电极状态确定设施和用于确定电极状态信息的方法与流程

本发明涉及一种用于确定关于测量生物电信号的差分电压测量系统的电极的电极状态信息的方法，其中，电极状态信息指示电极是被连接还是未被连接。本发明进一步涉及一种电极状态确定设施、一种差分电压测量系统、一种包括成像装置和差分电压测量系统的装置、一种计算机程序产品以及计算机可读介质。

背景技术：

关于需要通过差分电压测量系统来测量例如心电图信号(ECG信号)的生物电信号的应用，能够识别差分电压测量系统的电极是连接到还是未被连接到患者将是有利的。这特别地涉及例如基于生物电信号控制和/或触发成像装置的进一步的动作被实施的应用。如果尽管电极并未被连接但是被识别为连接，则触发可能被错误地启动。如果尽管电极被连接但是被识别为未被连接，则有效的触发可能被抑制。因此，需要尽可能快速并准确地确定用于指示电极是连接还是未被连接的电极状态信息。在下文中，电极的电极状态应该被理解为指示关于电极的电极状态信息，其中，电极状态信息指示电极是被连接还是未被连接。

用于测量ECG信号的ECG系统的电极的电极状态可以例如被确定，其中ECG信号的信号质量被分析并且基于其得出关于电极状态的结论。由于当ECG系统的电极正确地连接到患者时ECG信号还可以具有多种形式，因此对ECG信号的信号质量的这种分析必须是非常宽容的(tolerant)。这表示在许多情况下不可能快速地，即在比100毫秒短的时间内识别出断开连接，而是指示断开连接的缺陷信号质量在分析持续几秒之后才被识别。

例如从[AC12]已知用于确定第一电极的电极状态的返回路径方法。在该上下文中，在毫微安培范围的测试电流通过电流源被施加在第一电极上。如果第一电极被连接，则测试电流流过患者和通过至少一个额外电极连接到患者的对应的返回路径。返回路径可以例如包括差分电压测量系统的测量路径和/或差分电压测量系统的传输路径右肢(right-leg)驱动设施。在这种情况下，因为呈毫微安培的测试电流流过最多在兆欧姆范围的阻抗，所以在第一电极处由电流源产生的电压最多在毫伏范围。如果第一电极和/或返回路径未被连接，则电路未闭合或将由测试电流克服的阻抗非常大，使得在第一电极处由电流源产生的电压进入饱和，其可以例如通过比较器识别。由于需要的返回路径，这仅使得当至少一个另外电极连接到患者时能够确定第一电极的电极状态。

公开号为DE102015202447A1的、并于2016年8月11日公开的德国专利申请描述了具有右肢驱动设施的差分电压测量系统。[VA11]公开一种带有右肢驱动设施的ECG系统。本领域技术人员特别熟悉右肢驱动设施，特别是在术语“右肢驱动”情况下，其被缩写为“RLD”。在该上下文中，对右肢的参考仅仅基于传统使用。患者的一侧或右肢驱动电路、特别是RLD电极连接到其的患者的端部(extremity)对于右肢电路的技术效果是不重要的。在电极与患者的非传统连接的这种情况下，可能有必要在每一情况下关于相对于RLD电极的位置来适当地适配差分电压测量系统的测量电极。

技术实现要素：

本发明的目的在于使得能够实现电极状态信息的改善的确定。

该目的通过本文中所描述的方法、通过本文中所描述的电极状态确定设施、通过本文中所描述的差分电压测量系统、通过本文中所描述的装置、通过本文中所描述的计算机程序产品以及通过本文中所描述的计算机可读介质实现。

根据本发明的用于确定电极状态信息的方法，其涉及用于测量生物电信号的差分电压测量系统的电极，其中电极状态信息指示电极是被连接还是未被连接，获取流过分流电阻器的电流的时间曲线，其中分流电阻器被设置为与差分电压测量系统的电传输路径中的电极串联，以及基于时间曲线确定电极状态信息。

