СИСТЕМА БЕСКОНТАКТНОЙ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММЫ
NON-CONTACT REGISTRATION SYSTEM OF ELECTROCARDIOGRAPHY

[0001] Настоящая заявка имеет приоритет предварительной заявки на патент США 62/054189, поданной 23 сентября 2015 года, и предварительной заявки на патент США 62/206542, поданной 18 августа 2015 года, содержание которых включено в настоящую заявку посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Настоящее изобретение в целом относится к системам регистрации электрокардиограммы.
Предшествующий уровень техники
[0003] Электрокардиограммы (далее ЭКГ) являются единственным достоверным источником получения результатов измерения частоты сердечных сокращений, обнаружения аритмии, отклонений от нормы на ЭКГ в покое, которые требуют обязательного проведения дополнительных исследований при наличии изменений по сравнению с предшествующими ЭКГ.
[0004] ЭКГ является одним из основных средств диагностики и наблюдения за формами обследований, используемых в медицине для большого количества сердечных и несердечных заболеваний. В то время как стандартная электрокардиограмма в 12-ти отведениях предоставляет огромный массив информации, она собирает данные только в течение 10 секунд. Долгосрочный мониторинг с множеством отведений предоставляет еще больше информации, и приводит к лучшему доступу к изменениям в электрокардиограмме.
[0005] Отсутствие долгосрочного мониторинга является важной медицинской проблемой по нескольким причинам. Отсутствие базовых показателей электрокардиограммы в медицинской карте пациента часто приводит к путанице и ненужным дополнительным обследованиям пациентов, которые сделали ЭКГ в первый раз, которые являются нормальными для них, но имеют отклонения от норм в соответствии с установленными критериями. Часто, если имеется ранее сделанное ЭКГ, даже 10 лет назад, где результаты являются такими же, как воспринимаемые с отклонениями от нормы ЭКГ, то никакие дополнительные обследования не требуются. Другими словами, возможность сравнивать результаты текущей ЭКГ с ранее сделанными ЭКГ имеет огромное медицинское значение. Неизменные результаты обуславливают меньшее количество обследований.
[0006] Традиционные системы регистрации электрокардиограмм, в которых используются контактные электроды (электроды, которые образуют гальваническую связь с телом пациента), представляют проблемы, когда требуется мониторинг ЭКГ немедленно, ненавязчиво или часто. Традиционные контактные требуют размещения квалифицированным врачем на подготовленную поверхность кожи, чтобы обеспечить точное положение (и, следовательно, морфологии) и качества сигнала. Ограничения электродов с использованием стандартного контактного влажного геля включают в себя правильное расположение их на теле и их удаление в течение ограниченного периода времени для предотвращения возникновения кожной реакции.
[0007] Помимо своей неспособности обеспечить долгосрочный мониторинг, их полезность также ограничена, как описано ниже.
[0008] В идеальной ситуации ЭКГ должны быть выполнены на всех пациентах, как часть обычного медицинского визита, особенно если у пациента есть симптомы, которые требуют проведения медицинского обследования. Однако, полезность теста ограничена. Их полезность ограничена из-за стоимости оборудования ЭКГ и отсутствия специалистов, необходимых для проведения обследований пациентов, чтобы разместить отведения на пациентах правильно.
Что касается стоимости ЭКГ, то большинство врачей не вкладывают средства для выполнения обследований на дому. Даже в больницах количество телеметрических устройств ограничено приблизительно 6-10 установками, которые размещены за пределами отделений интенсивной терапии для всех больных в клинике.
[0009] Другим недостатком является то, что стандартные электроды имеют многочисленные проблемы, которые ограничивают надлежащее и повсеместное использование ЭКГ. Такими проблемами являются:
1. Электроды вступают в реакцию с кожей из-за реакций металла, геля и реакций адгезии, что требует множество изменений во время пребывания в стационаре;
2. Отсутствие знаний, необходимых для правильного размещения электродов;
3. Время для размещения электродов;
4. Осложнения, связанные с расширенным мониторингом, таких как, когда электроды регулярно падают из-за пота, движения пациента, неправильного размещения и т.д.;
5. ЭКГ получают, с использованием стандартных электродов, подверженых влиянию мышечных артефактов, что приводит к искаженным результатам ЭКГ.
[0010] Еще одним недостатком является то, что электрокардиограмма, полученная с помощью стандартных электродов имеет рабочее и материальное напряжение. Даже телеметрический блок может требовать, в некоторых случаях, более 2-3 часов в день на одного пациента, чтобы установить и удалить стандартные электроды.
[0011] Еще одним недостатком является то, ЭКГ является источником нозокомиальной инфекции, которая распространяется в больницах из-за использования проводов и их контактов с медсестрами и персоналом больницы и часто требуют внимания медсесетер к электродам.
[0012] Таким образом, существует потребность в системе и способе, которые могут устранить недостатки, рассмотренные выше.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] Варианты осуществления описывают ЭКГ систему, которая обеспечивает выполнение частого, недорогого и доступного способа записи ЭКГ данных любого пациента или человека, легко, ненавязчиво и быстро, устраняя необходимость ручной работы для идентификации и подготовки участков на теле пациента для установки контактных датчиков на этих участках. Описанная система устраняет недостатки, связанные с контактными электродами, будучи бесконтактной, и обеспечивая ежедневный многочасовый, многоканальный мониторинг в течение всей жизни пациента.
