CN110198667A - 用于测量、分类和显示电心脏活动的系统、方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量、分类和显示电心脏活动的系统，其特征在于，它包括用于获取、处理和调节电心脏信号的装置，该装置由以下模块构成：信号获取模块，其包括多于两个传感器，用于测量电心脏活动，传感器被设计为放在用户的手的手指的指骨上以测量心脏电活动；信号调节模块；处理和逻辑控制模块；用于向用户反馈的模块；连接模块；以及电源模块，其中该装置被配置为连接到包括诸如智能电话、平板电脑和计算机之类的任何技术组装件的本地网络，并且有可能连接到互联网或至少连接到具有存储和处理信息并优化装置的操作算法的能力的服务器/客户端，该装置以它能够在用户的手中携带和使用的方式集成。

Description

用于测量、分类和显示电心脏活动的系统、方法和装置

技术领域

本发明一般而言涉及医疗行业，尤其涉及医疗服务领域，诸如用于监视和监测与人类健康有关的生理问题的设备。具体而言，它涉及用于测量、分类和显示电心脏活动的系统、方法和便携式装置，其允许评估心脏的当前状况和心率。

背景技术

由于缺乏及时的援助或不恰当的响应，每年有数百万人死亡或受伤。利用适当技术立即采取措施可以大大减少死伤。急救不能代替紧急服务；但是，这是提供快速高效的响应以帮助减轻严重伤害和提高幸存机会的第一重要步骤。

如果患者在事件发生的前10分钟期间没有得到适当的医疗护理，那么心脏骤停的幸存机会几乎降至零。

关于心脏活动，有不同的研究使用各种设备来确定和诊断多个心脏问题。

存在能够测量心脏活动的设备，如广为人知的Holter监视器，其具有用粘合剂被连接到胸部然后被连接到记录设备的电极。医生可以使用Holter监视器记录设备上捕获的信息来弄清用户是否有心率问题。但是，它体积庞大且不舒服。

心脏活动也可以通过心电图测量，心电图是一种简短的非侵入性测试，其使用被附接到胸部的电极来监视心率。但是，有时心电图检测不到心率中的任何不规则性，因为机器仅连接很短的时间。

用于测量、分类和显示心脏的电活动以便立即治疗心脏问题的设备、系统和方法将是非常有价值的。

进行了确定现有技术的检索，其中发现了以下引用的参考文献。

Jung Ook Hong和Shelten Gee Jao Yuen的日期为2014年6月3日的专利文献US9113794B2(下文称为文献D1)涉及从能量视点以高效方式基于运动和皮肤接近度激活心率监视的方法和设备。此外，它提供了操作LED和光电探测器的方法，旨在获得自适应心率的准确读数。文献D1中提出的发明旨在高效地激活用于心率监视的LED，这与我们的发明不同，本发明寻求将心脏电活动分类为健康或患病状态，如纤维性颤动，并生成紧急事件的视觉和听觉反馈警报。

我们的发明和上面提到的专利共享技术特点，如电子发明领域中所预期的那样，诸如：信号获取手段、生理传感器、模拟和数字信号调节手段、数据处理电路、用于通过音频向用户反馈的手段(如扬声器)或通过屏幕的视觉反馈，以及能量源。

但是，上面提到的专利和我们的发明的物理和功能原理有以下不同之处：

1.文献D1中要被处理的信号的物理起源是通过光学测量、LED和感光器获得的，利用这些来估计体积描记曲线。另一方面，我们的发明通过金属及金属盐的氧化还原原理获得其信号，利用这些来获得心脏电活动(ECG)信号，心脏电活动(ECG)信号对皮肤颜色、涂色的指甲、CO₂中毒或严重出血不敏感。

2.在信号调节部分，文献D1说明其带宽在0.1和10Hz的范围内，与我们的带宽在0.01和500Hz之间的系统不同。这允许具有更宽频谱的信号以及在信号处理阶段中检测ECG信号中的异常。

3.文献D1结合强度调制及其移动传感器旨在检测心脏病发作。但是，由于信号是光学起源的，因此不能检测其它疾病状况，如纤维性颤动、心律失常、PRQ波或任何PQ、ST段的偏差和延长。在我们的发明中情况不是这样的，本发明确实允许知道这种心脏电活动细节并且提供患病或健康心脏电状况的分类。

还考虑日期为2015年1月21日的Sameer Bidichandani等人的专利申请文献US20160206277A1(下文称为文献D2)，其一般涉及确定用户中的心率的技术，具体而言，在便携式设备中使用多个声学传感器的心率测量。该发明涉及一种用于用户的心率监视的方法，包括：从便携式监视器的多个声学传感器获得信号；使用获得的信号识别连续心跳；以及至少基于连续心跳之间的间隔来计算心率。

文献D2中呈现的发明旨在并且限于通过声学传感器确定用户的心率，这与我们的发明不同，本发明寻求将心脏电活动分类为健康或患病，如纤维性颤动，并通过心电图(ECG)信号通过紧急事件的视觉和听觉手段生成警报。

类似地，我们的发明和文献D2中的发明共享技术特点，如在电子发明领域中所预期的，诸如信号获取手段、传感器、模拟和数字信号调节手段、数据处理电路、视觉或音频反馈手段，以及能量源。

但是，关于物理、化学和功能原理，文献D2和我们的发明在以下特点方面不同，这些特点需要创造性来完全实现：

1.文献D2中的发明通过放置在手腕上的声音传感器(通常是麦克风)估计心率，与我们的发明不同，本发明中诸如电极之类的传感器放置在胸部或颈部以获得ECG。前述内容阻止文献D2中的发明通过基于ECG波的分析方法将心脏电活动分类为患病，如纤维性颤动或心律失常。预期文献D2中的发明可以估计心音，但是，这个过程未在文献中描述。

