四維心電圖診斷儀的實現方法及系統的製作方法

2023-10-31 01:09:32 1

專利名稱：四維心電圖診斷儀的實現方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種四維心電圖診斷儀的實現方法及系統，屬於電腦程式技術領 域。
背景技術：
申請號200810230405. 9的發明公開了一種心電信號採集裝置，該裝置包括信號 採集模塊，用於採集人體體表心電信號；微處理器，用於控制心電信號採集和數據傳輸，與 信號採集模塊及接口控制模塊相連；接口控制，用於與外部設備通訊，與微處理器相連。信 號採集模塊包括信號放大和高精度模數轉換兩部分，用於採集體表心電信號和將採集到的 模擬信號轉換為可被微處理器識別的數位訊號，與微處理器相連接；接口控制模塊，用於微 處理器與PC主機或心電圖機主機(以下通稱主機)之間數據交互，連接微處理器和主機。 該裝置通過微處理器對信號採集模塊及接口控制模塊控制，配合主機軟體，可以在無需其 它裝置的情況下採集體表十二導聯心電信號。現有技術很多是二維心電圖顯示技術方案，本發明改變現有技術的現狀，提供計 算機程序為技術基礎的解決方案，實現一種四維心電圖診斷儀的實現方法及系統。

發明內容
鑑於上述問題，本發明的目的在於提供一種四維心電圖診斷儀的實現方法及系統。一種四維心電圖診斷儀的實現系統，包括設備接口模塊、信號採集處理模塊、心電 信號濾波模塊、採集心電圖顯示模塊、檔案文件管理模塊、綜合心電圖顯示模塊、二維心電 圖顯示模塊、三維心電圖顯示模塊、教學演示模塊、診斷報告列印模塊、心電參數提取模塊、 自動診斷模塊、心電自動識別模塊、用戶操作界面模塊和軟體安全管理模塊；設備接口模塊是控制採集設備和從採集設備接收心電採樣數據；信號採集處理模塊是完成將採集的信號進行檢驗、結構重組、濾波、存儲、提交顯 示、報錯任務，為後續的處理做數據準備；心電信號濾波模塊是實現對所有心電信號的濾波需求；一方面在心電信號採集過 程中進行實時濾波；另一方面是在顯示和列印過程中對已保存的原始未濾波的心電信號進 行濾波；採集心電圖顯示模塊是在屏幕中顯示心電信號採集過程；主要有15導聯動態刷 新的心電圖波形12導Wilson和3導Frank導聯體系的XYZ心電信號顯示、接收、處理，與採 集相關的用戶菜單，工具條操作命令和動態信息項目的更新，電子時間牌，動態心率顯示， 信號異常標誌；綜合心電圖顯示模塊實現並在屏幕上顯示以時間軸+線性表達一維心電圖 (zV-ECG)和以時間軸+平面表達的心電信號(時間心向量圖(T-VCG)、變向時間心向量圖 (DCT-VCG)、連續心向量圖(C-VCG)、分解/放大心向量圖(D/A-VCG))的幅度、角度和時間按25、50、75、100、200mm/s在坐標上的變化；除了顯示圖形外，本模塊還提供自動和人工標記、修改、選擇、去選擇、刪除心動周 期識別的功能；二維心電圖顯示模塊從屏幕窗口顯示所指定的四個平面心向量圖(VCG)，即額面 (F)、橫面(H)、右側和左側面(RS/LS)；三維心電圖顯示模塊提供一個或多個指定的心動周期在屏幕窗口顯示三維心向 量圖3D-VCG，是一個可人機互動的三維圖形窗口 ；診斷報告列印模塊提供所有診斷報告文字、圖表和彩色圖形的列印功能；心電參數提取模塊是指記錄到的心動周期中對心臟生物電信號參數的提取，如時 間、空間、瞬間、間期、方位、振幅、角度、比值、面積、體積、形態參數，通過這些參數的定量定 性變化，為心電學診斷提供依據；心電自動識別模塊是指從時、空域自動識別一維、二維和三維和四維心電的各種 波形，以實現心電參數提取的自動化、高效化及客觀性、全面性、準確性、細緻性、直觀性和 可視性；智能自動診斷模塊根據上述的心電數據採集、提取和識別(人工+自動)，按照心 血管疾病的特點進行指標設置、識別、存儲、分類、提取、定性、定量和特有的三維心電專家 智能診斷；診斷包括文字診斷，一、二、三維、四維圖形診斷和可視化圖形診斷；用戶操作界面模塊是一系列模塊的總稱；非一個單獨的模塊，而是涵蓋了所有公 共界面模塊和其它模塊專用的界面代碼部分，菜單、按鈕的響應處理函數，工具條、狀態條 的顯示控制代碼，各種對話框的專用模塊。