发明人建议在设置为与差分电压测量系统的电传输路径中的电极串联的分流电阻器的辅助下确定电极状态信息。发明人已认识到流过分流电阻器的电流的时间曲线显著地取决于电极是被连接到还是未被连接到患者。

发明人已经尤其认识到当患者位于杂散电磁场中时，电流可以流过分流电阻器，电流在电极连接到患者时比在电极未被连接到患者时显著更大，例如，大一个或多个量级。杂散电磁场例如可以由一个或多个电气设备和/或一个或多个供电线路产生。

本发明的一个实施例提供了生物电信号是患者的生物电信号和/或电极状态信息指示电极是连接到患者还是未被连接到患者。本发明的一个实施例提供了差分电压测量系统为心电图系统(ECG系统)和/或生物电信号为心电图信号(ECG信号)。

根据本发明的一方面，差分电压测量系统包括右肢驱动设施，其中，右肢驱动设施包括电极和传输路径。

在下文中，RLD电极特别地表示差分电压测量系统的右肢驱动设施的电极。在下文中，测量电极特别地表示差分电压测量系统的差分输入级的电极。本发明的一个实施例提供了电极状态信息涉及差分电压测量系统的测量电极，其中电极状态信息指示测量电极是被连接还是未被连接。

在许多情况下，RLD电极的电极状态无法使用返回路径方法直接确定，因为RLD电极被调节以便抑制右肢驱动信号上的共模干扰信号，其可能与为了确定电极状态而额外施加的电流相抵触。

RLD电极的电极状态可以使用返回路径方法间接地确定，因为对于多个电极，返回路径在每个情况下经由RLD电极而被选择。如果RLD电极未被连接，则针对多个测量电极同时识别到断开连接(open connection)。然而，如果多个测量电极实际上未被连接并且其因此不明确，则获得相同的结果。由于对于多个测量电极的每一个的返回路线在每个情况下可以经由另一测量电极选择，所以即使RLD电极未被连接到患者，可能对于针对多个测量电极中的每个确定电极状态。因此，返回路径方法仅仅适用于确定涉及具有某些限制的RLD电极的电极状态信息。

由于右肢驱动设施关于共模干扰信号的抑制可能是重要的，因此有利的是能够尽可能直接地测量RLD电极的电极状态。在对生物电信号相对小的干扰的情况下，在一些情况中，其可能难以确定生物电信号的RLD电极的电极状态。如果干扰相对强，则生物电信号的损坏在未被连接的RLD电极的情况下可能比连接的RLD电极的情况下大得多。

本发明的一个实施例提供了流过分流电阻器的电流的时间曲线最大程度上独立于测量电极的连接状态，分流电阻器被设置为与RLD电极串联。对于确定电极状态备选地或附加地，时间曲线可以被用于抑制共模干扰信号，诸如例如公开号为DE102015202447A1的、并于2016年8月11日公开的德国专利申请中所描述的。

根据本发明的一方面，时间曲线与参照曲线的偏差被确定，其中基于偏差确定电极状态信息。本发明的一个实施例提供了参照曲线是恒定曲线。例如，恒定曲线可以一直具有相同的值，例如，0值。

根据本发明的一个方面，基于针对时间曲线的阈值条件确定电极状态信息。本发明的一个实施例提供了基于偏差的阈值条件确定电极状态信息。本发明的一个实施例提供了阈值条件仅在电极被连接时被认为满意，或阈值条件仅在电极未被连接时被认为满意。