[0014] В одном из аспектов, предусмотрено медицинское устройство (так называемое МЦОД) для регистрации сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) при осуществлении обследования тела человека с помощью бесконтактных ЭКГ датчиков, причем медицинское устройство содержит: входное устройство, выполненное с возможностью принимать сигналы бесконтактной электрокардиограммы из массива бесконтактных ЭКГ датчиков; процессор, выполненный с возможностью выполнять процесс выбора, включающий в себя: определение частей тела, находящиеся в непосредственной близости от массива бесконтактных ЭКГ датчиков; связанные группы бесконтактных ЭКГ датчиков с каждой определенной частью тела; выбор из каждой группы бесконтактного ЭКГ датчика, имеющего самое высокое качество сигнала; причем процессор выполнен с возможностью производить стандартный ЭКГ сигнал на основании принятого сигнала бесконтактной электрокардиограммы каждого выбранного бесконтактного ЭКГ датчика; и выходное устройство для отправки стандартного ЭКГ сигнала.
[0015] Медицинское устройство может быть легким переносным устройством, которое весит меньше, чем 2 фунта.
[0016] В одном варианте осуществления изобртения процесс выбора дополнительно содержит этапы: получения контура тела от тела человека с использованием сигналов бесконтактной электрокардиограммы, связанных с бесконтактными ЭКГ датчиками, расположенными в непосредственной близости от тела человека; определение положения человеческого тела по отношению к массиву бесконтактных ЭКГ датчиков; сортировка бесконтактных ЭКГ датчиков на группы и связывание каждой группы с частью тела, используя информацию о контуре тела и положения тела человека; и из каждой группы выбор бесконтактного ЭКГ датчика, обеспечивающего сигнал бесконтактной электрокардиограммы, имеющий самое высокое качество сигнала.
[0017] В одном варианте осуществления изобретения процессор может идентифицировать бесконтактные ЭКГ датчики, которые расположены в непосредственной близости с телом человека, путем измерения сопротивления между каждым бесконтактным ЭКГ датчиком и телом человека.
[0018] В другом варианте осуществления изобретения медицинское устройство может быть выполнено с возможностью выбирать другой бесконтактный ЭКГ датчик для заданной части тела при осуществлении перемещения тела человека относительно массива бесконтактных ЭКГ датчиков. В еще одном варианте осуществления изобретения процессор может быть выполнен с возможностью повторного запуска процесса выбора для непрерывного осуществления выбора другого бесконтактного ЭКГ датчика. Процессор также может быть выполнен с возможностью непрерывно контролировать качество сигнала выбранного бесконтактного ЭКГ датчика, связанного с каждой любой частю тела, для повторного запуска процесса выбора в случае, когда качество сигнала снижается ниже заданного порогового значения.
[0019] Медицинское устройство может работать в различных режимах работы, содержащие: бесконтактный режим, при котором осуществляется вывод первого стандартного ЭКГ сигнала из сигналов бесконтактной электрокардиограммы; гибридный режим, при котором выводятся второй стандартный ЭКГ сигнал из сигналов бесконтактной электрокардиограммы, и обычные ЭКГ сигналы, принятые от обычных контактных электродов; и обходной режим, при котором выводится третий стандартный ЭКГ сигнал из обычных ЭКГ сигналов, принятых от обычных контактных электродов.
[0020] Медицинское устройство может дополнительно содержать механизм автоматического управления коэффициентом усиления, выполненный с возможностью управлять разностью относительного сопротивления между различными бесконтактными ЭКГ датчиками и величину абсолютного сопротивления каждого бесконтактного ЭКГ датчика на теле человека из-за разницы в расстоянии или материала одежды между каждым бесконтактным ЭКГ датчиком и телом человека.
[0021] Может быть предусмотрен порт для проводной/беспроводной передачи данных для передачи стандартного ЭКГ сигнала на удаленное устройство по сети передачи данных.
[0022] В другом аспектесистема регистрации сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) тела человека с помощью бесконтактных ЭКГ датчиков, причем система содержит: панель датчиков, содержащую массив бесконтактных ЭКГ датчиков; процессор, функционально соединенный с панелью датчиков, и выполненный с возможностью принимать сигналы ЭКГ бесконтактным способом от бесконтактных ЭКГ датчиков и выполнять процесс выбора, включающий в себя: определение частей тела, расположенных в непосредственной близости от массива бесконтактных ЭКГ датчиков; связывание группы бесконтактных ЭКГ датчиков с каждой определенной частью тела; выбор из каждой группы бесконтактного ЭКГ датчика, имеющего самое высокое качество сигнала; при этом процессор выполнен с возможностью производить стандартный ЭКГ сигнал, основанный на сигнале бесконтактной электрокардиограммы, каждого выбранного бесконтактного ЭКГ датчика; и выходное устройство для отправки стандартный ЭКГ сигнал.
[0023] В одном варианте осуществления изобретения панель датчиков содержит заземляющую шину для размещения в непосредственной близости от и на расстоянии от человеческого тела, причем заземляющая шина выполнена с возможностью обеспечивать заземление с емкостной связью для тела человека для снижения уровня помех.
[0024] В другом варианте осуществления изобретения заземляющая шина приводится в движение сигналом обратной связи, полученным из сигналов бесконтактной электрокардиограммы.
[0025] Система может дополнительно содержать генератор сигнала возбуждения, выполненный с возможностью подавать высокочастотный сигнал на заземляющую шину, который находится вне ЭКГ частотного диапазона, для определения заземления емкостной связью для каждого бесконтактного ЭКГ датчика.
[0026] В одном из вариантов осуществления изобретения бесконтактный ЭКГ датчик может содержать: емкостный электрод, выполненный с возможностью обеспечивать емкостную связь с телом человека для выработки электрического заряда, который представляет электрическую активность сердца; электродинамический датчик, выполненный с возможностью обнаруживать и усиливать электрический заряд, выработанный емкостным электродом; и защитный электрод физически находящийся в непосредственной близости от электрода для уменьшения паразитной помехи на входе электродинамического датчика.
