專利名稱：心電信號多域處理和相關(guān)分析的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對心電信號進(jìn)行多域處理和相關(guān)分析的方法以及實現(xiàn)該方法的裝置，更具體地說，利用本發(fā)明的方法和裝置可對用多個導(dǎo)聯(lián)從人或動物體表不同部位上同步檢測到的心電信號進(jìn)行時域、空間域和頻域等多域處理和不同導(dǎo)聯(lián)信號之間的相關(guān)分析，以此獲得反映心臟狀況的多域特征曲線，從這些曲線上測取特征參數(shù)，并與預(yù)定的一組多域相關(guān)分析病理指標(biāo)進(jìn)行比較和判別，從而獲得從多個方面反映心臟狀況的信息。
本發(fā)明的方法和裝置是對申請日為1987年3月30日，申請?zhí)枮?7102381，名稱為《生物電信號檢測處理裝置和方法》的發(fā)明專利申請中所公開的發(fā)明內(nèi)容作出的進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，上述發(fā)明專利申請與本發(fā)明專利申請均由相同的申請人提交。
眾所周知，心血管疾病是對人類健康威脅最大的疾病之一，?？稍斐芍欣夏耆说拟?。世界上很多國家的統(tǒng)計資料均表明，在人類各種疾病造成的死亡人數(shù)中，死于心血管疾病的人數(shù)排在第一位。因此，如何檢測，處理和分析反映心臟活動過程和健康狀況的有關(guān)信息，實現(xiàn)對心血管疾病的預(yù)測、早期診斷和早期治療始終是醫(yī)學(xué)界和科技界極為關(guān)注的一個科研領(lǐng)域。
到目前為止，在心臟檢查的各種已有技術(shù)中，使用最廣泛，臨床應(yīng)用價值最大的仍然是對心臟電信號進(jìn)行檢測并對檢測到的信號進(jìn)行處理和分析的技術(shù)，如心電圖、心電向量圖等等。
對心臟電生理活動過程的研究表明，在人體這個大系統(tǒng)中，心臟是一個相對獨(dú)立的子系統(tǒng)，在整個生命持續(xù)的過程中，心臟始終按其自身的自律性規(guī)律地跳動。在研究心臟電生理活動的規(guī)律時必須看到，一方面，心臟具有多面體的空腔多瓣膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)，另一方面，這一精密的形態(tài)結(jié)構(gòu)的各個部分又是在高度有序的電信號控制下相互協(xié)調(diào)地完成周期性心臟博動。在每一個心動周期內(nèi)，心電信號都經(jīng)歷了從心電起博，起搏信號的傳導(dǎo)，和心肌細(xì)胞在傳導(dǎo)信號的作用下嚴(yán)格有序地完成除極和復(fù)極的過程，以此形成了心電信號變化的一個完整周期，利用人體不同部位測到的心電信號實際上是心臟p細(xì)胞的自律性電位變化、左右傳導(dǎo)束支的傳導(dǎo)電位變化以及心臟各部位心肌細(xì)胞動作電位變化等等各種電運(yùn)動過程復(fù)合而成的信號，心臟任何部位上的任何功能性和器質(zhì)性的變化(如心律失常，心肌供血不足，瓣膜缺損，心肌炎、心肌肥大、心肌梗塞等等)無論其大小，都會毫無例外地對心臟的電生理活動過程產(chǎn)生某種程度的影響，因而改變心電信號的構(gòu)成。從理論上講，心臟作為一個相對獨(dú)立的信息源，其內(nèi)部的任何變化都應(yīng)反映在其輸出的復(fù)合電信號之中，問題的關(guān)鍵在于用什么樣的檢測和處理手段來獲取和識別這些信息。現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)發(fā)展了不同的裝置和方法用于測取心電信號并通過不同的處理和分析方法來獲取反映心臟狀況的各種有效信息。
