用於合成導聯和提供精確性量度的心電圖系統的製作方法
2023-10-21 10:57:47 3
專利名稱：用於合成導聯和提供精確性量度的心電圖系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及心電圖(ECG)系統，特別是涉及能提供合成信號的心電圖系統，該合成信號與提供實際的ECG信號的電極所產生的信號相應。
背景技術：
ECG系統是眾所周知的，它可給醫生提供關於患者心臟的生理狀態的信息。更具體地說，存在有所謂12導聯的ECG系統，它給醫生提供12種叫做導聯的波形。為了提供這樣的12導聯的ECG，在患者身上安放10個電極，並對來自這些電極的信號加以處理以便提供12導聯，所有這些都是以已知方式進行的。10個這些電極包括4個電極，提供處理信號以產生6個被叫做四肢導聯的導聯；和6個電極，提供處理信號以產生6個被叫做心前區或胸導聯的導聯。
在某些情形中，來自所有10個電極的信號並不都是可用的，而這些信號是正確得出12導聯的ECG所需要的。例如，有時電極從身體上鬆掉或滑動，就會產生零信號，或產生一些按的方式衰減到不能使用程度的信號。此外，在患者身上由於受傷或手術也不能提供應安放一個或多個電極的該位置。作為另一例子，在無可挑剔的檢測或遙測的條件下，為了患者的舒服和將要求處理的信號減至最少，裝備有僅提供5或6個電極的模塊。
在其它情形中，可能希望將電極安放在身上與正常使用位置不同的位置上。例如可能希望監測心臟的右側，或監測左側附近。
在任何情形，電極有時都會被放置在不正確的位置上，或將兩個電極顛倒。此外電極還可能提供異常的信號。例如，如果電極從患者身上鬆掉或滑動，則來自那個電極的信號就是不精確的。另外，如果病人移動(例如，側身或坐起來)，作為來自所有電極的信號，即使是精確的，也可能由於該患者的移動在分析之後得出異常的結果。最好是在上述的所有條件下都仍能提供產生12導聯ECG所需要的信號。
眾所周知，代表相應的導聯信號的信號都包含有相互冗餘的信息。眾所周知的還有，如果一個電極丟失或發生故障，則就可適當地將能獲得的和起作用的來自其它電極和/或其它導聯的信號組合起來用於產生一合成信號，該合成信號非常近似於源自該丟失或發生故障的電極的導聯信號。為了應用這種技術，在分析階段中，將整個12導聯的ECG的至少某些部分記錄下來。然後處理該記錄的信號以便產生一功能，可應用於能獲得的導聯信號上，用來合成一與丟失或發生了不能使用的畸變的導聯信號近似的導聯信號。在合成階段中，就將這種功能施加於可獲得的導聯信號。使用這種技術，丟失的導聯就可被合成。
在1991年10月22日公布的Nicklas等人的專利U.S.Patent5,058,598中公開了一種系統，用於從稱做基礎導聯組的導聯來合成預期的心前區導聯。首先，在分析階段，對包括至少該基礎導聯組(在Nicklas等人的專利中，該基礎導聯就是I，II，和V2)和希望合成的該心前區導聯信號(除V2以外)的一組ECG導聯信號進行處理，以便產生一線性方程的係數。然後，在合成階段，接收僅代表該基礎導聯的信號，並將那些基礎導聯的值代入該線性方程來得出代表所想要的合成心前區的導聯信號。Nicklas等人還公開了，將該ECG的複合波(ECG complex)分區成一些段(例如，QRS，ST，等)並分別對每一段進行處理，以便對與每段相應的各自的線性方程產生相應的係數組。在這種情形中，在合成階段上，將來自基礎導聯的每段的值代入適當的線性方程，以得出代表在該段所預期的合成的心前區導聯信號。
在1996年2月13日公布的Mortara的專利U.S.Patent5,490,515中公開了一種系統，用來從一組的8個導聯信號合成一單個的特定導聯。在分析階段，來源於相應電極的該組的8個導聯信號被該系統接收，並產生一具有表項的係數表，該表項代表一組線性方程的係數。在合成階段，該係數表那時就用來根據其它7個導聯信號的值合成從該8個導聯信號中所選出的一個。Mortara還同時公開了多於一個的丟失導聯的合成。
在這兩種系統中都沒有什麼合成信號精確度的指示提供給操作人員。此外，在這兩系統中也沒有什麼信息提供給操作人員來提醒操作人員信號異常，這既無助於該ECG的製備，也無助於解釋顯示的12個ECG導聯波形。
最好測定與其它可能合成的信號有關的該合成信號的精確度，並將該信息提供給操作人員。還需要提供信息給操作人員，以便提醒他信號異常，和有助於製備該ECG和解釋該結果。在某些情形，如遙測ECG中，還希望用最少的電極數來監測患者，同時產生全部的12個導聯的ECG並保持一希望的精度水平。
發明概述按照本發明的原理，心電圖(ECG)系統可提供一組ECG導聯信號。該系統包括一ECG導聯信號源的子集合。與該ECG導聯信號源耦連的合成器從該ECG導聯信號的子集合產生一組合成的ECG導聯信號。還產生代表該合成ECG導聯信號組的精度的數據。
附圖簡述在附圖中
圖1是一框圖形式的圖解，資料庫方塊還以存儲器平面布置形式表示，它圖示出按照本發明原理的ECG系統的一部分；圖2是一有助於理解圖1所示系統運作的流程圖；圖3是一說明矩陣計算的圖解，它有助於理解本發明的運作；圖4是一說明按本發明原理的系統的一不同部分的框圖；及圖5和圖6是說明圖1所示的系統根據體位變化運作的流程圖。