[0027] Бесконтактный ЭКГ датчик может быть изготовлен из гибкого материала.
[0028] В одном варианте осуществления изобретения панель датчика может находиться в ткани одежды, с которой человеческое тело вступает в контакт.
[0029] Согласно еще одному аспекту изобретения, который обеспечивает способ обеспечения сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) тела человека с помощью бесконтактных ЭКГ датчиков, причем способ содержит: прием сигналов бесконтактной электрокардиограммы из массива бесконтактных ЭКГ датчиков; определение частей тела, находящиеся в непосредственной близости от массива бесконтактных ЭКГ датчиков; связывание группы бесконтактных ЭКГ датчиков с каждой определенной частью тела; выбор из каждой группы бесконтактного ЭКГ датчика, имеющего наивысшее качество сигнала; и генерирование стандартного ЭКГ сигнала, основанного на сигнале бесконтактной электрокардиограммы, каждого выбранного бесконтактного ЭКГ датчика.
[0030] Способ может дополнительно включать в себя получение контура тела от тела человека с использованием сигналов бесконтактной электрокардиограммы, связанных с бесконтактными ЭКГ датчиками, расположенных в непосредственной близости от человеческого тела; определение положения человеческого тела относительно массива бесконтактных ЭКГ датчиков; сортировка бесконтактных ЭКГ датчиков на группы и ассоциирование каждой группы с частью тела, используя информацию о контуре тела и положения тела человека; и из каждой группы выбор бесконтактного ЭКГ датчика, обеспечивающего сигнал бесконтактной электрокардиограммы, имеющий наивысшее качество сигнала.
[0031] В одном из вариантов осуществления изобретения способ дополнительно включает в себя идентификацию бесконтактных ЭКГ датчиков, которые расположены в непосредственной близости от тела человека, путем измерения величины сопротивления между каждым бесконтактным ЭКГ датчиком и телом человека.
[0032] Способ может дополнительно включать в себя этапы определения для выбора непрерывного отбора другого бесконтактного датчика для заданной части тела в следствии движения человека относительно массива бесконтактных ЭКГ датчиков. В варианте осуществления изобретения с возможностью непрерывно проводить мониторинг качества сигнала выбранного бесконтактного ЭКГ датчика, связанного с любой частью тела, и повторить операции на этапах обнаружения до выбора для выбора другого бесконтактного ЭКГ датчика для заданной части тела, когда качество сигнала снижается ниже заданного порогового значения при движении тела человека относительно массива бесконтактных ЭКГ датчиков.
[0033] Ниже определены следующие термины:
[0034] Термин отведение означает разницу измеренного напряжения между двумя точками на теле человека для обеспечения и отображения PQRSTU сигнала.
[0035] Термин ЭКГ отведение предназначен для обозначения определенного с медицинской точки зрения ЭКГ сигнала на основании разности измеренного напряжения между двумя определенными с медицинской точки зрения точками на теле человека.
[0036] Стандартный ЭКГ сигнал представляет собой ЭКГ сигнал, который взаимодействует с существующим медицинским оборудованием и соответствует ЭКГ стандартам. Стандартный ЭКГ сигнал может включать в себя один фрагмент непрерывной ЭКГ для определения ритма или любое число стандартных, определенных с медицинской точки зрения, ЭКГ отведений.
[0037] Фрагмент непрерывной ЭКГ для определения ритма является любым отведением, который показывает ритм между PQRSTU осциллограммами. Для использования фрагмента непрерывной ЭКГ для определения ритма не требуется для получения ЭКГ сигнала из определенных, с медицинской точки зрения, ЭКГ местоположений.
[0038] Признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными в свете последующего подробного описания выбранных вариантов осуществления, как показано на прилагаемых чертежах. Как будет понятно, раскрытый и заявленный предмет изобретения может быть модифицирован в различных отношениях в пределах объема формулы изобретения. Соответственно, чертежи и описание должны рассматриваться по своей сути как пояснительные, а не как ограничительные, и полный объем предмета изобретения изложен в формуле изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0039] Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего подробного описания совместно с прилагаемыми чертежами, на которых:
[0040] Фиг. 1 показывает блок-схему примерной ЭКГ системы в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
[0041] Фиг. 2 показывает неограничивающий пример матрицы датчиков в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
[0042] Фиг. 3 представляет собой блок-схему алгоритма, иллюстрирующую основные этапы, выполняемые посредством алгоритма выбора, в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
[0043] Фиг. 4 показывает пример полного PQRST сигнала, полученного для пациента с использованием системы в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
[0044] Фиг. 5 показывает способ получения ЭКГ сигналов массивом датчиков без непосредственного контакта с кожей пациента;
[0045] Фиг. 6 показывает блок-схему, иллюстрирующую примерную структуру бесконтактного ЭКГ датчика в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
[0046] Фиг. 7 показывает пример физической конструкции бесконтактного ЭКГ датчика в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
[0047] Фиг. 8 показывает примерную блок-схему общей структуры системы в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
[0048] Фиг. 9 показывает блок-схему, иллюстрирующую примерный механизм управления коэффициентом усиления в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
[0049] Фиг. 10 представляет собой примерную блок-схему, иллюстрирующую функцию ПНЗ генератора в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
[0050] Фиг. 11 показывает с медицинской точки зрения ЭКГ расположения для получения стандартных ЭКГ отведений;
[0051] Фиг. 12 иллюстрирует пример стандартных ЭКГ отведений, каждое отведение показано как вектор между двумя точками на теле человека;
[0052] Фиг. 13а и 13b иллюстрируют пример определения контура тела пациента системой; и
[0053] Фиг. 14 является блок-схемой алгоритма способа для предоставления сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) тела человека с помощью бесконтактных ЭКГ датчиков.