設備接口模塊與信號採集處理模塊連接，信號採集處理模塊連接用戶操作界面模 塊和心電信號濾波模塊；心電信號濾波模塊連接用戶操作界面模塊和檔案文件管理模塊；診斷報告列印模塊連接信號採集處理模塊、檔案文件管理模塊、自動診斷模塊、用 戶操作界面模塊、心電參數提取模塊和心電自動識別模塊；用戶操作界面模塊連接採集心電圖顯示模塊、綜合心電圖顯示模塊、二維心電圖 顯示模塊、三維心電圖顯示模塊和教學演示模塊；採集心電圖顯示模塊、綜合心電圖顯示模塊、二維心電圖顯示模塊、三維心電圖顯 示模塊和教學演示模塊連接心電參數提取模塊和心電自動識別模塊。一種四維心電圖診斷儀的實現方法包括一種四維心電圖診斷儀的實現方法是建立在醫學專家智能診斷的應用軟體系統。 該系統以計算機操作控制和運算處理為核心，通過時空域集成生理心電信號採集、網際網路 絡、三維圖形顯示、彩色列印等相關輔助技術，實現全方位、全角度、可視化、智能化、自動 化、四維心電診斷分析功能。一種四維心電圖診斷儀的實現方法，其特徵在於數位訊號採集板下位機流程步驟 是在心電信號硬體採集板上的程序流程，其作用是將採集來的模擬信號進行數位化後傳輸 到上位機；上位機處理流程是心電圖儀主計算機的處理流程，上位機通過標準設備IO功能 獲得從USK設備(數位訊號採集板下位機)接收到的數據，然後進行一系列後續處理，完
7成心電信號濾波步驟、存儲步驟、綜合心電圖顯示流程顯示步驟，從而完成心電圖數據的採集。


圖1心電圖儀軟體整體結構圖；圖2採集心電圖顯示程序流程圖(子程序)；圖3採集心電圖顯示控制流程圖(主程序)；圖4心電信號濾波主程序流程圖；圖5 二維參數IIR濾波程序流程圖；圖6綜合心電圖顯示控制程序流程圖(主程序)；圖7綜合心電圖顯示程序流程圖(主程序)；圖8信號採集處理程序上位機流程圖(主程序)；圖9信號採集處理程序上位機流程圖(子程序)；圖10信號採集處理程序下位機流程圖。
具體實施例方式對本發明的實施例進行說明。顯然，本領域技術人員基於本發明的宗旨所做的許多修改和變化屬於本發明的保 護範圍。四維心電圖診斷儀(4D-ECGZ-1)軟體實現是基於WINDOWS作業系統的四維心電圖 專家智能診斷的應用軟體系統。該系統以計算機操作控制和運算處理為核心，通過時空域 集成生理心電信號採集、網際網路、三維圖形顯示、彩色列印等相關輔助技術，實現全方位、 全角度、可視化、智能化、自動化、四維心電診斷分析功能。即1)、為用戶提供Wilson與Frank導聯體系心電信號的同步採集、數據處理、檔案存 儲、顯示描記以下圖形1、綜合心電活動圖(Synthesize electrocardiogram, SECG)；包括 78 個導聯圖 形，S卩12導心電圖(ECG)、3導正交心電圖(O-ECG)、9導時間/變向時間/連續心向量圖 (T-VCG/DCT-VCG/C-VCG)、54 導向量心電圖(zV-ECG)。(One dimensional electrocardiogram，1D—ECG) 。 圖(zV-ECG)；3、二維心電圖(Two dimensional electrocardiogram, 2D-VCG) 包括時間心向 量圖/變向時間心向量圖/連續心向量圖(Timed vectorcardiogram/Direction changing timed vectorcardiogram/Continual vectorcardiogram, T-VCG/DCT-VCG/C-VCG)；(Three dimensional electrocardiogram，3D—ECG) 。 向量圖(Three dimensional vectorcardiogram, 3D-VCG)；5、3D 綜合心 電圖(Three dimensional synthetic electrocardiogram, 3D-SECG)。包括向量心電圖(zV-ECG)、時間/變向時間/連續心向量圖(T-VCG/DCT-VCG/ C-VCG)、平面心向量圖(VCG)和立體心向量圖(3D-VCG)；6、立體心向量圖(Three dimensional vectorcardiogram, 3D-VCG)；
