全方位立體心電信號自動診斷儀的製作方法
2023-04-28 17:52:16 2
專利名稱：全方位立體心電信號自動診斷儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及全方位立體心電信息自動診斷儀。
眾所周知，心血管病是中老年人發病率和死亡率最高的一種疾病，其中，冠心病、心率失常又是心血管病領域中舉世矚目的重要課題。當前，對心血管疾病診斷主要是依賴於對心電信號的檢測。心電信號是一種準周期的生物電信號，在每個心電周期中，心電信號都經歷了從心電起搏，起搏信號傳導及心肌在傳導信號的調控下嚴格有序地完成除極和復極的過程，由此形成心電信號變化的一個完整的周期，它具有幅值、頻率、時限和相位等特徵要素。目前，對心電信號的檢測主要是通過心電圖和心向量圖來實現。
心電圖是在特定導聯體系上，如威爾遜導聯，測取心電信號隨時間變化的函數曲線，在常規心電圖上僅能分析心電信號在時域範圍內的特徵，它對冠心病、心肌梗塞、心肌病及心率失常的診斷有一定的特異性，但靈敏度不高。統計資料表明冠心病中的約60%在常規心電圖加負荷實驗上沒有明顯的反應;心肌梗塞病人猝死前的心電圖診斷率也只有55%左右。
作為常規心電圖的補充和發展，心向量圖在臨床上也得到廣泛的應用，心向量圖在X、Y、Z三導聯體系上測量的心電信號，形成心向量圖，並用環狀圖形表示在笛卡爾直角坐標系上的大小和方向上的變化，顯示心電周期內的每一瞬間心電活動的相位關係。它圖形直觀，空間方位概念明確，對時間和空間關係表達細緻準確。一般認為心向量圖對心肌梗塞、冠狀動脈供血不足、束支阻滯、分支阻滯、房室肥大予激綜合症等的診斷優於心電圖，但對心律失常等疾病難以提供有用的信息。
儘管心電圖和心向量圖在診斷心血管疾病方面有一定的作用，但是，如上所述，它們的功效都受到一定程度的限制，這樣就形成了臨床需求與實際上可供裝置之間的矛盾。如何解決這個矛盾，這就是擺在廣大醫務工作者和科技工作者面前的一個課題。另一方面，近年來電子技術，特別是計算機技術的飛速發展，微機在各個領域中的廣泛使用，給予人們的啟示是能否把它們引入到生物電信號的檢測裝置中去(如心電、腦電)，通過對這些傳統的檢測裝置所檢測的信號進行分析處理，來取得更多的信號或分析處理結果再用之於臨床。在這方面，本申請的發明人和封根泉等經過多年的研究，就心電、腦電和其他生命器官的電生理過程的採集、分析作出了貢獻，該文獻公開在中國專利CN87-102381A上，標題是「生物電信號檢測處理裝置和方法」(1988年10月21日公開)。
CN87-102381A公開了一種利用多個電極在人或其它動物體表的不同部位上同步地採集心、腦和其他生命器官的電生理過程相關的多路信號，然後在信號處理裝置中對各路信號進行時域、頻域、空間域、幅值域、時差域動態過程的綜合性分析，利用各路信號之間的相關性和不同域的分析方法的互補作用進行多因素的比較、印證和動態跟蹤，以此提高診斷的準確性和鑑別判斷的可靠性。該裝置還可以將檢測和處理的結果通過監視器和繪圖列印裝置輸出，以便供醫務人員臨床使用。該裝置還包括將處理結果與前述經臨床醫學統計而得到的各種疾病的多域綜合病理指標進行比較，可以對各種疾病進行自動診斷，對危重病人還可以根據診斷結果啟動相應的報警程序和裝置，向操作人員發出報警和提示。
CN87-102381A所公開的裝置和方法，較好地解決了不能同步採集的心、腦和其它生命器官的電信號能在同一裝置中進行檢測，然後通過信號處理裝置使其同步來進行分析，從而提供了臨床診斷所需的數據、曲線和報告。但是，CN87-102381A所公開的裝置與方法在應用於本來是同步的心電信號的檢測、處理和分析則顯得不能適應，它主要存在兩個方面的缺陷。第一，它沒有足夠的措施解決對所採集的信號之間的屏蔽，因此，它不可避免地存在高頻噪音和50HZ噪音。第二，對採集的信號沒有充分地利用，它只能分別提供心電圖(ECG)，心向量圖(VCG)和心電頻譜圖(FCG)，所以，也就限制了它在臨床上的應用範圍。
因此，本發明的目的在於克服已有技術中的缺點，提供一種新穎的全方位立體心電信息自動診斷儀，這種診斷儀能同步採集多路心電信號，且有效地過濾不希望有的高頻噪音和50HZ噪音，並能將前置級的地與微機的地隔離開來，從而大大地降低了幹擾噪音，以便保證信號不失真;這種診斷儀不僅能提供已有技術中的ECG、VCG和FCG，還能進一步提供心向量頻譜圖(FVG)及心電圖和心向量圖的綜合分析圖(SCG);這種診斷儀還能將上述五個方面的分析結果送入專家系統進行綜合分析和病情分類，進而提供診斷結果和治療方案;這種診斷儀還能對危重病人啟動相應的報警程序和裝置，向操作人員發出報警提示。