[0054] Следует отметить, что на прилагаемых чертежах аналогичные признаки обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСЩЕСТВЛЕНИЯ
[0055] Система для обеспечения стандартного сигнала электрокардиограммы (ЭКГ) тела человека использующая бесконтактные ЭКГ датчики для вывода на медицинское оборудование (а также на новые/специальные мониторы или для просмотра на экране устройства отображения, связанного с вычислительным устройством) или для хранения или просмотра на удаленном/локальном устройстве. Система содержит модуль цифровой обработки данных (МЦОД), выполненный с возможностью подключать массив бесконтактных ЭКГ датчиков, предусмотренных в ткани или тому подобное. Механизм выбора встроен в МЦОД, который позволяет МЦОД идентифицировать части тела, используя ЭКГ сигналы различных ЭКГ датчиков, и выбирать для каждой части тела наилучшее отведение от датчика. МЦОД может затем производить стандартный ЭКГ сигнал с использованием выбранных ЭКГ сигналов для различных определенных частей тела. Система выполнена с возможностью непрерывно пересматривать результаты выбора для обеспечения выбора наилучших отведений для заданной части тела в следствии движения части тела, тем самым, обеспечивая постоянный и непрерывный ЭКГ мониторинг пациента.
[0056] Настоящее изобретение будет более понятно со ссылкой на следующие примеры, которые приведены для иллюстрации настоящего изобретения и не предназначены для ограничения его объема.
[0057] Обратимся теперь к чертежам, на фиг. 1 показана блок-схема примерной ЭКГ системы 200 в соответствии с вариантом осуществления. Как показано на фиг. 1, система 200 содержит массив бесконтактных датчиков, предусмотренных на панели 7 датчиков (в качестве неограничивающего примера реализации) и модуль 2 цифровой обработки данных (МЦОД), который функционально соединен с массивом датчиков с помощью кабеля 9 для получения показаний датчиков, предусмотренных на панели 7 датчиков. МЦОД 2 может быть выполнен с возможностью одновременной записи электрофизиологической активности сердца (карта распределения электростатического поверхностного потенциала тела), а также определения наиболее подходящих электродов/датчиков для вывода стандартного ЭКГ сигнала (+ задний прекордиальный) в существующие медицинское устройство (6). МЦОД может быть подключен к мобильному устройству (3) или к устройству (4) облачной технологии через интернет или сеть передачи данных для предоставления данных врачам в режиме реального времени, так что врачи могут быстро диагностировать аритмичные и ишемические изменения, обнаруженные посредством МЦОД 2.
[0058] В качестве не ограничивающего примера, МЦОД 2 может использоваться в качестве легкого портативного медицинского устройства, которое весит около 2 фунтов или менее, и может быть носимым устройством для проведения непрерывного ЭКГ мониторинга.
[0059] Как указано выше, МЦОД 2 может быть выполнен с возможностью производить выходной сигнал, который соответствует существующим медицинским стандартам, так что выходной сигнал идентичен тем, которые получаются с помощью стандартной контактной ЭКГ системы, и может использовать для просмотра/чтения результатов обследования с использованием существующего медицинского устройства 6 (при этом, не требуются никакие изменения в существующих медицинских устройствах для считывания и вывода стандартного ЭКГ сигнала, принятого от МЦОД). МЦОД 2 может включать в себя разъем для вывода данных, выполненный с возможностью принимать стандартный кабель (8) для вывода сигнала, который будет одновременно считываться с использованием существующего медицинского устройства 6. МЦОД 2 может также иметь возможность одновременно записывать информацию ЭКГ контакта, если подключен стандартный магистральный кабель 5.
[0060] Однако МЦОД 2 может также иметь собственное устройство отображения, встроенное в него или связанное с ним, и может быть выполнено с возможностью передавать/осуществлять потоковую передачу стандартного ЭКГ сигнала через коммуникационную сеть/передачи данных для обеспечения стандартного ЭКГ сигнала на локальном/удаленном персональном компьютере или портативном устройстве.
[0061] Следует отметить, что фиг. 1 иллюстрирует неограничивающий пример реализации. Изменения в системе 200 возможны без отступления от сущности и объема изобретения, как определено в формуле изобретения. Например, хотя фиг.1 иллюстрирует кабели для передачи данных между различными модулями, также предполагается, что могут быть использованы беспроводные соединения, включающие в себя без ограничения: Wi-Fi, Bluetooth и т.д.
[0062] Кроме того, массив датчиков может быть размещен в самых разных других объектах, включающих в себя: одежду, кровати и устройства/компоненты транспортных средств. В другом примере, массив датчиков может быть предусмотрен во множестве устройств, включающих в себя, но не ограничиваясь: мебель (например, стул, кровать/матрац/покрытие, диван, кресло), устройство транспортного средства (например, сиденье, подголовник, колесо рулевого управления и т.д.) или носимые предметы (например, куртки, рубашки, футболки, свитера, бюстгальтер и т.д.).
