECG采集系统从而图示来自天线系统的信号的带宽和振幅。

根据又一个实施例，提供一种用于检测对位于定义空间中的ECG采集系统的处理的噪声干扰信号源的系统。该系统包括检测噪声干扰信号并将其传递到ECG采集系统的天线系统；连接以传递天线系统相对于定义的空间的朝向和位置的定位系统；以及显示器，其配置成随着天线系统在定义的空间中移动、以与天线系统相对于定义的空间的朝向和位置的组合来图解噪声干扰信号的振幅的测量。

本文描述了不同范围的系统、方法和计算机程序产品。除了发明内容中描述的方面和优点，参考附图和参考下文详细描述将显见到进一步的方面和优点。

附图说明

图1示出根据本文描述的发明主题的，可操作以增强电信号处理环境中的噪声干扰源的检测、定向和隔离的系统实施例的示意图。

图2示出根据本文描述的发明主题的，电路板上具有用于检测采集患者发出的生物电势信号中的电极经受的噪声衰减的分支电路布置的天线系统的一个实施例的示意图。

图3图示根据本文描述的发明主题的，用于模拟采集患者的生物电势信号中位于右臂处的电极的分支电路的一个实施例的详细示意图。

图4图示根据本文描述的发明主题的，图3的天线系统的天线输出的一个实施例的详细示意图。

图5示出根据本文描述的发明主题的，可操作以模拟患者的生物电势信号研究中的噪声衰减的采集和测量的、图1的系统的实施例的示意图。

图6示出根据本文描述的发明主题的，图1的系统输出的可视显示的实施例。

图7示出使用图1的系统采集基线噪声测量的方法实施例的流程图。

图8示出使用图1的系统执行噪声模拟的方法实施例的流程图。

图9示出使用图1的系统执行噪声成角(angulation)的方法实施例的流程图。

具体实施方式

在下文的详细描述中，参考了构成其一部分的附图，并且在附图中以图解形式示出了可以实践的特定实施例。这些实施例得以足够详细地描述，以使本领域技术人员能够实践这些实施例，并且要理解，可以利用其他实施例，以及在不背离这些实施例的范围的前提下可以进行逻辑、机械、电和其他方面的更改。因此，下文详细描述不应作为限制意义来理解。

图1图示可操作以增强电信号处理环境中的噪声干扰源的检测、定向和隔离的系统100的一个实施例。电信号处理环境的示例可以是其中受检者105(例如，人或动物)可能承受生物电势信号采集系统110的研究的生物电势研究室。生物电势信号采集系统110的一个示例包括如图所示的心电图(ECG)信号采集系统(表面或心内)112。然而，生物电势信号监视系统的类型的其他示例可以包括但不限于用于测量受检者105(例如，人或动物)的脑电图(EEG)、电神经图(ENG)、肌动电流图(EMG)和视网膜电图(ERG)的系统。噪声干扰源的示例可以包括但肯定不限于未接地的电延伸线、电插座、高耗能设备等。与ECG信号采集系统112组合的系统100可以应用于涉及敏感电信号记录和处理的多种ECG信号采集应用，如应力测试ECG、静卧ECG、运动ECG、患者监视、纤维颤动(fibrulator)等。

出于举例的目的，下文描述为本文描述的发明主题的ECG信号采集系统112，其可以包括放大器115、记录器120和位于受检者105处的一系列电极130的有线或无线通信。然而，记录器120不是必需的。ECG信号采集系统112能够以有线或无线通信与系统100的接口125连接。

生物电势信号采集系统110的示例可以是GE^TM Healthcare制造的Mac 3500、Mac 5500、Mac 400、CARDIOLAB^TM EP记录器、MAC 1600 ECG监视器或Solar 8000i患者监视器；Mortara Instrument制造的ELI 350或X-Scribe；Cardiac Science制造的Burdick 8500或Quniton Eclipse或Q9550；St. Jude制造的EP-Workmate记录系统；Henan Huanan Medical Science and Technology 有限公司制造的GY电生理学/EP记录器系统；SIEMENS^TM制造的AXIOM SENSIS XP Hemo/EP记录器；BIOSENSE WEBSTER^TM制造的CARTO XP和CARTO 3映射系统；BARD^TM Electrophysiology制造的Lab System Pro；PHILIPS^TM制造的Pagewriter TC30、TC50或TC70，IntelliVue MP40、MP50、MP60和MP70，或HeartStart MRx 监视器/除颤器；Welch Allyn制造的1500患者监视器；或者MEDTRONIC^TM制造的Physio Control Lifepak 12。

