[发明专利]心肺复苏术期间经自适应分段拼接算法的真实心电图测量

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于心电图(ECG)信号的处理的系统、方法和设备的领域。更具体地，本发明涉及用于ECG信号中由心肺复苏术(CPR)引起的假象(artifact)的自适应降低的系统、方法和设备。

背景技术

自从创造了自动体外除颤器(AED)以帮助减少心搏停止的事件以来，已经过近二十年。经过这段时间，AED在例如办公室、购物中心、体育场和高行人流量的其它区域的公共场所已经变得更加普遍。AED使市民能够在公共场所的心脏急诊期间提供医疗帮助，其中帮助以前在心脏事件的关键早期阶段的不可用的。近年来，开发出能够准确检测心室心律失常和不可电击的室上心律失常的全自动体外除颤器，例如在Payne等人的美国专利5,474,574中描述的那些全自动体外除颤器，以治疗无人照管的患者。这些设备治疗患有心室心律失常的患者，并且在实时检测可电击心律失常方面具有高灵敏度和特异性。此外，已经开发出AED来充当诊断监视设备，这些诊断监视设备能够在医院设施中自动提供治疗，如Lin等人的美国专利6,658,290中所展示的。

除AED领域的进步之外，在人体生理学以及人体生理学与医疗的关系的理解方面已经取得若干进步。医学研究方面的这些进步导致处理物理创伤事件时新协议和标准操作过程的开发。例如，在用于除颤的公共接入协议方面，最近的指南已经强调了对和AED一起使用的心肺复苏术(CPR)的需要。事实上，最近的针对心肺复苏术和心血管急救的美国心脏病学会(AHA)指南建议：通过检测可电击心律，应用电击并接着提示抢救人员立即恢复按压，AED可以进一步被集成到应急协议中。(American Heart Association Guidelines for Cardiopulmonary Resuscitation and Emergency Cardiovascular Care，IV-36，American Heart Association，Inc.，2005)。此外，指南评论道：可以开发这样的AED，其具体在减少由于患者的再鉴定而导致的被抑制的按压的数目以及保证高效移交给受训练的医学专业人员方面进一步再教育或帮助抢救人员。指南以及独立的研究导致包含性的方案，其涉及除颤和CPR，作为用于AED设备的建议方法。

在提供除颤的同时，当前的AED不能实现指南推荐的当前建议的AED使用方法。当前可用的多数AED试图对心室心律进行分类。具体地，当前AED试图区分可电击心室心律和所有不可电击的其它心律。这种心室心律检测和分析需要实时分析ECG波形。因而，AED的功能、准确性和速度严重依赖于用于实时分析ECG波形的算法和硬件。

在许多实现中，算法依赖于心率计算和由ECG波形导出的各种形态学特征，例如Payne等人的美国专利5,474,574和Zhang等人的美国专利6,480,734中公开的ECG波形系数和不规则性。此外，为了提供足够的处理能力，当前AED通常把算法和控制逻辑嵌入微控制器中。

注意到，当前的算法和特定硬件实现能够对AED的效能产生深刻的影响。具体地，ECG信号的信噪比较大地影响AED性能。例如，在抢救工作期间，许多当前AED中实现的算法需要若干秒的干净ECG信号数据以分类所感测的心室心律。在抢救人员可以按照接近每分钟100周期的指定速率应用胸部按压和放松的心肺复苏术期间，得出这种干净信号数据的机会显著降低。实际上，胸部按压和放松在ECG记录中引入显著的运动假象。另外，ECG信号在心室心律失常事件期间表现出不良的幅度，从而进一步降低信噪比，经常导致低质量或不可用的信号。在这些情况下，现有心律失常识别算法不能充分执行，从而将患病人员置于危险中。

已经进行尝试来通过改变ECG电极和模拟前端电路的设计来降低传感假象的影响。一个设计在ECG放大器中针对高通过截止实现较低截止频率。其它设计利用具有非常高的共模抑制比(CMRR)的差动放大器，以试图在一定程度上避免假象。然而，在这些设计中，需要在数字域捕获良好质量的信号以利用数字逻辑和算法移除任何假象。这主要是由于这样的事实：模数转换期间由于饱和效应而损失的信号量不能利用当前已知技术来恢复。