2.关于信号调节，文献D2没有说明带宽，只有对于人类可听见的信号，它可以预期在20到20000Hz之间。但是，没有信息可以具有明显的创造性，这与我们定义的0.01至500Hz范围不同，因为它涉及心脏电活动。

还发现了日期为2015年12月22日的Caroll-lames H.Carnell的专利申请US2016175683 A1(下文称为文献D3)，其涉及用于健身和运动训练的数据分析方法，与我们的发明不同，本发明允许心脏电活动的分类。

在电子发明领域中，我们的发明和文献D3中的发明共享纯技术特点，诸如微处理器、能量源和可视化屏幕。但是，文献D3中的发明描述了一种技术，该技术允许速度、强度和压力测量的处理，这与我们的发明完全无关，本发明处理从电极氧化物还原物理化学原理获得的生物电位，并且最重要的是，将心脏电活动分类为健康或患病，如纤维性颤动。

虽然文献D3涉及速度和惯性量化方法，但是文献D1、D2和D3本身或者一起都没有揭示获得、处理、监视和分类心脏电活动所需的元素。

在文献D1的情况下，信息提取的目的是类似的，因为它们两者旨在获得如心率之类的生理参数，但是用于获得信号、处理和分类的方法不同。而且，D2中提出的特点在用作信息的源的能量类型和在分类方法方面完全不同，突出了所提出的发明涉及急救领域中的具体条件的事实。

以相同的方式，文献D3描述了与我们的发明完全无关的技术，因为它呈现了一种用于测量拳击训练中的命中的系统。因此，我们可以容易地理解，这些技术发展具有完全不同的方法，并且不能被认为影响创造性，因为它们在它们获得、治疗和分类生物电位(如心脏电活动)的方法方面不相似。

作为前述的结果，本发明不能以明显或显然的方式从D1、D2或D3推断或推理，既不能通过它们独立地也不能通过它们一起，也不是可比较的。因此，D1、D2和D3都不会影响创造性。

发明目的

本发明的主要目的是使一种用于测量、分类和显示心脏电活动的新颖系统、方法和装置可用，其允许在不需要移动患者的情况下就地将心脏电活动分类为稳定或纤维性颤动的患病的状态。

本发明的另一个目的使一种用于测量、分类和显示心脏电活动的新颖系统、方法和装置可用，其也是便携式和轻便的(500g)，低于心脏电活动设备的平均重量，心脏电活动设备诸如：心脏监视器、自动或半自动除颤器。

本发明的另一个目的是使一种用于测量、分类和显示心脏电活动的新颖系统、方法和装置可用，此外，在稳定状态的情况下，其可以提供心率的估计及其心动过缓、心动正常(normocardia)和心动过速指标，其可以当使用心率监视器的条件不合适时(例如，当指甲被涂、处于CO₂中毒下、严重出血、病态肥胖等时)被使用。

本发明的另一个目的是使一种用于测量、分类和显示心脏电活动的新颖系统、方法和装置可用，此外，其可以提供心脏电活动的视觉和听觉反馈，从而简化了初级卫生保健专业人员的信息接收和决策。

本发明的另一个目的是使一种用于测量、分类和显示心脏电活动的新颖系统、方法和装置可用，其还允许遵循爱氏三角(Einthoven’s triangle)的生理学原理获取来自患者的颈部或胸部的信号。

本发明的另一个目的是使一种用于测量、分类和显示心脏电活动的新颖系统、方法和装置可用，其还允许在紧急情况和不良接近情况下获取关于患者的心脏状况的相关信息。

本发明的另一个目的是使一种用于测量、分类和显示心脏电活动的新颖系统、方法和装置可用，其还允许初级卫生保健专业人员更好地可获得性以获取高质量和功能性技术。

本发明的另一个目的是使一种用于测量、分类和显示心脏电活动的新颖系统、方法和装置可用，其还允许以更快的方式了解心脏电活动状况，从而改善医院实践。

在描述本发明时将变得明显的所有质量和目标由所示实施例支持。

发明内容

广义地说，用于测量、分类和显示心脏电活动的系统和装置包括用于获取、处理和调节心脏电信号的装置，其由信号获取模块、信号调节模块、处理和逻辑控制模块、用于向用户反馈的模块、连接模块和电源模块组成；这个装置被配置为使用诸如智能电话、平板电脑和计算机等任何技术组装件通过本地网络连接到互联网，可选择连接到互联网或至少连接到具有存储和处理信息并优化算法的能力的服务器/客户端。该系统以便携式和可以是手持式的方式被集成。

信号获取模块由多于两个用于测量心脏电活动的传感器组成，包括但不限于由Ag/AgCl或其它金属或材料制成的无源和有源电极，被设计为放置在患者的指骨上，用于测量心脏电活动，其通过金属线直接连接到信号调节模块。根据爱氏三角图案将这些传感器放置在患者上以记录心脏电活动信号，其目的是获得引导投影(lead projection)的百分比，I、II或III中任一个。

传感器直接连接到高有源阻抗级，以保持信噪比并避免信息损失。高阻抗级的输出通过金属线直接连接到信号调节模块。

此外，信号获取模块具有用于识别连接到装置的传感器类型的级。识别级由集成电路和电阻电路组成，其中传感器的唯一标识号被编码和存储。这个电路直接连接到处理和逻辑控制模块，以便能够调整信号选择器采样频率，其具有取决于换向速度的高通和低通滤波器效果，并实现特定于那类传感器的有限脉冲响应(FIR)滤波器。

信号调节模块由具有高阻抗具有差分输入的电子电路、电绝缘电路、前置放大器、带通滤波器(高通滤波器和低通滤波器)以及最后放大器组成，以获得电压和频率受限的信号。这个模块通过金属轨道直接连接到处理和逻辑控制模块。

