专利名称：基于电阻抗测量来确定生理参数的系统和方法
技术领域：
一般来说，本文所公开的主题涉及生理监测系统，更具体来说，涉及从电阻抗测量来提取生理参数的系统和方法。
背景技术：
电阻抗图谱(EIS)测量用于对诸如组成人体区域的物质之类的物质的复电性质进行分类和量化。通过施加电流或电压，并且测量在被测物质表面的一个或多个电极上的响应电压或响应电流，来确定这些电性质。处理所施加激励和所测量响应，以便生成复电阻抗的估计。这个过程可使用单个激励来进行，或者这个过程可使用两个或更多激励来重复进行，以便产生随所施加激励而改变的复电阻抗分布的测量。由EIS系统所得到的电阻抗测量能够用于监测人体生理参数。可通过施加极小电流或电压，使用例如皮肤接触电极，并且测量相同或不同皮肤接触电极上的所产生电压来获得这些测量。所得电阻抗信号是若干参数的量度，参数包括电极之间和之中的几何尺寸(例如长度、面积和/或体积)以及电极之间和下面的组织(例如器官、肌肉、脂肪和/或皮肤) 中的复电导率。由于所测量阻抗对几何尺寸的变化敏感，所以患者运动以及其它外来信号和噪声源能够引起破坏(例如干扰)感兴趣基本信号的不合需要影响，从而引起不准确测量。感兴趣信号可包括例如呼吸率、心脏搏动以及其它解剖和生理现象。用于通过阻抗测量来监测呼吸活动的已知系统使用两个电极之间的单个阻抗测量。感兴趣基本源是进入和离开肺部的气流，并且干扰源包括心脏运动、患者移动和其它不相关生理运动。这些干扰源与使用两个电极之间的单个阻抗测量的时间或谱技术是不可分离的。算法还已知为在不同电极对之间切换以避免干扰源并且改进信号可见性。例如， 一种方法包括在腹部呼吸器中的捕获因显性胸肌(dominant chest muscle)引起的呼吸运动的胸电极与捕获因显性隔肌引起的运动的腹电极之间进行切换。这种方法遭受预期和干扰源的不可分离性。其它已知算法使用来自多个电极的信息，并且采用电阻抗断层扫描技术来生成所询问面积或体积的导电率分布的重构。这些系统能够生成填充或排空空气的肺部的图像， 但是要求多个电极、通常为16个或更多以及有效计算系统用于转发建模和/或数据和图像重构。还已知用于连续测量患者的换气率的非电气方法。可通过经由插管、使用面罩或者经由患者鼻或口中的传感器测量经过气道的气流，来执行这些方法。这些连续测量方法对于患者是不舒适的，并且相应地没有广泛使用。其它较少介入的方法可使用诸如运动传感器、加速计、压力传感器、话筒、声传感器和/或体积描计带之类的方法来执行。这些较少介入的方法易受到干扰和运动伪影，这降低它们测量感兴趣生理参数的灵敏度，并且阻止其普遍使用。

发明内容
按照一个实施例，提供一种用于分离电测量信号的方法。该方法包括得到从耦合到对象表面的多个换能器所获取的电测量信号，并且构成系统矩阵来限定电测量信号之间的一个或多个关系。该方法还包括分解系统矩阵，以便分离从不同生理和非生理源所创建的电测量信号。根据另一个实施例，提供一种用于监测换气的方法。该方法包括将多个换能器定位在身体表面，并且得到来自多个换能器的电测量信号。该方法还包括使用基于系统矩阵的过程来将电阻抗信号分成换气测量信号、变动运动(ambulatory motion)测量信号以及换气分析不感兴趣的其它测量信号。按照又一个实施例，提供一种包括配置用于定位在对象表面的多个换能器的阻抗测量系统，其中多个换能器对应于多个通道。阻抗测量系统还包括至少一个激励驱动器， 电耦合到多个通道，并且配置成在多个换能器生成电激励(例如电流或电压)；以及至少一个响应检测器，配置成测量在多个换能器的每个处的响应，以便限定阻抗测量信号。阻抗测量系统还包括处理器，具有生理参数提取模块，配置成构成系统矩阵以限定阻抗测量信号之间的一个或多个关系，并且分解系统矩阵以分离阻抗测量信号。


通过阅读以下参照附图的非限制性实施例的描述，将会更好地了解当前所公开的主题，附图包括图1是示出按照一个实施例所形成的阻抗测量系统的简化示意框图。图2是示出按照各个实施例所执行的生理参数提取过程的简化框图。图3是按照各个实施例、从电测量来提取生理参数的方法的流程图。图4是示出按照一个实施例的换能器布置的简图。图5是示出按照另一个实施例的换能器布置的简图。图6是示出按照各个实施例的数据测量的图表。图7是示出按照各个实施例的分离信号的图表。图8是示出与不同变动运动对应的波形的图表。
