CN1258480A - 用于检测遥测生物医学系统中引线故障的方法和装置 - Google Patents

用于检测遥测生物医学系统中引线故障的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明披露了一种使用软件通过分析来自遥测生物医学系统中的生理信号进行检测引线故障的方法和装置。在用于检测引线故障的装置中,使用软件利用微控制器对生理信号进行分析而不用额外的微控制器,使得遥测生物医学系统的体积可以减小,并且可以减少功率消耗。

Description

用于检测遥测生物医学系统中引线故障的方法和装置
本发明涉及一种通过使用软件借助于分析输入的生理信号，用于检测在遥测生物医学系统中使用的引线故障的方法和装置。
遥测生物医学系统例如心电图(ECG)或脑电图(EEG)通过在受验者机体上连接引线标记采集生理信息，并分析和处理采集的信息。生理信号采集器(下面称为“引线标记”)包括直接和受验者的皮肤接触的电极，以及用于连接引线标记和测量设备的主体的引线。如果和被连续观察的受验者的机体相连的引线标记和机体分离，则产生报警信号，使得可以重新固定引线标记。
美国专利No.3859988披露了一种用于检测遥测生物医学系统中引线故障的装置。在该装置中，一个具有特定波形和频率的小电流信号被重复地施加于引线标记，如果至少一个引线标记被断开，则输出一个特定施加的信号，用于指示引线标记的故障。因而，这种引线故障检测装置另外要求用于产生具有特定波形的信号的一个发生器和用于重复发送所述信号的计数器。
在美国专利No.4658831中披露了用于检测遥测生物医学系统中引线故障的另一种装置。在这种用于检测ECG中引线故障的装置中，施加于引线标记的ECG信号和脉冲信号被一起进行频率调制，并用无线电方式传输。两个传输信号在接收机中被分开，并在一个附加的电路中检测被分离的脉冲信号，以便判断引线故障。这种装置也要求附加装置，例如脉冲信号发生器。在美国专利Nos.5649969和3602215中披露了用于检测引线故障的另一些装置。然而，这些装置也需要附加的引线故障检测器11，如图1所示，采用这种方案的遥测生物医学系统的体积和功率消耗增加，因而不能应用于小型的便携式遥测生物医学系统中。
本发明的目的在于提供一种消耗功率小的用于检测小型的以及便携式遥测生物医学系统中引线故障的方法和装置。
为了实现本发明的第一个目的，提供一种用于检测遥测生物医学系统中引线故障的方法，所述遥测生物医学系统包括和受验者机体相连的生理信号采集器，用于采集生理信号；滤波和放大部分，用于除去生理信号中的噪声成分并放大所述信号；模数转换器，用于把生理信号转换为数字信号；控制器，用于处理来自模数转换器的数字信号，以便对所述生理信号进行分析，以及引线故障信息显示器，用于显示生理信号采集器是否和受验者分离，所述方法包括：(a)使用来自模数转换器的数字信号，确定生理信号是否改变；以及(b)如果在步骤(a)中生理信号没有改变，则使用引线故障信息显示器提供生理信号采集器发生分离的指示。
最好是，在步骤(a)中包括：(a1)使用来自模数转换器的信号，确定生理信号是否被输入；(a2)如果生理信号没有被输入，则通过显示器提供生理信号采集器发生分离的指示；(a3)如果生理信号被输入，则比较来自模数转换器的信号和具有生理信号周期的并被预先存储在控制器中的数字信号；以及(a4)如果来自模数转换器的信号的周期和预先存储在控制器中的数字信号的周期不同，则提供生理信号采集器发生分离的指示。
最好是，具有生理信号周期的并被预先存储在控制器中的数字信号被表示为在预定的时间间隔内生理信号的峰值数量，并且步骤(a3)被这样实现：在预定时间间隔内对来自模数转换器的信号中的相应于生理信号的峰值或谷值的峰数或谷数进行计数，并比较计数值和预先存储的生理信号的峰值数或谷值数。此外，具有生理信号的周期的并被预先存储在控制器中的数字信号可以被表示为生理信号的频率范围，并且步骤(a3)可以被这样实现：测量来自模数转换器的生理信号的频率范围，并比较测量的生理信号的频率范围和被存储在控制器中的数字信号的频率范围。