Алгоритм выбора
[0063] При использовании традиционного способа регистрации ЭКГ требуется установить электроды на места в соответствии с физиологией пациента, в результате чего традиционные контактные электроды закрепляются к этим местах, сохраняя относительное положение независимо от движений пациента. Например, V1 электрод должен быть установлен на 4-м межреберье справа от грудины, электрод RA должен быть размещен на правой руке, электрод LA на том же месте, что и электрод RA, но на левой руке, RL электрод должен быть размещен на правой ноге, боковой икроножной мышцы и так далее, как проиллюстрировано на фиг. 11. Важность этих электродов и их расположения заключается в том, что разница в напряжении между двумя конкретными местоположениями представляет определенное с медицинской точки зрения ЭКГ отведение (как описано относительно фиг. 11 и фиг. 12), и отведение в электрокардиографии представляет собой вектор, вдоль которого измеряется и регистрируется деполяризация сердца для получения электрокардиограммы.
[0064] Поэтому для того, чтобы производить ЭКГ сигнала, который совместим с традиционными ЭКГ стандартами, необходимо следовать по тому же принципу, хотя данные собираются бесконтактным способом.
[0065] На фиг. 2 показан неограничивающий пример матрицы 202 датчиков в соответствии с вариантом осуществления. Как показано на фиг. 2, матрица 202 содержит n столбцов и m строк датчиков 10, расположенных в матричной конфигурации таким образом, что независимо от того, как пациент расположен на матрице 202, там всегда будет, по меньшей мере, один датчик размещенный на теле пациента, который соответствует физическому размещению обычного ЭКГ электрода. С помощью адаптивного алгоритма, реализованного посредством МЦОД 2, матрица 202 может быть использована для непрерывного считывания результатов ЭКГ путем выбора заданного датчика 10 матрицы 202, который соответствует определенному ЭКГ местоположению на теле пациента.
[0066] На фиг. 3 представлена блок-схема алгоритма, иллюстрирующая основные этапы, выполняемые посредством алгоритма 204 массива, в соответствии с вариантом осуществления. На этапе 210 алгоритм определяет, какие датчики 10 находятся в непосредственной близости от тела пациента, путем измерения величины сопротивления между каждым датчиком 10 и пациентом. Это позволяет определять датчики 10, которые могут быть использованы для получения данных. Выходные ЭКГ сигналы этих датчиков 10 (те, которые определены как находящиеся в непосредственной близости от тела) затем анализируются для получения информации о контуре тела пациента.
[0067] В качестве неограничивающего примера реализации, варианты осуществления могут использовать различные типы информации для получения данных о контуре тела. Первым типом является сопротивления связи, которая представляет собой расстояние между телом и датчиком. Когда сопротивление связи слишком высокое, то датчик находится слишком далеко от тела, и не может быть использован. Вторым типом является сам сигнал, например, морфология сигнала, и какую форму имеет сигнал для обнаружения того, имеет ли сигнал обычный ЭКГ шаблон или нет (PQRSTU сигналы). Третий тип информации относится к данным геометрического местоположения ЭКГ датчиков, обеспечивающие высокое качество ЭКГ сигналов. Эти датчики и их расположение обеспечивают индикацию геометрической формы человеческого тела, как видно на примере фиг. 13а и фиг. 13b. В примере на фиг. 13а, допуская, что пользователь 250 лежит на матраце, имеющий панель 202 датчиков, встроенной в него, датчики 10а, которые находятся в непосредственной близости от тела пациента, будут получить качественные ЭКГ сигналы, в то время как датчики 10b вне тела пациента, не смогут получить качественный сигнал. На основе этой информации и местоположения каждого датчика на панели 202, МЦОД 2 может получить информацию о контуре 252 тела пациента, из которой МЦОД может определить форму, ширину и другие параметры тела пациента, как проиллюстрировано на фиг. 13b. Используя эту информацию и набор правил, реализуемых в МЦОД 2, МЦОД 2 может затем обнаружить/определить местоположение частей тела и связать один или несколько датчиков 10 с каждой частью тела/местоположением тела для целей ЭКГ, как описано ниже.
[0068] На этапе 212 алгоритм анализирует ЭКГ сигнал, принятый от датчиков, и объединяет его с уже полученной информацией о контуре тела для определения положения тела пациента относительно панели. На этапе 214 алгоритмы выполняют операцию сопоставления местоположения каждого датчика 10 на теле пациента с использованием информации, полученной на этапах 210 и 212. После того, как группы датчиков определяются, как находящиеся рядом с каждой основной частью тела для снятия ЭКГ (правая рука, левая рука и т.д.), сигналы от этих смежных датчиков сопоставляются и фильтруются на этапе 216 для выбора одного датчика с самым высоким качеством ЭКГ сигнала, чтобы принять и записать ЭКГ данные с него для этой соответствующей части тела.
[0069] В одном из вариантов осуществления изобретения, МЦОД 2 может быть выполнен с возможностью непрерывно и динамически выполнять алгоритм 204 для повторного анализа полученных показаний от датчиков 10 в режиме реального времени, чтобы повторно проверить правильность выбора датчика 10, имеющего наилучшее качество ЭКГ сигнала для постоянного мониторинга, принимая во внимание движение пациента, в соответствии с которым, новый датчик 10 может быть выбран, который обеспечивает наилучшее качество сигнала для снятия показаний, чем ранее выбранный до начала движения.
[0070] В другом варианте осуществления изобретения, система может обнаружить когда пациент движется и определяет, когда необходимо вновь запустить алгоритм для пересчета, с тем, чтобы определить необходимость выбора нового датчика. Например, система может отслеживать силу сигнал а/качество и определить необходимость повторного запуска алгоритма 204 выбора, когда качество сигнала падает ниже заданного порогового значения.