本發明的目的是通過下述方案解決的。在人或其它動物的體表上的不同部位放置不少於16導聯繫統的電極，它們至少應包括12導聯體系的心電圖信號和3導聯的直交心向量X、Y、Z的導聯信號，上述信號同步地由信號採集裝置採集，信號採集裝置對每一路所採集的信號用隔離級將它們隔開，以防止信號間的幹擾，然後從中選擇各種不同導聯或導聯組合的信號通過前置放大，濾波，光電隔離級送入採樣保持器，經上述採集裝置採集的信號送入信號處理裝置，通過一系列的算法處理(包括頻域、時域、空間域、幅值域、時差域和時空域的處理)和D/A轉換，繪出心電圖(ECG)，心電頻譜圖(FCG)，心向量圖(VCG)，心向量頻譜圖(FVG)和心電圖與心向量圖綜合分析圖(SCG);然後，將上述分析結果輸入專家系統進行綜合分析和病情分類，列印出診斷結果和相應的治療方案，同時，對危重病人還能啟動報警程序和裝置，實現報警。
從本發明的解決方案不難看出它對已有技術的生物電信號檢測裝置做了重要的改進，使它更加適合心電信號的檢測、處理和分析，最大限度地利用了所取得的信息，提供了臨床診斷所需的信息，從而大大提高了診斷的準確性和可靠性。
ECG、FCG、VCG、FVG和SCG是心電信號全方位、立體、多域(時間域、頻率域、空間域、幅值域、時差域和時空域)的相互動態綜合分析，從而達到充分發揮各自的優勢，又補充各自的不足，實現優化組合，互相印證。它對於早期冠心病、心肌炎、不典型心肌梗塞、心肌梗塞合併束枝傳導阻滯等都具有特殊的診斷價值。
本發明的診斷儀還能無創傷地檢測心臟的電生理功能，以及心臟隨著年齡增長的老化程度。在診斷的指標基礎上，分級評定，從而將正常人到冠心病患者嚴重程度進行分級，這樣對冠心病的發展情況有了一個定量的概念。
本發明的目的和其他目的及特徵和優點通過下面結合附圖對本發明的優選實施例的說明將會更加清楚，在附圖中
圖1是按照本發明的全方位立體心電信息自動診斷儀的示意方框圖;
圖2是按照圖1所示的本發明的全方位立體心電信息自動診斷儀的信號採集裝置的一個實施例;
圖3是按照圖1所示本發明的全方位立體心電信息自動診斷儀的信號處理裝置的一個實施例;
圖4是心電時域處理信號的波形圖;
圖6是心向量空間域信號處理的波形圖;
圖7A、7B、7C是心向量頻域信號處理的波形圖;
圖8A、8B、8C、8D、8E、8F、8G、8H是綜合心電圖的波形圖;
圖9是說明時間心向量圖的繪製原理;
圖10是根據本發明的全方位立體心電信息自動診斷儀的工作流程圖;
圖11是圖10中專家系統綜合分析步驟180的詳細說明流程圖;
圖12是圖10中以步驟134為例給出的人工幹預程序的流程圖;
圖13是以心電圖為例說明人工幹預程序中所用標誌的示意圖;
圖14是圖11中臨界區域分析掃描步驟187的詳細說明流程圖;
圖15是本發明的全方位立體心電信息自動診斷儀的一個車臺式配置實施例的外觀示意圖。
參見圖1，所示為本發明的全方位立體心電信息自動診斷儀的示意性結構方框圖，圖中標號I1-In表示N個檢測電極，其中，N可根據臨床需要任意選擇，但不能少於16個，即心電圖的12導聯體系和直交心向量圖X、Y、Z、三個導聯。當然，也可以是如CN1043621A所公開的電極背心。標號2是一個電信號採集裝置，其詳細結構參見圖2給出的優選實施例。標號3是信號處理裝置，它處理來自電信號採集裝置2收集的信號，通過計算和波形識別得出ECG、FCG、VCG、FVG和SCG五種曲線及相應的參數C、F、V、VF、TV。然後通過信號輸出裝置列印出來，如果上述曲線和參數有特殊異常，由標號5表示的報警裝置以音響、燈光或它們的組合發出報警。標號6表示一個鍵盤，操作者可以通過鍵盤控制整個診斷儀的運行，輸入與受測者有關的各種信息，例如，受測者的姓名，性別，年齡，病歷號，測試開始時間等等。它還可以對信號處理裝置3的波形識別通過鍵盤6進行幹預。顯而易見，鍵盤6也可以由其他指令輸入裝置替代。標號7表示一個外部存儲設備，它可以採用任何常規的外存設備，用於存儲經過處理的各種信號以及與受測試者有關的信息，以便進行病歷的積累跟蹤，數據的延期處理和以後的醫學統計。
參見圖2，該圖表示出了圖1中的心電信號採集裝置2的一個優選實施例的示意性結構框圖。本發明為了從人體體表採取所需要的電信號，設計了不低於16條導聯線的導聯體系1，各路電極的信號分別通過各自的隔離級22到達電阻導聯選擇網路23，該網路可輸出含有常規導聯的心電信號和直交心向量信號，這些信號被送到電子模擬軟開關24，根據臨床需要，通過信號處理裝置3控制電子模擬軟開關24，以選擇出各種不同的導聯或導聯組合信號，這些信號被送到各自的前置放大器25，前置放大器25選用典型的三運放差分放大器，它將人體體表的微伏級的信號不失真地放大到伏特級，以便於以後處理。經前置放大器25放大的信號送到濾波器26，濾波器是由低通濾波器和50HZ限波器組成，用於濾掉高頻噪音和50HZ噪音。濾波後的信號再通過一級增益調節級27，以滿足各種不同的需要。然後，信號被送到光電隔離級28，使用光電隔離級的作用在於使前置級的地與信號處理裝置3的地隔離開來，從而大大地減少了地迴路，也大大地減低了幹擾噪音。同時，它也將前置級與電源隔離，更有效地保證了被測人體的安全。信號通過光電隔離級後送入採樣保持器29。這樣就完成了信號採集，以便供後續處理用。