阈值条件可以例如涉及时间曲线的参数和/或偏差的参数，其中参数选自由振幅、电压、电流、能量和功率组成的组。参数特别地可以关于时间间隔被平均。

本发明的一个实施例提供了阈值条件仅在参数和/或偏差超过指定阈值时被满足或阈值条件仅在参数和/或偏差落在指定值之下时被满足。

根据本发明的一方面，在指定频率范围中确定时间曲线的组成，其中基于组成确定电极状态信息。组成可以例如通过滤波而确定。可以特别地基于组成确定参数。

根据本发明的一方面，指定频率范围由杂散电磁场的频率限定。杂散场可以特别为交变场。特别地，交变场的频率可以为电力供应网络的市电频率。杂散场例如可以由一个或多个电气设备和/或一个或多个电气线路产生。特别地，一个或多个电气设备和/或一个或多个电气线路可以位于患者附近和/或连接到电力供应网络。本发明的一个实施例提供了患者位于杂散场中。因此，患者可以用作针对杂散场的接收天线，使得当电极连接到患者时较高电流流过分流电阻器。因此，可以基于阈值条件确定电极状态信息，其仅在参数(例如电流的时间曲线的幅度或功率)超过指定阈值时被满足。因此，本发明特别地能够独立于测量电极而直接确定RLD电极的电极状态。

根据本发明的用于确定关于用于测量生物电信号的差分电压测量系统的电极的电极状态信息的电极状态确定设施，其中电极状态信息指示电极是被连接还是未被连接，包括获取模块和确定模块。获取模块被实施为获取流过分流电阻器的电流的时间曲线，其中分流电阻器被设置为与差分电压测量系统的电传输路径中的电极串联。确定模块被实施为基于曲线确定电极状态信息。根据本发明的一方面，电极状态确定设施被实施为执行根据本发明的用于确定电极状态信息的方法。

根据本发明的用于测量生物电信号的差分电压测量系统包括电极、被设置为与差分电压测量系统的电传输路径中的电极串联的分流电阻器、以及根据本发明的电极状态确定设施。

根据本发明的一方面，差分电压测量系统包括右肢驱动设施，其中右肢驱动设施包括电极和传输路径。

根据本发明的一方面，差分电压测量系统包括电压测量设施，其被切换为与分流电阻器并联，其中电压测量设施可以被用于测量跨分流电阻器的电压下降，以及因此流过分流电阻器的电流。

本发明进一步涉及一种用于确定关于用于测量生物电信号的差分电压测量系统的电极的电极状态信息的方法，其中电极状态信息指示电极是被连接还是未被连接，其中方法包括下列步骤：

-通过电压测量设施获取在分流电阻器处的电压下降的时间曲线，电压测量设施被切换为与分流电阻器并联，其中分流电阻器被设置为与差分电压测量系统的电传输路径中的电极串联。

-基于时间曲线确定电极状态信息。

根据本发明的装置包括成像装置和根据本发明的差分电压测量系统。根据本发明的一方面，成像装置包括控制装置、原始成像数据获取装置和图像重建设施，其中控制装置被实施为基于生物电信号控制原始成像数据获取装置和/或图像重建设施。控制装置例如可以为计算机。特别地，根据本发明的电极状态确定设施可以被实施为成像装置的控制装置的一部分。本发明的一个实施例提供了控制装置包括处理器系统。处理器系统可以例如由一个或多个相互配合的微处理器形成。

本发明的一个实施例提供了电流的时间曲线被获取，其中关于电流的测量数据被接收。本发明的另一实施例提供了电流的时间曲线被获取，其中关于电流的测量数据被测量并接收。测量数据可以例如通过电压测量设施测量，电压测量设施被切换为与分流电阻器并联。测量数据例如可以通过获取模块被接收。特别地，获取模块可以包括实施为接收测量数据的测量数据接收单元，和/或电压测量设施。

根据本发明的一方面，成像装置选自由X射线设备、计算机断层扫描设备(CT设备)、C臂X射线设备、单光子发射计算机断层扫描设备(SPECT设备)、位置发射断层扫描设备(PET设备)、磁共振断层扫描设备、超声设备及其组合组成的成像模式组。成像装置特别地可以在每个情况下为选自成像模式组的一个或多个成像模式和/或一个或多个放射模式(例如PET-CT设备或SPECT-CT设备)的组合。在本上下文中，放射模式可以例如包括用于治疗放射的放射装置。

