專利名稱:心電頻譜圖測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種心電頻譜圖檢測(cè)儀,屬于探測(cè)心電圖周期特殊參數(shù)的儀器。
心電頻譜圖檢測(cè)儀是一種測(cè)量心臟電變化的儀器,心臟是一個(gè)肌肉泵,在產(chǎn)生機(jī)械收縮之前,心肌細(xì)胞先產(chǎn)生電變化。心電變化傳到體表,用儀器記錄到放大的心電變化曲線就是心電圖。一個(gè)正常人的典型心電圖由波、段、間期三部分組成,正常心臟的電激動(dòng)起源于竇房結(jié),最先激動(dòng)心房,當(dāng)左、右心房興奮時(shí),心電圖儀記錄下一個(gè)時(shí)間較短的圓頭的正波,稱為P波。此后,有一個(gè)波群,波群中第一個(gè)向下的小且尖的負(fù)波,稱為Q波,其后是狹窄而高聳的向上非常大的尖的正波,稱為R波,緊接的又是向下的一個(gè)尖大的負(fù)波,稱為S波。這三個(gè)緊密相連的波被稱為QRS波群。QRS波群反映了左右心室的電興奮。QRS波群之后,有一個(gè)持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)的圓頭正波,稱為T波。這樣,心電圖的各間期就賦予了相應(yīng)的生理意義和病理意義“PR間期”代表心房開始興奮至心室開始興奮的時(shí)間,測(cè)量時(shí)從P波開始至QRS波開始的時(shí)間?!癝T間期”自QRS波終點(diǎn)至T波的起點(diǎn),為一條平線。而“QT間期”自QRS波起點(diǎn)至T波終點(diǎn),反映了心室從興奮開始至結(jié)束的時(shí)間。
現(xiàn)在的動(dòng)態(tài)心電圖,簡(jiǎn)稱Holter,能一次連續(xù)記錄24小時(shí)以上的心電圖,并能對(duì)患者在日?;顒?dòng)情況中,身體和精神狀況不斷變化條件下進(jìn)行心電圖檢測(cè)。動(dòng)態(tài)心電時(shí)內(nèi)的心電圖異常作出綜合的統(tǒng)計(jì)和評(píng)估,并能將患者記錄的日志與心電圖的異常變化聯(lián)系起來(lái),以找出心電圖異常的原因。動(dòng)態(tài)心電圖檢測(cè)已成為臨床診斷中不可缺少的常規(guī)檢測(cè)手段。動(dòng)態(tài)心電圖不僅是評(píng)價(jià)心律失常的重要手段,也可以作為心肌缺血檢測(cè)的輔助手段。
此外,近年來(lái)在動(dòng)態(tài)心電圖上增加了很多新的功能,如用于預(yù)測(cè)急性心肌梗塞后發(fā)生猝死危險(xiǎn)的心率變異性的檢測(cè)與分析,心室晚電位的檢測(cè)與分析等。也可以用來(lái)記錄和分析埋植型心臟起搏器的起搏信號(hào),用來(lái)評(píng)定心臟起搏器的工作情況。
但目前的動(dòng)態(tài)心電圖仍存在不少問(wèn)題。主要有1.對(duì)心肌缺血(尤其隱性心肌缺血)診斷的陽(yáng)性率還比較低;2.動(dòng)態(tài)心電圖對(duì)P波的形態(tài)、QRS波的形態(tài)的識(shí)別比常規(guī)心電圖差。基本上是未用計(jì)算機(jī)識(shí)別和分析P波,因而對(duì)心房引起的心律失常難以自動(dòng)檢測(cè);3.動(dòng)態(tài)心電圖的測(cè)量精度比心電圖機(jī)差,心律失常及ST段的分析軟件尚未達(dá)到令醫(yī)生滿意的程度。4.以時(shí)域檢測(cè)為主、頻域檢測(cè)技術(shù)有待開發(fā)。
現(xiàn)有的測(cè)量心電頻譜圖的儀器,如美國(guó)專利號(hào)US5437285《一種通過(guò)估計(jì)自主神經(jīng)和心電穩(wěn)定性來(lái)預(yù)測(cè)心性猝死的方法與裝置》,該專利通過(guò)T波的變異性來(lái)檢測(cè)心臟病人心電的不穩(wěn)定性和自主神經(jīng)的影響,探討對(duì)心性猝死的價(jià)值。其不足之處是只檢測(cè)了T波,沒(méi)有檢測(cè)P波、QRS波,因而僅反映了心動(dòng)周期電變化的一小部分。