參見圖3，它是圖1中所示的信號處理裝置的一個實施例。信號處理裝置3包括一個時域處理單元31，一個頻域處理單元32，一個空間域處理單元33，一個空間域頻域處理單元34，一個綜合心電處理單元35，一個波形識別單元36，一個指標比較判定單元37和一個控制單元38。
信號處理裝置3工作時，上述5個處理單元31-35通過控制單元3
信號處理裝置3工作時，上述5個處理單元31-35通過控制單元38分別向信號採集裝置2中的採樣保持器29提取數據，其中時域處理單元31對心電圖的採樣頻率為250HZ，它經過數字濾波和壓縮處理分別送到輸出裝置4繪圖和外部存儲器7進行記錄。
頻域處理單元32和空間域頻域處理單元34為了進行付裡葉變換，需要分別提取數據，每段數據為2n個點，其頻率可隨需要而定，對心電頻譜圖(FCG)或心向量頻譜圖通常在50HZ-500HZ之間，將採集到的兩路信號分別作為函數X(t)、Y(t)和Z(t)進行快速付裡葉變換，進而計算它們的功率譜、自相關、互相關、傳遞函數、脈衝相應、相關函數等。各函數曲線及數學推導將在下面說明圖5A、5B和圖7A、7B和7C時說明。對上述更詳細的說明請見封根泉所著的《心腦電圖電子計算機分析的原理和應用》(科學出版社，1986年10月出版)，該書在此作為參考文獻引入。上述函數的運算結果分別送入輸出裝置4繪圖並輸入外存儲器7進行記錄。
空間域處理單元33的數據提取頻率也隨需要而定，通常對心向量圖為250HZ-1000HZ之間，該單元對相應的X、Y、Z三路信號進行數字濾波，通過截取這三路的有關段落，如心向量圖中的P、QRS、T波，構成額面(X、Y)，橫面(X、Z)，側面(Y、Z)以及相應的三維立體模型，分別送入輸出裝置4繪圖和送入外存儲器7進行記錄。
綜合心電處理單元35是對12路常規心電信號，三導心向量信號X、Y、Z進行綜合分析處理的單元。為了進行心電，心向量信號的多周期同步處理，該單元取心電，心向量最小共同頻率500HZ為基準，從採集的多路信號中自動地取一段大於等於5個心電，心向量周期。並對其進行數字濾波和周期特徵識別，對於心電及心向量信號提取周期特徵標誌P，QRS，T波，並加以標誌。最後送入輸出裝置4繪圖和外存儲器7進行記錄。
信號處理裝置3中的波形識別單元36包括與各處理單元31-35相對應的五個部分，它們分別對五個處理單元31-35的輸出進行波形識別，定位計算，並可以根據需要進行人工幹預(這在後面還將詳細敘述)，以便產生五個相應的參數表，波形識別單元36的輸出送到輸出裝置4，通過輸出裝置4中的列印裝置列印。
信號處理裝置3的指標比較判定單元37接受波形識別單元36輸出的五個參數表，並與由預先設置的多域綜合病理指標相比較，並以此為依據對檢測結果作出判斷，並將最後報告包括診斷結論和治療方案在內的最終結果，該結果送入輸出裝置4列印。此外，還可以根據判斷結果向報警裝置發出指令進行報警。
信號處理裝置3還包括一個控制單元38，控制單元38由中央控制器(CPU)組成，它可以控制整個信號處理裝置3中的各個單元按一定的時程頻率和一定的時間順序工作。它可以與鍵盤6聯接，用於接收操作者輸入的有關病人的各種信息(如姓名、性別、年齡等)以及各種命令，啟動或停止各種操作過程，並可由操作者對波形識別過程進行人工幹預。有關人工幹預的詳細情況將在後面描述。
此外，控制單元38可以將存入在外部存儲器7中的有關患者的數據提供本裝置進行識別和處理。同樣也能將各處理單元的結果輸入存儲器7。
圖4所示是圖3中時域處理單元31輸出的波形經輸出裝置4列印出來的結果，圖中所示的曲線是12導聯常規心電圖。
圖5A、5B和圖7A、7B、7C分別是圖3中的心電頻譜處理單元32和心向量空間域頻域處理單元34輸出的波形圖。
圖5A、5B所示是以圖4中的曲線V5作為函數X(t)，曲線Ⅱ作為函數Y(t)，通過付裡葉變換，即可將時域信號變換成頻域信號，本發明在頻域處理過程中首先利用公式
F(ω)＝∫∞-∞f(t)e-jwtdt (1)對圖4所示曲線V5和曲線Ⅱ，即X(t)和Y(t)分別進行快速付裡葉變換，獲得頻域曲線F(ω)和F(ω)，然後，根據功率譜的計算公式Gxx＝Fx(ω)·F＊y(ω) (2)Gyy＝Fy(ω)·F＊y(ω) (3)便可得出圖4中的曲線V5的功率譜G和曲線Ⅱ的功率譜G(如圖5A所示)。