为实现本发明的第二个目的，提供一种用于检测遥测生物医学系统中引线故障的装置，所述遥测生物医学系统包括和受验者机体相连的生理信号采集器，用于采集生理信号；滤波和放大部分，用于除去生理信号中的噪声成分并放大所述信号；模数转换器，用于把生理信号转换为数字信号；控制器，用于处理来自模数转换器的数字信号，以便对所述生理信号进行分析，以及引线故障信息显示器，用于显示生理信号采集器是否和受验者分离，所述装置包括：比较器，用于使用来自模数转换器的信号确定生理信号是否改变；以及指令部分，用于对引线故障信息显示器提供指令，以便当比较器确定生理信号已经发生改变时，显示用于指示生理信号采集器和受验者发生分离的警报。
最好是，比较器使用来自模数转换器的信号确定生理信号是否被输入，如果确定生理信号被输入，则比较器比较来自模数转换器的信号和具有生理信号的周期的并被预先存储在控制器中的信号。
最好是，具有生理信号周期的并被预先存储在控制器中的数字信号被表示为在预定的时间间隔内生理信号的峰值数量，并且比较器在预定时间间隔内对来自模数转换器的信号中的相应于生理信号的峰值或谷值的峰数或谷数进行计数，并比较计数值和预先存储的生理信号的峰值数或谷值数。最好是，具有生理信号的周期的并被预先存储在控制器中的数字信号可以被表示为生理信号的频率范围，并且比较器测量来自模数转换器的生理信号的频率范围，并比较测量的生理信号的频率范围和被存储在控制器中的数字信号的频率范围。
此外，为了增加引线故障检测的可靠性，在检测引线故障之前，输入信号可以利用被设置在微控制器输入端之前的滤波器滤波，或者使用在微控制器中编程的软件滤波。
本发明的上述目的和优点通过结合附图详细说明优选实施例将会更加明显，其中：
图1是用于检测遥测生物医学系统中引线故障的常规装置的方块图；
图2按照本发明的用于检测遥测生物医学系统中的引线故障的装置的方块图；
图3说明图2的检测装置检测引线故障的方法的流程图；
图4表示典型的心电图信号的波形图；以及
图5表示当引线标记脱离或未被正确地连接时的输入信号的波形。
在下面的实施例中，按照本发明的用于检测引线故障的装置被应用于心电图(ECG)。不过，这种引线故障检测装置可以应用于许多不同的记录周期性的生理信号的遥测生物医学系统。
在图2中示出了ECG的结构，受验者的ECG信号利用和受验者相连的电极21例如引线标记(通称为采集器)进行采集，并通过放大器22放大。放大的模拟信号被模数转换器(ADC)23转换成数字信号，并被发送给微控制器24。在微控制器24中，ECG信号被处理，并且确定引线标记是否和机体分离。如果微控制器24确定引线标记已经脱离，则在引线故障信息显示器25上向受验者或操作者显示该信息。当ECG信号由于引线标记未脱离受验者而正常时，由微控制器处理的信号被存储在存储器26中。为了提高检测引线故障的可靠性，在微控制器24之前设置一个滤波器，或者使用在微控制器中编程的软件对输入信号滤波，然后进行检测。
微控制器24包括比较器(未示出)，用于利用来自ADC23的信号，确定生理信号(ECG信号)是否改变，以及指令部分(未示出)，用于向引线故障信息显示器25提供指令，以便显示指示引线标记发生故障的报警信号。比较器利用来自ADC23的信号确定ECG信号是否被输入。如果EGC信号被输入，则比较器比较来自ADC23的信号和预先存储在微控制器24中的具有周期性的数字信号例如ECG信号。具有ECG信号的周期的数字信号可以被表示为在预定时间间隔内ECG信号的峰值数或谷值数。即，比较器比较来自ADC23的在一个预定的时间间隔内重复的信号的峰值数或谷值数和预先存储在ADC23中的峰值数或谷值数。此外，指示ECG信号的频率范围的数字信号可以被预先存储在微控制器24中，代替具有ECG信号的周期的数字信号。用这种方式，比较器测量来自ADC23的ECG信号的频率范围，并比较测量的频率范围和预先存储的指示ECG信号的频率的数字信号。