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7、傳統 12 導心電圖(electrocardiogram, ECG)；8、正交心電圖(Orthogonal electrocardiogram, 0-ECG)；9、平面心向量圖(Vectorcardiogram, VCG)；10、教學圖形演示系統。2)、基於對上述所有心電圖形的自動識別系統和專家智能診斷系統。3)、實時、同步、轉換、組合、分解、放大、全方位、全角度旋轉顯示、觀察、列印和有 線/無線互聯/網絡傳輸各種圖形；進而為用戶從時空領域提供更加廣闊的心電觀測視野 和更加客觀、完整、準確、細緻、直觀的心電分析手段。的心電分析手段。4)、對教學圖形演示系統的編制、設定、動畫、演示和說明。5)、其他功能。本應用軟體基於VS. NET軟體平臺開發，用C++語言編寫，程序框架為基於MFC的 單文檔模板窗口框架。軟體基於的主要基礎庫是Windows API接口，MFC類庫，C運行庫以 及C標準庫。軟體由多個功能模塊構成，模塊整體結構如圖1所示。為了便於理解，圖中的模塊是按照功能進行粗略劃分的，實際上每個模塊的規模 差距是很大的，有的模塊甚至包含了許多較大的子模塊。由於圖中模塊幾乎兩兩之間都有 聯繫，因此用一條聯繫多個模塊的線條簡要表達了它們之間的所有關係。設備接口模塊功能——是控制採集設備和從採集設備接收心電採樣數據。該模塊 由與採集硬體進行通信的USB設備驅動和API接口函數兩部分軟體構成。信號採集處理模塊功能——是完成將採集的信號進行檢驗、結構重組、濾波、存 儲、提交顯示、報錯等任務，為後續的處理做數據準備。心電信號濾波模塊功能——是通過軟體實現對所有心電信號的濾波需求。一方面 在心電信號採集過程中進行實時濾波；另一方面是在顯示和列印過程中對已保存的原始未 濾波的心電信號進行濾波。濾波模塊必須支持多種頻率的低通、高通、帶通、帶阻功能，並通 過設置界面對濾波方式進行靈活選用。採集心電圖顯示模塊功能——是在屏幕中顯示心電信號採集過程。主要有15導 聯動態刷新的心電圖波形(12導Wilson和3導Frank導聯體系的XYZ心電信號)顯示、接 收、處理，與採集相關的用戶菜單，工具條操作命令和動態信息項目的更新，如電子時間牌， 動態心率顯示，信號異常標誌等。檔案文件管理模塊功能——具備所有的心電圖病歷檔案。包括檔案文件創建、定 位讀寫、定位修改、拷貝、修改和刪除等基本功能。同時具備瀏覽用戶檔案信息，過濾查找用 戶檔案，導入導出用戶檔案，編輯刪除用戶檔案，檔案歸類和檔案目錄等功能。綜合心電圖顯示模塊——實現並在屏幕上顯示以時間軸+線性表達(一維心 電圖)和以時間軸+平面表達的心電信號的幅度、角度、面積和時間(按25、50、75、100、 200mm/s)在坐標上的變化。可以對1 78個導聯進行實時、長時、同步、組合、轉換、觀察和 描記，即12導心電圖(ECG)、3導正交心電圖(O-ECG)、3導時間心向量圖(T-VCG)、3導變 向時間心向量圖(DCT-VCG)、3導連續心向量圖(C-VCG)和54導向量心電圖(zV_ECG)。除了顯示圖形外，本模塊還提供自動和人工識別、標記、修改、選擇、去選擇、刪除心動周期識別的功能。二維心電圖顯示模塊——從屏幕窗口顯示所指定的四個平面心向量圖(VCG)，即 額面(F)、橫面(H)、右側和左側面(RS/LS)。可以細緻顯示單一心動周期或多個周期的整 體、分解和放大的ALL、P、QRS、T、U環體。並可通過雙擊這些環體後跳轉進入三維心電顯示 窗口，以獲取全方位、全角度、客觀、全面和細緻的觀測。三維心電圖顯示模塊——提供一個或多個指定的心動周期在屏幕窗口顯示三維 心向量圖(3D-VCG)，這也是本項技術的特點之一。是一個可人機互動的三維圖形窗口，三維 心向量圖形所處的坐標系可以用滑鼠拖動，隨意縮小放大，同步全方位全角度自由旋轉且 無盲區；三維坐標系設置多種背景方式可供選擇如XYZ三軸、彩色包絡線、彩色交叉平板、 圓形中空的帶有坐標的彩色交叉板和三維透明虛擬心臟等。同時，本窗口還提供了該心動 周期的一維正交心電圖、二維平面心向量圖、心肌生物電擴布的過程動態演示和相應的數 據對照顯示。教學演示模塊——該模塊通過人機互動交互的方式幫助人們理解、認知什麼是 三維心電圖；立體、平面和直線表達的三者關係；傳統的心電圖是如何產生的，其利弊、主 次的根本區別是什麼和心電學今後的發展方向等等。屏幕窗口同時顯示四個畫面立體心向量圖和三個平面的(F、H、RS)心向量圖。每 個平面的導聯個數和角度可以根據需要進行設置，最多可設置18個觀測角的向量心電圖 (zV-ECG)，三個面可顯示出54導向量心電圖(zV-ECG)。同時，不僅在各平面皆可動態演示 一維心電圖的生成過程；而且還提供了一個自由導聯指針，通過滑鼠自由地在360度範圍 內轉動，當指針指向某個角度時就顯示出那個導聯角度的向量心電圖(zV-ECG)。