發明詳述圖1是一框圖形式的圖解，資料庫方塊還以存儲器平面布置形式表示，它圖示出按照本發明原理的ECG系統的一部分。在圖1中，打算將多個電極102附著在患者身體的相應位置上。該多個電極102是與一預處理器104的相應輸入端子耦連。該預處理器104的相應輸出端與存儲器106的相應輸入端耦連。該存儲器106的相應輸出端與分析線路(circuit)108的輸入端耦連。分析線路108的輸出端與一資料庫110的輸入端耦連。
在運行過程中，該多個電極102就是打算附著在患者預定位置的ECG電極。在所示實施例中，提供有10個電極。該預處理器104處理來自該10個電極的信號，以便在相應輸出端產生代表12導聯的ECG的信號。更具體地說，處理來自四個肢體的導聯電極的信號，以提供肢體導聯信號I和II。從肢體導聯(limb lead)信號I和II就可用數學方法得出其餘的肢體導聯信號III，aVR，aVL，和aVF。在所示實施例中，那些其它肢體導聯信號的推導與本發明並無密切關係，因而在本申請的餘下部分對它們不作討論。分別對其它六個電極進行處理，以便提供相應的心前區導聯信號(V1，V2，V3，V4，V5，V6)。這樣，代表8個導聯信號(I，II，V1，V2，V3，V4，V5，V6)的信號就由該預處理器104以已知的方式產生，並進一步按下述方法對其加以處理。
在所示實施例中，這種預處理還包括模擬-數字轉換。因而，該8個導聯信號都具有多位的數字形式。該預處理器104還可提供處理，以便識別每個ECG的複合波特徵，和對每個導聯的若干數目的相繼ECG複合波進行時間對準和聚集(time align and aggregate)(例如，平均，中值濾波器等)，這一切都是以已知的方式進行的。將代表該8個可能是聚集的ECG導聯複合波都按已知方式存入該存儲器106的相應單元中。
圖2是一有助於理解圖1所示的分析系統的分析階段的運作的流程圖。該運作從方框202開始。在方框204中獲得全部的12個導聯ECG，而且，如上所述，該結果是代表8個相應ECG導聯複合波(I，II，V1，V2，V3，V4，V5，V6)的多位數字數據，這些複合波可能是聚集的。代表這8個導聯複合波的數據都是以已知的方式被存儲在存儲器106中的相應單元中。
該分析線路108以已知的方式從該存儲器106中與該8個導聯複合波相應的單元上檢索數據。然後該分析線路108就對檢索的數據進行分析。一般來說，對待每個可能的一個或多個導聯的組合就猶如它丟失或不能使用一樣。然後，對於每個這樣的組合來說，將被當做猶如仍然可用的其它剩餘的導聯複合波與該丟失的導聯複合波或一些複合波進行比較，並對該可用的導聯複合波的功能進行計算，這就可很精確地從該可用的導聯來合成該一個或多個丟失的導聯。該合成精度的測量也可確定，而且該計算的功能和確定的精測測量兩者都被存儲在該資料庫110中。應用於每個這樣的組合的處理被圖示於圖2中並詳細描述在下面。
在方框206中，將首先由所述8個導聯之一構成的導聯子集合選作丟失的導聯。為了下面描述，該選擇的導聯是該心前區導聯V1。在方框208中，將該存儲的代表所選擇的導聯V1的導聯複合波數據與該存儲的代表其它7個導聯複合波(I，II，V2，V3，V4，V5，和V6)的導聯數據進行比較，以便計算那些其它7個導聯複合波(I，II，V2，V3，V4，V5，和V6)的作用，這將最接近地近似所選擇的導聯複合波(V1)。
在所示的實施例中，一近似該選擇導聯複合波V1的合成的導聯複合波SV1由其它7個導聯複合波(I，II，V2，V3，V4，V5，和V6)的線性組合合成。這種合成可用一組係數{CI(V1)，CII(V1)，CV2(V1)，CV3(V1)，CV4(V1)，CV5(V1)和CV6(V1)}表示。符號Cx(y)是意欲代表該施加於第x個可用的導聯複合波，用來合成該丟失的第y個導聯複合波的係數C。也就是說，這組係數分別代表該其它7個導聯複合波(I，II，V2，V3，V4，V5，和V6)在該線性組合中的比例，該線性組合代表最接近該丟失的導聯複合波V1的合成複合波SV1。在所示實施例中該係數是利用具有零截距矢量的最小二乘線性回歸以已知的方法計算的。本技術的普通人員將會明白，任何的組合形式，如多項式或三角的也可使用。
在方框208中的計算產生一合成矩陣(synthesis matrix)M。圖3是說明矩陣計算的圖解，它有助於理解本發明的運作。在圖3a中，矩陣M[V1]圖示出在所選擇的導聯為導聯V1時所產生的一矩陣。符號M[Z]是意圖代表合成矩陣，該矩陣用來從丟失ECG導聯複合波組{z}的輸入矢量I合成該合成的矢量S。輸入矢量I包含一些代表來自該8個導聯複合波(I，II，V1，V2，V3，V4，V5，V6)的數據點的元素。該矩陣M[V1]具有一單位矩陣作為它的基礎。但是，與該合成導聯複合波SV1相應的行(例如，從上數的第三行)卻被該係數組{CI(V1)，CII(V1)，0，CV2(V1)，CV3(V1)，CV4(V1)，CV5(V1)和CV6(V1)}代替，該係數組是在方框208中由分析線路108計算的。與該選擇的導聯複合波V1相應的列(例如從左數第三列)被設定為0，因而所選擇的導聯複合波V1對於形成該合成導聯複合波SV1的組合沒有貢獻。