互功率譜的計算公式為Gxy＝Fx(ω)·F＊y(ω) (4)由此可得出圖4中的曲線V5和曲線Ⅱ的互功率譜Gxx(見圖5A所示)。
利用相干函數的計算公式V2xy(ω)＝｜Gxy｜2/Gxx(ω)·Gyy(ω) (5)從而得出如圖5A中的曲線RF所示的曲線V5和曲線Ⅱ的相干函數曲線圖。
通過公式Hxy(ω)= (Y(ω))/(X(ω)) = (Y(ω)·X*(ω))/(X(ω)·Y*(ω)) = (Gxy(ω))/(Gxx(ω)) (6)的變換，由頻域處理單元32還可輸出圖畫5A、5B所示的傳遞函數H和Q。其中Hxy為Hxy(ω)的模，Qxy是Hxy(ω)的幅角，即Hxy＝︱Hxy(ω)︱＝︱Gxy(ω)︱/Gxx(ω) (7)Qxy＝tg-1(imagX)/(RealX) (8)
其中X= (Gxy(ω))/(Gxx(ω)) (9)圖5B中所示的曲線PIH是經頻域處理單元32對圖4中的曲線V5和曲線Ⅱ處理後輸出的二者的脈衝響應曲線圖，該脈衝響應是傳遞函數的付裡葉變換，利用公式h(t)＝F-1[H(ω)] (10)藉助於頻域處理單元32進行下面的變換，Rx(τ)＝∫∞-∞(t)·X＊(t-τ)dt (11)即可得Rx(τ)＝F-1[Gxx(ω)] (12)Ry(τ)＝F-1[Gyy(ω)] (13)Rx(τ)和Ry(τ)即為圖5B中的自相關曲線Vxx和Vyy，它們分別表示圖4中的曲線V5和曲線Ⅱ的自相關函數曲線圖。
圖5B的V為圖4中的曲線V5和曲線Ⅱ的互相關函數曲線圖，它由頻率處理單元32進行互相關函數運算得出，其運算公式如下Rxy＝∫∞-∞X(t)·X＊(t-τ)dt (14)由此可知，Rxt(τ)＝F-1[Gxy(ω)] (15)這裡的Rxy(t)就相當於圖5B中的Vxy。
圖6所示是圖3中的空間域處理單元33輸出的經空間域處理後的波形圖，圖中給出的是X、Y、Z心向量圖以及額面、橫面和側面的心向量環圖LS、H和F。
圖7A、7B和7C是經圖3中的空間域頻域處理單元34處理後的心向量頻譜圖(VFG)，VFG的各波形的算法與FCG相同，不同之處是FCG的快速付裡葉變換(FFT)是用圖4中所示的曲線V5和Ⅱ作為輸入量，而VFG則是以圖6所示的心向量X、Y、Z三個導聯作為FFT的變量進行計算處理。
X、Y、Z導聯的功率譜Gxx、Gyy、Gzz為Gxx＝Fx(ω)·F＊x(ω)Gyy＝Fy(ω)·F＊y(ω)Gzz＝Fz(ω)·F＊z(ω)Gxx、Gyy、Gzz的曲線示於圖7-A。
自相關Vxx、Vyy、Vzz為Rx(τ)＝1/T∫τ0Ux(t)·Ux(t+τ)dtRy(τ)＝1/T∫τ0Uy(t)·Uy(t+τ)dtRz(τ)＝1/T∫τ0Uz(t)·Uz(t+τ)dt其中Ux(t)、Uy(t)、Uz(t)為X、Y、Z導聯的心向量信號，t為時間差。Vxx、Vyy、Vzz的曲線示於圖7-B。
互相關Vxy為Rxy(τ)＝1/T∫τ0Ux(t)·Uy(t+τ)dt其中Ux(t)、Uy(t)為X、Y導聯心向量信號，τ為時間差。Vxy的曲線示於圖7-B。
傳遞函數Hxy(ω)Hxy＝︱Hxy(ω)︱＝︱Gxy(ω)/Gxx(ω)其中Gxy(ω)＝Fx(ω)·F＊y(ω);
Qxy＝tg-1(imagX)/(RialX)
其中X= (Gxy(ω))/(Gxx(ω))式中的Hxy是Hxy(ω)的模，Qxy是Hxy(ω)的幅角。Hxy、Qxy的圖形如圖7-C所示。
脈衝響應PIH為h(t)＝F-1[Hxy(ω)]P1H的圖形如圖7-C所示。
相干函數RF為R(ω)＝｜Gxy(ω)｜2／Gxx(ω)·Gyy(ω)相干函數的圖形如圖7-C所示。
圖8A、8B、8C、8D、8E、8F、8G、8H為圖3中的綜合心電處理單元35通過輸出裝置4輸出的波形圖。如前所述，綜合心電圖(SCG)是由12導聯心電圖和正交心向量圖兩部分組成。其中圖8A和8B是常規的12導聯心電圖，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、aVR、aVL、aVF(以上在圖8A)，和V1-V6(以上在圖8B)。
圖8C是正交心電圖，它是由Frank導聯輸入的X、Y、Z三個面的信號按心電圖方法描記得到。
圖8D、8E、8F、8G、8H中的T-VCG是時間心向量圖，該圖的描記方法是將Frank導聯輸入的X、Y、Z心向量信號在平面坐標系中按一定的方向，以一定的速度移動的連續投影。其數學模型如下參照圖9，Pn點的坐標為(Xn、Yn)，當Pn所在的坐標系OXY沿水平方向以均勻的速度V運動時，則在某一時刻tn對應的點Pn(Xn、Yn)在原坐標系中的位置為Xn′＝Xn+V(tn-t。)Yn′＝Yn