本發(fā)明的目的是提出一種既能檢測(cè)T波,又能檢測(cè)P波、QRS波及PR間期、QT間期的一種心電頻譜圖檢測(cè)儀。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本心電頻譜圖檢測(cè)儀由導(dǎo)聯(lián)電極、心電放大器、A/D變換器、單片計(jì)算機(jī)、信號(hào)存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)傳送接口和分析與回放計(jì)算機(jī)組成;導(dǎo)聯(lián)電極貼在身體表面,導(dǎo)聯(lián)電極與心電放大器相連;心電放大器與A/D變換器相連,經(jīng)A/D變換器將心電信號(hào)由連續(xù)變化的模擬量信號(hào)形式轉(zhuǎn)換成間斷變化的數(shù)字量信號(hào)形式;A/D變換器與單片計(jì)算機(jī)相連,單片計(jì)算機(jī)將心電信號(hào)經(jīng)軟件壓縮運(yùn)算后以數(shù)字化形式直接送入信號(hào)存儲(chǔ)器中記錄下來(lái);A/D變換器采用采樣頻率越高,對(duì)心電信號(hào)波形的描述就越細(xì)致;反之,當(dāng)采樣頻率太低時(shí),將會(huì)丟失某些有臨床意義的心電信號(hào)細(xì)節(jié);例如,目前常用的Holter采用的采樣頻率為128-256Hz,就有可能造成3ms以內(nèi)的信號(hào)無(wú)法還原;這樣,就無(wú)法高保真地檢測(cè)P波;根據(jù)信息論的理論,當(dāng)采樣頻率高到某一數(shù)值時(shí)(信號(hào)頻譜的高頻截止頻率的二倍),方可由采樣后的數(shù)字信號(hào)準(zhǔn)確無(wú)誤地復(fù)原原來(lái)的連續(xù)變化的信號(hào);故本心電頻譜圖檢測(cè)儀的A/D變換器采用采樣頻率大于512Hz,且字長(zhǎng)為16個(gè)字位的A/D變換器;為節(jié)省信號(hào)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間,單片計(jì)算機(jī)加載有數(shù)據(jù)壓縮算法,這種數(shù)據(jù)壓縮算法的原理是公知的,可由市售的商品軟件包獲得。
分析與回放計(jì)算機(jī)中的基本信息有心動(dòng)周期信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)、信號(hào)的采樣和處理算法、信號(hào)時(shí)域分析算法、信號(hào)頻域分析算法和診斷報(bào)告編輯模塊,心動(dòng)周期信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)由信號(hào)存儲(chǔ)器中所序時(shí)記錄的數(shù)字化形式的心電信息組成,在回放時(shí),由分析與回放計(jì)算機(jī)將信號(hào)存儲(chǔ)器記錄的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)傳送接口讀出并進(jìn)行分析。
信號(hào)的采樣和處理算法加載在分析與回放計(jì)算機(jī)上,當(dāng)信號(hào)存儲(chǔ)器所記錄的心電圖形經(jīng)數(shù)字傳送接口真實(shí)地回放于計(jì)算機(jī)時(shí),計(jì)算機(jī)利用所記錄的信號(hào)來(lái)制作工具軟件,得到被測(cè)試者的心動(dòng)周期P波、QRS波、T波信號(hào)模板,計(jì)算機(jī)即可自動(dòng)識(shí)別P波、QRS波和T波。計(jì)算機(jī)在自動(dòng)識(shí)別P波、QRS波和T波后,運(yùn)行其內(nèi)置的信號(hào)時(shí)域分析算法,對(duì)PR間期、QT問(wèn)期、RR間期和PP間期進(jìn)行自動(dòng)時(shí)域檢測(cè)和心律失常分析。計(jì)算機(jī)在自動(dòng)識(shí)別P波、QRS波和T波后,運(yùn)行其內(nèi)置的信號(hào)頻域分析算法,進(jìn)行心電頻譜的變異性分析。