CN85108601A - 供心电图描记术使用的自动引线故障检测仪表和方法 - Google Patents
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Abstract
利用心电图描记术(ECG)电极阻抗测量方法可以对三线和五线ECG监控线路接法中的全部电极状态同时进行测定。低于阻抗阀值的全部电极均接在病人身上。自动选择ECG引线接法的中央处理机(CPU)若不能选出好的接法,会发出故障信号。测定电极阻抗的方法是让一很小的直流电流流过每个电极,并经由参考电极而返回。CPU软件按照一种逻辑程序对每种引线接法进行测试,以找出能使全部必要电极均有功效,并能给出优质ECG波形的一种引线接法。
Description
本发明关系到心电图描记术(ECG),尤其关系到自动检测ECG引线故障并随之自动切换ECG引线接法。
在心电图描记术中,大多数接有引线的电极施加于病人身体的选定区域,用来检测病人身体上产生的、反映病人心肌活动的电信号。若干种标准引线接法,包括三线、五线,甚至十二线,已获普遍实用。
引线的另一端与一台有引线开关的电隔离ECG预处理器相连,在这里电信号以熟知的预定方式组合起来,护理人员根据这个方式选择引线接法。这种组合(经适当滤波和放大之后)导致的输出信号即为病人的心电图或ECG信号。
在几种已知的数字ECG监控器中,ECG信号都是数字化的,且在微处理机CPU的控制下数字化的波形被进一步处理,例如,对心搏检测,心率计算、心率不齐检测和心脏状况的分类都是如此。在先前的人工监控器中,CPU能控制ECG引线开关,以保证根据所知的电极引线接法即刻恰当地正确组合引线信号。
然而,有时候会出现这种情况,因病人挪动而使一个或数个电极断开,也可能是本来就没有很好地接触。这种情况通常造成ECG信号畸变或无效,并使信号不断减小或失去进行ECG分析的能力。因此急待于能自动检测一个或数个引线故障进而在可能时自动切换成替代的引线接法,从而减小引线故障的影响,并对处理工作提供可以接受的ECG信号,直到问题得到校正。
本发明目的之一是提供改进ECG监控的方法和设备,通过它能自动检测ECG电极、引线故障并根据以上检测自动重新组合电极引线。
在有开关控制的用来从众多种ECG引线接法中提供一个ECG信号的ECG信号预处理器的ECG监控器中,给出检测和识别一个和多个ECG引线故障的方法。随引线故障的检测和识别,与有开关控制的ECG信号预处理器相连的处理机设备有可能时自动改变引线接法,以便连续进行ECG监控。
检测器装置还包含测量每个工作电极的阻抗的装置,其方法是让一个很小的直流电流通过电极和病人,并经由参考电极而入地。直流电流产生的电压经与预选的阈值电压相比,即能测定电极阻抗是否过高。
依据故障电极的数目和特性和当时的引线接法,自动引线切换装置能够确定切换哪些引线,以形成新的组合。
使用五线电缆时,建议采用三线和五线两种接法。
图1是经本发明而改进的ECG监控器总方框图。
图2是图1监控器的电隔离ECG预处理器部分的详细方框图。
图3是图1引线检测器部分的示意图。
图4是本发明的自动引线切换部分的方框流程图,供图1CPU使用。
现在请看图1,结合本专利的改进式数字ECG监控器的简化方框图总起来用100表示。为检测出被断开的和连接不当的一根或多根引线,放在病人身上的电极引线102被接到引线故障探测器装置104。引线102的数目可以根据所选的接法而变化,而典型的接法有使用三线、五线,有时是12引线的。有关这个问题后面还有详细交待。来自引线的信号从引线故障线路104经由引线105传递到绝缘ECG预处理器106。
为同选定的引线接法相一致,预处理器106接受引线故障电路104的ECG引线信号,并用模拟方式把这些信号组合成熟知的样式。为配置成更为有计划的处理工作,模拟信号的组合输出是数字化的,并以数字式ECG信号经过引线107提供给CPU控制器108。数字化的ECG信号和其他信号及来自处理结果的信息显示在显示器110上。
CPU接受操作人员的指令和键盘112或其他输入装置的各种输入。在一个实施例中,利用接触屏幕技术(touch screen technoLogy)可把操作人员接口和键盘结合起来。