在原坐標系中的位置為Xn′＝Xn+V(tn-t。)Yn′＝Yn即Pn′(Xn+V·△t，Yn)。
於是，由n=0i]]>P′n的集合構成時間心向量環，可見時間心向量環的形成是由在點Pn的橫坐標值中出現了參量V△t，若取V△t為一常值，則Pn(Xn+n，Yn)根據上述公式可以繪製出時間心向量圖T-VCG。
圖8D中的C-TVCG是時間心向量圖T-VCG的轉置圖。
圖8D中的C-VCG是連續心向圖，它是對XY、YZ、XZ三組信號按極坐標系連續描記的心向量環形圖。
圖10所示是根據本發明的全方位立體心電信息診斷儀的工作流程圖。
首先，在步驟110啟動診斷儀，通過鍵盤6輸入與受檢者有關的信息，如姓名、性別、年齡、檢測時間等。然後在步驟120利用多個電極(不少於16個)對受檢者體表的不同部位進行檢測。在步驟130將經過採樣的數字信息存儲起來，以便供後續步驟131、141、151、161和171分別進行時域、空間域、頻域、空間域頻域和綜合分析用。
分別經131、141、151、161和171步驟處理的數據，在步驟132、142、152、162和172分別產生外存記錄的時域處理數據，空間域處理數據，心電頻域處理數據，空間域頻域處理數據和綜合心電處理數據;並且，時域處理數據、心電頻域處理數據可作出心電時域圖(ECG)，心電頻域圖(FCG)，以及由空間域頻域數據繪出心向量頻域圖(FVG)這如步驟133、153和163所示。經上述五個域處理的數據分別在步驟134、143、154、164和173進行波形識別。根據本發明的設計，上述步驟可以自動進行，也可在必要時加入人工幹預，以便對疑難波形進行人工輔助識別，對於人工幹預輔助識別的詳細步驟請參見下面對圖12和圖13的描述。由此產生C、V、F、VF和TV五個數據表(表Ⅰ-表V)。其中C參數表主要有時域圖形的各波形的幅值和時間寬度，即心電圖中的P波、Q波、R波、S波和T波的幅值和時間寬度及心率等參數值。
V參數表主要包括空間域圖形的軌跡運動方向，夾角和面積參數，如心向量圖各象限面積比，向量夾角，起始和終結位置，向量環的旋轉方向等參數。
F參數表主要包括心電頻域圖形的形態和位置，如圖5A、5B所示心電頻域圖中的功率頻譜曲線G的前四峰g1-g4的峰值和相應的頻率，脈衝響應PIH的主峰和負向峰的峰值和位置，自相關和互相關曲線V、V和V的Υ1、Υ2和Υ3的高度和位置，相干函數曲線RF中，與功率頻譜曲線第一峰g1的頻率位置相對應的相干點f1;傳遞函數幅值曲線Hxy最高值h的幅值和頻率位置等參數。
VF參數表主要包括VFG圖形的形態和位置，如圖7A、7B、7C所示的心向量頻譜圖中的功率譜G、G、G的前四個峰g1-g4的峰值位置和相應的頻率值，脈衝響應PIH的主峰和負向峰的幅度及位置，自相關和互相關Vxx、V、V、V的Υ1、Υ2、Υ3的高度及位置，相干函數RF中與功率譜第一峰g1的頻率位置相對點的相干值f1，和傳遞函數Hxy最高值h的幅值和頻率位置等參數。
TV參數表主要記錄X、Y、Z正交心電圖各個期的P、QRS、T波的位置，幅角，用於指導綜合心電圖的輸出。
根據C、V、F、VF、TV五個參數表分別在步驟135、145、155、165和175分別進行時域分析、空間域分析、心電頻域分析、空間域頻域和綜合分析，並給出時域、空間域、心電頻域、空間域頻域和綜合分析的分析報告，如圖中步驟136、146、156、166和176所示。進而在步驟180進行專家系統分析，對此將在下面做更加詳細的討論。在專家系統分析之後將在步驟210進行病情分級，之後在步驟300列印出診斷結果和治療方案，整個流程到此終結。
此外，根據步驟143的空間域波形識別的結果可以繪出心向量圖，如步驟144所示。同樣，在步驟173對綜合分析的波形識別結果可以繪出綜合分析的有關圖形，這如步驟174所示。
圖11是圖10中專家系統綜合分析步驟180所代表的各處理步驟的詳細流程圖。如圖所示，當產生了C、V、F、VF、TV參數表後，在步驟181提示單頂分析已經結束，從而轉入步驟182，對多域綜合病例進行掃描，在步驟183將掃描結果與給定的多域綜合病理指標進行比較判別，如果符合上述指標，即可在步驟184給出分析報告，表明掃描結果在多域綜合病理指標的範圍內。但如果判明不在範圍之內，則在步驟185分別對各個域的分析結果進行檢查，如果在步驟186的檢查結果沒有發現陽性值時，則轉入步驟187進行臨界區分析掃描，對於臨界區分析掃描將在後面詳細討論。通過臨界區指標的綜合判別，如果符合臨界區判別指標，則給出正常報告，如在步驟189所示。