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于采用采樣頻率大于512Hz且字長(zhǎng)為16個(gè)字位的A/D變換器和P波、QRS波、T波信號(hào)模板,故可以對(duì)P波等微小波形進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè);對(duì)PR間期、QT間期、RR間期和PP間期進(jìn)行自動(dòng)時(shí)域檢測(cè)、頻域分析和心律失常分析。
本發(fā)明的附圖有
圖1心電頻譜圖檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)框圖。
圖2心電頻譜圖檢測(cè)儀工作流程圖。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1為心電頻譜圖檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)框圖。它由導(dǎo)聯(lián)電極1、心電放大器2、A/D變換器3、單片計(jì)算機(jī)4、信號(hào)存儲(chǔ)器5、數(shù)據(jù)傳送接口6、計(jì)算機(jī)7七部分組成。做心電圖時(shí),導(dǎo)聯(lián)電極1貼在身體表面。導(dǎo)聯(lián)電極1內(nèi)的載流子與身體內(nèi)的載流子進(jìn)行電化學(xué)交換,將交換后的信號(hào)經(jīng)心電放大器2放大后,經(jīng)A/D變換器3變換成以數(shù)碼表示的數(shù)字信號(hào),A/D變換器3從原理上說(shuō)是一個(gè)采樣編碼器。采樣就是以一定的時(shí)間間隔Δt采集連續(xù)變化信號(hào)的數(shù)值。在等間隔的t1、t2…tn時(shí)間對(duì)連續(xù)變化信號(hào)取值,得到V1、V2……Vn,稱為采樣。采樣在時(shí)間上是等間隔的,當(dāng)間隔為Δt時(shí),L=1/Δt稱為采樣頻率。經(jīng)采樣得到的數(shù)值V1、V2、V3……Vn,經(jīng)過(guò)A/D變換器得到相應(yīng)的數(shù)碼就是輸入到單片計(jì)算機(jī)4的數(shù)字信號(hào)。該信號(hào)被直接送入信號(hào)存儲(chǔ)器5中記錄下來(lái)。在回放時(shí),由信號(hào)存儲(chǔ)器5記錄的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)傳送接口6直接傳送到計(jì)算機(jī)7中進(jìn)行分析,得到能用于臨床診斷的分析結(jié)果。
圖2為心電頻譜圖檢測(cè)儀工作流程圖。
心電頻譜圖檢測(cè)儀工作流程由信號(hào)的采樣和處理、信號(hào)的時(shí)域分析、信號(hào)的頻域分析和診斷報(bào)告編輯四大軟件模塊(共18個(gè)步驟)組成。
信號(hào)的采樣和處理模塊通過(guò)步驟1~步驟4實(shí)現(xiàn)步驟1首先通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口6將心電信號(hào)回放到計(jì)算機(jī)7的磁盤文件中。
步驟2將心電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理以減少干擾的影響。在心電信號(hào)處理中常常采用濾波技術(shù),用數(shù)字濾波器抑制一部分干擾信號(hào)。
步驟3采用適當(dāng)?shù)姆椒ǎ绺咄V波、樣條曲線擬合,并扣除基線等,消除基線漂移。
步驟4對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的心電信號(hào)進(jìn)行檢波。檢波就是以一定的數(shù)學(xué)算法由心電數(shù)據(jù)中計(jì)算出的PP間期和RR間期。由于分析是逐個(gè)心搏進(jìn)行的,必需先檢出每個(gè)心搏周期的R波位置(其在心搏周期中是不可缺少的)。以R波位置為基準(zhǔn),試算出每個(gè)心搏周期的各波、間期和波群的波峰,或波谷位置及心搏周期的左、右邊界。以便將心電信號(hào)分成單個(gè)的心搏的波形再進(jìn)行分析。