电极130一般可以接触或耦合在受检者105的皮肤表面，并且可操作以获取与受检者105的心脏活动关联的ECG信号。每个电极130可以电连接以经由导联线135将获取的ECG信号传送到放大器115。受检者105上的公知电极分布可以包括右臂电极140、左臂电极145、右腿电极150和左腿电极155。电极130的示例还可以在内部邻近受检者105的心脏或定位于受检者105的心脏处。

放大器115一般可以操作以接收ECG信号的输入，将ECG信号从模拟转换成数字，保持高保真度的同时增加信号强度，将数字化的ECG信号传送到记录器120以供后续信号处理。记录器120一般可以执行信号处理以用于获取的ECG信号的显示和存储。

在系统110的另一个实施例中，放大器115能够通信连接以接收从ECG模拟器158传送的ECG信号，ECG模拟器158可操作以重建或模拟从受检者105上电极130获取的ECG信号。ECG信号模拟器158的示例是由GE Healthcare制造的或者是Fluke公司制造的多参数患者ECG模拟器。

参考图2，系统100一般可以包括以通信方式与放大器115(参见图1)电连接的天线系统160。天线系统160的实施例一般可以包括电路板170，电路板170由配置成安装有或容纳分支电路的的电绝缘基板材料构成，这些分支电路由金属蚀刻体构成。电路板170可以是矩形且尺寸一般为与人的躯干175的平均尺寸成比例。电路板170的尺寸和形状(例如，多边形、圆形或其组合)可以改变以适应其他生理或环境因素。

仍参考图2，天线系统160还可以包括安装在电路板170上的一系列分支电路(如下文所述)，这些分支电路具有单独地或组合地相关于用于在从受检者105采集心电图信号中从受检者105引导到放大器115的电极130和导联线135的附着或作为其代理的物体或组件。

一系列分支电路的实施例一般可以相关于将电极130置于受检者105上以便获取ECG信号的公知拓扑或方法(例如，额状面中的增设的导联、横状面中的新前区导联)。在一个这种示例中，天线系统160可以包括相关于从受检者105的右臂(RA)引导的电极和导联线135的第一或右臂分支电路200、相关于从受检者105的左臂(LA)引导的电极和导联线的第二或左臂分支电路205、相关于从受检者105的右腿(RL)引导的电极和导联线的第三或右腿分支电路210、相关于从受检者105的左腿(LL)引导的电极和导联线的第四或左腿分支电路215、以及相关于作为测量在其他三个电极RA、LA和LL处检测到而获取的信号的平均值的点的中心端(CT)的第五或中心端分支电路220。第三分支电路210能够作为参考(例如电接地)来以类似于可以在跟踪和执行额状面ECG研究中使用RL电极150的方式测量相对于第一分支电路、第二分支电路和第四分支电路200、205、215处获取且检测到的信号的电势。

每个分支电路200、205、210、215、220可以包括蚀刻物体(下文描述)，这些蚀刻物体组合地配置成在从受检者105检测或采集生物电势信号中使用时相关于从受检者105引导到放大器的电极130和导联线135且具有与这些电极130和导联线135所使用的基本(例如，在患者电极等效电路的标准化电模型的20%内)相同的电阻抗(包括电阻、电感和电容效应)。

参考图2，分支电路200、205、210、215和220的其中一个或多个的实施例可以包括呈现的阻抗相关于附接在人的皮肤表面的电极130的阻抗的第一电路组件或物体。第一电路组件或物体230可以是相关于附着于受检者105的电极130的导电性的相似大小、形状、尺寸或表面积的金属合成物(例如，铜蚀刻体)。第一物体230的实施例可以是矩形的，但是第一物体230的大小、形状、尺寸或表面积可以改变。