診斷報告列印模塊——提供所有診斷報告和彩色圖形的列印功能。目前提供十一 種類型的圖形報告12導心電圖(ECG)、正交心電圖(O-ECG)、向量心電圖(zV_ECG)、時間心 向量圖(T-VCG)、變向時間心向量圖(DCT-VCG)、連續心向量圖(C-VCG)、分解/放大心向量 圖(D/A-VCG)、平面心向量圖(VCG)、立體心向量圖(3D-VCG)、立體影像心向量圖(3DI-VCG) 和綜合心電活動圖。診斷報告是採用文字、報表和圖像方式。由於本模塊既要支持上述各 種圖形的隨意組合及人機互動的作圖功能，又要提供相應的診斷報告，因此本模塊實際上 是一個龐大而複雜的模塊，也是代碼量最大的模塊之一。心電參數提取模塊——是指記錄到的心動周期中對心臟生物電信號參數的提取， 如時間、空間、瞬間、間期、方位、振幅、角度、比值、面積、體積、形態等參數，通過這些參數的 定量定性變化，為心電學診斷提供依據。心電自動識別模塊一一是指從時、空域自動識別一維、二維和三維心電的各種波 形，以實現心電參數提取的自動化、高效化及客觀性、全面性、準確性、細緻性、直觀性和可 視性。自動診斷模塊——根據上述的心電數據採集、提取和識別(人工+自動)，按照心 血管疾病的特點進行指標設置、識別、存儲、分類、提取、定性、定量和特有的四維心電專家 智能診斷。診斷包括文字診斷，一、二、三維圖形診斷和可視化圖形診斷。用戶操作界面模塊——是一系列模塊的總稱。非一個單獨的模塊，而是涵蓋了所 有公共界面模塊和其它模塊專用的界面代碼部分，如菜單、按鈕的響應處理函數，工具條、 狀態條的顯示控制代碼，各種對話框的專用模塊等等。本模塊特點是模塊涉及面廣，模塊之間的交互關係錯綜複雜，代碼分散。軟體安全管理模塊——是通過軟、硬體加密措施，保障該專業軟體包的運行環境， 防止該軟體的非法拷貝和盜用。實施例1 一種四維心電圖診斷儀的實現方法，採集心電圖顯示程序流程是由上 位機中的兩個進程的流程構成的，一個流程用於接受用戶的控制命令，流程運行於主程序 消息循環進程中，另一個流程動態顯示採集的心電圖，流程運行於心電數據接收子進程中， 與信號採集處理流程共用一個子進程。主流程的所有操作，包括開始與結束，都是由主程序的消息循環啟動的。流程由啟 動操作開始執行，由結束操作終止執行，在啟動與結束之間，可以任意進行其它操作。如圖2採集心電圖顯示程序流程圖所示；步驟a-Ι 進入開始程序流程；取心電數據片段；計算圖形y軸偏移；將波形作圖 到帶背景的位圖；用新的心電位圖替換屏幕；步驟a-2 判斷屏幕回卷？若是，回卷處理；轉向步驟a_3 ；若否，轉向步驟a_3 ；步驟a-3 判斷幅度速度變化？若是；變化處理；結束；若否；結束。如圖3採集心電圖顯示控制流程圖(主進程)；步驟b-Ι ；通過用戶界面資源將用戶命令進入主程序消息循環選擇；步驟b_2 ；進入主程序消息循環選擇；選擇主程序消息循環開始進入步驟b_3 ；選 擇主程序消息循環的其它操作進入步驟b-4 ；選擇進入主程序消息循環的結束程序進入步 驟 b-5 ；步驟b_3 主程序消息循環開始；提供病員資料信息輸入界面，窗口界面切換到採 集窗口，顯示初始化，啟動採集顯示子進程；返回步驟b-2 ；進入主程序消息循環選擇；步驟b_4 進入主程序消息循環的其它操作；幅度比例調整；走速調整；開始磁碟 記錄；結束磁碟記錄；濾波選擇；本步驟的各個程序完成後均返回步驟b-2 ；步驟b_5 進入主程序消息循環的結束程序；結束磁碟記錄、創建病歷檔案、關閉 採集顯示子進程、打開新檔案並切換到心電圖窗口、結束返回步驟b-2。如圖4心電信號濾波程序流程圖所示；步驟c-1 開始；步驟c-2 濾波變量初始化；步驟c-3 數據緩衝；步驟c-4 選擇濾波參數數組；步驟c_5:IIR 濾波；步驟c-6 濾波延遲校正；步驟c-7:結束。如圖5 二維參數IIR濾波程序流程所示；步驟d-Ι:開始；步驟d-2 心電數據循環；心電數據循環結束轉至步驟d-8 ；步驟d-3:取數據；步驟d-4 參數個數循環；參數個數循環結束轉至步驟d-7 ；步驟d-5 分母係數求和生成多級中間變量；