信號(hào)的時(shí)域分析通過(guò)步驟5~步驟13實(shí)現(xiàn)步驟5對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的心電信號(hào)進(jìn)行認(rèn)證式分析。將步驟4分出的心電信號(hào)分類,通過(guò)人機(jī)對(duì)話,將全部心電信號(hào)按波形相似的程度分成若干個(gè)類別,每個(gè)類別都有一個(gè)最能代表該類心電信號(hào)的形狀,稱為該類的模板。
步驟6判斷該心電信號(hào)是否符合分析系統(tǒng)中已有的心電信號(hào)模板。如果是,該心電信號(hào)被標(biāo)識(shí)為該類心電信號(hào)波形,分析系統(tǒng)軟件跳轉(zhuǎn)步驟5;否則,分析系統(tǒng)軟件順序進(jìn)入步驟7。
心電信號(hào)模板分類屬于模式識(shí)別領(lǐng)域,用統(tǒng)計(jì)分類方法對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行分類時(shí),首先要抽取心電信號(hào)的特征。以最小錯(cuò)誤概率的Bayes決策準(zhǔn)則原理對(duì)心電信號(hào)模板進(jìn)行分類。
步驟7檢查本次心電信號(hào)是否符合最后一個(gè)分析系統(tǒng)中已有的心電信號(hào)模板。如果是,該心電信號(hào)被標(biāo)識(shí)為該類心電信號(hào)波形,分析系統(tǒng)軟件跳轉(zhuǎn)步驟5;否則,意味著在分析過(guò)程中每當(dāng)遇到一類新的心電信號(hào),分析系統(tǒng)軟件順序進(jìn)入步驟8。
步驟8分析系統(tǒng)軟件都要停下來(lái)要求操作人員通過(guò)人機(jī)對(duì)話對(duì)其分析結(jié)果進(jìn)行確認(rèn),操作人員據(jù)此建立新的心電信號(hào)模板。
步驟9判斷心電信號(hào)是否分析完畢,如果是,分析系統(tǒng)軟件依順序進(jìn)入步驟10;否則,分析系統(tǒng)軟件跳轉(zhuǎn)返回步驟5。
這樣,當(dāng)以后再次遇到同一類型的波形時(shí),軟件就按操作員確認(rèn)的結(jié)果進(jìn)行識(shí)別和分類,從而也實(shí)現(xiàn)了在分析過(guò)程中的人機(jī)對(duì)話功能。
步驟10回放已全部記入計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)磁盤文件的心電信號(hào)。
在分析過(guò)程中動(dòng)態(tài)地顯示三個(gè)通道的各個(gè)心搏周期的動(dòng)態(tài)波形疊加圖,操作人員可監(jiān)視分析過(guò)程。當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)這三個(gè)點(diǎn)的位置不合適時(shí)可以隨時(shí)進(jìn)行糾正。
步驟11單擊鼠標(biāo),即可暫停前述的屏幕掃描。操作人員可以心電信號(hào)的分類性質(zhì)。
例如當(dāng)趨勢(shì)圖上出現(xiàn)了一連串的紅色條紋,而且心率高于120次/分,這意味著此時(shí)出現(xiàn)了一串室性心動(dòng)過(guò)速。如果出現(xiàn)了一串黃色條紋,而且心率較高,操作人員可以停止心率趨勢(shì)圖的掃描,并調(diào)出這一段心電信號(hào)進(jìn)行驗(yàn)證。如果發(fā)現(xiàn)這一串心電信號(hào)的波形是室性心動(dòng)過(guò)速或陣發(fā)性室性撲動(dòng)或室顫,則可以對(duì)其進(jìn)行修正,修正之后在心率趨勢(shì)圖上恢復(fù)成紅色條紋。再次單擊鼠標(biāo),即可恢復(fù)前述的屏幕掃描。