这个处理和逻辑控制模块允许通过算法的实现从经调节的信号获得信息以及反馈模块的起动和更新。它被分为四个级：

a.将来自调节级的信号从模拟转换为数字。

b.处理配准的(registered)信号。

c.实现用于心脏电活动状况的分类和心率估计的算法。

d.起动、控制并更新向用户反馈的级的逻辑。

用于向用户反馈的模块由以下组成：a)由处理和逻辑控制模块逻辑级激活的声音设备；b)用于显示关于电活动状况和心率的信息的视觉设备或屏幕。初始化和更新这种处理和逻辑控制模块的逻辑级。

便携式电源模块向信号获取模块、信号调节模块、处理和逻辑控制模块以及用于向用户反馈的模块提供电力。

为了更好地理解本发明的特点，下面描述的说明性附图作为其整体部分附于本描述。

附图说明

图1是涉及与本地网络或服务器交互的本发明装置的系统的示意图。

图2是集成本发明系统的子系统的框图，本发明系统涉及与本地网络或服务器交互的本发明装置。

图3是放置在用户上肢上的用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的示意图。

图4是将传感器实现或放置在细胞组织上的多种可能方式之一的示例。

图5、图5a和图5b分别是用于测量、分类和显示心脏电活动的装置连同其传感器和握具的常规透视图、左侧视图和右侧视图。

图6、图6a和图6b分别是用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的常规透视图、前视图和后视图。

图7a是模块互连的框图，该模块互连集成了用于测量、分类和显示心脏电活动的装置、本地网络和服务器。

图7b是图示包括用于测量、分类和显示心脏电活动的装置、本地网络和服务器的每个模块的主要功能的框图。

图8是放置在组织或皮肤上的传感器和传感器识别器、平均所获取的信号的网络、要被滤波的信号的选择器、由前置放大级构成的信号的模拟滤波、带通滤波和放大以及处理和逻辑控制模块的互连的示意图。

图9是示出在信号调节中作为带通滤波器工作的多路复用器的效果的示意图，其中信号采样速度在用于测量、分类和显示心脏电活动的装置中被修改。

图10是在用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的仪器中实现的反相器放大和前置放大设置的示例图。

图11是在用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的仪器中实现的非反相器放大和前置放大设置的示例图。

图12是在用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的仪器中实现的低通滤波设置之一的示例图。

图13是在用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的仪器中实现的高通滤波设置之一的示例图。

图14是在用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的微控制器中实现的基本逻辑和控制结构的示例性框图。

图15是用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的连接模块的主要功能的框图。

图16是利用用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的新信息的获取直到信息的显示的处理的流程图。

图17是一旦存储信息就处理信息的流程图，其中数字滤波被调整到用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的传感器识别器。

图18是信息分析的流程图，它被划分为两个主要区域：第一个是时间分析，第二个是时频分析。

图19是在所存储信息的处理和分析中获得的结果和指标的图表。

图20是用于在时频分析之后对利用用于测量、分类和显示心脏电活动的装置获得的心脏电活动参数进行分类的神经网络的实现的示例性示意图。

图21是支持向量机的实现的示例性图形，以分类心脏电活动信号中的纤维性颤动的存在或其不存在。

图22是用于根据患者的年龄将心率分类为心动过缓、心动正常或心动过速的模糊系统的示例性图形实现，其中年龄信息是在本地网络中从用户的反馈获得的。

图23是本地网络与用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的交互直到信息被导出到服务器的点的流程图。

图24是本地网络与服务器的交互、以及信息同步、检查、测试和训练以及优化服务器中的分类器的流程图。

图25是用于更新用于测量、分类和显示心脏电活动的装置中的分类器的方法的流程图。

图26是仅当用于测量、分类和显示心脏电活动的装置被开启时由该装置所使用的处理的示意图。

图27是当用于测量、分类和显示心脏电活动的装置被开启、连接到本地网络并且本地网络可以访问服务器时由该装置所使用的处理的示意图。

图28是当从本地网络给出更新指令时由用于下载和更新用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的分类算法的装置、本地网络和服务器所使用的处理的示意图。

为了更好地理解本发明，将提供其一些实施例的详细描述，在附于本说明书的说明性而非限制性的附图中示出。

具体实施方式

用于测量、分类和显示心脏电活动的系统、方法和装置的特征在以下描述和附图中清楚地示出，相同的标号用于指示相同的部分。本领域技术人员认识到，可以在相同的权利要求的范围内生成本发明的替代方案或可能的变化。

在本文档中描述的本发明的实施例不是限制性的，而是说明性的。所描述的本发明实施例不应当被理解为它们是唯一的、优选的或逐字解释的。

根据图1和图2，本发明的系统可以至少包括用于测量、分类和显示心脏电活动的装置(1)、包括任何技术集合(诸如智能电话、平板电脑、计算机等)的本地网络(2)，其可以连接到互联网或者至少连接到云(4)中具有存储和处理信息以及优化算法的能力的服务器/客户端(3)。

图3和图4示出了用于测量、分类和显示心脏电活动的装置(1)，其包括带子或条带(5)以附接到用户的手腕(6)并且其中连接有金属线(7)，金属线(7)连接到作为由Ag/AgCl或者其它金属或材料制成的无源和有源电极的感测元件(8)，放在用户的拇指、食指或中指的指骨上，用于测量心脏电活动，这些感测元件(8)遵循爱氏三角的图案来布置，用于记录心脏电活动信号，旨在获得引导投影的百分比，I、II、III、aVL、aVR或aVF中任一个。

图4示出了握住用于测量、分类和显示心脏电活动的装置(1)的医生的手如何放置在患者的胸部(9)上以获得心脏电活动信号，其中感测元件(8)在手指的指骨中。

关于图5至图6b，用于测量、分类和显示心脏电活动的装置(1)包括壳体(10)，其中条带(5)要被附接到用户的手腕(6)并且装置(1)具有激活和操作按钮(11)并且其内部具有支撑面板(12)，其中在其一侧上布置有不同的操作模块，针对这些图仅指示作为信号调节模块(13)、处理和逻辑控制模块(14)、电源模块(15)、声源系统(16)示出的那些模块，并且在相对侧放置显示器(17)。