本技術的普通人員將明白，在該合成矩陣M[V1]乘以輸入矢量I時，結果就是合成矢量S。該合成矢量S包含有代表該8個合成導聯複合波(SI，SII，SV1，SV2，SV3，SV4，SV5，SV6)的合成數據點的元素，其中該選擇導聯的合成導聯複合波SV1是從其它7個導聯(I，II，V2，V3，V4，V5，V6)合成的，而剩餘的導聯(SI，SII，SV2，SV3，SV4，SV5，SV6)則與輸入矢量I中的相應元素相等。
在方框210中，相似性係數SC按下述方法確定。當在方框208中計算了該矩陣M[V1]時，就用它來產生8個合成的導聯複合波(SI，SII，SV1，SV2，SV3，SV4，SV5，SV6)。然後再將該合成的導聯複合波(SI，SII，SV1，SV2，SV3，SV4，SV5，SV6)與存儲在存儲器106中的該實際的導聯複合波(I，II，V1，V2，V3，V4，V5，V6)進行比較，以計算相似性係數SC。這在圖1中被標示為SC[V1]，以便表示它是選擇導聯V1的相似性係數SC。在所示實施例中，這係數SC[V1]是從該合成的導聯複合波數據(SI，SII，SV1，SV2，SV3，SV4，SV5，SV6)與存儲的實際導聯複合波數據(I，II，V1，V2，V3，V4，V5，V6)的均方根(RMS)值的差來計算的。更具體地說，該合成係數SC是按公式SC=1-RMSsource-RMSerrorRMSsource]]>計算的。另外，該著名的Pearson相關技術也可用來產生相似性係數SC。但是，本技術的普通人員將明白，任何評估該合成導聯複合波與該實際導聯複合波的相似性的技術都是可使用的。
在步驟212上，所計算的矩陣M[V1]和相應的相似性係數SC[V1]都按已知的方式存儲在該資料庫110中。該資料庫110是保持在一永久存儲器裝置上。例如該資料庫可按已知方式安放在可由醫院網絡進入的中央單元的一磁碟驅動系統上。倘若該存儲裝置和資料庫110可由ECG系統訪問，則其具體配置就與本發明無密切關係。
本技術的普通人員從圖1將明白，該資料庫110包含多個條目(entry)分別與不同的患者和不同的一般群體(generalpopulation)相應。在下面將對這作較詳細的描述。每個患者和一般群體的條目都包含一系列的如上述那樣推導的合成條目，與選擇(丟失)的導聯複合波的不同組相應。在圖1中，圖示出了患者2的條目。該患者2的條目又包含第一合成條目，該矩陣M[V1]和該相似性係數SC[V1]就存儲其中。其它的與本發明關係不密切的數據也可存儲在該患者條目中和/或該患者條目的合成條目中。
在方框214中，如果所有的合成條目都已充填，則該過程就終止在方框216中。否則處理就返回到方框206，在這裡，選擇導聯的另一子集合併將其當做丟失處理。在圖示的實施例中，所有的由單個丟失導聯構成的子集合都被處理，然後是處理所有的由兩個丟失導聯構成的子集合，所有的由三個丟失導聯構成的子集合，等等。本技術的普通人員將明白，確定和處理子集合的順序與本發明無密切關係。
更具體地說，在所示的實施例中，下一個選擇該心前區導聯V2並再進行上述處理。在這種情形中，再參考圖1，將這處理的結果，M[V2]和SC[V2]，存儲在該患者2的條目中的第二合成條目內。對於所有餘下的單個丟失的導聯的子集合都繼續這過程。然後對所有兩個同時丟失的導聯組進行處理。例如，同時選擇導聯V1和V2，並當作丟失對待，而且進行上述的相同處理，並將該結果，合成矩陣M[V1，V2]和相似性係數SC[V1，V2]存入適當的患者2的合成條目中。然後同時選擇兩丟失的導聯V1和V3的下一組，並當做丟失對待而且進行相同的處理。
圖3b圖示出一矩陣M[V1，V3]，它是在同時將導聯V1和V3選作丟失時計算的。同前面一樣，該矩陣M[V1，V3]具有單位矩陣作為其基礎。但在這種情形，與該合成導聯SV1相應的行，用係數CI(V1)，CII(V1)，0，CV2(V1)，0，CV4(V1)，CV5(V1)，和CV6(V1)代替，而與該合成導聯SV3相應的行，用係數CI(V3)，CII(V3)，0，CV2(V3)，0，CV4(V3)，CV5(V3)，和CV6(V3)代替。同時，與該選擇導聯的複合波V1和V3相應的列則用0代替，以確保來自這些導聯複合波的輸入信號對該合成導聯信號沒有貢獻。此外，確定相似係數SC[V1，V3]，並將矩陣M[V1，V3]和相似係數SC[V1，V3]兩者都存入該患者2的條目的適當的合成條目中。對於所有兩個丟失導聯的組都繼續這過程，接著是對三個丟失導聯的組合等等情形進行這過程，直到該患者2的條目被充滿，該過程就終止在方框216(圖2的)。
如在Nicklas等人的專利中公開的那樣，可將存儲在存儲器108中的該8個複合波的每一個分段，並對每區獨立地進行上述計算。在本發明中，這將導致多個矩陣，每段一個，存儲在該患者2的條目的每個合成條目中。當從該能可用的導聯來合成丟失的導聯(一些導聯)時，就根據哪個段是被當前合成的來使用適當的矩陣，一切都如Nicklas等人的專利所公開的那樣。