分支电路200、205、210、215和220的其中一个或多个还可以包括第二电路组件或物体235，第二电路组件或物体235具有的电阻抗相关于与将放大器115连接到附着于受检者105的电极130的电极导联线135关联的阻抗。第二物体235的实施例可以是与电极引线长度基本类似的长度的。第二物体235可以是电路板170上具有线圈形状布置的长度的金属蚀刻。线圈的金属蚀刻形状可以是多边形(例如，示为正方形)或圆形或螺旋形或其他形状，并且不是限制性的。

参考图2和图3，分支电路200、205、210、215和220的其中一个或多个还可以包括分支电路250，分支电路250包括电并联方式连接的第一电阻器255和电容器260对，其电感和电阻抗值相关于与将电极130附着于受检者105的皮肤或表面的阻抗关联的阻抗(包括电阻、电容和电感)；以及电并联方式彼此连接的第二电阻器265和电容器270对，其大小设为使阻抗可以与经受检者105传送(例如与心跳关联的)电信号的人体组织的阻抗基本相似。第一电阻器255和电容器260对的阻抗的一个实施例可以是业界中公知与电极130到受检者105表面的不良附着关联的阻抗值的阈值。而且，分支电路200、205、210、215、220的其中一个或多个的阻抗阈值的一个实施例的值可以是：基本等于为如本文定义的每个相关效应定义的阻抗的、已公布业界标准的阈值。

参考图2、图3和图4，天线系统160的实施例还可以包括用于向放大器115通信的、从第一分支电路、第二分支电路、第三分支电路、第四分支电路和第五分支电路200、205、210、215和220的每个输出到组合的天线输出连接器280(参见图2和图4)的电连接。天线系统160还可以包括发自彼此电连接的第一分支电路、第二分支电路、第三分支电路、第四分支电路和第五分支电路200、205、210、215和220的每个的公共端子285(参见图2)的电连接。第四分支电路215可以包括至组合的天线输出连接器280处的电参考或电接地段290(参见图2和图4)的参考端连接。组合的天线输出连接器280的实施例可以是Bayonet Neill-Concelman(BNC)连接器，其配置成从同轴线缆295(参见图4)接收连接以将获取的天线信号传递到放大器115。然而，连接器280和通信链路的类型(例如，无线、有线)可以改变。同轴线缆295可以包括电屏蔽以隔离和阻止对天线系统160的电信号的污染。

第一分支电路、第二分支电路、第三分支电路、第四分支电路和第五分支电路200、205、210、215和220中每一个可以包括一对电连接器端子298，一对电连接器端子298隔离相应的分支电路200、205、210、215和220与电路板170上的其余分支电路的连接或断开。由此，每个分支电路200、205、210、215、220可以设计成从每个分支电路200、205、210、215、220提供测量噪声干扰的离散信号输出以顺序或并行的传递，从而在记录器120或接口125处图示给用户。

天线系统160的另一个实施例还可以包括第二基板层或绝缘层，第二基板层或绝缘层将第一基板层和其上安装的分支电路与连接到电接地305的导电层隔开。

根据如图1所示的一个实施例，天线系统160可以在ECG信号采集期间耦合到支承受检者105的台300或与之整体地构造。然而，天线系统160的另一个实施例可以独立地构造成不耦合且是可移动的，以分离于患者台300移动。

在天线系统160的另一个实施例中，从天线系统160的分支电路200、205、210、215、220的每一个的输出可以电连接到开关机制(未示出)，以便以与跟踪患者105的心电图时隔离跨过电极130的电势相似的方式自动地将跨过分支电路200、205、210、215、220的选择的对的电势隔离。

参考图5，系统100还可以包括生物电势信号模拟器158(例如ECG信号模拟器)，连同来自天线系统160的电输出线路，生物电势信号模拟器158可以与加法器或相似类型的电信号混合装置310通信连接，加法器或相似类型的电信号混合装置310可操作以选择性地隔离或组合/混合从模拟器158和天线系统160获取的信号中的一个或多个，以传递到放大器115和记录器120。

参考图1和图5，接口125可以是与ECG信号采集系统110(如记录器120)通信连接的膝上型计算机或通用计算机。接口125可以由现场工程师或服务技术人员操作以诊断和增加ECG信号采集系统112的工作效率，或标识使ECG信号采集系统112的输出失真的噪声干扰源。