基于图7a、图7b和图8，用于测量、分类和显示心脏电活动的装置由六个元件构成，这六个元件包括：信号获取模块(18)，通过该信号获取模块获得心脏电活动的电信号并且该模块具有用于识别连接到设备的传感器类型的级；所需信号被传送到信号调节模块(13)，然后它们进入逻辑控制处理模块(14)、用于向用户反馈的模块(19)以刺激用户的感官通道，其可以包括按钮、电源开关、灯、显示器、喇叭、扬声器、麦克风等；连接模块(20)，将装置传送到外部环境，如本地网络(2)和向其它模块供应能量的电源模块(15)。

信号获取模块(18)由两个或更多个感测元件(8)组成，以测量心脏电活动，感测元件(8)包括但不限于Ag/AgCl或者其它金属或材料的无源和有源电极，要放置在用户的指骨上。这种感测元件(8)遵循通常称为爱氏三角的三角图案放置在患者(21)的组织或皮肤上，旨在获取心脏电活动信号。感测元件(8)直接连接到高有源阻抗级(22，参见图8)，以保持信噪比并避免信息损失。高阻抗级(22)的输出通过金属线(7，参见图3)直接连接到信号调节模块(13)。

此外，信号获取模块(18)具有连接到装置的传感器的类型的识别级(23)。传感器类型识别级(23)由集成电路和电阻电路组成，其中传感器唯一标识号被编码和存储(24)。这个级直接连接到处理和逻辑控制模块(14)，旨在调整从信号平均网络(26)接收数据的信号选择器(25)的采样频率，该调整包括模拟信号滤波(27)，其具有取决于换向速度的低通滤波器(28)，并实现特定于这种类型的具体传感器的有限脉冲响应滤波器。

信号调节模块(13)由三个级组成：

a.第一级是信号平均网络电路(26)，以平均在信号获取模块(18)的高阻抗输出处获得的心脏电活动，其主要功能是取决于传感器在活组织上的布置而生成移动参考[SRP3]，以及允许所获取的n个信号或所使用的传感器网络的模拟组合的隔离读数，如Srp1、Srp2和Srp3(参见图8)，它们生成与心脏电活动相关的数据。

b.第二级是高阻抗信号选择器电路(25)，由处理和逻辑控制模块(14)控制。这一级旨在选择到信号模拟滤波器电路(27)的电路输入信号并且同时应用取决于电路换向速度的低通滤波器(28)(参见图9)。

c.第三级由信号模拟滤波电路(27)[SSn-SSx]组成，包括前置放大电路，包括但不限于具有增益从1至500V/V的具有反相配置的前置放大电路(29)或具有非反相配置的前置放大电路(30)(参见图10和图11)，从而实现信号电压调整[SSn-SSx]。前置放大输出(31)连接到带通滤波器输入(32)。这个带通滤波器(32)可以包括但不限于具有带宽从0.005到500Hz的与另一个高通滤波器Salley-Key(33)级联的低通滤波器Salley-Key配置(28)(参见图12和图13)。最后，带通输出连接到放大电路输入(34)。以相同的方式，放大级可以包括但不限于具有增益从1至500V/V的反相或非反相配置(参见图10和图11)。

这个模块通过金属轨道直接连接到处理和逻辑控制模块(14)。

处理和逻辑控制模块(14)由电子电路组成，该电子电路允许通过从模拟到数字的信号转换、算法的实现、包括但不限于在时频和时域中的分析以及信号分类来获得经调节的信号信息。而且，它起动并控制具有显示器(17)和声音供应系统(16)(其可以是用于警报的喇叭)的用于向用户反馈的模块(19)以及连接模块(20)。这个模块可以被细分为四个级:(参见图7a和图14)。

a.模拟到数字的转换级，来自从模拟到数字级的ADC调节(35)。

b.记录的信号处理级(36)，包括但不限于与传感器的ID相关联的FIR滤波器的实现、选择器换向速度修改、用于心脏电活动状况的分类以获得心率、心律、间隔或段持续时间等的算法实现(参见图16至图19)。在图20至图22中可以看到装置中使用的分类器的一些示例，其是神经网络(图20)、支持向量机(图21)、模糊系统(图22)，它们的组合，如神经模糊系统、ANFIS等。

c.界面控制级(37)，具有通过用户反馈模块(19)向用户反馈的级的初始化、控制和更新逻辑。

d.连接控制级(38)，具有连接模块(20)的初始化、控制和更新逻辑。

图14是在用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的微控制器中实现的逻辑和控制基本结构的示例性框图。示出了处理和逻辑控制模块(14)，具有用于一般目的的多个输入/输出(39)和定时器块(40)，以及用于存储(41)、接口(42)、连接(43)、信号选择器(44)和信号获取(45)的不同控制器块。

用于向用户反馈的模块(19)旨在通过如按钮、电源开关、灯、LED、八段电路、LED、OLED和LCD显示器(17，参见图5、图6和图14)、喇叭、扬声器、麦克风等组件来刺激用户的感官通道，包括但不限于视觉(46)和听觉(47)反馈。它主要连接到处理和逻辑控制模块(14)。

连接模块(20)(参见图7a、图7b和图15)旨在将装置与外部环境(本文称为本地网络)通信。这可以包括但不限于发送编码的或加密的信息，其具有到目前为止获得的信息的主存储装置(48)和用于该设备的相关信息的辅助存储装置(49)。如果确定这种模块连接到本地网络，那么执行加密算法(50)，如果信息没有被删除，那么压缩和加密信息以发送和接收数据(51)[发送(TX)/接收(RX)]；此外，它允许更新装置分类算法等。这个模块主要由处理和逻辑控制模块(14)控制。