具体实施例方式通过结合附图进行阅读，将会更好地理解以上概述以及某些实施例的以下详细描述。在附图示出各个实施例的功能块的简图的意义上，功能块不一定指示硬件电路之间的划分。因此，例如，功能块的一个或多个(例如处理器、控制器、电路或存储器)可通过单个硬件或者多个硬件来实现。应当理解，各个实施例并不局限于附图所示的布置和工具。本文所使用的、以单数形式所述并且具有数量词“一”的元件或步骤应该被理解为不排除多个所述元件或步骤的情况，除非明确说明了这种排除情况。此外，提到“一个实施例”并不是要被解释为排除也结合了所述特征的其它实施例的存在。此外，除非相反的明确说明，否则，“包括”或“具有”带特定性质的元件或多个元件的实施例可包括没有那种性质的附加的这类元件。各个实施例提供用于分离或区分诸如感兴趣预期生理信号之类的感兴趣电测量与诸如不感兴趣的生理或非生理信号的电阻抗信号和噪声源之类的电阻抗信号的不感兴趣的电测量的系统和方法。例如，在一些实施例中，将因预期生理活动(例如呼吸)而引起的电阻抗信号与因非预期生理活动(例如心跳或变动运动)而引起的电阻抗信号和非预期非生理信号(例如噪声)分离，以便执行生理活动的实时连续监测。至少一个技术效果是可使用低复杂度电子器件和信号处理来执行的生理活动的实时连续监测。例如，按照各个实施例，可提供患者监测器，以便测量电阻抗以确定昏迷、服用镇静剂或睡眠患者以及呈现 SWif II# WBf 1S.$ (respiration rate breathing rate) 应当注意，虽然各个实施例可结合具有特定部件的电阻抗图谱(EIS)系统或电阻抗断层扫描(EIT)系统来描述，但是各个实施例可结合能够测量对象(例如患者的一部分) 的电阻抗的任何系统来实现。另外，虽然各个实施例可结合分离信号描述以识别独立于患者运动的换气率，但是可分离其它生理和非生理信号或活动。阻抗测量系统20的一个实施例如图1所示，它可以是基于换能器的系统，例如基于电极的系统，例如可形成心电描记(ECG)监测装置或阻抗心动描记模块的一部分的患者监测器。但是，阻抗测量系统20也可以是EIS/EIT系统或其它独立单元。阻抗测量系统20 可用于得到对象22(例如患者)的电阻抗测量，这用于分离感兴趣生理活动与非预期生理活动和非生理信号。例如，在至少一个实施例中，所得到的电阻抗测量可用于分离换气率与患者运动。在所示实施例中，阻抗测量系统20包括多个换能器M，它们在一个实施例中是多个电极，定位在对象22的表面上或者附近，这在卫生保健应用(例如患者监测)中可包括将多个换能器M附连到患者或受检者的皮肤。应当注意，虽然示出八个换能器对，但是可使用更多或更少换能器M。应当注意，其它类型的换能器可用于生成不同类型的激励，例如，除了电流之外，其它激励源包括电压、磁场或射频波等等。因此，换能器也可以是表面接触电极、支起电极、天线和线圈等等。换能器M可按照不同布置定位在对象22的表面，并且可按照不同配置来驱动。例如，换能器M可以是电极，并且使用多个标准ECG位置之一(例如导联I、导联II或导联 III ECG配置)定位在对象22的表面。但是，在其它实施例中，可提供在非标准ECG位置中的换能器M的不同定位(例如腋下配置)。例如，换能器M可定位成提供通过肺部和/ 或躯干的轨迹/角的不同视图，以便提供对呼吸的增加灵敏度以及对变动运动的降低灵敏度。另外，可使用不同定位布置的组合，例如具有按照导联II配置(右臂至左腿)的电流驱动换能器M以及按照导联I配置(右臂至左臂)的电压测量换能器M或者反过来。作为修改或变更的其它非限制性示例，可提供与导联II配置相似的配置，但是其中右臂换能器M放置在肩背上(导联II背配置)或者其中电流驱动换能器M定位在腋下位置而电压测量换能器M定位在胸前和背部中央。另外，在各个实施例中，电流驱动换能器M的一个或多个可在相同载波频率下， 但是具有不同相位(例如0度、90度、180度和270度)。应当注意，换能器M的一部分可以没有对其所施加的电流，而是仅用于电压测量。在下表中示出按照不同配置的换能器M 的设定(例如所驱动的电流和所测量的电压)的各个示范实施例
权利要求
1.一种用于分离电测量信号的方法，所述方法包括得到从耦合到对象表面的多个换能器所获取的电测量信号；构成系统矩阵，以便限定电测量信号之间的一个或多个关系；以及分解所述系统矩阵，以便分离所述电测量信号。
2.如权利要求1所述的方法，还包括使用所分离电测量信号来识别生理参数或非生理参数中的至少一个。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述生理参数包括换气运动、心脏运动和变动运动中的至少一个。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述非生理参数包括噪声。