根据本发明的计算机程序产品包括计算机程序，其中，计算机程序可以被装载到计算机的存储器设施中，其中计算机程序实施根据本发明在计算机程序在计算机上执行时用于确定电极状态信息的方法的步骤。除了计算机程序，计算机程序产品包括额外的软件附件，例如文档，和/或硬件组件，例如用于软件的硬件密钥(软件狗等)。

计算机程序被存储在计算机可读介质中，其中计算机程序可以装载到计算机的存储器设施中，其中计算机程序实施根据本发明用于在计算机程序在计算机上执行时确定电极状态信息的方法的步骤。计算机可读介质可以例如为记忆棒、硬盘或另一便携式或永久性安装的数据介质。计算机可读介质可以被实施以将计算机程序传输到控制装置和/或在控制装置上或中存储计算机程序。

在本发明的范围内，可能的是组合特征，其关于不同的实施例和/或不同的权利要求类别被描述以形成进一步的实施例。换言之，实体权利要求也可以通过结合方法所描述或要求保护的特征而形成。在本上下文中，方法的功能特征可以由相应实施的模块形成。

不定冠词“一”或“一个”的使用不排除讨论中的元件也存在多个基础的可能性。与给定元件结合的给定序数的使用用作提供给定元件与其他元件的更好的区分，而不表示在每个情况下元件必须针对给定序数之前的所有序数而存在。例如，根据本发明的装置可以包括存在第三元件，例如第三层，而没有第二元件，例如第二层。

本发明不由公开的实施例和示例限制。进一步的变型可以由本领域技术人员在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下推导出。

下面参照附图并参照示例实施例更详细地再一次描述本发明。附图中的描述是示意性的，被极大简化并且不必要按比例绘制。

附图说明

图1是根据返回路径方法实施用于电极状态识别的ECG系统，

图2是根据发明的第一实施例的方法的流程图，

图3是根据本发明的第二实施例的电极状态确定设施的描绘，

图4是根据本发明的第三实施例的差分电压测量系统，

图5是根据本发明的第三实施例的流过分流电阻器的电流的时间曲线的描绘，

图6是根据本发明的第三实施例通过差分电压测量系统测量的生物电信号的描绘，

图7是根据本发明的第四实施例的装置。

具体实施方式

图1示出根据返回路径方法实施以识别电极状态的ECG系统。ECG系统ES包括具有第一测量电极ME1和第二测量电极ME2的差分输入级MD，以及具有驱动电路RC和RLD电极RE的右肢驱动设施RP。第一电极ME1通过第一电流源S1和/或第二电流源S2被施加有在毫微安培范围内的测试电流I0。图1描绘了通过患者13和第二测量电极ME2的可能的第一返回路径IR1以及通过患者13和RLD电极RE的可能的第二返回路径IR2。关于返回路径方法的进一步的细节，参考[AC12]。

图2是根据本发明的第一实施例的用于确定关于用于测量生物电信号BS的差分电压测量系统DS的电极RE的连接状态的电极状态信息的方法。在步骤RS中，流过分流电阻器RR的电流RI的时间曲线被获取，其中，分流电阻器RR被设置为与差分电压测量系统DS的电传输路径RT中的电极RE串联。

在步骤RS中，例如，可以通过电压测量设施RD获取跨过分流电阻器RR的电压RV下降的时间曲线，电压测量设施RD被切换为与分流电阻器RR并联。这使得流过分流电阻器RR的电流RI能够通过电压测量设施RD来被测量。

在步骤DI中，基于时间曲线来确定电极状态信息。

图3示出根据本发明的第二实施例的电极状态确定设施35的描绘。电极状态确定设施35被实施用于确定关于用于测量生物电信号BS的差分电压测量系统DS的电极RE的连接状态的电极状态信息并包括获取模块RSM和确定模块DIM。获取模块RSM被实施用于获取RS流过分流电阻器RR的电流RI的时间曲线，其中，分流电阻器RR被设置为与差分电压测量系统DS的电传输路径RT中的电极RE串联。确定模块DIM被实施用于基于曲线来确定DI电极状态信息。电极状态确定设施35被实施为执行根据本发明的第一实施例的方法。