电源模块(15)是便携式的并且用作不同模块的能量供应，其可以包括但不限于电池、可再充电电池、光伏电池、太阳能电池。

再次参考图7a，装置(1，参见图5和图6b)可以连接到的本地网络(2)旨在与装置(1)和服务器(3，参见图2、图7a和图7b)交换信息，是发送(TX)/接收(RX)并示出加密或非编码数据或信息还是更新分类算法。图23示出了本地网络与装置的交互的示例，其中该装置旨在利用自由导航连接到本地网络，并且如果它被开启，那么它被同步，并且使用户能够提取并将信息导出到本地网络(2)。

本地网络(2)的另一个目的是允许接收用户对利用该设备获得的信息的反馈，诸如心率、检测到的任何疾病、心搏停止、段增加的持续时间、梗塞前或心脏病发作等。这些被用作，但不限于被用作，监督训练机制、验证、测试、优化、模糊集、心电活动的分类算法中的类。以相同的方式，当用户希望通过或者打印、PDF、电子邮件或其它现有介质导出直到那时所生成的信息时，请求新用户的反馈以验证用于统计目的的非敏感数据，诸如性别、年龄、人口等，其被用于但不限于用于监督训练机制、验证、测试、优化、模糊集、心电活动的分类算法中的类(参见图23)。

图7b示出了在本地网络(2)内发送或接收(TX/RX)信息，执行主存储(52)，执行编码算法(53)，执行数据处理(54)，显示数据(55)，执行用户的反馈(56)以验证具有统计目的的非敏感人口数据，执行加密算法(57)并且允许服务器(58)与服务器(3)的连接。

云(4，参见图2)上的服务器/客户端(3)提供与本地网络(2)的本地网络连接(59)，其中由装置生成的信息再次用编码和加密算法(60)加密并存储(61)。此外，装置算法(62)和心脏电活动分类算法(63)被优化、更新和验证。由服务器执行的处理的一些示例是主成分分析，变量相关分析，反馈分组为用户简档、人口数据、年龄、性别等，神经网络测试(参见图24)。为了更新设备，首先要求设备和本地网络同步，然后服务器与本地网络同步，其中首先将更新下载到本地网络，然后更新装置。

以这种方式，利用装置(1)、本地网络(2)和服务器(3)的交互，随着由用户验证的反馈被获取，动态设备能够更新用于测量、分类和显示心脏电活动的方法，如图25中所示。

图23是本地网络与用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的交互直到信息被导出到服务器的点的流程图。如果装置被开启，那么它从本地网络(64)中的应用的自由导航开始；然后，它被连接并同步(65)；之后，执行数据存储(66)，然后实现编码算法(53)并生成指标图(67)；如果用户希望导出信息，那么实行用户的反馈(19)，并且实现加密算法(57)并将数据发送到服务器(51)。

图24是本地网络与服务器的交互，以及信息同步、检查、测试和训练以及服务器中分类器的优化的流程图。在这个图中，处理从服务器到可用本地网络(68)的连接开始，如果有信息，那么执行同步(69)并存储数据(70)，然后实现编码算法(53)并且之后实行用户的反馈信息提取(71)，然后执行存储在设备中的信号与用户反馈[CSA](72)的相关，之后对于存储的信号[CA](73)实行当前(current)分类器测试，如果[CSA]≈[CA]，误差<X，那么维持心脏电活动分类器(74)，如果没有误差，那么执行分类器(75)的再训练并对于存储的信号[CA](73)再次执行当前分类器测试。

关于图25，其图示了用于更新用于测量、分类和显示心脏电活动的装置中的分类器的方法的流程图。在这个图中，在处理开始时观察到本地网络的应用中的自由导航(76)，如果存在分类器更新，那么下载分类器的新分组(77)，如果装置被开启然后实行同步(78)，之后执行分类器更新(79)，并且如果更新正确，那么重启本地网络应用(76)中的自由导航，否则直到更新被执行才重启装置(80)。

图26是仅当用于测量、分类和显示心脏电活动的装置开启时由该装置使用的处理的示意图。这个图示出了当装置开启并且在操作中它处于省电模式(83)时，直到它被提示记录活动(82)为止，其中通过切换选择器(82a)来执行信息的存储，当不再记录电活动时(82b)，装置继续进行信息处理(81)，其中执行分类和反馈(81a)；如果装置成功地显示信息(81b)，那么它可以恢复记录另一个电活动(82)，其中通过再次切换选择器(82a)来执行信息的存储；当不再记录电活动时(82b)，装置进入省电模式(83)，而当装置处于这个模式时，不执行电活动读取(83a)。

图27是当用于测量、分类和显示心脏电活动的装置被开启、连接到本地网络并且本地网络可以访问服务器时由该装置所使用的处理的示意图。这个图示出了当装置记录电活动并执行信息处理(86)时该处理开始，其中将其分类并执行反馈(86a)。寻求到装置的本地网络连接用于信息接收(85)，其中执行编码，示出数据，执行用户的反馈并导出数据(85a)。如果在本地网络中发起向服务器的数据递送，那么生成数据存储(84)，在这一级执行编码、分类/优化算法测试；如果服务器仅连接到本地网络，那么它从实行编码、数据采样、反馈和数据被导出(85a)的装置接收信息(85)，以便之后在它被连接时将数据发送到服务器；如果本地网络未连接，那么装置执行信息处理(86)并在这种情况下实行分类和反馈(86a)。如果连接了本地网络，那么本地网络从装置(85)接收信息，并且随后当电活动的记录完成时，装置切换到省电模式(87)。当装置处于这个模式时，它不执行电活动读取(87a)，当它从这个模式切换时，它再次记录电活动。

图28图示了当从本地网络给出更新指令时由用于下载和更新用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的分类算法的装置、本地网络和服务器所使用的处理的示意图。在这个图中，处理从分类器的更新阶段(88)开始，当算法更新完成时，然后下载分类算法(89)，装置执行分类算法的搜索和更新(89a)。当装置完成其更新时，可以自由地在本地网络(90)中导航而不记录电活动(90a)，然后处理再次开始。