现在请看图2,这是电隔离ECG预处理器106的详细示意图,它有一个数字控制的开关202。这个开关由通过信息转移通路114的CPU108给出的多位指令信号控制,这种指令是适于病人用的电极接法。通过开关202到包括微分放大器等仪表的模拟处理器204,提供的电极信号具有与选定电极接法相结合的妥当排列。输出送到由A/D转换器和样品及保持电路组成的数字化部分206。必要的时钟信号和指令信号由CPU108通过信息转移通路114提供。
CPU可以包括一个或多个微处理器,第一个微处理器,如NS 3200,被放在和预处理器同样的组件中,它控制引线切换、信号处理、心搏检测和分类。第二个微处理器,比如Intei 80186,通过一个连续的数据信息转移通路接收经过处理的ECG信号以供显示和分配。或者,上述一切均可由一台单个CPU完成,就象对图1阐明的那样。
表1右边一行是各种已知引线的名称;左边一行是引线接法术语;中间一行是对每种接法,通过切换和模拟电路202和204而施加在电极信号上的妥当运转方式。例如,当用三个双极度盘(Iimb)引线(Einthoveu引线)记录ECG时,引线放在左臂(LA),右臂(RA)和左腿(LL)。对于三引线接法,即接法1,LL引线是参考引线(即,它与地相接),RA信号则通过开关和模拟线路202和204从LA信号上减掉。如图1所示,在接法Ⅱ中,RA是从LL上减掉的,而LA是供参考的。接法Ⅲ也是用RA作为参考。三引线接法Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ也可使用五引线电缆。余下的两根引线是相连的,但并不是组合起来提供ECG输出。
表1
引线接法定义
引线术语 定义 引线名称
Ⅰ Ⅰ=LA-RA 双极度盘
(Iimb)引线
(Einthoven)
Ⅱ Ⅱ=LL-RA
Ⅲ Ⅲ=LL-RA
AVR aVR=RA-0.5(LA+LL) 增加的引线
AVL aVL=LA-0.5(LL+RA) (GoIdbarg)
AVF aVF=LL-0.5(LA+RA)
V1V1=V-0.333(LA+RA+LL)
V2V2=V-0.333(LA+RA+LL)
V3V3=V-0.333(LA+RA+LL) 单极胸引线
V4V4=V-0.333(LA+RA+LL) (W iIson)
V5V5=V-0.333(LA+RA+LL)
V6V6=V-0.333(LA+RA+LL)
使用五电极接法时,有5个位置,除上述RA、LA和LL外,还有右腿(RL)和胸脯。表1给出使用WiIson电极的五电极接法清单,例如AVR、AVL、AVE和V1至V6。对于所列的全部五电极接法,RL电极是参考电极;V是胸电极。编号V1至V2系指胸上的特定位置,V电极就放在这几个特定位置上。表1表明对于每一种五电极接法,各种不同的电极信号是如何由开关和模拟电路202及204组合起来的。
CPU108被告知操作人员或自动化监视器正在使用着的那种引线接法。CPU通过信息转移通路114控制开关202来实现信号的妥当接法,以输给模拟电路204,这个电路的运转同表1中间一行所示的代数方程相一致。
然而,有时出现这种情况,即一根或数根引线未与病人相连或者是接触不好,因此产生不能接收的ECG信号和随之而来的粗劣处理过程。这种情况,在一段长时间内,有可能检测不出来,所以在这段时间里,有价值的ECG信息就丢失掉了。当探测到错误,通常是用手调校正的。
在本发明中,经改进的ECG监控器是附加了自动检测和识别引线故障以及为跟随引线故障检测而自动切换引线的手段而构成。
现在参看图3,这是引线故障检测电路104的详细说明。给出了五引线接法。偶数号引线302-310一端与接触病人特定位置的电极相连。引线302-310分别与引线RA、LA、LL、V及RL相对应。与表1有关的这些引线已在前面说明过。如前面指出的,在五引线接法中RL始终是参考引线,图3表明RL是经过开关312而接地的。当地RL作为参考而使用时,开关312是闭合的。从302至310的每根偶数号引线是在其另一端分别同缓冲放大器的偶数号322到328相连接。在最佳实施例中,使用了Signetic公司的NE5514型放大器。在缓冲放大器输入侧302至308的每一根引线均通过偶数号332至336的开关与电气地相连接。引线308不与地相连。偶数号为332至336及312的开关通常为ECG预处理器106的202开关的一部分。在缓冲放大器输入侧标号为302至308的每一根引线均通过相应的偶数标号342至348的22兆欧电阻与电源V8相连接。