常規(guī)心電圖(ECG)實質(zhì)上是心電信號在特定導(dǎo)聯(lián)上的時變函數(shù)曲線，它體現(xiàn)出特定導(dǎo)聯(lián)上測取的心電信號幅值隨時間而變化的關(guān)系。在常規(guī)心電圖上，通過分析該時變函數(shù)曲線的波形可以獲得心電信號在特定時間點上的幅值;特定波形的時間寬度，幅值隨時間變化的周期性節(jié)律等等反映心臟狀況的特征參數(shù)。由于所有這些處理和分析都是針對心電信號的時變特征而進(jìn)行的，所以它們都屬于時域處理的范疇，應(yīng)當(dāng)指出按照常規(guī)方式對心電信號進(jìn)行時域處理時，只能對心電信號時變曲線上特定時間點的幅值進(jìn)行分析，正如上文所述，心電信號實質(zhì)上是心臟各部位電生理活動的復(fù)合信號，當(dāng)心臟的某一局部發(fā)生病變時，該部位的電生理變化并非都能在這一復(fù)合信號中反映出來，特別是由于不同的人之間存在著個體差異，檢測過程本身又存在環(huán)境干擾和儀器誤差，使很多病變既使在心電圖檢測中表現(xiàn)出波形變化，但對這種波形的形狀改變用時域方式很難進(jìn)行定量的分析。所以反映心電信號時域特征的常規(guī)心電圖雖然對冠心病、心肌梗塞、心肌病、心率失常等心血管疾病的診斷能夠提供有特異性的信息，但它的敏感度不夠高，很難反映早期病變的情況。統(tǒng)計資料表明，早期冠心病患者中有60%左右在常規(guī)心電圖上沒有明顯的反映。心肌梗塞猝死病人的死前心電圖診斷率也僅有55%左右。由于心臟自身結(jié)構(gòu)和活動規(guī)律的復(fù)雜性以及影響心臟狀況的體內(nèi)外因素的多樣性，僅對心電信號進(jìn)行時域處理的常規(guī)心電圖技術(shù)難以區(qū)分和鑒別多種多樣的心血管疾病。
作為對常規(guī)心電圖的補(bǔ)充和發(fā)展，心電向量圖(VCG)在臨床實踐中也得到了廣泛的應(yīng)用。心電向量圖技術(shù)是根據(jù)空間向量在平面上投影的原理，將人體特定部位同時檢測到的X、Y、Z三導(dǎo)聯(lián)的心電信號分別作為橫座標(biāo)和縱座標(biāo)上的兩個變量形成人體不同截面上心電向量運(yùn)動的投影軌跡。實質(zhì)上，心電向量圖的向量軌跡曲線體現(xiàn)了心電向量的模隨幅角而變的函數(shù)曲線，它反映了心電信號變化的空間分布規(guī)律。通過在心電向量軌跡曲線上測出向量的模、幅角、旋轉(zhuǎn)方向、以及向量環(huán)在各象限的面積比等特征性參數(shù)，可以獲得對診斷心室肥厚，室內(nèi)傳導(dǎo)阻滯和不典型心肌梗塞等心血管疾病有價值的信息。由于所有這些處理和分析都是針對心電信號的空間特征而進(jìn)行的，所以它們都屬于空間域處理的范疇。應(yīng)當(dāng)指出，由于心電向量圖主要反映的是心臟的某一特定心動周期內(nèi)心電合成向量的空間分布狀態(tài)，因此這種空間域的處理方式難以提供與心律失常等疾病有關(guān)的信息。因此，僅對心電信號進(jìn)行空間域處理也是有局限性的，難以區(qū)分和鑒別多種多樣的心血管疾病。
近年來，隨著信息處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對心電圖和心電向量圖的自動檢測和處理的技術(shù)取得了很大的進(jìn)展，與以往的目測尺量的方式相比，采用信息處理技術(shù)不但效率高，而且所獲取的信息在質(zhì)和量兩方面都得到了改善和提高。
在名稱為《心電節(jié)律分析的方法和裝置》，專利號為4，589，420的美國專利中公開了一種對數(shù)字化的心電信號進(jìn)行自動節(jié)律分析的方法和裝置。該方法和裝置可自動地從檢測到的心電信號中提取被測心跳的啟始時，結(jié)束時和R波的位置，QRS波群的寬度，R-R間隔，即時的和平均的心率等等。并從心跳啟始時開始建立一個十六點的信號樣板，將其與以前記錄的被測信號樣板相比較，然后對信號各部分的相對定時作精確的分析，再對結(jié)果進(jìn)行分類和記錄。該專利中公開的上述分析方法是對心電信號進(jìn)行時域處理的方法，雖然它能取代人工目測尺量，使處理自動完成并獲得較好的精確度，但該方法并未解決上文所述時域處理方法本身所固有的局限性。