考虑图1至图28，尤其是图16至图28，用于心脏电活动信息的提取、处理和分类的方法包括以下：

分类方法：

1.用户，他们手上有装置(1)，如图3和图4中所示，将传感器放置在胸部或颈部的活组织上：

2.用户开启装置(1)

3.用户开始记录心脏电活动信号。

a.当信号记录未开始时，装置(1)切换到省电模式。

4.处理和逻辑控制模块(14)识别感测元件(8)的ID；

5.处理和逻辑控制模块(14)设置信号选择器(25)的多路复用速度；

6.处理和逻辑控制模块(14)取决于感测元件(8)的ID调整数字滤波器的参数；

7.处理和逻辑控制模块(14)取决于该ID调整它必须获得信号以对其处理的次数；

8.心脏电活动记录开始；

a.取决于感测元件(8)的ID和信号选择器配置(25)，获得网络电压的读数以对信号求平均，该信号进入信号调节模块(13)，在那里它被前置放大、滤波和放大，然后在处理和逻辑控制模块(14)的ADC(35)中被捕获。

b.存储由ADC捕获的数据(35)。

c.根据感测元件(8)的ID，应生成n个数据的存储。一旦获得这个信号的存储，信号选择器(25)就切换到不同的信号平均网络输入(26)。

9.记录另外n个信号并再次切换；

a.根据感测元件(8)的ID，信号选择器(25)切换信号平均网络(26)的n个输入；

b.一旦切换了所有的n个输入，信号记录就会再次开始，直到它根据感测元件(8)的ID达到n次信号以求平均；

10.它达到要记录的信号的平均数量；

11.信息处理开始；

a.取决于感测元件(8)的ID，处理和逻辑控制模块(14)对每个记录的信号应用数字滤波器(FIR/IRR)；

b.对信号应用时间和时频分析，以提取先前存储的信号的信息特征；

c.所获得的每个指标被求平均。

12.实现指标分类器，其也取决于感测元件(8)的ID和根据本地网络(2)和服务器(3)在装置(1)中预设的算法；

a.它们是或者神经网络、模糊系统和向量支持机，或者它们相应的组合

13.通过反馈模块(19)生成视觉(46)和听觉(47)反馈；

a.结果显示在显示屏(17)中作为指标：心率；

b.此外，如果需要详细检查任何分类器结果，那么可以激活设备警报。

14.一旦心脏电活动信号获取完成并且它被连接到本地网络(2)；

a.数据被加密；

b.生成装置(1)-本地网络(2)数据发送和接收

15.本地网络(2)

a.同步装置(1)-本地网络(2)的信息；

b.制作当前信息(原始数据)的副本；

c.解码信息；

d.处理信息以将其呈现为图形、指标或其它显示形式。

16.如果用户出于任何原因希望导出信息，包括但不限于：打印、将其发送给健康专业人员；

a.用户应当验证所获取的信息，该信息被视为用户反馈，旨在获得可靠的数据，包括但不限于：

i.人口数据：性别、年龄、国籍、原籍；

ii.由健康专业人员可观察到的心脏电活动中的可能改变：心搏停止、纤维性颤动、心房、心室等。

iii.用户简档：医师、护士、护理人员，经验年限；

b.本地网络(2)压缩、加密和存储用户反馈加上原始数据，以获得信息包；

c.本地网络(2)将信号导出到任何可能的介质；

17.如果它连接到服务器，那么

a.它使本地网络(2)与服务器(3)同步

b.它传输数据包；

c.它制作数据包的副本；

d.它解密数据包；

i.它使用原始数据来：

1.验证分类算法，神经网络、模糊系统、支持向量机中任一个

2.测试分类算法

3.生成、重新训练或优化心脏电活动信号的分类算法，将它们与参考平均误差比较

ii.使用用户反馈来：

1.将原始数据与用户反馈(CSA)相关联，以创建词和观察结果的集群并使用它们

2.验证、测试和重新训练分类算法

18.对于装置算法更新(1)：

a.从本地网络请求更新(2)；

b.核实装置(1)和服务器(3)的连接；

c.更新从服务器(3)被下载到本地网络(2)；

d.算法从本地网络(2)被下载到装置(1)；

e.算法存储在装置(1)的存储器中；或者在主存储器或者在辅助存储器中；

f.并更新存储器算法；

g.重启装置(1)；

h.核实更新是否正确。

根据本发明的用于测量、分类和显示心脏电活动的装置的应用示例。

实施例

当院前、急诊或初级卫生保健专业人员面临他们需要知道患者心脏状况的紧急情况时，出现该装置的应用示例。用户简单地开启装置(1)，将感测元件(8)放在患者的颈部或胸部(参见图4)并记录心脏电活动。用户必须等待几分钟，而信号根据感测元件(8)的识别器被记录和处理，因为它调整上面提到的参数，如选择器换向速度、某个FIR的应用、用于平均信号的记录的最小数量等，以及所使用的分类器的类型。可以显示两种可能的组合：第一种是健康的心脏状况，其中可以显示患者的心率和心动过缓、心动正常或心动过速的指标。第二种是患病状况，其中示出了心脏电活动的患病状况的警报和指标，诸如心搏停止和心房或心室纤维性颤动。因此，基于他们的经验和装置(1)提供的信息，健康专业人员应遵循用于该情况的适当的协议。如图26所示。

第二个示例可以是健康专业人员将装置(1)与诸如他们的蜂窝电话之类的本地网络(2)同步，并且看到从记录的分析中提取的图和指标。最后，健康专业人员将取决于时间、情况的严重程度和装备的可用性选择导出信息供个人使用。以这种方式，它们将有助于生成经验证的信息。如图27所示。