在計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)了操作員的指示之后,可以使以后的分析過(guò)程加快并減少錯(cuò)誤,更重要的是可以糾正對(duì)有意義的醫(yī)學(xué)事件的漏檢。
步驟12模板建立并完成了心電信號(hào)的分類之后,便是以醫(yī)學(xué)知識(shí)對(duì)每類模板進(jìn)行醫(yī)學(xué)標(biāo)識(shí),也就是判定每類模板是屬于室性波(V)、竇性波(N)或者其它類別的波(O)(例如室性融合波)。
步驟13再下一步是根據(jù)RR間期的期前量進(jìn)行節(jié)律分析,以判定早搏以及成串的異位搏動(dòng)事件。最后據(jù)心電信號(hào)形態(tài)的判定結(jié)合節(jié)律分析一起結(jié)合醫(yī)學(xué)知識(shí)來(lái)判定事件是屬于那一類醫(yī)學(xué)事件。一般在心電信號(hào)的分類以及事件的醫(yī)學(xué)判定過(guò)程中加入醫(yī)生的人工干預(yù),一方面糾正計(jì)算機(jī)的分析錯(cuò)誤,另一方面根據(jù)操作指令擴(kuò)展計(jì)算機(jī)的分析功能,以診斷計(jì)算機(jī)人工智能所不能完成的分析功能。
信號(hào)的頻域分析模塊通過(guò)步驟14~步驟15實(shí)現(xiàn)步驟14顯示和分析普通心電信號(hào)每一頻率成分的功率分布、相位變化及信號(hào)之間的相互關(guān)系等頻域特征,確定房室傳導(dǎo)系統(tǒng)(PR)的頻譜圖、心室傳導(dǎo)系統(tǒng)(QT)的頻譜圖和單個(gè)心動(dòng)周期(PP)的總頻譜圖,并描述PR、QT、PP或RR間期動(dòng)態(tài)趨勢(shì)圖。
步驟15對(duì)RR間期、PR間期、QT間期和單個(gè)心搏周期(PP)大小的柵狀圖進(jìn)行頻域變換(如傅里葉變換),確定心電信號(hào)每一頻率成分的功率分布、相位變化及信號(hào)之間的相互關(guān)系等頻域特征。
診斷報(bào)告編輯模塊通過(guò)步驟16~步驟18實(shí)現(xiàn)
步驟16分析和回顧完成之后顯示出報(bào)告的“軟拷貝”。
步驟17操作人員在分析完成之后,對(duì)分析結(jié)果中的錯(cuò)誤進(jìn)行修正,稱為人工編輯。在進(jìn)行人工編輯時(shí),可以在屏上顯示異常事件的心電圖片段,也可以逐屏地顯示24小時(shí)的心電波形,由操作人員對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行修正。操作人員也可以選擇和組織打印報(bào)告的內(nèi)容,將有代表性的異常心電圖片段納入到打印報(bào)告中。
步驟18分析、回顧和人工編輯完成后打印出報(bào)告的“硬拷貝”。
報(bào)告的內(nèi)容包括病人的基本信息(姓名、性別、年齡等);24小時(shí)內(nèi)的平均竇性心率;最快和最慢的竇性心率;24小時(shí)內(nèi)各種心律失常事件的總數(shù);按小時(shí)劃分的心律失常事件的列表;室性心律失常的類別及波形;典型的心律失常的心電波形片段;房室傳導(dǎo)系統(tǒng)(PR)、心室傳導(dǎo)系統(tǒng)(QT)和整個(gè)心搏周期(PP)或(RR)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)圖和心電頻譜圖。
雖然具體地示出并描述了示例性實(shí)施例,但是,熟悉本行的人都會(huì)明白,在不離開本示例性實(shí)施例的精神和范圍的情況下,在形式上和細(xì)節(jié)上可以作各種各樣的改定。
權(quán)利要求