日本福田公司近年推出的VA-3GR型三導(dǎo)心電向量圖儀可同時檢測福蘭克導(dǎo)聯(lián)體系的三路信號并將檢測到的信號進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，然后存入存儲器，所存儲的心電向量數(shù)據(jù)再通過數(shù)-模轉(zhuǎn)換恢復(fù)為波形信號在X-Y繪圖儀上輸出，給出心電向量環(huán)的圖形，也可通過示波器顯示其圖形。同樣，該裝置也未突破上文所述空間域處理方法本身所固有的局限性。
如上文所述，由于常規(guī)心電圖的時域處理和常規(guī)心電向量圖的空間域處理所固有的局限性，以此為基礎(chǔ)所發(fā)展的各種自動處理技術(shù)并不能從心電信號中獲得特異性更強(qiáng)，對診斷和鑒別診斷更加敏感的信息。因此，人們已經(jīng)開始在時域和空間域處理的常規(guī)方法之外尋找新的心電信號處理方法。在名稱為《用于分析心電信號的方法和裝置》，公開號為0155670A2的歐洲專利申請書中公開了一種對心電信號進(jìn)行頻域分析的方法，該方法通過對心電信號的QRS波群的一部分以及ST段進(jìn)行快速付立葉變換，然后利用頻譜輸出曲線上比直流頻譜分量低60dB的區(qū)域比和40Hz的頻譜幅值作為特征值來預(yù)測特定病人發(fā)生室性心動過速的可能性。此外，通過求出該段心電信號的能量譜，并在20-50Hz的預(yù)定頻段范圍內(nèi)測定其能量，并將該值與全頻段能量譜的能量相比較以求出另一個用于預(yù)測室性心動過速的特征值。在該申請書中所公開的頻域處理方法可提供與常規(guī)的時域和空間域完全不同的處理方法。毫無疑問，這對心電信號處理和分析技術(shù)的發(fā)展指出了一個新的方向。該申請所公開的技術(shù)方案中揭示了心動過速與心電信號特定節(jié)段的頻率成份之間的關(guān)系，因而建立起一個新的心電信號處理和分析方法。但是，與常規(guī)的時域和空間域處理方法相比，該申請書中公開的方法僅局限于頻域處理的范圍，所能獲取的信息極為有限，處理方式也比較單一，這就極大的限制了這種新方法的適用范圍及其臨床應(yīng)用的價值。
針對上文所述現(xiàn)有技術(shù)中存在的各種問題，本發(fā)明的發(fā)明人提出為了從反映心臟活動過程和健康狀況的心電信號中獲取更多的有用信息，必須對現(xiàn)有技術(shù)中心電信號的檢測手段，處理和分析的方法及裝置加以改造和創(chuàng)新，在吸取現(xiàn)有技術(shù)中各種處理方法的優(yōu)點的基礎(chǔ)上通過對多導(dǎo)聯(lián)同步測取的心電信號進(jìn)行多域處理并對各域的處理結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析，以獲取從多方面反映心臟狀況的信息，形成一個新的統(tǒng)一的心電信號處理和分析技術(shù)。
根據(jù)控制論，信息論，系統(tǒng)工程學(xué)和生物工程學(xué)的理論，人體是一個完整的、具有自適應(yīng)能力的自動控制系統(tǒng)，它通過各種途徑和因素與外界環(huán)境發(fā)生生理和心理的多方面的物質(zhì)交換和信息交換，這就使人體的生命過程和健康狀況受體內(nèi)和體外多種因素的影響。在人體內(nèi)部，心臟是一個相對獨(dú)立的，具有自適應(yīng)和自動控制能力的子系統(tǒng)。由于內(nèi)外環(huán)境中多種因素的復(fù)雜作用以及心臟本身在形態(tài)結(jié)構(gòu)上和電生理活動方式上的復(fù)雜性決定了反映心臟活動狀態(tài)的心電信號在其構(gòu)成上的復(fù)雜性和多元性，任何單一的檢測和處理手段都難以獲得全面反映心臟狀態(tài)的各種信息。因此，為了從心電信號中獲取更多的反映心臟健康狀況的有用信息，一方面要增加對心電信號進(jìn)行進(jìn)行檢測時獲得的數(shù)據(jù)量，另一方面要利用系統(tǒng)分析的方法對心電信號從不同的角度進(jìn)行處理并對處理的結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析。