缓冲放大器322至328的输出与相应的偶数号352至358的比较器正端相连接,并通过导线105与电隔离的ECG预处理器106相连接。比较器的负端均接至一个参考电压,在优选的实施方案中其值约1/2VB。比较器采用NationaI半导体公司的LM-339。
首先以五电极接法为例,电路102的工作方式如下:开关312闭合,典型值为0.7伏的VB经每个22兆欧电阻提供一微小的直流电流,经过每一条引线和所连接的电极、病人、最后经过引线RL和闭合的开关312入地,在每根引线上产生一个与所连接电极的阻抗成正比的直流电压。在这种安排下,若引线、电极的总阻抗超过22兆欧,则比较器正端的电压将超过负端的阈值电压,比较器将提供高电平信号,表明引线出故障了。四位总线109将比较器的状态平行地送至CPU108。
若采用三线接法,如图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,则需用302、304或306中的一根引线作为参考引线。为此将这些引线通过相应的开关332、334和336接地。这些开关由CPU108通过引线111进行数控。
因此,检测器电路104提供了确定每根ECG引线状态及识别有故障引线的方法。
现在请看图4,CPU108根据从总线109上送过来的比较器322至328的四位状态码,控制引线自动切换装置(ALS)400。在步骤402,ECG起动,由操作人员在接口112输入或由ECG的监控器自动地将拟采用的接法通知CPU。若无输入,则将认为是缺省的接法,即三线接法Ⅱ。
CPU周期性地检查电路104的引线故障标志,在优选的实施例中此项检查至少每秒一次(步骤406)。如无引线故障,则CPU就保持每秒检查一次(步骤408)。如仅有一根引线出故障,CPU将进行ALS计算(步骤410)。表2针对最初选用三线接法Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ,表3则针对最初选用五线接法,详细叙述了五引线电缆的这种计算。如情况合适就进行自动引线切换(步骤412)。
自动引线切换(ALS)
表2
引线接法Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
用括号标出 选用的 自动引 信息
的故障电极 引线 线切换
(RA) LA Ⅰ Ⅲ 检查引线(RA)
C
RL LL
……
RA (LA) Ⅰ Ⅱ 检查引线(LA)
C
RL LL
……
RA LA Ⅰ 不发生 检查引线(LL)
C
RL (LL)
……
(RA) LA
C Ⅱ Ⅲ 检查引线(RA)
RL LL
RA (LA)
C Ⅱ 不发生 检查引线(LA)
LL
……
RA LA
C Ⅱ Ⅰ 检查引线(LL)
RL (LL)
……
(RA) LA
C Ⅲ 不发生 检查引线(RA)
RL LL
……
RA (LA)
C Ⅲ Ⅱ 检查引线(LA)
RL LL
……
RA LA
C Ⅲ Ⅰ 检查引线(LL)
RL (LL)
RA LA Ⅰ、Ⅱ
C 或Ⅲ 不发生 检查引线(C)
RL LL
……
RA LA Ⅰ、Ⅱ 不发生 检查诸引线
C 或Ⅲ
(RL) LL
ALS
表3
ALR、AVL、AVF
坏电极 监控 自动引 信息
(用括号标明) 的引线 线切换
(RA) LA AVR、AVL或 Ⅲ 检查引线(RA)
C AVF
RL LL
……
RA (LA) AVR、AVL Ⅱ 检查引线(LA)
C 或AVF
RL LL
……
RA LA AVR、AVL Ⅰ 检查引线(LL)
C 或AVF
RL (LL)
……
RA LA AVR、AVL 不发生 检查诸引线
C 或AVF
(RL) LL
……
V引线
(RA) LA V1-6Ⅲ 检查引线(RA)
C
RL LL
……
RA (LA) V1-6Ⅱ 检查引线(LA)
C
RL LL
……
RA LA V1-6Ⅰ 检查引线(LL)
C
RL (LL)
RA LA V1-6不发生 检查诸引线
C
(RL) LL
……
RA LA V1-6Ⅱ 检查引线(C)
(C)
RL LL
……