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步驟d-6 分子係數求和生成多級結果變量；轉至步驟d-4 ；步驟d-7:取最終結果；步驟d-8:結束。為了提高濾波速度，心電信號濾波採用了 IIR無限脈衝響應濾波方式。IIR濾波 的算法並不複雜，關鍵是在濾波參數的計算上，不同的濾波，僅僅體現在選擇不同的濾波參 數。濾波參數是事先產生的，由於其計算非常複雜，自己無法計算，只能用MATLAB工具產生 的，根據不同的頻段，本流程事先分別生成了巴特沃茲、切比雪夫和橢圓濾波算法的參數以 供選擇。由於IIR濾波的延遲性比較大，流程考慮了延遲校正，使延遲的數據回復到應有 的時間位置上。二維IIR濾波流程是前面濾波主流程中的一個模塊。展開了 IIR濾波的具體過程， 濾波的算法完全遵照MATLAB工具提供的算法框圖，沒有原理可講，只能照辦。如圖6所示，綜合心電圖顯示控制程序流程(主程序)如下；步驟k-Ι ；用戶界面、定時器資源將觸發命令進入主程序消息循環選擇；步驟k_2 ；進入主程序消息循環選擇；選擇主程序消息循環開始進入步驟k_3 ；選 擇主程序消息循環的其它操作進入步驟k-4 ；步驟k_3 主程序消息循環開始；切換到綜合心電圖窗口 ；顯示、用戶界面初始化； 打開動態演示定時器；返回步驟k-2 ；進入主程序消息循環選擇；步驟k_4 進入主程序消息循環的其它操作；導聯角類型變換處理；波形數量調 整；振幅比例調整；波形長寬比調整；演示速度調整；角度值顯示選擇；2D向量顯示選擇； 3D向量顯示選擇；網格顯示選擇；投影線顯示選擇；投影對照方式變換；自由導聯方式轉 換；生成演示開關控制；導聯角設置對話框；心動周期調整對話框；旋轉自由導聯滑鼠響 應；顯示刷新；綜合心電圖顯示流程；本步驟的上述各個程序完成後均返回步驟k_2 ；步驟k_5 外來調用；停止動態演示顯示；關閉定時器；顯示結束處理；結束。如圖7所示，綜合心電圖顯示程序流程(主程序)步驟如下開始；顯示參數初 始化；不同導聯類型的角度處理；確定不同刷新類型的取數據範圍；根據幅度確定版面分 布參數；設定投影對照方式參數；設定自由導聯方式參數；靜態文字顯示；自由導聯顯示處 理；靜態VCG線顯示處理；靜態波形線顯示處理；靜態投影線顯示處理；3D最大向量顯示處 理；2D最大向量顯示處理；動態圖形角度、位置計算；動態文字顯示處理；動態VCG線擦除 處理；動態波形線擦除處理；動態投影點擦除處理；動態投影線擦除處理；動態VCG線顯示 處理；動態波形線顯示處理；動態投影點顯示處理；動態投影線顯示處理；所有動態圖形擦 除區域計算；保存下次作圖接續斷點；結束。綜合心電圖顯示程序運行在上位機的主進程中。顯示的用戶控制流程和顯示流程 全部在主程序的消息循環中執行。綜合心電圖顯示流程的執行啟動由用戶的切換窗口動作引起，通過消息循環觸 發。流程的關閉部分的程序執行不是由消息循環直接觸發，而是由用戶的切換其它窗口動 作引起，通過調用間接完成。
綜合心電圖的顯示刷新有兩個源頭，一個是系統例行刷新，一個是定時器觸發刷 新，它們都通過消息循環來觸發。流程的其它操作均在啟動操作和結束操作之間的時間段內進行，可以以任意次數 和順序進行操作。綜合心電圖顯示流程是包括在控制流程中的一個子流程，雖然也在主進程中運 行，但由於其重要性，故將它單獨描述。由於顯示流程內容較多，邏輯判別關係過於繁瑣，很難在小頁紙上表達，故在流程 圖中省略，可以將每個流程單元內部都看作具有邏輯判別。如圖8所示，信號採集處理程序上位機流程(主程序)步驟h-Ι:開始；步驟h_2 設備、文件句柄初始化；步驟h_3 創建數據接收處理子進程；步驟h_4 響應用戶命令並設置控制狀態；步驟h_5:結束採集？；是；向子進程發送結束命令；步驟h_6 等待子進程結束；關閉設備、文件句柄；步驟h_7 將臨時文件轉為正式文件；結束。如圖9所示，信號採集處理程序上位機流程(子程序)步驟i-Ι:開始；步驟i-2 發出接收命令並等待；步驟i-3 接收數據並裝入預處理緩衝；步驟i-4 數據放大倍數校正；步驟i-5 數據濾波處理；步驟i-6 心率、幅度等參數提取；步驟i_7 數據存檔處理；步驟i-8 調用顯示模塊刷新屏幕；步驟i-9 是否結束？是；執行步驟i-10，否；返回步驟i_2 ；步驟i-10 退出子進程；結束。如圖10，數位訊號採集板(下位機)流程如下步驟f-Ι:開始；步驟f-2 響應上位機的復位、傳輸命令；步驟f_3:是否復位？；步驟f-4 是；復位操作；否；將緩衝數據包裝後通過USK發送；返回步驟f_2。步驟g-1:開始；步驟g-2 信號進行AD轉換並循環緩衝；本步驟循環直至發現FIFO ；步驟g-3 將FIFO轉至步驟f_4的將緩衝數據包裝後通過USK發送步驟。