圖4是一說明按本發明原理的系統的合成部分的框圖。在圖4中那些與圖1中所圖示的那些元件相同的元件都用相同的參考號標明，在下面不作詳細描述。在圖4中該預處理器104的相應輸出端子與合成器306和控制器308的相應輸入端子耦連。合成器306的相應輸出端子與顯示裝置310的相應數據輸入端子耦連。該控制器308的合成器的控制輸出端子與該合成器306的控制輸入端子耦連，該控制器308的顯示裝置的控制輸出端子與該顯示裝置310的控制輸入端子耦連。該顯示裝置310包括一顯示屏312和一組用戶控制314。連同其它控制一道，這些用戶控制314包括畫成圓圈的旋鈕和畫成園角方形的按鈕。該顯示裝置310的用戶控制的輸出端子與該控制器308的用戶控制輸入端子耦連。將該控制器308的雙向端子與該資料庫110的相應端子耦連。
如圖4所示，該顯示裝置310可將來自該合成器306的12導聯ECG的波形按ECG波形的通常方式顯示在該顯示屏312上。此外，該控制器308可對來自該顯示裝置310上的控制314的用戶輸入作出響應，從而可調節該顯示裝置310，以便在該顯示屏312上顯示信息。該控制器308還可根據來自預處理器104的導聯信號來控制合成器306的運作，其型式將在下面詳述。該合成器306依次對從該預處理器104接收到的導聯信號進行圖3所示的矩陣乘法運算，以便產生該顯示裝置310的導聯信號，可能包括合成的導聯信號。
在一般操作中，由操作人員將多個電極102附著在患者的預定位置上。該操作人員操作該用戶控制314以便輸入想要的有關監測的信息，包括，例如，患者的識別標記。該控制器308然後調節該合成器306，以便按正常模式運行。該預處理器104提供8個導聯信號給合成器306。在正常模式中，所有的多個電極102都是工作的，而且來自該預處理器104的所有導聯信號都是精確的。該控制器308調節該合成器306，以便使輸入的導聯信號無變化的通到該輸出端。這可通過在該合成器306的矩陣307中放置一單位矩陣的方法來實現。該合成器306利用該單位矩陣進行圖3所示的矩陣乘法運算，以將所接收的12個導聯信號傳輸到該顯示裝置310。該顯示裝置依次將來自該合成器306的12個ECG波形都按通常的方式顯示在顯示屏312上。在這種操作模式下，該相似性係數具有其最大值。
但是，如上所述，一個或多個電極有可能從患者身上分離和鬆開。這可被控制器308通過很多已知技術中的任意一種自動檢測出來。例如，如果在一導聯信號中沒檢測到脈衝成分，則可認定該導聯信號是不起作用的。
在這種情形，該控制器308從該資料庫110中檢索當前患者的，例如患者2的條目(如圖1所示)，並從該條目檢索適合於合成已認定不起作用的導聯或一些導聯的矩陣。例如，如果導聯V1被認定不工作，則就從該資料庫110的患者2的條目中檢索矩陣M[V1]。然後該控制器308將該矩陣M插入該合成器306的矩陣307中。該合成器306進行上述的矩陣乘法運算，參考圖3，以便對不起作用的該導聯或一些導聯提供一合成信號。該顯示裝置310連續顯示從該合成器306接收的12個導聯波形，包括該合成的導聯波形或一些波形。
該控制器308還可調節該顯示裝置310，以便顯示一標記在顯示屏上，以提醒操作人員有一個或多個顯示的導聯是被合成的。這種標記可包括以某種形式使該合成導聯波形或該合成導聯波形的背底變得醒目，如相對於其它導聯波形改變該合成導聯波形的強度或顏色；或者在該合成波形的附近放置一指示符號；或在該顯示屏312上顯示該合成波形的文字標識。此外，該控制器308還可從該資料庫110檢索相應的相似性係數SC並將它顯示在該顯示屏312上作為該顯示的波形的預期精度的指示。
上述合成技術還可用來識別異常的導聯信號。該控制器306可依次地從該資料庫110檢索當前患者的矩陣用來合成單個的丟失導聯。也就是說，首先檢索該矩陣M[I]，然後檢索矩陣M[II]，然後再檢索矩陣M[V1]，等等。當檢索了每個矩陣時，該控制器308就將檢索的矩陣M插入在該合成器306的矩陣307中。該合成器306進行上述的矩陣乘法運算以便為相應的ECG導聯信號提供一合成的ECG導聯信號。將這合成的導聯信號與來自該預處理器104的相應導聯信號進行比較。這種比較結果可用來識別來自該預處理器104的異常導聯信號。也就是說，如果該合成的ECG導聯信號基本上與相應的ECG導聯信號不相同時，這就表示一異常的ECG導聯信號。
例如，該合成的ECG導聯信號相對於該相應的ECG導聯信號可以是有關聯的。如果來自該預處理器104的導聯信號和來自該合成器306該相應的合成信號之間是高度相關的，則來自該預處理器104的導聯信號就被認為是精確的。但是如果不是高度相關，則來自該預處理器104的導聯信號就被認為是不起工作的。在這種情形，就進行上述處理，以便將該合成的導聯信號顯示在該顯示裝置310的顯示屏312上。可以間隔地重複這過程，以便查對來自該預處理器的導聯信號的精確性。
作為另一例子，通常都知道，電極在患者身上的位置可很容易被該ECG監測器的操作人員弄顛倒，例如，將RA和LA電極在患者身上弄顛倒是相當普通的。這就導致一反向的I導聯信號。通過進行上述過程，可將合成的I導聯與來自預處理器104的I導聯信號比較。強烈的正相關表示該RA和LA電極是安放正確的。另一方面，強烈的負相關則表示以將RA和LA電極的位置弄顛倒了。為響應指示，該操作人員就可被顯示裝置310的顯示屏312上的信息和/或聲音報警提醒去正確安放該RA和LA電極。