图6图示系统100生成的图形显示400的实施例。图形显示400可以包括以下图示的图形图解，其表示从天线系统160和/或模拟器158的传递的获取的电信号的截止频率405的不同范围或滤波的步骤，以用于在ECG信号采集系统112或接口125或二者兼有处进行图示。截止频率的数量或滤波的范围可以改变，并且不作为对本文描述的发明主题的限制。图形显示400还可以包括表示显示器400上电路板170和安装的分支电路相对于参考(例如，患者台300在水平面中的对齐)415的对齐的朝向或方向410的图形图解。通过旋转电路板170直到在噪声的截止频率范围或滤波中检测到并测量电信号的最大强度或振幅420，操作员可以观察电路板170的对齐410的朝向或方向的图形图解，这能够使观察者指向空间中可能影响在受检者105上执行的ECG信号采集的结果的每个噪声源的方向。图形显示400还可以包括显示器400上电路板170在垂直方向上相对于参考(例如，参考可以是患者台300的高度水平)的方向或朝向425的可视图形。

参考图1和图5，系统100还可以包括定位或跟踪系统450，定位或跟踪系统450可操作以跟踪天线系统160相对于空间的物理参考452的位置(例如，矩形x、y、z坐标、经度、纬度、高度等)和朝向(例如，180或360度角对齐)。由此，跟踪系统450可以支持上文描述的可视图形410和425的生成。定位系统450可以采用多种类型的公知位置跟踪技术(例如，加速仪、陀螺仪、摄像机、RFID、超声波、电磁、红外线、光学扫描仪等)，并且不作为对本文描述的发明主题的限制。定位系统450可以传递天线系统160在定义的空间中相对于物理参考452的此位置和朝向信息以用于在接口125向用户进行图解。由此，系统100可以图解相对于定义的空间的参考452检测到与ECG监视系统112处理获取的ECG信号相干扰的噪声干扰信号源。可以连接天线系统160以便将噪声干扰信号传递到ECG监视系统112以供在接口125处传递。可以(例如，有线或无线地)连接定位系统450以传递天线系统的朝向和位置(例如，电路板170的位置和朝向)，以用于随着天线系统160在定义的空间中相对于参考452移动，在接口125处与天线系统160的朝向和位置组合地图解在噪声的截止频率范围中的电信号的最大振幅420。由此，随着天线系统160移动通过整个定义的空间，系统100能够通过接口125与天线系统160的位置和朝向组合且与噪声干扰信号的检测和测量大致实时地图解定义的带宽内的最大噪声干扰信号的检测和测量。

大致提供了本文描述的发明主题的系统100的实施例的构造的上文描述之后，下文广义地描述操作上文描述的系统100的实施例的方法505、510、515的实施例。还应该理解前文描述中描述的方法动作或步骤的顺序或次序性可以改变。还应该理解，方法505、510、515可能不要求一定有前文描述中的每个动作或步骤，或可能包含本文中未公开的附加动作或步骤。方法505、510、515的下列步骤和动作的其中一个或多个步骤和动作还可以采用存储在存储器518中以供接口125的或与接口125通信的处理器或其他计算机可编程装置520执行的计算机可读程序指令的形式。

假定ECG记录器120与ECG研究室或定义空间中的放大器115通信耦合。操作方法包括将模拟器158和天线系统与加法器310通信连接，并将加法器310通信连接到放大器115和记录器120。还假定可通信连接接口125、以接收传递到记录器120的数据。

图7示出使用上文描述的系统100采集基线噪声测量的方法505的实施例。步骤525包括与要经受生物电势研究的受检者的方位或朝向相关地为天线系统160设置方位或朝向。步骤530包括将天线系统160和模拟器与加法器通信连接。步骤535包括在加法器处选择仅接收从模拟器传递的信号，并选择期望的放大器增益设置以在接口处显示模拟器信号。步骤540包括测量和记录系统100内基线噪声以用于在显示器处进行图解。