图3是微控制器24检测引线故障的流程图。
当ECG信号被从ADC23输入时(步32)，微控制器24确定输入信号是否改变(步33)。如果如图4所示的ECG信号或噪声信号被输入，则确定输入信号已经发生改变，并且处理进入步34。然而，如果由于引线标记和受验者机体分离而没有输入信号，或者输入信号保持常数，微控制器254则向引线故障信息显示器25发出报警。在步34，输入信号的周期和预先存储的ECG信号的周期比较。一般地说，即使引线标记和受验者分离，输入信号也可以改变。即，这相应于通过引线标记输入电噪声或者由受验者的运动引起噪声的情况。不过电噪声或运动噪声没有周期性。即使电噪声或运动噪声具有周期性，其周期也不和ECG信号的周期那样长，或者不具有和ECG信号相同的周期。因而，在步33确定输入信号发生改变之后，只有在步34确定输入信号具有和预先存储的ECG信号的周期相同的周期，输入信号才被存储在存储器中(步36)。否则，当输入信号的周期和预先存储的ECG信号的周期不同时，微控制器24就向引线故障信息显示器25发出报警信号，以便显示关于引线故障的信息。
如上所述，输入信号的周期性可以在步34通过预设ECG信号的频率范围，并比较该频率范围和输入信号的频率来确定。此外，输入信号的周期性可以通过比较在预定时间间隔内输入信号的峰值数或谷值数和预先存储的ECG信号的峰值数或谷值数来确定。
为了增加检测引线故障的可靠性，整个处理可以重复进行两次或多次。
如上所述，在按照本发明的遥测生物医学系统中的引线故障检测装置中，通过在微处理器内使用软件分析输入的生理信号实现引线故障的检测，而不用附加的电路来检测引线故障。因而，引线故障检测装置的体积可以减小，还可以降低功率消耗。此外，可以对引线故障进行实时报警，使得受验者或操作者可以快速地响应。

Claims (15)

1一种用于检测遥测生物医学系统中引线故障的方法，所述遥测生物医学系统包括和受验者机体相连的生理信号采集器，用于采集生理信号；滤波和放大部分，用于除去生理信号中的噪声成分并放大所述信号；模数转换器，用于把生理信号转换为数字信号；控制器，用于处理来自模数转换器的数字信号，以便对所述生理信号进行分析，以及引线故障信息显示器，用于显示生理信号采集器是否和受验者分离，所述方法包括：
(a)使用来自模数转换器的数字信号，确定生理信号是否改变；以及
(b)如果在步骤(a)中生理信号没有改变，则使用引线故障信息显示器提供生理信号采集器和受验者机体发生分离的指示。
2如权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)中，确定生理信号是否改变的处理是这样实现的：确定来自模数转换器的信号是否和具有和生理信号相同的周期的并被预先存储在控制器中的数字信号相同。
3如权利要求2所述的方法，其中所述具有和生理信号相同的周期的并被预先存储在控制器中的数字信号被表示为在一个预定时间间隔内的峰值数，并且步骤(a)是这样完成的：在预定时间间隔内，对来自模数转换器的信号中的相应于生理信号的峰值的峰数进行计数，并比较计数值和预先存储的生理信号的峰值数。
4如权利要求2所述的方法，其中所述具有和生理信号相同的周期的并被预先存储在控制器中的数字信号被表示为在一个预定时间间隔内的谷值数，并且步骤(a)是这样完成的：在预定时间间隔内，对来自模数转换器的信号中的相应于生理信号的谷值的谷值进行计数，并比较计数值和预先存储的生理信号的谷值数。