如表2和表3所示,CPU根据当前选用的引线接法和检测到的故障引线所在(表中第一行用括号标出的引线),按第三行所列的进行切换,并将第四行所示的信息显示于显示器110上。当有可能切换为其他的引线接法时,CPU就向开关电路202发出命令,把所需的引线输入切换到模拟电路204。如无切换可能,则除显示信息外,将无切换动作。
如表2的第一行,最初的引线接法为Ⅰ,参照表1,即信号RA要从信号LA中减去,开关336闭合,使引线306即LL线成为参考线。若检测标志信号表明引线302(RA)的阻抗值过高,则CPU将引线切换成接法Ⅲ,即LA要从LL中减去,开关336断开,而开关332闭合。表2中的其余诸行的情况与此类似。
表2和表3是针对每一种可能的引线接法和单线故障组合,考虑是否可以采取何种开关动作,以保持有效的ECG测量而形成的。一般来说,当采用五电极而故障引线又非参考引线时,则总可找到一种好的引线接法。若故障引线对所选用的引线接法是必要的,则它将导致ALS(情况1),或故障引线对所选的引线接法无影响,就无需ALS(情况2)。若参考引线出故障,监控器就按全部引线发生故障处理,而找不到另外的引线(情况3)。
对情况1,在寻找其他引线的过程中,心率计算被冻结,ECG/ARR处理被挂起。当找到好的引线接法,CPU就切换到这种接法,并在收到正常信号后恢复ECG/ARR处理。(若在6秒以后收不到正常信号,将发报警信号,并显示为何信号不正常的信息。若信号变正常了,则处理过程就恢复,音响停止,显示着的信息也消失。)
使用人员可以通过两个可见的指示器观察ALS:(1)“CHECK LEAD(XX)”信息,和(2)新引线的闪烁。(无音响报警)如故障电极易于排除,并为使用人员排除时,该信息即隐去,指示器的闪烁也将停止。
在情况2中,若故障的引线不是为维持选用的引线接法所需要的,则使用人员将仅能见到“CHECK LEAD(XX)”信息。(无新引线指示器的闪烁和音响报警。)当电极故障易于排除并为使用人员排除时,该信息即隐去。
第3种情况,在寻找其他引线过程中,心率计算器冻结,ECG/ARR处理被挂起。确定参考引线发生故障后,若“R”波正被检测,则ECG/ARR处理将恢复;若“R”波检测不到,则ECG/ARR处理将继续被挂起。使用人员可以从显示器和音响报警得知参考引线发生了故障。
多根引线的故障按参考引线故障处理(情况2)。
Claims (11)
1、一个ECG监控器,其特征在于:
开关控制的ECG信号预处理器通过多根ECG引线和所连接的电极与病员相连结,提供多种ECG引线接法之一的ECG信号,检测手段与上述ECG引线结合,用于检测和识别一根或多根ECG引线故障。
2、根据权利要求1所述的设备,其特征在于处理器和上述开关控制的ECG信号预处理器的结合,根据上述检测器的输出,自动切换上述引线,以改变上述的ECG引线接法。
3、根据权利要求1和2所述的设备,其特征在于上述检测器方法又包括病人所连接电极阻抗的测量方法和将上述阻抗与一预定的国值阻抗相比较以确定引线故障的比较方法。
4、根据权利要求3所述的设备,其特征在于上述阻抗测量方法又包括将一直流电流流经每个电极,经一预选的接地参考电极返回的方法。
5、根据权利要求4所述的ECG监控器,其特征在于上述的多种引线接法包括三线和五线接法。
6、根据权利要求2所述的ECG监控器,其特征在于上述的处理器手段又包括按当前引线接法,自动确定该切换哪根引线以获得改进的ECG信号的自动引线切换方法,和用上述检测方法识别有故障的引线。
7、根据权利要求6所述的ECG监控器,其特征在于上述的多种引线接法包括三线和五线两种接法,上述自动引线切换方法按上述检测器的输出进行操作,把五线接法切换为三线接法。
8、作为众多种可能引线接法之一的多个ECG电极和引线组合中形成的病人ECG信号监控方法特点的步骤是:自动检测和识别一个或多个电极故障。
9、根据权利要求8所述的方法,其特征在于,上述引线接法是按上述检测和识别自动地作出变换。
10、根据权利要求8所述的方法,其特征在于上述方法又包括测量每个工作电极和一预定的阈值阻抗间阻抗偏量的步骤;以确定哪些电极发生了故障。
11、根据权利要求10所述的方法,其特征在于上述阻抗偏量测量步骤包括:
使一直流小电流流经每个工作电极和病人,通过一个预选的参考电极入地;以及将上述直流电流所产生的直流电压与一预选的参考电压进行比较。
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