Обнаружение PQRSTU сигналов
[0071] Как уже говорилось выше, система может быть выполнена с возможностью записывать информацию электрофизиологической активности сердца и ЭКГ. В частности, система может быть выполнена с возможностью получать полный PQRSTU спектр составляющих ЭКГ кривых как видно на примере фиг. 4, который иллюстрирует пример полного PQRSTU сигнала, полученного для пациента с использованием системы в соответствии с вариантом осуществления изобретения. PQRSTU сигнал, как показано на фиг. 4, генерируются активностью сердца, и получается системой для просмотра врачами для диагностики. В одном из вариантов осуществления изобретения, система фиксирует ЭКГ показания и обрабатывает их для получения ЭКГ сигналов, которые могут быть считаны и просмотрены с помощью существующего медицинского оборудования, и производит сигналы, которые идентичны тем, которые произведены с помощью стандартных контактных ЭКГ систем, и как таковой может быть использован вмсето стандартных ЭКГ систем для всех приложений.
[0072] Само собой разумеется, бесконтактные датчики 10 не производят выходной сигнал, который совместим с существующим медицинским оборудованием (например, мониторы и т.п.) и, таким образом, не могут взаимодействовать с этим оборудованием, следовательно, существует необходимость в дополнительной обработке. В одном варианте осуществления изобретения, МЦОД преобразовывает полученный сигнал в формат, который соответствует международным стандартам для существующего медицинского оборудования. Это позволяет осуществить бесшовную замену обычных контактных ЭКГ систем без необходимости замены существующих диагностических медицинских устройств или переподготовки врачей и медицинских работников. Такое преобразование может быть выполнено в МЦОД 2 с использованием комбинации цифровой обработки сигналов и схемы вывода аналогового сигнала в цифро-аналоговый преобразователь (19).
Конструкция датчика
[0073] Как описано выше, варианты осуществления изобретения описывают процесс получения ЭКГ показаний пациента с помощью бесконтактных ЭКГ датчиков 10. Датчики 10 специально предназначены для захвата ЭКГ сигнала высокого качества от пациента без необходимости наличия непосредственного электрического контакта с кожей пациента. Это позволяет разместить датчики 10 на некотором расстоянии от пациента и/или отделить от кожи пациента с помощью ткани, например, одежды, постельных принадлежностей и т.д., как видно на примере фиг. 5, который иллюстрирует тот пример, как массив датчиков захватывает ЭКГ сигналы без непосредственного контакта с кожей пациента.
[0074] На фиг. 6 представлена блок-схема, иллюстрирующая примерную конструкцию датчика в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Как показано на фиг.6, датчик 10 может включать в себя проводящий электрод 33, защитный электрод 32 и электродинамический датчик, включающий в себя усилитель 34 и цепь 35 смещения напряжения. В иллюстрированной конструкции на фиг.6, усилитель 34 усиления/буферизации тока может быть использован в схеме топологии отрицательной обратной связи, а схема 35 смещения входного сигнала выполнена с возможностью увеличивать эффективное входное сопротивление усилителя 34 для сохранения качества сигнала при регистрации ЭКГ. Вход электродинамического датчика соединен с проводящим электродом 33. Защитная схема (36) управления может быть использована для генерирования сигнала обратной связи для подключения к защитному электроду (32) для дополнительного увеличения отношения сигнал-шум (SNR) для уменьшения паразитной емкости на входе электродинамического датчика.
[0075] Электрод 33 может иметь емкостную связь с телом пациента, за счет расположения в непосредственной близости, но, не касаясь кожи/тела. Это может быть достигнуто за счет размещения на кровати массива датчиков 10, реализованных в ней (в качестве не ограничивающего примера реализации), в тоже время пациент может не снимать одежду. Электрическое поле вблизи поверхности кожи пациента, которое создается посредством электрической активности сердца, вызывает емкостной заряд на проводящем электроде 33 без наличия непосредственного электрического контакта. Этот заряд затем может быть собран и усилен электродинамическим датчиком, который производит электрический сигнал (напряжение), который отображает электрическую активность сердца в этом месте (полный PQRSTU).
[0076] Защитный электрод 32 выполнен с возможностью снижать уровень паразитных помех, которые принимает электродинамический датчик, а также уменьшать эффектость емкости входа усилителя 34, что помогает сохранить качество полученного ЭКГ сигнала.
[0077] В качестве неограничивающего примера реализации, как электрод 33, так и защитный электрод 32 могут быть выполнены из эластичного/гибкого материала, который позволяет датчику 10 лучше адаптироваться к геометрии человеческого тела и получить более точные ЭКГ показания. В то же время, эта конфигурация позволяет без затруднений разместить датчики 10 в ткани (или в любом из следующих: гелиевый/силиконовый/резиновый тип панели/коврика и т.д.), в котором массив датчиков должен быть установлен.
[0078] На фиг. 7 показан пример физической конструкции датчика 10. В качестве примера на фиг. 7, физическая конструкция включает в себя проводящий электрод 33, физически реализованный как слой 39, экран 32, физически реализованный как слой 40, и оставшаяся часть схемы, встроенной в слой 41.
Вся конструкция может быть размещена на подложке 37, которая может также представлять собой печатную плату, например. В конструкции, показанной на фиг. 7, слои 39, 40 и 41 могут быть изолированы друг от друга диэлектрическими слоями 38 для обеспечения электрической изоляции.