數位訊號採集板(下位機)流程圖10是在心電信號硬體採集板上的程序流程，其 作用是將採集來的模擬信號進行數位化後傳輸到上位機。上位機是處理能力更強的計算 機，能夠將送來的數據進行更強大的後續處理。整個流程是由兩個微處理流程協同構成，一個是USK通信處理流程，一個AD轉換處理流程，由於流程比較簡單，就不再詳細敘述。上位機處理流程圖8、9是心電圖儀主計算機的處理流程，上位機通過標準設備IO 功能獲得從USK設備接收到的數據，然後進行一系列後續處理，完成濾波、存儲、顯示等功 能，從而完成心電圖數據的採集功能。流程由多個進程完成，為了便於理解，將兩個子進程的流程歸併到一個子進程流 程圖，因此可以把採集流程看作是由兩個進程完成。一個主進程和一個子進程。主進程主要負責對用戶操作的響應處理，如採集的啟動和結束，採集過程中間的 各種調節控制等。流程中的循環部分，在實際實現中，是採用Windows程序框架的消息循環 來完成程序的循環響應。子進程流程主要負責動態數據的校正、濾波、存檔、顯示處理，它是一個進程內的 大循環流程，流程的控制通過全局的狀態變量來控制實現，這些狀態變量，是由主進程的流 程來改變的。子進程本身也是由主進程創建的，它在主進程的第二步被創建。如上所述，對本發明的實施例進行了詳細地說明，但是只要實質上沒有脫離本發 明的發明點及效果可以有很多的變形，這對本領域的技術人員來說是顯而易見的。因此，這 樣的變形例也全部包含在本發明的保護範圍之內。
1權利要求
一種四維心電圖診斷儀的實現系統，其特徵在於包括設備接口模塊、信號採集處理模塊、心電信號濾波模塊、採集心電圖顯示模塊、檔案文件管理模塊、綜合心電圖顯示模塊、二維心電圖顯示模塊、三維心電圖顯示模塊、教學演示模塊、診斷報告列印模塊、心電參數提取模塊、自動診斷模塊、心電自動識別模塊、用戶操作界面模塊和軟體安全管理模塊；設備接口模塊是控制採集設備和從採集設備接收心電採樣數據；信號採集處理模塊是完成將採集的信號進行檢驗、結構重組、濾波、存儲、提交顯示、報錯任務，為後續的處理做數據準備；心電信號濾波模塊是實現對所有心電信號的濾波需求；一方面在心電信號採集過程中進行實時濾波；另一方面是在顯示和列印過程中對已保存的原始未濾波的心電信號進行濾波；採集心電圖顯示模塊是在屏幕中顯示心電信號採集過程；主要有15導聯動態刷新的心電圖波形12導Wilson和3導Frank導聯體系的XYZ心電信號顯示、接收、處理，與採集相關的用戶菜單，工具條操作命令和動態信息項目的更新，電子時間牌，動態心率顯示，信號異常標誌；綜合心電圖顯示模塊實現並在屏幕上顯示15導聯動態刷新的心電圖波形12導Wilson和3導Frank導聯體系的XYZ心電信號；以時間軸+線性表達一維心電圖即zVECG和以時間軸+平面表達的心電信號時間心向量圖T VCG、變向時間心向量圖DCT VCG、連續心向量圖C VCG、分解/放大心向量圖D/A VCG的幅度、角度和時間按25、50、75、100、200mm/s在坐標上的變化；除了顯示圖形外，本模塊還提供自動和人工標記、修改、選擇、去選擇、刪除心動周期識別的功能；二維心電圖顯示模塊從屏幕窗口顯示所指定的四個平面心向量圖VCG，即額面F、橫面H、右側和左側面RS/LS；三維心電圖顯示模塊提供一個或多個指定的心動周期在屏幕窗口顯示三維心向量圖3D VCG，是一個可人機互動的三維圖形窗口；診斷報告列印模塊提供所有診斷報告和彩色圖形的列印功能；心電參數提取模塊是指記錄到的心動周期中對心臟生物電信號參數的提取，如時間、空間、瞬間、間期、方位、振幅、角度、比值、面積、體積、形態參數，通過這些參數的定量定性變化，為心電學診斷提供依據；心電自動識別模塊是指從時、空域自動識別一維、二維和三維心電的各種波形，以實現心電參數提取的自動化、高效化及客觀性、全面性、準確性、細緻性、直觀性和可視性；自動診斷模塊根據上述的心電數據採集、提取和識別人工+自動，按照心血管疾病的特點進行指標設置、識別、存儲、分類、提取、定性、定量和特有的四維心電專家智能診斷；診斷包括文字診斷，一、二、三維圖形診斷和可視化圖形診斷；用戶操作界面模塊是一系列模塊的總稱；非一個單獨的模塊，而是涵蓋了所有公共界面模塊和其它模塊專用的界面代碼部分，菜單、按鈕的響應處理函數，工具條、狀態條的顯示控制代碼，各種對話框的專用模塊。