对于装置(1)被开启但没有记录心脏电活动的指令的情况，装置(1)将保持在这种省电模式，直到其关闭或记录心脏电活动的指令被生成。

有时，不是在关键时刻并且在用户的责任下，可以管理装置(1)分类算法的更新，如图28所示。

系统的主要改进包括以下：

1.它是便携式系统，它可以手持、维持在背包或救护车中，重量低于大致3.3千克的心脏电活动测量设备(如：心脏监护仪、自动或半自动除颤器)的平均重量，这个系统500克。

2.它提取电活动状况的基本参数，包括但不限于：心率、心律、间隔持续时间和多个段，如QRS波群、ST段、T波。

3.它将心脏电活动分类为稳定和疾病状况，如纤维性颤动，就地而不需要转移患者。

4.在病情稳定的情况下，它提供心率的估计及其对心动过缓、心动正常或心动过速的指示。

5.它提供心脏电活动的视觉和听觉反馈，从而简化了第一次接触的健康专业人员的信息接收和决策。

6.模块的放置和仪器允许遵循爱氏三角的生理学原理从患者的颈部或胸部获取信号。

7.系统操作方法允许更新装置的分类算法。

8.系统操作方法允许更新提取算法特征。

9.系统允许跟踪和识别装置。

10.系统允许识别用于记录心脏电活动的传感器类型，从而可以调整所记录的信号的处理和调节、多路复用器采样频率和FIR的带宽。

11.它允许将信息导出到本地网络(2)，如蜂窝电话、平板电脑、计算机、膝上型计算机，用于显示和由用户处置信息。

12.专家的反馈以及他们的专家简档允许提取用于训练、测试和验证分类器的信息，神经网络、支持向量机、模糊系统或者人工智能或深度学习机器领域中的任何其它可能的方法中的任一个。

13.它允许根据分析从记录和数据库中提取的信息来创建与心脏电活动相关的医学状况模型。

已经充分描述了本发明，使得在该领域具有平均知识的人能够复制它并获得本文提到的结果。但是，本发明领域的任何专家都能够进行本文未描述的修改；但是，如果在具体结构或其制造处理中应用这些修改，需要在以下权利要求中所要求保护的主题，那么这些结构应包括在本发明的范围内。

Claims (16)

1.在对本发明进行彻底描述之后，它被认为是新颖的，因此，在下面的权利要求条款中表 达和包含的内容被声称所有权。

一种用于测量、分类和显示电心脏活动的系统，其特征在于，所述系统包括用于获取、处理和调节电心脏信号的装置，所述装置由信号获取模块、信号调节模块、处理和逻辑控制模块、用于向用户反馈的模块、连接模块和电源模块组成；这个装置被配置为连接到包括诸如智能电话、平板电脑和计算机的任何技术组装件的本地网络，具有连接到互联网或至少连接到具有存储和处理信息并优化操作的算法的能力的服务器/客户端的可能；这个装置以便携式和手持式的方式集成。

2.如权利要求1所述的用于测量、分类和显示电心脏活动的系统，其特征在于，这种信号获取模块包括多于两个用于测量心脏电活动的传感器，被设计为放置在用户的手指的指骨上，用于测量患者的心脏电活动，其直接连接到保持信噪比并避免信息损失的高有源阻抗级；其中高阻抗级输出通过金属线直接连接到信号调节模块。

3.如权利要求2所述的用于测量、分类和显示电心脏活动的系统，其特征在于，这种传感器遵循爱氏三角的图案被放置在患者的组织或皮肤上，用于记录心脏电活动信号，以便获得引导投影的百分比，I、II、III、aVL、aVR或aVF中任一个。

4.如权利要求1至3所述的用于测量、分类和显示电心脏活动的系统，其特征在于，这种信号获取模块具有传感器类型识别级，其连接到由集成电路和电阻电路构成的装置，其中传感器唯一标识号被编码和存储；这个级直接连接到处理和逻辑控制模块，旨在调整信号选择器的采样频率，信号选择器具有取决于换向速度的低通滤波器和高通滤波器，并实现特定于这种类型的传感器的有限脉冲响应滤波器(FIR)。

5.如权利要求1所述的用于测量、分类和显示电心脏活动的系统，其特征在于，这种信号调节模块由信号平均网络的电子电路、高阻抗信号选择器电路和信号模拟滤波电路构成，信号平均网络的电子电路利用高阻抗差分输入对心脏电活动信号求平均，对前置放大级构成的信号进行模拟滤波，高阻抗信号选择器电路应用低通滤波器，信号模拟滤波电路由具有带通滤波器(高通滤波器和低通滤波器)的前置放大电路和放大器电路定义，以获得电压和频率受限的信号；这种模块通过金属轨道直接连接到处理和逻辑控制模块。

6.如权利要求1所述的用于测量、分类和显示电心脏活动的系统，其特征在于，这种处理和逻辑控制模块由电子电路组成，该电子电路通过算法的实现、在时频和时域中的分析和信号分类从由模拟到数字调节的信号中获得信息，并且它起动并更新向用户反馈的模块，这被细分为四个级：

a.来自ADC调节级的信号从模拟到数字的转换；

b.记录的信号的处理，通过FIR滤波器、修改选择器换向速度、实现用于心脏电活动状态的分类以及心率、心律、间隔和段的持续时间等的估计的算法；

c.接口控制，具有通过用于向用户反馈的模块向用户反馈的级的初始化、控制和更新逻辑；

d.连接控制，具有连接模块的初始化、控制和更新逻辑。

7.如权利要求1所述的用于测量、分类和显示电心脏活动的系统，其特征在于，用于向用户反馈的模块由以下部分构成：a)由这种处理和逻辑控制模块的逻辑级激活的声音设备；b)用于显示关于电活动状况和心率的信息的视觉设备或屏幕。

8.如权利要求1所述的用于测量、分类和显示电心脏活动的系统，其特征在于，这个连接模块被设置为连接到如本地网络的外部环境，以发送编码的或加密的信息，具有到该时刻获得的信息的主存储装置和与该装置相关的信息的辅助存储装置；执行信息加密算法，以发送数据(TX)/(RX)，算法更新；由处理和逻辑控制模块控制。