5.如权利要求1所述的方法，还包括按照心电描记(ECG)电极布置配置将所述多个换能器定位在所述对象表面。
6.如权利要求1所述的方法，还包括将激励施加到所述多个换能器的至少一个，其中所述激励包括电、磁或射频激励其中之一。
7.如权利要求1所述的方法，其中，得到电测量信号包括测量所述多个换能器的全部或子集上的电压、电流、磁响应或射频响应中的至少一个。
8.如权利要求1所述的方法，其中，分解所述系统矩阵包括跨一个以上关系的主分量分析、独立分量分析、盲源分离技术、基于模板的拟合技术、基于统计模板的技术、基于几何模板的技术、基于模型的拟合技术、基于统计模型的技术、基于几何模型的技术或者谱分析技术中的至少一个。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个关系包括其中包括电压、电压差、 电流、电流差、阻抗、阻抗差、导纳或导纳差中的至少一个的电信号之间的关系，其中所述一个或多个关系能够是实值、虚值或复值。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述对象是人，以及构造所述矩阵用于跨人的多个换气周期进行随时间的阻抗测量。
11.一种用于监测换气的方法，所述方法包括将多个换能器定位在人体表面；从所述多个换能器的全部或子集来得到电测量信号；以及使用基于系统矩阵的过程来将所述电信号分成换气信号和变动运动信号。
12.如权利要求11所述的方法，其中，同时得到所述电测量信号。
13.如权利要求11所述的方法，其中，依次得到所述电测量信号。
14.如权利要求11所述的方法，其中，使用所述基于系统矩阵的过程包括使用跨一个以上关系的主分量分析、独立分量分析、盲源分离技术、基于模板的拟合技术、基于统计模板的技术、基于几何模板的技术、基于模型的拟合技术、基于统计模型的技术、基于几何模型的技术、谱分析技术中的至少一个来分解所述系统矩阵。
15.如权利要求11所述的方法，其中，使用所述基于系统矩阵的过程包括构成系统矩阵，以便限定所述电测量信号之间的一个或多个关系，其中所述一个或多个关系包括其中包括电压、电压差、电流、电流差、阻抗或阻抗差、导纳或导纳差中的至少一个的电信号之间的关系，其中所述一个或多个关系能够是实值、虚值或复值。
16.如权利要求11所述的方法，其中，定位所述多个换能器包括按照心电描记(ECG)电极布置配置将所述多个换能器耦合到人体皮肤。
17.如权利要求11所述的方法，其中，定位所述多个换能器包括按照非心电描记(ECG) 电极布置配置将所述多个换能器耦合到人体皮肤。
18.如权利要求11所述的方法，其中，得到电测量信号包括测量所述多个换能器的一个或多个上的电压、电流、磁响应或射频响应其中之一。
19.一种阻抗测量系统，包括多个换能器，配置用于定位在对象表面，其中所述多个换能器对应于多个通道； 激励驱动器，电耦合到所述多个通道的至少一个子集，并且配置成对所述多个换能器的至少一个子集生成电激励；响应检测器，配置成测量所述多个换能器的至少一个子集上的响应，以便限定电测量信号；以及处理器，具有生理参数提取模块，配置成构成系统矩阵以限定所述电测量信号之间的一个或多个关系，并且分解所述系统矩阵以分离所述电测量信号。
20.如权利要求19所述的阻抗测量系统，其中，所述生理参数提取模块还配置成使用所分离电测量信号来识别生理参数和非生理参数中的至少一个。
21.如权利要求19所述的阻抗测量系统，其中，所述多个换能器包括按照心电描记 (ECG)电极布置配置耦合到患者皮肤的电极。
22.如权利要求19所述的阻抗测量系统，其中，所述多个换能器包括按照非心电描记 (ECG)电极布置配置耦合到患者皮肤的电极。
23.如权利要求19所述的阻抗测量系统，其中，所述多个换能器包括电、磁或射频换能器其中之一。
24.如权利要求19所述的阻抗测量系统，其中，所述电激励包括电流、电压、磁或射频激励其中之一。
25.如权利要求19所述的阻抗测量系统，其中，所述电测量信号包括电流、电压、磁和射频信号中的至少一个。
全文摘要
提供用于基于电阻抗测量来确定生理参数的系统和方法。一种方法包括得到从耦合到对象表面的多个换能器所获取的电测量信号，并且构成系统矩阵来限定阻抗测量信号之间的一个或多个关系。该方法还包括分解系统矩阵，以便分离电测量信号。
文档编号A61B5/053GK102525454SQ20111045183
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者A·S·罗斯, J·M·阿谢 申请人:通用电气公司