如果經判別屬於不正常情況，則在步驟190處給出異常報告或提示說明。當發現有兩域或兩域以上的分析結果是陽性，如步驟192所示，則在步驟193輸出分析報告。如果不是這樣，則繼續執行步驟195，確定是否可以根據現有的單域陽性指標給出確切的分析結果，如果可以，則在步驟196給出分析結果。否則執行步驟198，以便確定這一單域分析的陽性結果是否在其他幾個域中存在著對應關係，如果存在這種對應關係，則在步驟199給出確切的分析報告，否則將在步驟201判斷該域陽性結果是否為假陽性，判定結果表明為真陽性，則在步驟202給出提示說明，否則將認為該陽性結果為假陽性，而予以否決，如步驟204所示。最後將圖中的分析結果或說明輸入病情分級210中，進行後續處理。
參見圖12，該圖所示是圖10中步驟134時域分析的詳細過程，應該說明的是步驟143、173的分析過程與步驟134相同，在此只對步驟134進行說明。在步驟1341開始時域波形識別，步驟1342確定是否需要人工幹預，應該說對於常規的波形無需人工幹預，可以直接進入步驟1346進行自動識別，產生C參數表。對於疑難波形，進入步驟1343在監視器上顯示出需要人工幹預的波形或標誌線，如圖13所示，在步驟1344由操作者給出標誌線代號(如圖13中的Pb線)及其位移量，使其達到所需的位置。在步驟1345確定是否完成人工幹預，如果未完成，則返回到步驟1344，移動另一個標誌線，直至完成人工幹預後進入步驟1346，對識別後的波形產生C參數。應當指出，由於多路信號是同步採集的，因此，僅對其中一路信號進行人工識別，即可相應地確定其它各路信號的波形位置，所以，在監視器上僅需操作者選定的某一路信號單獨顯示，並通過將波形局部放大，用這種方式可以極大地提高對疑難波形識別的準確性。
圖13所示為心電圖波形通過標誌線Pb、Pe、Qb、Se、Tx、Te所確定的P波、QRS波和T波的起始和終止位置。虛線Pb』表示了標誌線Pb的位移過程。
圖14所示為圖11中的臨界區分析掃描步驟187的詳細說明。當在步驟186的單域分析結果的判別均為陰性時，程序進入步驟187，對C、F、V、VF、TV五個參數表中的各有關參數進行掃描，判別那個參數處於預先設置的臨界區之內。應當指出，本發明的裝置中各域的判別結果可分為陽性、陰性和兩者之間的一個臨界區，該臨界區是根據大量臨床病例統計結果與專家的經驗確定的，主要是指介於陽性指標和陰性指標之間的一段取值範圍，在該範圍內很難將正常情況與輕度異常情況相區別。例如，正常指標為2.40mv以下，而異常指標為2.50mv以上，則2.41-2.49之間的臨界區。在步驟182中，如果上述五個參數中沒有臨界範圍內的參數，則在步驟189輸出正常報告。如果有臨界區參數(步驟1872)，則在步驟1872進行模糊處理，其方法是對臨界區的參數進行歐氏距離運算，並在步驟1873對上述結果進行比較判別，如果它的空間分布點不在預定的異常區域內，則經步驟1874返回到步驟189輸出正常報告，否則在步驟190輸出異常報告或有關提示。
圖15所示為本發明的診斷儀的一個具體實施例的車臺式配置的外觀示意圖，其中標號403為主機，它包括本發明的全方位立體心電信息診斷儀的電信號收集裝置2，信號處理裝置3，報警裝置5，鍵盤6，外部存儲裝置7。404為監視器，它和外部監視器7及主機構成一個整體，405為高速熱敏繪圖印表機，406為車臺。由於採用車臺式配，便於在醫院內能流動使用，且也適合於緊急出診的需要。
以上所述為本發明的具體實施方案，對於本技術領域內的技術人員在此基礎上可以做出各種改進和變換，但這些都在本發明的保護範圍之內。
表ⅠIIIIIIaVRaVLaVFV1V2V3V4V5V6P1a.05.09.02-.07.00.06.02.05.04.04.05.05P2a.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00P1d.09.11.08.10.03.10.08.08.08.08.09.08P2d.00.00.00.00.05.00.00.00.00.00.00.00Qa.00.00-.20-.56.00-.00.00.00.00.00.00-.03Qd.00.00.04.06.00.00.00.00.00.00.00.02Ra.68.52.76.03.43.60.17.68.851.681.771.11Rd.05.11.08.04.05.10.04.04.04.05.04.05Sa-.43.00.00.00-.56.00-.72-2.23-2.22-1.95-.78-.07Sd.07.00.00.00.07.00.08.08.08.07