又如上所述，由於手術或受傷，可能不能提供患者身上的所有想要的位置。在這種情形，操作人員可操作該用戶控制314來給該控制器308提供不能提供的位置指示。那時該控制器308將為可提供的位置產生一電極配置列表，並訪問資料庫110的與這患者相關的條目中的數據，以檢索與每個電極配置相關的相似性係數SC。具有最高相似配置SC，即產生最精確的12導聯ECG波形合成的配置，那時就顯示在該顯示裝置310的顯示屏312上。這種顯示可以是文字的，也可以是提供該患者圖形的圖解，具體的電極位置都顯示在該圖上。該控制器308檢索與該配置相關的矩陣M，並將它放入該合成器306的矩陣307中。按照顯示的信息，該操作人員那時就應用這想要配置中的電極。然後該12導聯的ECG波形的顯示就可如上所述那樣進行，還可任選地包括使該合成導聯波形特別變得顯眼和顯示該相似性係數。
另外，可提供的電極配置與它們的相似性係數一起的完整列表可顯示在該顯示裝置310的顯示屏312上。該操作人員那時就可不只根據相似性係數還可根據其它的臨床上的考慮來選擇一個可提供的配置。該操作人員那時就可操作該用戶控制314，以便指示哪個配置已被選擇，並按該配置來施加電極。該控制器308從該資料庫110檢索適當的矩陣M，並將它提供給該合成器306的矩陣307。該控制器308然後調節該合成器306，以便如上所述那樣對該配置合成12導聯的ECG波形。
通過以最高相似係數來自動規定電極配置，或通過向操作人員提供具有相關相似性係數的電極配置列表來進行選擇，都可保證使用的電極將產生具有最大精確度的12導聯ECG波形，或最精確地給出實際的臨床考慮。
有時需要使用一非標準的電極配置。例如，醫生可想要與心臟右側有關的數據，或心臟左側附近的數據。前者要求一個或多個電極安放在該心臟右側的位置上，而後者進而要求安放在心臟的左側。有一些預定的這樣的位置，在胸右邊的叫做V1R，V2R，V3R，V4R，V5R和V6R，而在患者左側周圍的被叫做V7，V8和V9。現行系統既要求額外的電極和電路來處理信號和顯示來自這些信號的波形，又要求將從標準位置V1，V2，V3，V4，V5，和V6摘下的那個(些)電極安放在其它位置V7，V8，V9，V1R，V2R，V3R，V4R，V5R，和V6R上。從標準位置移動一導聯意味著失掉該電極產生的該導聯的信號。
在圖4所示的系統中，該操作人員操作該顯示裝置310上的用戶控制314，以便表示希望將一個或多個電極從它們的標準位置移動到另一位置。作為應答，該控制器308在該資料庫110中檢索與該患者相應的條目，並檢索用於丟失希望移動數目的導聯的配置的所有相似性係數SC。那就是說，如果希望移動兩個導聯，則該控制器308就檢索丟失兩個導聯的所有配置的相似性係數SC。該控制器308那時就從那些檢索的相似性係數之中自動選擇具有最高相似性係數SC的配置，並將信息顯示在該顯示裝置310的顯示屏312上，標示出與該相似性係數SC相應的電極配置。該操作人員將適當的電極安放在患者身上的特定標準位置上，然後將剩餘的導聯安放在其它非標準的希望位置上。
然後控制器308就從該資料庫110檢索與該特定的電極配置相應的矩陣M，並將它提供該合成器308中的矩陣307。然後該合成器306就從在標準位置上可用的導聯按上述方法合成該標準的12導聯的ECG波形。該控制器308還可調節該顯示裝置310以便同時將該12個導聯的ECG波形和來自其它位置(如從胸的右側)的導聯波形以已知方式顯示在該顯示屏312上。如前所述，該合成的波形可特殊地標識在該顯示屏上並/或顯示出的相似性係數。
另外，又如前述，還可將具有相應相似性係數的可能電極配置顯示在該顯示裝置310的顯示屏312上，操作人員根據該相似性係數和其它的臨床考慮從這些可能電極配置中選擇一個。該操作人員操作該用戶控制來選擇一種配置，而且該控制器308調節該系統，以便如上所述那樣以該配置運作。此外，如前所述，該相似性係數的使用使得合成的標準12導聯的ECG波形具有最大的精確度，或根據實際臨床考慮的最大精確度。
在某些情形，例如，如果患者正從一個地方運送到另一地方，或如果該ECG正以遙測的方法進行監視，就並不希望使用全套的10個電極來產生全部的12導聯的ECG。在這些情形中，為了患者的舒適，希望使用最少數的電極，同時在ECG上仍然要保持希望的精確度水平。另外，在某些情形，該ECG的監測器是小型化的，並不包括全部的10個電極。
在這些情形下，該控制器308從資料庫110中檢索患者的條目。對所有與一個丟失導聯相應的合成條目的相似性係數SC進行比較，選擇具有最大相似性係數的該條目。同樣，對所有與兩個丟失導聯相應的合成條目的相似性係數SC進行比較，選擇具有最大相似性係數的該條目。對每個可能的丟失導聯的數目(三個，四個等等)重複這種過程。然後將該選擇的條目列表，包括電極配置和相似性係數，都顯示在該顯示裝置310的顯示屏312上。該操作人員那時就利用該用戶控制314選擇滿足所需的最小精確度的條目，並按該條目所代表的配置將電極附著在患者身上。該控制器308對該系統進行調節，以便從所選擇的電極配置合成該12導聯的ECG。這樣，對於所選擇的電極數目就保證具有最大的精確度，同時在可能範圍內將所需的電極數減少到最少，因而將患者的不舒服減少到最小。