1.一種心電頻譜圖檢測(cè)儀,包括導(dǎo)聯(lián)電極(1)、心電放大器(2)、A/D變換器(3)、單片計(jì)算機(jī)(4)、信號(hào)存儲(chǔ)器(5)、數(shù)據(jù)傳送接口(6)和計(jì)算機(jī)(7);導(dǎo)聯(lián)電極(1)貼在人體表面,導(dǎo)聯(lián)電極(1)與心電放大器(2)相連;心電放大器(2)與A/D變換器(3)相連,經(jīng)A/D變換器(3)將心電信號(hào)由連續(xù)變化的模擬量信號(hào)形式轉(zhuǎn)換成間斷變化的數(shù)字量信號(hào)形式;A/D變換器(3)與單片計(jì)算機(jī)(4)相連,單片計(jì)算機(jī)(4)將心電信號(hào)經(jīng)軟件壓縮運(yùn)算后以數(shù)字化形式直接送入信號(hào)存儲(chǔ)器(5)中記錄下來(lái);在回放時(shí),由計(jì)算機(jī)(7)將信號(hào)存儲(chǔ)器(5)記錄的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)傳送接口(6)讀出并進(jìn)行分析,其特征在于(A)所述的A/D變換器(3)采用采樣頻率大于512Hz且字長(zhǎng)為16個(gè)字位的A/D變換器;(B)所述的單片計(jì)算機(jī)(4)采用了現(xiàn)有的數(shù)據(jù)壓縮算法;(C)所述的計(jì)算機(jī)(7)中的基本信息有心動(dòng)周期信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)、信號(hào)的采樣和處理算法、信號(hào)時(shí)域分析算法、信號(hào)頻域分析算法和診斷報(bào)告編輯模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電頻譜圖檢測(cè)儀,其特征在于,當(dāng)信號(hào)存儲(chǔ)器(5)所記錄的心電圖形經(jīng)數(shù)據(jù)傳送接口(6)真實(shí)地回放于計(jì)算機(jī)(7)時(shí),計(jì)算機(jī)(7)利用所記錄的信號(hào)來(lái)制作工具軟件,得到被測(cè)試者的心動(dòng)周期P波、QRS波、T波信號(hào)模板,即可自動(dòng)識(shí)別P波、QRS波和T波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電頻譜圖檢測(cè)儀,其特征在于,計(jì)算機(jī)(7)在自動(dòng)識(shí)別P波、QRS波和T波后,運(yùn)行其內(nèi)置的信號(hào)時(shí)域分析算法,對(duì)PR間期、QT間期、RR間期和PP間期進(jìn)行自動(dòng)時(shí)域檢測(cè)和心律失常分析。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電頻譜圖檢測(cè)儀,其特征在于,計(jì)算機(jī)(7)在自動(dòng)識(shí)別P波、QRS波和T波后,運(yùn)行其內(nèi)置的信號(hào)頻域分析算法,進(jìn)行心電頻譜的變異性分析。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種心電頻譜圖檢測(cè)儀,通過(guò)提高導(dǎo)聯(lián)電極1和A/D變換器3的采樣頻率,使心電信號(hào)以數(shù)字化形式進(jìn)入信號(hào)存儲(chǔ)器5,并經(jīng)數(shù)據(jù)傳送接口6,真實(shí)地將心電圖形回放于計(jì)算機(jī)7,再經(jīng)過(guò)工具軟件對(duì)圖形自動(dòng)識(shí)別和測(cè)量,利用所記錄的信號(hào)來(lái)制作P波、QRS波、T波信號(hào)模板,用計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別P波、QRS波和T波,對(duì)PR間期、QT間期、RR間期和PP間期進(jìn)行自動(dòng)時(shí)域檢測(cè)、心律失常和頻譜的變異性分析。
文檔編號(hào)G06F17/00GK1393204SQ0112955
公開日2003年1月29日 申請(qǐng)日期2001年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月26日
發(fā)明者陳士良, 陳躍軍 申請(qǐng)人:陳士良, 陳躍軍