[0079] На фиг. 8 показана примерная блок-схема общей конструкции системы в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
[0080] Как показано на фиг. 8 и, как рассмотрено выше относительно фиг. 1, система может включать в себя панель 7 датчиков, которая содержит бесконтактные ЭКГ датчики (в дальнейшем БЭКГ датчики 10), которые могут быть представлены в виде матрицы 202 как, например, показано на фиг. 2. Панель 7 датчиков может также включать в себя заземляющую шину 15, схему возбуждения, например, задающий генератор 14, размещенный на правой ноге (ПНЗ) (описан ниже) и А/Ц преобразователь 13. Панель 7 датчиков вырабатывает оцифрованные данные ЭКГ показаний датчиков 10 в МЦОД 2. ПНЗ генератор 14 выполнен с возможностью подавать на заземляющую шину 15 высокочастотный сигнал, который находится вне полосы частот ЭКГ. Этот высокочастотный сигнал затем поступает через тело пациента к БЭКГ датчикам, где амплитуда регистрируется и анализируется с помощью МЦОД 2. Это дает системе метрику о наличии надежного соединения каждого датчика с пациентом, фактически является измерением величины полного сопротивления для определения качества сигнала от каждого датчика.
[0081] В дополнение к оцифрованным данным БЭКГ датчика, МЦОД 2 также может быть выполнен с возможностью принимать стандартные ЭКГ данные обычных электродов в аналоговом формате. Такие аналоговые ЭКГ данные возможно получены за счет использования стандартных контактных электродов и магистрального кабеля (5). Аналоговые сигналы могут быть преобразованы с использованием АЦП 17. Сигналы могут затем быть отфильтрованы с использованием блока 18 обработки цифрового сигнала и выведены через различные проводные и беспроводные интерфейсы (Wi-Fi (22)/Ethernet (23) на мобильное приложение (3)/облачный сервер (4), а также через «аналоговый БЭКГ и ЭКГ» интерфейс на существующее медицинское оборудование (6)).
[0082] МЦОД 2 может включать в себя некоторую энергонезависимую память, например, флэш-память 26 для хранения ЭКГ данных (при необходимости). МЦОД 2 также может быть выполнен с возможностью осуществлять диагностику острой сердечной недостаточности, и посылать сигнал предупреждения по любому одному из коммуникационных интерфейсов или интегрированному устройству (24) звуковой сигнализации. МЦОД 2 также может включать в себя интерфейс (21) с низким потреблением энергии технологии Bluetooth для обеспечения возможности конфигурирования пользователем посредством мобильного устройства. Постоянное запоминающее устройство (25) также может быть использовано для хранения информации уникального идентификатора. Модуль (27) криптографической обработки также может быть использован для шифрования и дешифрования данных, передаваемых/принимаемых через интерфейсы связи, и надежного хранения ключей для шифрования данных.
[0083] Все данные датчика (бесконтактного и контактного) могут передаваться посредством проводного и беспроводного интерфейсов. Алгоритм 204 массива датчиков (описан выше на фиг. 3) решает, какая информация датчика должна быть выведена через аналоговый интерфейс 19 на существующее медицинское оборудование. Реле 20 может быть предусмотрено для переключения между аналоговыми данными, принятые от обычных электродов, и бесконтактными датчиками 10, и обеспечить возможность МЦОД 2 сравнить их. В МЦОД 2 может быть выполнен с возможностью отключения, чтобы действовать как проходной кабель, не оказывая влияния на ЭКГ сигнал, полученный контактным способом, при необходимости (под управлением блока управления и реле (20)). Он также может быть использован в «гибридном режиме», в течение которого комбинация сигналов БЭКГ и ЭКГ датчиков может выводиться через аналоговый интерфейс, если при этом повышается качество ЭКГ сигнала.
Автоматическая регулировка коэффициента усиления
[0084] В связи с большим, при этом ограниченным, значением входного сопротивления электрофизиологических датчиков 10, изменения величины емкостной связи между каждым датчиком 10 и телом пациента (например, при изменении расстояния между каждым датчиком и телом) может привести к изменению коэффициента усиления каждого канала датчика. Это оказывает влияние на амплитуду ЭКГ отведений, таким же образом, что электрод с высохшим контактным клеем произодит сигнал с пониженным качеством, по сравнению с новым. Для решения этой проблемы предусмотрен механизм управления коэффициентом усиления, что позволяет системе корректировать относительные различия импеданса между различными бесконтактными ЭКГ датчиками и абсолютным сопротивлением между каждым бесконтактным ЭКГ датчиком и человеческим телом из-за разницы в расстоянии между каждым бесконтактным ЭКГ датчиком и телом человека. Как показано на фиг. 9, программируемый коэффициент 43 усиления (либо в аналоговой, или в цифровом домене) может обеспечивать в каждом канале 42 датчика, чтобы компенсировать изменение коэффициента усиления, за счет различий в связи между датчиками 10 и пациентом. На фиг. 9 показана блок-схема, иллюстрирующая примерный механизм управления коэффициентом усиления в соответствии с вариантом осуществления. Как показано на фиг. 9, механизм 220 управления коэффициентом усиления может включать в себя цепь обратной связи, включающую в себя АЦП 44, установленный между УПКУ 43 и процессором 45, который сам соединен с УПКУ 43 для управления его коэффициента усиления в режиме реального времени, при возникновении изменения.
[0085] Процессор 45 может быть специализированным процессором и также может быть процессорным модулем, встроенным в блок 18 обработки МЦОД 2.
Процесс управления с использованием потенциала электрода на правой ножке пациента
[0086] Возвращаясь к фиг. 8, на которой показана заземляющая шина 15, в котором тело пациента должно быть расположено рядом, но не находится в контакте с ним (на расстоянии). Эта шина управляется сигналом обратной связи, извлеченным из ЭКГ сигналов, для обеспечения плоскости заземления емкостной связи с телом пациента. Сигнал обратной связи извлекается таким образом, чтобы увеличить коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС) системы (более чем на 10 дБ, как правило). Это уменьшает уровень помехи синфазных сигналов и сохраняет качество сигнала полученной ЭКГ.