.06.05R".00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00STa.00.00-.06.00.00.00.14.42.33.11.00-.07STd.00.00.00.00.00.001.001.001.001.00.00.00T1a.20.10-.13-.14.15.04.00.91.71.33.20.14T2a.00.00.00.00.00.00-.02.00.00.00.00.00P-R.15.16.15.16.15.16.15.15.15.15.15.15Q-T.37.35.36.36.36.35.36.36.37.37.37.36QRS.12.11.12.10.12.11.12.12.12.12.11.12PPmin:PPmax:PPave:A.HR:
RRmin:RRmax:RRave:V.HR:85.0QRS:.12PRInt:.16QTInt:.36QTC:
AXIS=74.00CLOCKWISEROTATIONECGFINDING:
NORMALSINUSRHYTHMSTELEVATION:
V2,V3,SIGNATURE:
表II*****FCGDIAGNOSIS*****GXXMark1/2HG1-N+--3/4NTU5/105--+GYYMark1/2HG1-N+--3/4NTU5/105--+QXYMarkDWD+W5+--PIHMarkPVM1M2M32-+--VXX.VYYMarkRHRLFPX---FPYTVXTVY0---VXYMarkRVRDRFNW5---+RFMarkCpCtCbl0---TOTAL:8LASTSUCGESTION:ABNORMALFCG:+*****FCGPARAMETERTABLE*****RxyRxRyPmaxPmin7.754.5319.63213.76-189.39Gxx1234A2.55.06.93.6F5.611.216.821.6Gyy1234A1.917.15.74.1F5.611.216.822.4
表IIIFLSHProtdirectionCCWCCWCCWmax.v-amp(mv).00.00.00rotdirectionCWCCWCCW0.01"amp(mv).14.28.310.01"ang(degree)10.59174.6063.19Q0.02"amp(mv).69.38.750.02"ang(degree)14.94151.8026.460.03"amp(mv)1.10.381.05R0.03"ang(degree)18.8868.73-7.580.04"amp(mv).40.83.730.04"ang(degree)89.4228.48-89.69Smaxv-amp(mv)1.141.051.19maxang(degress)16.4417.33-122.22duration(sec)1.23areaL/R.43.45.30"S/I.00.002.19"P/ATotalArea:368.00267.00927.00areaI%70.1068.9031.10"II%29.8031.00.20"III%.00.0022.60"IV%.00.0045.90rotdircctionCWCCWCCWTmaxvamp(mv).26.31.36ang(degree)29.16169.9158.32QRS-Tangle(degree)12.72152.58180.53QRS/Tratio4.433.353.33VCGFINDING:
表IVGXXMark1/2HG1-N3/4NTU+----OUEP5+--+GYYMark1/2HG1-N3/4NTU+----OUEP5----GZZMark1/2HG1-N3/4NTU+----OUEP5+---QXYMarkDWDWTS5+----PIHMarkPVM1M2M3MZ5-++--V/x/y/zMarkRHRLXRLYRLZFPXFPY-----+FPZTVXTVYTVZ5---+VXYMarkRVRDNW+NW-VP5-+-+-RFMarkCpCtVRW2---+TOTAL:10LASTSUGGESTION:SERIOUSABNORMALVFG:++
表Ⅴ
權利要求
1.一種全方位立體心電信息自動診斷儀，它由多個電極、電信號採集裝置、信號處理裝置和信號輸出裝置所組成，其特徵在於所說的多個電極不少於16個，其中包括12個心電電極，三個心向量電極；所說的電信號採集裝置是通過上述多個檢測電極從人體體表的不同部位同步地測取多路心電和心向量信號；所說的信號處理裝置是對上述電信號採集裝置輸出的多路信號分別進行時域、(心電)頻域、空間域、空間域頻域和綜合分析處理；所說的信號輸出裝置用於輸出上述信號處理裝置的處理結果。