在前面的描述中，假定了事先可提供該患者的全部12個導聯ECG來進行分析。這不可能總能這樣。當然，當患者的ECG不能事先提供時，在資料庫110中就不可能有該患者的條目。再參考圖1，來自大的群體(population)的12導聯ECG可由分析線路108作為一組按圖2所示方法加以分析。在這種情形，將產生由方框204收集彙編在該存儲器106中的該8個導聯複合波，作為用於所有的該群體中的人們所有可用的8個導聯ECG複合波的聚集。這些一般群體的導聯複合波將按上述圖2所示的方法加以分析，以便產生一組一般群體的矩陣M和相應的相似性係數SC。這組矩陣M和相似性係數SC將被存儲在資料庫110的一般群體的條目中，在圖1中圖示為一標示有GENERAL 1的條目。該條目GENERAL 1具有與說明患者2的數據結構完全相同的數據結構。但是，在該GENERAL 1條目中的數據是以對整個群體聚集的12導聯複合波為基礎的。
如果在資料庫110中沒有條目，則就檢索一般群體的條目GENERAL1，該條目的數據可按與上述完全相同的方法用於上述的任何情形例如，檢測異常導聯信號，合成脫開的電極，或合成那些位置不可用或故意地移動到另一位置的電極的導聯。當為該患者累積了足夠完整的12導聯ECG複合波時，參考圖1和圖2在那些複合波上進行上述分析，就為該患者在資料庫110中創建了一新的條目，它包含由該分析產生的該矩陣和相關的相似性係數。利用在該資料庫110中為患者新建的該條目，繼續上述的處理。
還可將上面討論的一般群體中的人分組，名曰分類。例如分組可按性別，重量，年齡群，疾病和/或心臟的健康情況(例如，正常，缺血性/急性心肌梗塞，束支阻塞，等等)來劃分。患者的與一般群體相關的該ECG的複合波可相應方法來分類，並分別像上述那樣參照圖1和圖2進行分析，以便在該資料庫110中進一步產生特殊類別的一般群體的條目，在圖1中標示為GENERAL 2-GENERAL M。
當患者正準備作ECG時，該操作人員操作該顯示裝置301上的用戶控制314，以便向上述的控制器308提供該患者的特徵(姓名，性別，年齡，重量，等等)。如上所述，該控制器308查詢該資料庫110，查詢該患者的患者條目。如果患者在該資料庫110中沒有患者條目，則該控制器308就對與該患者相關的其它特徵進行處理，以便將該患者歸類到一可提供的類別中。那時該控制器308就檢索與患者所屬類別相應的特定類型的一般群體的條目，並利用在那個條目中的該合成條目來提供12導聯的ECG，直到該患者在該資料庫110中被歸到了他自己的條目為止。
當患者移動時就出現產生異常導聯信號的特殊情形。例如，通常的ECG檢測都假定患者處於仰臥的狀態。如果患者側翻，或坐起或站立，則該ECG導聯信號特徵都可發生變化，即使心臟功能在臨床上沒有變化也是如此。例如，體位的變化可產生該ST高度的變化，或T波形態上的變化。這就可導致錯誤的報警，或對該ECG的傾向數據(trenddata)的錯誤判讀。根據該ECG導聯信號的幅度變化和/或心臟電軸的變化來檢測體位變化的技術是眾所周知的。圖1和圖4所示的ECG系統就可利用來檢測和補償體位的變化。
圖5和圖6分別是說明圖1和圖4所示的系統部分在患者體位變化時的工作流程圖。圖5圖示出圖1所示系統按分析模式的運作情形。在分析模式中，多個矩陣被推導，每個都按上述的參照圖3的方法運作，以便將處於一個體位的患者所接收到的ECG導聯信號轉變成模擬該患者處於仰臥體位的相應的合成ECG導聯信號。例如，對於在左側位，右側位，正起(right up)60度，站立等體位的患者得出矩陣。
該體位的分析模式是在方框402中開始的。在方框404中，該患者被操作人員安放於仰臥位置。這個位置被認為是基準位置，而所有的報警等都是以在這位置上所接收到的ECG信號為基礎的。獲得全部的12導聯ECG，並將ECG複合波，可能是聚集的，如上所述存儲進該存儲器106中。在方框406將患者移動到另一位置，例如左側位。在方框408中獲得在這個體位的12導聯ECG，並將ECG複合波，可能是聚集的，存儲在該存儲器106中。在方框410中，該分析器108按已知方法從該存儲器106檢索該新體位的，如左側位的，ECG複合波，和仰臥體位的該ECG複合波數據，並將它們加以比較。利用線性回歸分析方法得出一組線性方程的係數，以便將與該新體位，如左側位，相應的ECG複合波數據轉變成合成的ECG複合波數據，該合成的ECG複合波數據近似仰臥體位相應的ECG複合波數據。在一優選實施例中，該QRST段被用於回歸分析。這些係數形成另一矩陣M。此外，按上述方法，相似性係數SC被得出給出該轉變的精確度的測量。在方框412，將該矩陣M和該相似性係數SC存儲在該患者條目(圖1的患者2)中的另一矩陣條目中。
在方框414中，確定是否對所有希望體位都得出了轉變矩陣，如果是，則該分析模式就終止在方框416。否則，在方框406中就將患者移動到另一位置，並對這新的位置重複方框408-402的過程。結果是得到另一群(group)矩陣和相似性係數，並存入該資料庫110的患者條目中。
本技術的普通人員將明白，如上所述那樣，可將相同的過程施加於來自該一般群體的聚集(aggregated)的ECG導聯複合波和存儲在一般條目(GENERAL 1)中的得出的矩陣和相似性係數上。另外，如上所述那樣，在從按，例如，性別，年齡，重量，等劃分的一般群體部分聚集的ECG導聯複合波上，和在存儲在與該分區(GENERAL 2-GENERAL M)相應的一般條目中的得出矩陣和相似性係數上也進行相同過程。