图4示出根据本发明的第三实施例的用于测量生物电信号BS的差分电压测量系统DS。根据本发明的第三实施例，差分电压测量系统是ECG系统。差分电压测量系统DS包括电极RE、与差分电压测量系统DS的电传输路径RT中的电极RE串联连接的分流电阻器RR、以及根据本发明的第二实施例的电极状态确定设施35。差分电压测量系统DS包括右肢驱动设施RP，其中，右肢驱动设施RP包括电极RE和传输路径RT。差分电压测量系统DS包括电压测量设施RD，其被切换到与分流电阻器RR并联，通过分流电阻器RR跨过分流电阻器RR的电压RV下降和因此流过分流电阻器RR的电流RI可以被测量。差分电压测量系统DS包括电压测量系统控制设施DSC，其被实施为控制差分电压测量系统DS。差分电压测量系统DS可选地实施以基于电流RI或电压RV的时间曲线来抑制共模干扰(interference)信号，诸如例如在公开号为DE102015202447A1的、并于2016年8月11日公开的德国专利申请中所描述的。

右肢驱动设施RP包括驱动电路RC。分流电阻器RR被串联地设置在电极RE与右肢驱动设施RP的驱动电路RC之间。

差分电压测量系统DS包括差分输入级MD。对于图4中描绘的分流电阻器RR可选地或另外地，分流电阻器可以串联地设置在电极ME1与差分输入级MD之间，和/或分流电阻器可以串联地设置在电极ME2与待被提供的差分输入级MD之间。

图5是流过分流电阻器RR的电流RI的时间曲线的描绘，其中，分流电阻器RR被设置为与根据本发明的第三实施例的差分电压测量系统DS的电传输路径RT中的电极RE串联。

在时间轴T上描绘了给定的时间点，在每个情况下通过给定数目的时间上等距采样点，也称为样本。在幅度轴RA上描绘在毫伏范围的跨过分流电阻器RR的电压RV下降的值。电流RI的时间曲线对应于电压RV的时间曲线。本发明的第三实施例假设分流电阻器RR的值等于22千欧。电压RV可以通过用分流电阻器RR的值乘以电流RI计算，RV＝RR·RI。

在从样本0到样本约1000的时间间隔中，RLD电极RE未被连接到患者13。在从样本约1000到样本约2500的时间间隔中，RLD电极RE连接到患者13。在样本约2500之后的时间间隔中，RLD电极RE未被连接。在当RLD电极RE被连接时，时间曲线的幅度或基于时间曲线确定的功率高得多。在本上下文中，患者13用作用于由患者的环境中的电气设备和/或线路产生的杂散电磁场的接收天线。因此，时间曲线可以用于确定指示RLD电极是被连接还是未被连接的电极状态信息。当RLD电极RE连接时的相对高的幅度或能量基本上由在市电频率(mains frequency)的频率范围内的时间曲线的组成所导致。根据本发明的第三实施例，市电频率等于50赫兹。

图6是生物电信号BS的描绘，其通过差分电压测量系统DS测量并且同时其时间曲线的电流RI在图5中描绘。在毫伏范围内的生物电信号BS的值在幅度轴MA上描绘。不可能或几乎不可能从生物电信号BS的时间曲线识别RLD电极RE是连接还是未被连接。因此，只要不存在严重干扰，生物电信号BS可以可选地在RLD电极RE未被连接时也被测量。

因此，本发明例如在临床应用的情况内能够实现电极状态的改善的识别并且因此减少所涉及的时间和花费。本发明的进一步优势事实上包括RLD电极RE的电极状态可以独立于测量电极ME1、ME2的连接状态而被确定。特别地，根据本发明的用于确定关于RLD电极RE的连接状态的电极状态信息的方法和用以识别一个或多个电极ME1、ME2的电极状态的返回路径方法可以同时被实施。