從理論上講，由于心電信號是心臟各部位電生理活動的復(fù)合信號，心臟的任何病變都會在這一復(fù)合信號中有所反映，但正常的和異常的心電成份之間會互相疊加，互相混淆，因此心臟的某些局部病變的信號會被其它正常部位的信號所掩蓋。例如，局部心肌供血不足會在常規(guī)心電圖上表現(xiàn)為波形的輕度變形，在很多情況下這種波形變形并不明顯，但根據(jù)本發(fā)明對心電信號進(jìn)行頻譜分析，則可很明顯的反映出心肌缺血時心電頻率成份的變化。此外，常規(guī)的空間域分析可通過兩導(dǎo)聯(lián)間的對應(yīng)關(guān)系反應(yīng)出心臟不同部位的變化，但常規(guī)心電向量圖僅僅反映一個心動周期內(nèi)的向量活動，而根據(jù)本發(fā)明的相關(guān)處理方法，它將心臟作為一個更廣義的系統(tǒng)，通過對空間意義上是兩個不同的導(dǎo)聯(lián)的心電信號按照系統(tǒng)分析的方法對兩者進(jìn)行時間域頻率域等多域的多種相關(guān)處理從而更加敏感地反應(yīng)出心臟局部的病變，根據(jù)本發(fā)明，每一接受檢測的心臟均做為一個內(nèi)部參數(shù)未知的待測系統(tǒng)，通過系統(tǒng)分析的方法對不同導(dǎo)聯(lián)的心電信號借助系統(tǒng)傳遞函數(shù)的概念進(jìn)行相關(guān)處理，并測取不同導(dǎo)聯(lián)心電信號的相干曲線，互相關(guān)曲線和脈沖響應(yīng)，從而獲取反映心臟內(nèi)部狀況的多種有用信息，這就為心電信號的分析和處理提供了一個全新的途徑。應(yīng)當(dāng)指出，在此以前，任何單一的處理方法都會有其獨(dú)特的優(yōu)點，但也不可避免地有其方法上的局限性，只有在一定條件下利用多種方法的優(yōu)點來互相補(bǔ)充，互相印證，才能使分析結(jié)果更加可靠。因此，對心電信號進(jìn)行多域和相關(guān)處理，可以從不同的側(cè)面獲得反映心臟狀況的信息。根據(jù)多種信息在正常人和病人之間存在的不同對應(yīng)關(guān)系，對這些多方面的信息進(jìn)行相關(guān)分析才能對心臟的狀況有一個更深入的了解。
根據(jù)本發(fā)明的心電信號多域處理和相關(guān)分析的方法和裝置，為了擴(kuò)大從心電信號中獲取的信息量，首先要通過多個導(dǎo)聯(lián)體系(如威爾遜導(dǎo)聯(lián)體系，福蘭克導(dǎo)聯(lián)體系等等)，同時測取心電信號。不難理解，每一導(dǎo)聯(lián)上測到的心電信號僅是心臟電生理活動在體表特定部位的反應(yīng)，它必然要受到電極安放位置的限制而不可能獲得反映心臟電生理活動的足夠多的心電信號的原始數(shù)據(jù)，因此僅從一個導(dǎo)聯(lián)或一個導(dǎo)聯(lián)體系來測取心電信號是有局限性的。此外，由于心臟電生理活動是一個動態(tài)過程，為使各導(dǎo)聯(lián)的信息有較好的相關(guān)性，應(yīng)從各導(dǎo)聯(lián)上同時測取心電信號，以使它們的心電信號反映的是同一時間心臟活動的狀況，這樣才能使不同部位測取的各導(dǎo)聯(lián)心電信號能夠從整體上反映心臟電生理活動的整個過程，為下一步的多域處理和相關(guān)處理提供一個良好的基礎(chǔ)。
根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置，為了使通過多個導(dǎo)聯(lián)體系測取的大量心電信號能夠依次進(jìn)行各個步驟的處理，對各導(dǎo)聯(lián)測取的經(jīng)過同步采樣的心電數(shù)字信號提供了一個專門的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，在該存儲結(jié)構(gòu)中存放的多導(dǎo)聯(lián)同步數(shù)據(jù)可滿足不同處理步驟對原始心電信號數(shù)據(jù)的要求，因而在整個處理過程中不會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，使各個不同的處理步驟共享統(tǒng)一的原始數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置，對于上述存儲結(jié)構(gòu)中的多導(dǎo)聯(lián)同步數(shù)據(jù)進(jìn)行包括時域、空間域和頻域的多域處理。