圖6是一說明在體位變化時按圖4所示的系統部分的合成模式工作的流程圖。合成模式開始於方框502中。在方框504中，檢測該患者的身體位置。該控制器308檢索與該檢測體位相應的矩陣M和相似性係數SC。該控制器308將所檢索的矩陣M插入在合成器306中的矩陣307內。在方框508中，該合成器306進行上述的參照圖3的矩陣乘法運算，以便將從該預處理器104接收的ECG導聯信號轉變成與處於仰臥位患者相應的合成ECG導聯信號。該合成的ECG導聯信號和相關的相似性係數那時就顯示在該顯示裝置310的顯示屏312上。如上所述，該顯示的ECG導聯信號是合成的標識，也顯示在該顯示屏312上。這樣，對於患者體位變化的任何傾向數據，如ST-傾向，或任何報警，如局部缺血報警，都可被適當地補償，這樣就改善了檢測的精確度和將錯誤報警減至最少。
上述的用來檢測和補償體位變化的分析和合成都是以利用線性回歸的標量方法為基礎的。另一方法是空間方法(spatial approach)。在這種方法中，不是利用一組線性方程的係數來合成轉變成仰臥位的ECG導聯信號，而是利用矢量分析的方法。通過應用一相反的Dower變換，按已知方法，從接收的ECG導聯信號得出矢量心動圖(vectorcardiographic)(VCG)信號。以VCG信號為基礎的計算為基準的仰臥患者位置和為不同的患者體位提供了該P，QRS和T波的軸。從仰臥位置到另一體位的長度和轉動角度那時都可計算。可利用這長度和角度數據來將所接收的VCG信號轉變成與基準的仰臥位置相應的合成VCG信號。這種長度和和角度數據還可用來檢測患者的體位變化。該合成的VCG信號可通過對其施加相反的Dower轉變的方法，轉變回標準的12導聯ECG的導聯信號。
在一優選實施例中，體位變化是利用上述空間方法來檢測的，而該標量的線性回歸方法是用來將接收到的ECG導聯信號轉變成基準的仰臥位置。這樣的配置可使患者體位變化的檢測和ST-傾向數據的精確度最優化。
權利要求
1.一種心電圖(ECG)系統，包括ECG導聯信號源；合成器，與該ECG導聯信號源耦連，用來產生與該ECG導聯信號相應的合成ECG導聯信號；控制器，如果該ECG導聯信號基本上與該合成ECG導聯信號源不相同時，用來產生一異常信號的指示。
2.權利要求1的心電圖系統，其中，在顯示異常信號時，該控制器就用該合成的ECG導聯信號代替該ECG導聯信號。
3.權利要求1的心電圖系統，其中，該控制器將該合成ECG導聯信號與該ECG導聯信號關聯起來，如果沒有很強的相關，則產生一異常信號的指示。
4.權利要求1的心電圖系統，其中，該ECG導聯信號源包括意欲來附著在患者身上的電極；及異常信號的指示表示該電極並沒附著在該患者身上。
5.權利要求1的心電圖系統，其中，該ECG導聯信號源包括意欲來附著在患者身上預定位置的電極，一異常信號的指示表示該電極並沒附著在該患者身體的預定位置上。
6.權利要求1的心電圖系統，其中，該ECG導聯信號源包括意欲來附著在患者身上相應預定位置產生該ECG導聯信號的一對電極；該控制器將該合成ECG導聯信號與該ECG導聯信號關聯起來；及強的正相關表示該電極附著在該正確的相應預定位置上，而強負相關表示該電極分別附著在用於其它電極的預定位置上。
7.一種心電圖(ECG)系統，包括ECG導聯信號源；資料庫，包括多個條目，每個條目又包含用來將處於相應體位的患者的12導聯ECG轉變成處於基準體位的患者的合成12導聯ECG的數據；體位檢測器，用來檢測該患者的體位；控制器，與該體位檢測器和該資料庫耦連，而且包括電路，用來從該體位檢測器接收與患者體位相關的信息；從該資料庫選擇與檢測的患者體位相應的最接近的條目；及合成器，與該ECG導聯信號源和該控制器耦連，用來接收在該選擇條目中的轉變數據，從該ECG信號源來的12導聯ECG信號合成該基準體位的12導聯ECG，並將代表該合成的12導聯ECG的數據提供給用戶。
8.權利要求7的心電圖系統，其中，該資料庫的條目包括該患者專用的條目。
9.權利要求7的心電圖系統，其中，該資料庫的條目包括從一般患者群體得出的條目。
10.權利要求9的心電圖系統，其中，該資料庫條目包括從按患者特徵劃分的一般患者群體的部分得出的條目。
11.權利要求10的心電圖系統，其中，該患者特徵是從由年齡，性別，重量，心臟狀態構成的組中選擇的。
12.權利要求7的心電圖系統，其中該用戶界面包括能顯示圖形信息的顯示屏；及該控制器給用戶提供信息，以圖形形式顯示所選擇的配置。
13.權利要求7的心電圖系統，其中該體位檢測器包括用來從用戶接收代表該患者體位的數據的電路。
14.權利要求7的心電圖系統，其中，該體位檢測器包括電路，用來將來自該ECG導聯信號源的12導聯ECG信號轉變成矢量心電圖(VCG)和得出該患者體位的P，QRS和T-波的軸；從處於該基準位置的患者的那些來得出所得出的軸的長度和轉動；從該得出軸的長度和轉動來確定該患者的體位。