5如权利要求2所述的方法，其中所述具有和生理信号相同的周期的并被预先存储在控制器中的数字信号被表示为生理信号的频率范围，并且步骤(a)是这样完成的：测量来自模数转换器的生理信号的频率范围，并比较测量的生理信号的频率范围和被存储在控制器中的数字信号的频率范围。
6如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括：
(a1)使用来自模数转换器的信号，确定生理信号是否被输入；
(a2)如果生理信号没有被输入，则通过显示器提供生理信号采集器发生分离的指示；
(a3)如果生理信号被输入，则比较来自模数转换器的信号和具有生理信号周期的并被预先存储在控制器中的数字信号；以及
(a4)如果来自模数转换器的信号的周期和预先存储在控制器中的数字信号的周期不同，则提供生理信号采集器发生分离的指示。
7如权利要求6所述的方法，其中具有生理信号周期的并被预先存储在控制器中的数字信号被表示为在预定的时间间隔内生理信号的峰值数量，并且步骤(a3)被这样实现：在预定时间间隔内对来自模数转换器的信号中的相应于生理信号的峰值的峰数进行计数，并比较计数值和预先存储的生理信号的峰值数。
8如权利要求6所述的方法，其中具有生理信号周期的并被预先存储在控制器中的数字信号被表示为在预定的时间间隔内生理信号的谷值的数量，并且步骤(a3)被这样实现：在预定时间间隔内对来自模数转换器的信号中的相应于生理信号的谷值的谷数进行计数，并比较计数值和预先存储的生理信号的谷值数。
9如权利要求6所述的方法，其中具有生理信号周期的并被预先存储在控制器中的数字信号被表示为生理信号的频率范围，并且步骤(a3)被这样实现：测量来自模数转换器的生理信号的频率范围，并比较测量的生理信号的频率范围和被存储在控制器中的数字信号的频率范围。
10如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)和(b)被重复两次或多次。
11一种用于检测遥测生物医学系统中引线故障的装置，所述遥测生物医学系统包括和受验者机体相连的生理信号采集器，用于采集生理信号；滤波和放大部分，用于除去生理信号中的噪声成分并放大所述信号；模数转换器，用于把生理信号转换为数字信号；控制器，用于处理来自模数转换器的数字信号，以便对所述生理信号进行分析，以及引线故障信息显示器，用于显示生理信号采集器是否和受验者分离，所述装置包括：
比较器，用于使用来自模数转换器的信号确定生理信号是否改变；以及
指令部分，用于对引线故障信息显示器提供指令，以便当比较器确定生理信号已经发生改变时，显示用于指示生理信号采集器和受验者发生分离的警报。
12如权利要求11所述的装置，其中比较器使用来自模数转换器的信号确定生理信号是否被输入，如果确定生理信号被输入，则比较器比较来自模数转换器的信号和具有生理信号的周期的并被预先存储在控制器中的信号。
13如权利要求11所述的装置，其中具有生理信号周期的并被预先存储在控制器中的数字信号被表示为在预定的时间间隔内生理信号的峰值数量，并且比较器在预定时间间隔内对来自模数转换器的信号中的相应于生理信号的峰值的峰数进行计数，并比较计数值和预先存储的生理信号的峰值数。
14如权利要求12所述的装置，其中具有生理信号周期的并被预先存储在控制器中的数字信号被表示为在预定的时间间隔内生理信号的谷值数量，并且比较器在预定时间间隔内对来自模数转换器的信号中的相应于生理信号的谷值的谷数进行计数，并比较计数值和预先存储的生理信号的谷值数。
15如权利要求12所述的装置，其中具有生理信号周期的并被预先存储在控制器中的数字信号被表示为生理信号的频率范围，并且比较器步骤(a3)被这样实现：测量来自模数转换器的生理信号的频率范围，并且比较器测量来自模数转换器的生理信号的频率范围，并比较测量的生理信号的频率范围和被存储在控制器中的数字信号的频率范围。
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