如上文所述，任何單一域的處理都不可避免地有其局限性，而多域處理則可從來自同一來源的信號中獲得反映其多方面特征的更加豐富的信息。必須指出，本發(fā)明所指的是在同步檢測多導(dǎo)聯(lián)信號的基礎(chǔ)上對同一數(shù)據(jù)來源進(jìn)行多域處理，不同域處理獲得的信息均反映的是同一時刻心臟活動狀況，因而這些信息相關(guān)性好，可以互相印證。
在心電信號多域處理的基礎(chǔ)上，本發(fā)明特別注重通過相關(guān)處理來反映同一導(dǎo)聯(lián)上不同波形和心跳周期之間以及不同導(dǎo)聯(lián)的心電信號之間的對應(yīng)關(guān)系和微小差別。正如上文所述，每一導(dǎo)聯(lián)上測得的心電信號僅是通過檢測電極和組合網(wǎng)絡(luò)在體表特定部位上測到的心臟電生理活動在體表該部位的反映，因此除了每一導(dǎo)聯(lián)各周期電信號所特有的信息外，不同導(dǎo)聯(lián)之間心電信號對應(yīng)關(guān)系和微小的相位和幅值的差別往往能揭示出反映心臟整體特征的某些重要信息。除此之外諭壞劑喜餿〉男牡縲藕潘媸奔潿芷諦員浠墓討校煌芷謚湟不岱⑸承┨卣韉謀浠?，因此，?同一導(dǎo)聯(lián)上信號的時變過程進(jìn)行相關(guān)處理也能揭示出某些重要信息。首先，在心電信號的檢測過程中，由于體位的變動，肌肉收縮以及呼吸動作等因素，會對于不同電極檢測的信號帶來不同程度的干擾。此外檢測裝置本身也會受環(huán)境和內(nèi)部噪聲的干擾，通過相關(guān)處理，可以有效的克服由這些干擾因素造成的誤差。此外，更重要的是在心臟病變早期，其心電改變往往較小，不易辨別，例如心肌局部供血不足產(chǎn)生的心肌細(xì)胞電化學(xué)過程異常的信號往往較弱，會被周圍心肌的正常心電信號所“淹沒”。而相關(guān)處理則能夠很敏感的從不同導(dǎo)聯(lián)的心電信號之間的微小差別上體現(xiàn)出這類早期的功能異常和疾病。因此，各種形式的相關(guān)處理成為本發(fā)明的方法和裝置的又一重要特征。
根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置，對于在心電信號多域處理和相關(guān)處理的基礎(chǔ)上獲得的大量表現(xiàn)為特征曲線的處理結(jié)果，通過對各曲線的波形進(jìn)行自動識別，可以獲得反映心臟功能和健康狀況的大量特征參數(shù)，本發(fā)明的波形自動識別程序和人工干預(yù)程序為獲取大量的特征參數(shù)提供了有力的保證。
根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置，在已經(jīng)獲得大量特征參數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)一組多域分析病理指標(biāo)可對已獲得的特征參數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析和綜合評價。正如上文所述，由于心臟的健康狀況受體內(nèi)、外多種因素的影響，而心血管疾病的癥狀在不同域的處理結(jié)果中又有不同形式不同程度的反映，因此將多域處理和相關(guān)處理所獲得的不同結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析，對比正常人和患有不同疾病的人之間這種多域處理結(jié)果的對應(yīng)關(guān)系的變化，可以對心臟的功能和健康狀況做出評價和預(yù)測。應(yīng)當(dāng)指出雖然不同域的處理結(jié)果可以反映心臟狀況的不同特征，但它們都是以相同的心電信息原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，反映了同一時期的心臟活動，因此，各域處理結(jié)果之間必然存在很多對應(yīng)關(guān)系，以這種對應(yīng)關(guān)系為基礎(chǔ)進(jìn)行多域結(jié)果的相關(guān)分析成為本發(fā)明的方法和裝置的又一重要特征。