15.一種心電圖(ECG)系統，包括ECG導聯信號源，包括設計來附著在患者身上的電極；用戶界面，用來給用戶提供信息和從用戶接收信息；資料庫，包括多個條目，每個條目都包含用來合成12導聯的ECG的數據和用於該合成12導聯ECG的精確性量度，所述數據來源於按相應配置而附著在患者身上的若干電極所得出的導聯子集合；控制器，與該用戶界面和該資料庫耦連，並包括電路，用來從用戶界面接收與很多可用的電極相關的信息；從該資料庫檢索條目用於配置，其中電極數與可用的電極數相同；及選擇具有最高精確性量度的條目，並向用戶提供信息，表示所選擇的該可用的電極的配置；及合成器，與ECG導聯信號源，控制器，和用戶界面耦連，以便接收所選條目中的合成數據，從按所選配置附著在患者身上的電極來合成12導聯ECG，並將代表該合成的12導聯ECG和精確性量度提供給該用戶界面。
16.權利要求15的心電圖系統，其中不可用電極附著在患者身上的非標準位置上，代表來自這些電極的ECG導聯信號的數據被提供給該用戶界面。
17.權利要求15的心電圖系統，其中，該資料庫條目包括特定於所述患者的條目。
18.權利要求15的心電圖系統，其中，該資料庫條目包括從一般的患者群體得出的條目。
19.權利要求18的心電圖系統，其中，該資料庫條目包括從按患者特徵劃分的一般患者群體部分得出的條目。
20.權利要求19的心電圖系統，其中，該患者特徵是從由年齡，性別，重量，心臟狀態構成的組中選擇的。
21.權利要求15的心電圖系統，其中，該用戶界面包括能顯示圖形信息的顯示屏；及該控制器給用戶提供信息，以圖形形式顯示所選擇的配置。
22.一種心電圖(ECG)系統，包括ECG導聯信號源，包括意欲附著在患者身上的電極；用戶界面，用來給用戶提供信息和從用戶接收信息；資料庫，包括多個條目，每個條目都包含用來來合成12導聯的ECG的數據和該合成12導聯ECG的精確性量度，該數據來源於按相應配置附著在患者身上的若干電極所得出的導聯子集合；控制器，與該用戶界面和該資料庫耦連，並包括一電路，用來從用戶界面接收與若干可用電極相關的信息；從該資料庫檢索條目用來進行配置，其中，電極數與可用電極數相同；及提供代表該檢索條目的數據，包括該精確性量度，給用戶界面；從該用戶界面接收代表一個所選擇的檢索條目的數據；及合成器，與該ECG導聯信號源，該控制器，和用戶界面耦連，以便接收所選條目中的合成數據，從按所選配置附著在該患者身上的電極合成12導聯ECG，並將代表該合成的12導聯ECG的數據和該精確性量度提供給該用戶界面。
23.權利要求22的心電圖系統，其中不可用電極附著在患者身上的非標準位置上，代表來自這些電極的ECG導聯信號的數據被提供給該用戶界面。
24.權利要求22的心電圖系統，其中，該資料庫條目包括特定於該患者的條目。
25.權利要求22的心電圖系統，其中，該資料庫條目包括從一般的患者群體得出的條目。
26.權利要求25的心電圖系統，其中，該資料庫條目包括從按患者特徵劃分的一般患者群體部分推導的條目。
27.權利要求26的心電圖系統，其中，該患者特徵是從由年齡，性別，重量，心臟狀態構成的組中選擇的。
28.權利要求22的心電圖系統，其中，該用戶界面包括能顯示圖形信息的顯示屏；及該控制器給用戶提供信息，以圖形形式顯示所選擇的配置。
29.權利要求22的心電圖系統，其中，該用戶界面包括能顯示圖形信息的顯示屏；及該控制器在從該用戶界面接收數據後給用戶提供信息，以圖形形式顯示所選擇的配置。
30.一種操作心電(ECG)系統的方法，包括下述步驟檢測患者體位；從資料庫檢索一條目，該條目包括用來從最接近該檢測體位的體位上的12導聯ECG合成一基準體位的12導聯ECG的數據；從該患者接收12導聯ECG；從該接收的12導聯ECG合成該基準體位的12導聯ECG。
31.一種操作心電(ECG)系統的方法，包括下述步驟從用戶要求代表若干可用電極的信息；從資料庫檢索相應的條目，每個條目包含有用來從所述數目的可用電極合成12導聯ECG的數據和精確性量度；選擇具有最高精確性量度的條目；根據在所選條目中的合成數據，從該可用電極合成12導聯ECG；及顯示出該合成的12導聯ECG和該精確性量度。
32.權利要求31的方法，其中該信息要求步驟還包括從用戶要求代表在患者身上不可用的電極位置的信息的步驟；該檢索步驟還包括從該資料庫檢索在患者身上可用位置上的可用電極的數目的條目的步驟。
33.一種操作心電圖(ECG)系統的方法，包括下述步驟從用戶處要求代表若干可用電極的信息；從資料庫檢索相應的條目，每個條目都包含有用來從所述數目可用電極合成12導聯ECG的數據和精確性量度；為用戶顯示代表檢索的包括該精確性量度的條目的信息；由用戶選擇一個顯示的條目；根據在所選條目中的合成數據從該可用電極合成12導聯ECG；顯示出該合成的12導聯ECG和該精確性量度。
全文摘要
一心電圖(ECG)系統包括一資料庫用來包含很多的條目。每個條目都包含有用來從所接收的ECG導聯信號合成12導聯ECG的數據和合成的12導聯ECG信號的精確性量度。該接收的ECG導聯信號由於相應電極的鬆脫，或因為患者身上的該位置不可能提供而丟失一個或多個導聯。該合成的12導聯ECG就可合成該丟失的導聯。另外，該接收的12導聯ECG也可從處於與基準位置不同的體位的患者得出來。該合成的12導聯ECG將該ECG轉變成處於基準體位的患者的12導聯ECG。此外，可將合成的導聯信號與接收的導聯信號比較，以檢測異常信號。
文檔編號G06F17/00GK1447668SQ01813896
公開日2003年10月8日 申請日期2001年8月3日 優先權日2000年8月3日
發明者S·H·梅, S·P·內爾萬 申請人:美國西門子醫療解決公司