图8示出执行噪声模拟的方法510的实施例。步骤545包括切换加法器以传递来自从模拟器和天线系统160接收的信号的组合信号。步骤550包括在记录器处选择增益以显示来自加法器的组合的信号。步骤555包括接收指令以记录组合的信号，用于在接口处进行图解。步骤560包括将记录与已知的问题信号或报告进行比较，以发现电信号处理中遇到的噪声，并接收组合的信号是可读的还是难以辨认的指令。步骤565包括接收组合的信号的记录是否可接受的指令。如果该指令指示不可读，则步骤570包括在记录器处提高增益的设置并返回到步骤555。如果该指令指示可接受，则步骤575包括放置天线系统160的电路板，并对其位置进行记录。步骤580包括将记录的组合的信号与已知的问题信号或报告比较。如果接收到记录的组合的信号基本与问题信号或报告相似的指令，则步骤585包括切换或启动图10中描述的方法515。如果接收到记录的组合的信号基本与问题信号或报告不相似的指令，则返回到步骤575。

现在参考图9和执行噪声调试的方法515的实施例。步骤600包括经由接口接收噪声分析器功能性的选择的指令。步骤605包括选择仅从加法器传递来自天线系统160的信号，并且取消选择来自模拟器的信号的相加。步骤610包括将天线系统的电路板定位成与经受生物电势研究的受检者105的朝向和位置大致对齐。步骤615包括接收选择的滤波器范围、设置的缺省角度和罗盘(compass)设置的指令。步骤620包括接收指令以在记录器处记录来自天线系统的信号。步骤625包括接收记录信号分析以用于在显示器上图解的指令。步骤630包括接收指示更改天线系统的电路板的角度或朝向的指令，并返回到步骤620。如果接收到不对电路板进行进一步朝向更改的指令，则步骤640包括将信号分析的结果记录在显示器上并返回到步骤610。如果接收到更改天线系统的电路板的朝向并对来自电路板的信号执行信号分析的指令，则步骤650包括测量电路板相对于参考的朝向的改变以用于在显示器上图解。步骤655包括检测电路板相对于参考的当前朝向较之电路板其他朝向的信号分析是否产生最大或主导噪声矢量。如果产生主导噪声矢量，则步骤660是该方法的结束。如果未产生主导噪声矢量，则步骤665包括记录电路板相对于参考的仰角变化，并进行到步骤640以在显示器中记录信号分析的结果。步骤670包括记录垂直平面中电路板的朝向相对于参考的变化，并进行到步骤640以在显示器中记录信号分析的结果。

上文描述的发明主题的上述实施例的技术效果可以包括：提供系统100和方法，以模仿执行电信号跟踪和处理的环境(如其中可以测量受检者105的ECG的电生理学研究室)中的噪声相关干扰源的效果、检测和定位该噪声相关干扰源。检测ECG研究环境中的噪声干扰源的位置并隔离它的能力可增强过程结果、减少完成ECG案例研究的时间。系统100和方法还能够增强ECG记录系统120的服务、维护和调试其差性能。

本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，以及还使本领域技术人员能制作和使用本发明。本发明可取得专利的范围由权利要求定义，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。

编号 参考名称

100 系统

105 患者

110 EP监视系统

115 放大器

120 记录器

125 接口

130 电极

135 导联线

140 右臂电极

145 左臂电极

150 右腿电极

155 左腿电极

158 ECG模拟器

160 天线系统

170 电路板

175 人的躯干

200 右臂分支电路

205 左臂分支电路

210 右腿分支电路

215 左腿分支电路

220 中心端分支电路

230 第一物体

235 第二物体

250 分支电路

255 第一电阻器

260 电容器

265 第二电阻器

270 电容器

280 组合的天线输出连接器

285 公共端子

290 电接地端

295 同轴线缆

300 患者台

305 电接地

310 电信号装置

400 图形显示器

405 频率

410 对齐/方向

415 参考

420 振幅

425 朝向

430 参考

450 定位或跟踪系统

452 物理位置参考

505、510、515 方法

518 存储器

520 处理器或计算机可编程装置

525、530、535、540 步骤

545、550、555、560 步骤

565、570、575、580 步骤

585、600、605、610 步骤

615、620、625、630 步骤

640、650、655、660、665、670 步骤。