本發(fā)明的心電信號多域處理和綜合分析方法包括如下步驟
a.在一個存儲裝置內(nèi)對多導(dǎo)聯(lián)同步采集的心電數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)組排列方式建立存儲結(jié)構(gòu)，其中每一數(shù)據(jù)組內(nèi)包括分別從每一導(dǎo)聯(lián)上以同步方式采樣的一個數(shù)據(jù)，每一導(dǎo)聯(lián)的數(shù)據(jù)在各組內(nèi)均存在一個固定的位置上，以此建立與一個測試期間，(例如120秒)相對應(yīng)的多導(dǎo)聯(lián)同步采樣心電數(shù)據(jù)。
b.由一個多域處理單元按不同的取數(shù)頻率分別從上述心電數(shù)據(jù)中各導(dǎo)聯(lián)對應(yīng)的存儲位置上取出數(shù)據(jù)進(jìn)行時域處理。從預(yù)定的X、Y、Z三導(dǎo)聯(lián)的存儲位置上取出數(shù)據(jù)進(jìn)行空間域處理，并從任選的兩個導(dǎo)聯(lián)的存儲位置上取出數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域處理，以此形成時域多導(dǎo)聯(lián)心電圖曲線，空間域X、Y、Z曲線，然后由上述多域處理單元對空間域X、Y、Z曲線進(jìn)行空間域處理，以形成各波形的向量環(huán)，并對頻域的經(jīng)FFT變換后的曲線進(jìn)行功率譜，自相關(guān)，互相關(guān)，相干，脈沖響應(yīng)和傳遞函數(shù)的處理，以形成相應(yīng)的特征曲線;
c.由一個波形識別單元對上述多域處理單元形成的特征曲線進(jìn)行波形識別，以分別形成三個域的C、V、F特征參數(shù)表;
d.由一個綜合評判單元對上述波形識別單元形成的C、V、F參數(shù)表中各參數(shù)進(jìn)行指標(biāo)比較，并在該比較的結(jié)果上對各參數(shù)進(jìn)行綜合評判，以產(chǎn)生綜合評判結(jié)果;
e.通過一個接口電路將上述多域處理單元形成的各特征曲線，波形識別單元形成的C、V、F特征參數(shù)表和綜合評判單元的評判結(jié)果經(jīng)輸出裝置輸出。
本發(fā)明的心電信號多域處理和綜合分析裝置包括一個數(shù)據(jù)存儲裝置，用于存儲多導(dǎo)聯(lián)同步采樣心電數(shù)據(jù)，以此對某一測試期間內(nèi)(例如)120秒檢測到的多導(dǎo)聯(lián)心電信號建立一個按同步采樣的次序分組排列的心電數(shù)據(jù)區(qū);
一個多域處理單元，該單元包括濾波較正電路和FFT單元，分別以特定的間隔從上述心電數(shù)據(jù)區(qū)中提取數(shù)據(jù)，進(jìn)行時域，空間域和頻域的功率譜自相關(guān)，互相關(guān)，相干，脈沖響應(yīng)，傳遞函數(shù)的處理，以形成相應(yīng)的特征曲線;
一個波形識別單元，其中包括時域曲線(ECG)的識別單元;向量環(huán)(VCG)識別單元，功率譜曲線識別單元;傳遞曲線識別單元;脈沖響應(yīng)曲線識別單元;自相關(guān)曲線識別單元;互相關(guān)曲線識別單元;相干曲線識別單元，分別對各曲線的特征參數(shù)進(jìn)行識別以形成C、V、F三個特征參數(shù)表;
一個相關(guān)分析單元，該單元內(nèi)預(yù)先置入一組多域相關(guān)分析病理指標(biāo)，將上述三個特征參數(shù)表的值與上述病理指標(biāo)進(jìn)行比較，然后將比較結(jié)果在預(yù)先存入的索引表內(nèi)進(jìn)行檢索，以形成相關(guān)分析結(jié)果;