2.根據權利要求1所述的一種四維心電圖診斷儀的實現系統，其特徵在於二維心電圖 顯示模塊為細緻顯示單一心動周期或多個周期的整體、分解和放大的ALL、P、QRS、Τ、U環體；通過雙擊這些環體後跳轉進入三維心電顯示窗口，以獲取全方位、全角度、客觀、全面和 細緻的觀測。
3.根據權利要求1所述的一種四維心電圖診斷儀的實現系統，其特徵在於屏幕窗口同 時顯示四個畫面立體心向量圖和三個平面的F、H、RS心向量圖；每個平面的導聯個數和角 度可以根據需要進行設置，最多可設置18個觀測角的向量心電圖zV-ECG，三個面可顯示出 54導向量心電圖zV-ECG。
4.根據權利要求1所述的一種四維心電圖診斷儀的實現系統，其特徵在於三維心電圖 顯示模塊對三維心向量圖形所處的坐標系用滑鼠拖動，同步全方位全角度自由旋轉且無盲 區；三維坐標系設置多種背景方式XYZ三軸、彩色包絡線、彩色交叉平板或圓形中空的帶 有坐標的彩色交叉板和三維透明虛擬心臟；同時，本窗口還提供了該心動周期的一維正交 心電圖、二維平面心向量圖、心肌生物電擴布的過程動態演示和相應的數據對照顯示。
5.根據權利要求1所述的一種四維心電圖診斷儀的實現系統，其特徵在於教學演示模 塊通過人機互動交互的方式幫助人們理解、認知什麼是三維心電圖；立體、平面和直線表 達的三者關係；傳統的心電圖是如何產生的，其利弊、主次的根本區別是什麼。
6.根據權利要求1所述的一種四維心電圖診斷儀的實現系統，其特徵在於檔案文件管 理模塊具備所有的心電圖病歷檔案；包括檔案文件創建、定位讀寫、定位修改、拷貝、修改 和刪除基本功能；同時具備瀏覽用戶檔案信息，按疾病的種類不同進行分類、歸類，過濾查 找用戶檔案，導入導出用戶檔案，刪除用戶檔案和檔案目錄。
7.根據權利要求1所述的一種四維心電圖診斷儀的實現系統，其特徵在於屏幕窗口提 供了一個自由導聯指針，通過滑鼠自由地在360度範圍內轉動，當指針指向某個角度時就 顯示出那個導聯角度的向量心電圖zV-ECG。
8.根據權利要求1所述的一種四維心電圖診斷儀的實現系統，其特徵在於診斷報告 列印模塊提供十一種類型的圖形報告12導心電圖ECG、正交心電圖0-ECG、向量心電圖 zV-ECG、時間心向量圖T-VCG、變向時間心向量圖DCT-VCG、連續心向量圖C-VCG、分解/放 大心向量圖D/A-VCG、平面心向量圖VCG、立體心向量圖3D-VCG、立體影像心向量圖3DI-VCG 和綜合心電活動圖；診斷報告是採用文字、報表和圖像方式。
9.根據權利要求1所述的一種四維心電圖診斷儀的實現系統，其特徵在於軟體安全管 理模塊是通過軟、硬體加密措施，保障該專業軟體包的運行環境，防止該軟體的非法拷貝和 盜用。
10.根據權利要求1-9中任意所述的一種四維心電圖診斷儀的實現系統，其特徵在於 綜合心電圖顯示模塊對1 78個導聯進行實時、長時、同步、組合、轉換、觀察和描記，即 12導心電圖ECG、3導正交心電圖0-ECG、3導時間心向量圖T_VCG、3導變向時間心向量圖 DCT-VCG、3導連續心向量圖C-VCG和54導向量心電圖zV-ECG。
11.根據權利要求1-9中任意所述的一種四維心電圖診斷儀的實現系統，其特徵在於 設備接口模塊與信號採集處理模塊連接，信號採集處理模塊連接用戶操作界面模塊和心電 信號濾波模塊；心電信號濾波模塊連接用戶操作界面模塊和檔案文件管理模塊；診斷報告列印模塊連接信號採集處理模塊、檔案文件管理模塊、自動診斷模塊、用戶操 作界面模塊、心電參數提取模塊和心電自動識別模塊；用戶操作界面模塊連接採集心電圖顯示模塊、綜合心電圖顯示模塊、二維心電圖顯示 模塊、三維心電圖顯示模塊和教學演示模塊；採集心電圖顯示模塊、綜合心電圖顯示模塊、二維心電圖顯示模塊、三維心電圖顯示模 塊和教學演示模塊連接心電參數提取模塊和心電自動識別模塊。
12.—種四維心電圖診斷儀的實現方法，其特徵在於數位訊號採集板下位機流程步驟 是在心電信號硬體採集板上的程序流程，其作用是將採集來的模擬信號進行數位化後傳輸 到上位機；上位機處理流程是心電圖儀主計算機的處理流程，上位機通過標準設備IO功能獲得 從USK設備數位訊號採集板下位機接收到的數據，然後進行一系列後續處理，完成心電信 號濾波步驟、存儲步驟、綜合心電圖顯示流程顯示步驟，從而完成心電圖數據的採集。