[0087] Фиг. 10 представляет собой примерную блок-схему, иллюстрирующую функции ПНЗ генератора 14, в соответствии с вариантом осуществления. Как показано на фиг. 10, выбираются данные, принятые от датчиков, (или отбрасываются) с использованием матрицы (29) переключения, которая выбирает конкретные датчики 10 для получения данных с помощью ПНЗ алгоритма, реализованного в цифровой форме в блоке (18) обработки данных. Сигналы затем суммируются (29), преобразуются и усиливаются (30). Эта операция формирует сигнал управления для заземляющей шины 15.
[0088] ПНЗ алгоритм выполнен с возможностью осуществлять мониторинг синфазного сигнала, полученного от каждого датчика (и посредством расширения выходных ЭКГ сигналов алгоритма выбора). ПНЗ алгоритм может выбрать набор датчиков, что увеличивает коэффициент ослабления синфазного сигнала системы после того, как ПНЗ сигнал используется при обследовании пациента в конфигурации с обратной связью.
Приобретенные отведения
[0089] Как уже говорилось выше, возможность сравнить текущие результаты ЭКГ с предшествующими результатами имеет огромную медицинскую ценность, что невозможно обеспечить посредством использования существующих систем, которые не предоставляют возможность осуществления долгосрочного мониторинга. Например, аномальная ЭКГ не доказывает наличия острого заболевания сердца, и нормальная ЭКГ не исключает наличия болезни сердца. Поэтому, необходимо сравнивать новое ЭКГ с ЭКГ, сделанным в прошлом. Отличительные клинические признаки могут включать в себя:
- Есть ли изменения в ритме?
- Есть ли изменение частоты?
- Есть ли изменения во времени проведения возбуждения?
- Есть ли изменение оси сердца?
- Существуют ли новые патологии Q's?
- Существует ли изменение размера R-волны?
- Есть ли изменения в ST?
- Есть ли изменения в Т-волне?
[0090] Наличие вышеуказанных изменений должно служить основанием для немедленного дополнительного обследования пациента. Изменения в электрокардиограмме могут быть дополнительно классифицированы, как острая форма и хроническое состояние, однако, в любом случае необходимо сравнить результаты электрокардиограмм.
[0091] В основном, так как количество используемых электродов увеличивается, то время для проведения мониторинга, возможно, уменьшается. В настоящее время, одним из основных ограничений действующих стандартов является сложность организации долгосрочного мониторинга с использованием множества электродов из-за присущего ограничения размещения нескольких электродов и удержания их на теле пациента.
[0092] Система, описанная выше, позволяет осуществить последовательное сравнение электрокардиограмм при первом снятии. Система доказала получение задних ЭКГ отведений. В соответствии с модифицированной системой отведений по Mason-Fikar могут быть получены 16 ЭКГ отведений у пациента, лежащего на матрице датчиков, встроенных в матрас, кресло и т.д. Приобретенные отведения включают в себя: отведения I, II, III, aVr, aV1, aVf, V1, V1R, V2, V2R, V3, V3R, V4, V4R, V5, V5R в качестве примера на фиг. 11 и фиг. 12. На фиг. 11 показаны, с медицинской точки зрения, ЭКГ местоположения для получения стандартных ЭКГ отведений, и фиг. 12 иллюстрирует пример стандартных ЭКГ отведений, каждое отведение показано как вектор между двумя точками на теле человека.
[0093] Панель, включающая в себя датчики 10, может быть размещена неосязаемым способом под матрас, так что ЭКГ данные могут быть получены из задних отведений; например, в лежачем положении. Система может быть основана на расположении датчиков по Mason-Likar, используемая для регистрации ЭКГ во время стресс-тестирования. Стандартное ЭКГ 12-отведений размещение не используется из-за наличия мышечного белка, движения, артефактов и т.д., и ограничивается 10 секундной распечаткой результатов ЭКГ 12-отведений, что не практично для осуществления краткосрочного-долгосрочного мониторинга.
[0094] Электроды, размещенные сзади, признаются способом снятия ЭКГ, и на самом деле, используются в качестве дополнения в определенных ситуациях к более распространенным способам размещения передних отведений. Размещение передних отведений в настоящее время является единственным типом размещения отведений, используемым из-за его удобства применения. Тем не менее, используются ЭКГ отведения в положении лежа в определенных ситуациях со стандартными электродами, но из-за неизбежных сложностей, этот способ не является стандартным.
[0095] На фиг. 14 показана блок-схема алгоритма способа предоставления сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) для человеческого тела с помощью бесконтактных ЭКГ датчиков. Как показано на фиг.14, способ 260 начинается на этапе 262, за счет приема сигналов бесконтактной электрокардиограммы из массива бесконтактных ЭКГ датчиков. Этап 264 включает в себя обнаружение частей тела, расположенных в непосредственной близости от массива бесконтактных ЭКГ датчиков. Этап 266 включает в себя выбор из каждой группы бесконтактного ЭКГ датчика, имеющего самое высокое качество сигнала. Этап 268 содержит генерирование стандартного ЭКГ сигнала, основанного на сигнале бесконтактной электрокардиограммы, каждого выбранного бесконтактного ЭКГ датчика.
[0096] В то время как предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны выше и показаны на прилагаемых чертежах, специалистам в данной области техники будет очевидно, что могут быть сделаны модификации без отхода от данного описания. Такие модификации рассматриваются, как возможные варианты, содержащиеся в объем раскрытия.