9.如权利要求1所述的用于测量、分类和显示电心脏活动的系统，其特征在于，这种便携式电源模块向信号获取模块、信号调节模块、处理和逻辑控制模块、连接模块和用于向用户反馈的模块提供电力。

10.如权利要求1所述的用于测量、分类和显示电心脏活动的系统，其特征在于，这种装置和本地网络被设置为传送和接收信息；这种本地网络被设置为存储信息、执行编码算法、处理数据、显示数据、反馈用户、执行算法并连接到服务器。

11.如权利要求1所述的用于测量、分类和显示电心脏活动的系统，其特征在于，这种服务器被设置为加密数据编码和加密算法，存储信息，优化、测试、更新和验证装置和心脏电活动分类的算法，以及执行如可变相关、将给用户的反馈分组和装置更新等处理。

12.一种用于测量、分类和显示电心脏活动的系统，其特征在于，其具有将条带附接到用户的手腕的壳体并具有激活和操作按钮，并且内部具有其中放置信号获取模块的支撑面板，其中通过信号获取模块通过放置在用户的拇指、食指和中指的指骨上并利用金属线连接到这种信号获取模块的感测元件获得心脏电活动的电信号，并且信号获取模块呈现连接到该装置的传感器类型的识别级；这样获取的信号被传送到信号调节模块，以然后进入处理和逻辑控制模块、用于向用户反馈的模块，以刺激用户的感官通道，用于向用户反馈的模块可以包括按钮、开关、灯、显示器、喇叭、扬声器、麦克风等；连接模块，以将装置与诸如本地网络之类的外部环境通信，和向其它模块提供能量的电源模块。

13.一种用于提取、处置和分类关于心脏电活动的信息的方法，其通过放置在用户的指骨上的传感器、通过具有信号获取模块的装置，其集成信号调节模块、处理和逻辑控制模块，用于向用户反馈的模块、连接模块和电源模块，包括以下级：

1.将附接到用户的手腕的装置的传感器放置在活组织的胸部或颈部；

2.开启装置；

3.通过信号获取模块开始记录心脏信号活动，否则装置切换到省电模式；

4.通过装置的处理和逻辑控制模块识别传感器的ID；

5.通过这种处理和逻辑控制模块设置信号选择器的多路复用速度；

6.通过处理和逻辑控制模块取决于传感器元件的ID调整数字滤波器的参数；

7.通过处理和逻辑控制模块，取决于ID调整必须得到信号以对其处理的次数；

8.开始心脏电活动记录；

a.获得网络电压的读数以对信号求平均(取决于传感器元件的ID和信号选择器配置)，该信号进入信号调节模块，在那里它被前置放大、滤波和放大，以便在处理和逻辑控制模块的ADC中被捕获；

b.存储由ADC捕获的数据；

c.根据感测元件的ID生成n个数据的存储，直到得到这个信号的存储，就将信号选择器切换到不同信号平均网络输入；

9.记录另外n个信号并再次换向；

a.根据传感器元件的ID切换信号平均网络的n个输入；

b.重新开始信号记录，直到根据传感器元件的ID达到n次信号以求平均；

10.达到要记录的信号的平均数量；

11.开始信息处理；

a.取决于传感器元件的ID，通过处理和逻辑控制模块对每个记录的信号应用数字滤波器(FIR/IRR)；

b.对信号应用时间和时频分析，以提取先前存储的信号的信息特征；

c.通过对获得的每个指标求平均来调整；

12.实现指标分类器，该分类器还取决于传感元件的ID和根据本地网络和服务器在装置中预设的算法；

a.或者神经网络、模糊系统和向量支持机或者它们相应的组合；

13.通过反馈模块生成视觉和听觉反馈；

a.将结果示出在显示器中作为指标；心率；

b.如果需要详细检查任何分类器结果，那么激活设备警报；

14.一旦心脏电活动信号记录完成，就加密数据并生成从装置到本地网络的数据递送和接收，该装置连接到本地网络。

14.如权利要求13所述的用于心脏电活动的提取、处置和分类的方法，其特征在于，对于与本地网络通信的装置，执行以下级：

15.在本地网络中执行

a.装置信息的同步；

b.制作当前信息(原始数据)的副本；

c.解码信息；

d.处理信息，以图形、指标或其它显示形式呈现；

16.导出信息；

a.验证所获取的信息(用户的反馈)以获得可靠的数据：

i.人口数据：性别、年龄、国籍、原籍；

ii.由健康专业人员可观察到的心脏电活动中的可能改变：心搏停止、起源、耳、心室；

iii.用户的简档：医师、护士、护理人员，经验年限；

b.压缩、加密和存储用户的反馈加上原始数据以获得信息包；

c.将信号导出到任何可能的介质。

15.如权利要求14所述的用于心脏电活动的提取、处置和分类的方法，其特征在于，对于连接到服务器的本地网络，则可以：

17.将本地网络与服务器同步

b.传输数据包；

c.制作数据包的副本；

d.解密数据包；

i.使用原始数据来：

1.验证分类算法，神经网络、模糊系统、支持向量机中任一个；

2.测试分类算法；

3.生成、重新训练或优化心脏电活动信号的分类算法，将它们与参考平均误差比较

ii.使用用户的反馈来：

1.将原始数据与用户的反馈(CSA)相关联，以创建词和观察结果的集群并使用它们

2.验证、测试和重新训练分类算法。

16.如权利要求13至15所述的用于心脏电活动的提取、处置和分类的方法，其特征在于，装置算法更新包括以下级：

18.从本地网络请求更新；

a.核实装置和服务器的连接；

b.将更新从服务器下载到本地网络；

c.将算法从本地网络下载到装置；

d.将算法存储在装置的存储器中，或者主存储器或者辅助存储器；

e.更新存储器算法；

f.重启装置；

h.核实更新是正确的。