如果测量电极ME1、ME2未被连接，则通常不建议继续检查。如果RLD电极RE未被连接，则可以继续检查，尽管将更易于受到干扰。由于RLD电极RE对强干扰的抑制作出很重要贡献，但是，在一些情况下，RLD电极RE在几乎不存在干扰时较少相关，因此这可能建议在某些情况下继续检查，即使已经识别到RLD电极RE未被连接。这特别涉及到不再需要从某个临界点矫正RLD电极而不中断检查的情形。在这种情况下，其可能建议继续检查，特别是生物电信号BS的测量，而不管增加的对干扰的易感性。从此不再建议终止检查的典型的临界点在一些情况下可以例如为造影剂注射的起始时间点和/或针对通过成像装置2特别是使用电离辐射27获取原始成像数据的起始时间点。

图7示出根据本发明的第四实施例的装置1，其中，装置1包括具有由隧道形状开口形成的获取区域4的成像装置2，其中，患者支撑装置10包括支撑台11，其中，支撑板12被设置为相对于支撑台11可移动，使得支撑板12可以在支撑板12的纵向方向上被引入到获取区域4中。在不限制本发明的总体概念的情况下，通过示例的方式，示出的成像装置2为计算机断层扫描设备1。

成像装置2包括门架20、获取区域4、患者支撑装置10、原始成像数据获取装置26、28和控制装置30。门架20包括固定支撑框架21和转动部24。转动部24关于通过旋转支撑装置的旋转轴可旋转地安装。获取区域4由门架20中的隧道形状开口形成。对象、特别是患者13的将被描绘的区域可以被设置在获取区域4中。

根据本发明的第四实施例，原始成像获取诸装置26、28为具有辐射源26(例如X射线源)的投影数据获取装置26、28和例如X射线检测器的检测器28。放射源26被设置在转动部24上并且被实施用于发射具有放射量子27的放射物，例如X射线。检测器28被设置在转动部24上并且被实施用于检测放射量子27。放射量子27可以从辐射源26传送到将被描绘的区域，并且在与被描绘的区域的相互作用之后，到达检测器28。这能够获取将被描绘的区域的投影数据。通过投影数据获取装置26、28获取的投影数据被前送到控制装置30。控制装置30为计算机，特别为数字计算机，并且被实施以控制成像装置2。控制装置30包括图像重建设施34和根据本发明的第二实施例的电极状态确定设施35。图像重建设施34可以被用于重建来自投影数据的图像。

成像装置2包括输入装置38和输出装置39。输入装置38被实施用于输入控制信息，例如图像重建参数和/或检查参数。输出装置39被实施用于输出控制信息和/或图像。

根据本发明的第四实施例的装置1包括根据本发明的第三实施例的差分电压测量系统DS。本发明的第四实施例提供通过差分电压系统DS测量生物电信号BS。控制装置30可以被用于进一步处理生物电信号BS。特别地生物电信号BS可以被用于控制成像装置2，投影数据获取装置26、28和/或图像重建设施34。例如，生物电信号BS可以触发获取投影数据和/或选择针对图像的重建的投影数据。

参考文献

[VA11]

Venkatesh Acharya:“使用右肢驱动放大器改善共模抑制(Improving Common-Mode Rejection Using the Right-Leg Drive Amplifier)”。德州仪器，应用报告。SBAA188，2011年7月。

http://www.ti.com/lit/an/sbaa188/sbaa188.pdf

[AC12]

Anthony Calabria:“理解ECG中的断线检测(Understanding Lead-Off Detection in ECG)”。德州仪器，应用报告。SBAA196A，2012年5月，2015年1月修订。

http://www.ti.com/lit/an/sbaa196a/sbaa196a.pdf