13.根據權利要求12所述的四維心電圖診斷儀的實現方法，其特徵在於上位機中的兩 個進程的流程構成的採集心電圖顯示程序流程，一個主流程用於接受用戶的控制命令，流 程運行於主程序消息循環進程中，另一個流程動態顯示採集的心電圖，流程運行於心電數 據接收子進程中，與信號採集處理流程共用一個子進程。
14.根據權利要求12所述的四維心電圖診斷儀的實現方法，其特徵在於主流程的所有 操作，包括開始與結束，都是由主程序的消息循環啟動的；流程由啟動操作開始執行，由結 束操作終止執行，在啟動與結束之間，進行其它操作。
15.根據權利要求12所述的四維心電圖診斷儀的實現方法，其特徵在於綜合心電圖顯 示程序流程主程序步驟如下開始；顯示參數初始化；不同導聯類型的角度處理；確定不同 刷新類型的取數據範圍；根據幅度確定版面分布參數；設定投影對照方式參數；設定自由 導聯方式參數；靜態文字顯示；自由導聯顯示處理；靜態VCG線顯示處理；靜態波形線顯示 處理；靜態投影線顯示處理；3D最大向量顯示處理；2D最大向量顯示處理；動態圖形角度、 位置計算；動態文字顯示處理；動態VCG線擦除處理；動態波形線擦除處理；動態投影點擦 除處理；動態投影線擦除處理；動態VCG線顯示處理；動態波形線顯示處理；動態投影點顯 示處理；動態投影線顯示處理；所有動態圖形擦除區域計算；保存下次作圖接續斷點；結 束ο
16.根據權利要求12所述的四維心電圖診斷儀的實現方法，其特徵在於綜合心電圖顯 示流程的執行啟動由用戶的切換窗口動作引起，通過消息循環觸發；流程的關閉部分的程 序執行不是由消息循環直接觸發，而是由用戶的切換其它窗口動作引起，通過調用間接完 成；綜合心電圖的顯示刷新有兩個源頭，一個是系統例行刷新，一個是定時器觸發刷新，它 們都通過消息循環來觸發；流程的其它操作均在啟動操作和結束操作之間的時間段內進行，可以以任意次數和順 序進行操作。
17.根據權利要求12所述的四維心電圖診斷儀的實現方法，其特徵在於綜合心電圖顯 示程序運行在上位機的主進程中；顯示的用戶控制流程和顯示流程全部在主程序的消息循 環中執行。
18.根據權利要求12所述的四維心電圖診斷儀的實現方法，其特徵在於心電信號濾波 步驟採用了 IIR無限脈衝響應濾波方式；濾波參數是事先產生的，用MATLAB工具產生，根據不同的頻段，本流程事先分別生成了巴特沃茲、切比雪夫和橢圓濾波算法的參數以供選 擇；由於IIR濾波的延遲性比較大，流程有延遲校正，使延遲的數據回復到應有的時間位 置上；二維IIR濾波流程是前面濾波主流程中的一個模塊；展開了 IIR濾波的具體過程，濾波 的算法完全遵照MATLAB工具提供的算法。
19.根據權利要求12所述的四維心電圖診斷儀的實現方法，其特徵在於綜合心電圖顯 示流程是包括在控制流程中的一個子流程，在主進程中運行。
20.根據權利要求12所述的四維心電圖診斷儀的實現方法，其特徵在於下位機流程步 驟是由兩個微處理流程協同構成，一個是USK通信處理流程，一個AD轉換處理流程，流程由多個進程完成，或採集流程由兩個進程完成；一個主進程和一個子進程；主進程主要負責對用戶操作的響應處理，如採集的啟動和結束，採集過程中間的各種 調節控制；流程中的循環部分，採用Windows程序框架的消息循環來完成程序的循環響應；子進程流程主要負責動態數據的校正、濾波、存檔、顯示處理，它是一個進程內的大循 環流程，流程的控制通過全局的狀態變量來控制實現，這些狀態變量，是由主進程的流程來 改變的；子進程本身也是由主進程創建的，它在主進程的第二步被創建。
全文摘要
四維心電圖診斷儀的實現方法及系統，包括設備接口模塊、信號採集處理模塊、心電信號濾波模塊、採集心電圖顯示模塊、檔案文件管理模塊、綜合心電圖顯示模塊、二維心電圖顯示模塊、三維心電圖顯示模塊、教學演示模塊、診斷報告列印模塊、心電參數提取模塊、自動診斷模塊、心電自動識別模塊、用戶操作界面模塊和軟體安全管理模塊；提供12導心電圖ECG、正交心電圖O-ECG、向量心電圖zV-ECG、時間心向量圖T-VCG、變向時間心向量圖DCT-VCG、連續心向量圖C-VCG、分解/放大心向量圖D/A-VCG、平面心向量圖VCG、立體心向量圖3D-VCG、立體影像心向量圖3DI-VCG和綜合心電活動圖；診斷報告是採用文字、報表和圖像方式。
文檔編號A61B5/0402GK101912260SQ201010270588
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月1日 優先權日2010年9月1日
發明者趙峰 申請人:趙峰