2.按照權利要求1所述的全方位立體心電信息自動診斷儀，其特徵在於所述的電信號採集裝置由對每一路採集的信號進行隔離的隔離級，電阻導聯選擇網絡，電子模擬軟開關，前置放大級、濾波級、增益調節、光電隔離級和採樣保持器所組成。
3.按照權利要求2所述的全方位立體心電信息自動診斷儀，其特徵在於所述的前置放大器是三運放差分放大器。
4.按照權利要求2所述的全方位立體心電信息自動診斷儀，其特徵在於所述的濾波器是由低通濾波器和50HZ限波器所組成。
5.按照權利要求1所述的全方位立體心電信號自動診斷儀，其特徵在於所述的信號處理裝置包括一個心電時域處理單元，該單元對所述信號採集裝置輸出的各路心電信號進行時域處理，並通過輸出裝置給出各路心電信號的時域曲線;數、脈衝響應函數，並通過所述輸出裝置輸出相應的函數曲線;一個心向量空間域處理單元，該單元對所述電信號採集裝置輸出各路心向量信號進行空間域處理，包括由X-Y組成額面、X-Z組成橫面、Y-Z組成側面以及三維立體模型，並通過所述輸出裝置繪出相應的軌跡曲線;一個心向量空間域頻域處理單元，該單元對所述電信號採集裝置輸出的心向量信號中的任意兩路進行空間域頻域處理，包括實現快速付裡葉變換，計算它們的功率譜函數、自相關函數、互相關函數、傳遞函數、脈衝響應函數、相干函數，並通過所述輸出裝置輸出相應的函數曲線;一個綜合分析單元，該單元對所述的電信號採集裝置輸出的心電和心向量信號進行綜合分析處理，並通過輸出裝置繪出相應的曲線。
6.按照權利要求5所述的全方位立體心電信號自動診斷儀，其特徵在於綜合分析單元分析後，通過輸出裝置繪出的曲線包括十二導聯心電圖、正交心電圖、時間心向量圖和連續心向量圖。
7.按照權利要求5所述的全方位立體心電信號自動診斷儀，其特徵在於所述的信號處理裝置進一步包括一個心電時域波形識別單元，該單元對所述的時域處理單元輸出的曲線的每一個波形的波幅和波寬進行識別並求出相應的參數;一個心電頻域識別單元，它對所述心電頻域處理單元輸出曲線的形態和位置進行識別並求出相應的參數;一個心向量空間域識別單元，它對所述心向量空間域處理單元輸出的曲線面積、夾角和軌跡走向進行識別並求出相應的參數;一個心向量空間域頻域識別單元，它對所述的心向量空間域頻域單元輸出的曲線的形態和位置進行識別並求出相應的參數;一個綜合分析識別單元，它對所述的綜合分析處理單元輸出的曲線進行識別並求出相應的參數;經過上述五個識別單元處理所產生的參數表，經過輸出裝置輸出列印。
8.按照權利要求7所述的全方位立體心電信號自動診斷儀，其特徵在於所述的信號處理裝置還包括一個專家系統綜合分析單元，該單元將所述的五個波形識別單元輸出的參數與預置的多域病理指標值相比較，根據比較結果作出判斷，並通過輸出裝置輸出判別結果。
9.按照權利要求8所述的全方位立體心電信號自動診斷儀，其特徵在於所述的信號處理裝置還包括一個病情分級單元，該單元對專家系統綜合分析單元判別的結果進行病情分級;所述的全方位立體心電信號自動診斷儀還包括一個報警系統，該系統根據病情分級單元的病情分級結果啟動報警系統，以便向操作者發出病重報警信號。
10.按照權利要求1所述的全方位立體心電信號自動診斷儀，其特徵在於所述的信號處理裝置可由一計算機組成，用於對信號採集裝置中的信號進行採樣，並進行時域、心電頻域、空間域、空間域頻域和綜合分析的處理，從而產生所述域的輸出結果。
11.按照權利要求10所述的全方位立體心電信號自動診斷儀，其特徵在於該診斷儀還包括一個鍵盤，可供操作者對該診斷儀輸入操作指令、數據，並對波形識別進行幹預。
12.按照權利要求10所述的全方位立體心電信號自動診斷儀，其特徵在於還包括一個外存儲器，用於存儲每一受試者的診斷信息。
13.按照權利要求1所述的全方位立體心電信號自動診斷儀，其特徵在於所述信號輸出裝置包括一個監視器和一個繪圖印表機。
全文摘要
本發明公開了一種全方位立體心電信號自動診斷儀，包括可在人體體表的不同部位同步檢測心電、心向量信號的多個檢測器，所檢測的信號由信號採集裝置採集，所採集的信號由信號處理裝置進行時域、空間域、頻域、空間域頻域及綜合分析，所處理的結果由監視器和繪圖印表機組成的信號輸出裝置輸出，本診斷儀還包括外部存儲設備、鍵盤和報警裝置。利用本發明的診斷儀可對心血管疾病進行同步檢測、採集、多域處理並進行波形分析、參數表輸出和自動綜合診斷。
文檔編號A61B5/0402GK1099254SQ94103588
公開日1995年3月1日 申請日期1994年4月14日 優先權日1994年4月14日
發明者連汝安, 蘇建平 申請人:連汝安