一個輸出裝置，該裝置根據(jù)上述多域處理單元，波形識別單元和相關(guān)分析單元的輸出分別顯示各個特征曲線，特征參數(shù)和綜合評判結(jié)果。
本發(fā)明的一個目的是提供一種心電信號多域處理和相關(guān)分析的方法，通過該方法可以將現(xiàn)有技術(shù)中時域、頻率域和空間域的處理方法形成一個統(tǒng)一的心電信號的處理方法，并提供現(xiàn)有技術(shù)所不能提供的各種相關(guān)處理的特征曲線;在此基礎(chǔ)上利用信息處理技術(shù)對個特征曲線進(jìn)行波形識別，以此獲得與心臟狀況有關(guān)的多種信息。
本發(fā)明的再一個目的是提供一組多域相關(guān)分析病理指標(biāo)，利用這些指標(biāo)可對反映心臟功能和健康狀況的多域特征參數(shù)進(jìn)行比較和相關(guān)分析，以此對心血管疾病的診斷和鑒別診斷以及病情的預(yù)測和監(jiān)測提供多種有效的參考信息。
本發(fā)明的再一個目的是提供實現(xiàn)上述方法的裝置。
本發(fā)明的其它目的，特征優(yōu)點和積極效果將在以下結(jié)合附圖進(jìn)行的發(fā)明詳細(xì)描述中更加清楚地體現(xiàn)出來。


圖1是本發(fā)明的心電信號多域處理和相關(guān)分析裝置的示意性總體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2示出圖1中存儲裝置1的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)。
圖3示出圖1中多域處理單元2的結(jié)構(gòu)框圖。
圖4示出圖3中波段定位單元206的工作流程圖。
圖5示出波段定位時標(biāo)志線的位置及其符號。
圖6示出本發(fā)明的裝置輸出的12導(dǎo)聯(lián)常規(guī)心電圖。
圖7示出本發(fā)明的裝置輸出的常規(guī)心電向量圖。
圖8示出圖3中乘法單元212輸出的功率譜曲線。
圖9示出圖3中付立葉逆變換單元215輸出的自相關(guān)曲線。
圖10示出圖3中付立葉逆變換單元215輸出的互相關(guān)曲線。
圖11示出圖3中除法單元213輸出的傳遞函數(shù)相移曲線。
圖12示出圖3中除法單元213輸出的傳遞函數(shù)的幅值曲線。
圖13示出圖3中付立葉逆變換單元215輸出的脈沖響應(yīng)曲線。
圖14示出圖3中單元214輸出的相干曲線。
圖15示出圖1中波形識別單元3的結(jié)構(gòu)框圖。
圖16示出圖15中ECG測量單元301的工作流程圖。
圖17示出圖15中VCG測量單元303的工作流程圖。
圖18示出圖15中功率譜測量單元305的電路原理框圖。
圖19示出圖15中傳遞函數(shù)測量單元306的電路框圖。
圖20示出圖15中脈沖響應(yīng)曲線測量單元307的工作流程圖。
圖21示出圖15中自相關(guān)曲線測量單元308和互相關(guān)曲線測量單元309的工作流程圖。
圖22示出圖15中的相干曲線測量單元310的工作流程圖。
圖23示出圖1中相關(guān)分析單元4的結(jié)構(gòu)框圖。
圖24示出圖23中F參數(shù)表指標(biāo)比較單元403的電路原理圖。
圖25示出圖23中C參數(shù)表和V參數(shù)表指標(biāo)比較單元401和402的電路原理框圖。
圖26示出圖23中索引表存儲單元405內(nèi)存儲的索引表結(jié)構(gòu)。
圖27示出圖23中評判單元404的工作流程圖。
參見圖1，所示為本發(fā)明的心電信號多域處理和相關(guān)分析裝置的示意性總體結(jié)構(gòu)框圖。圖1中，標(biāo)號1表示一個存儲裝置，其中存有數(shù)字化多導(dǎo)聯(lián)同步心電信號。該心電信號可采用上文所述87102381號中國專利申請中公開的裝置通過多個檢測電極從人體不同部位上同步檢測。應(yīng)當(dāng)指出，存儲裝置1可以是上述專利申請的圖1中的外部存儲裝置7，也可以是圖2、3和4中的緩沖寄存器205。因此，本發(fā)明的方法和裝置既可在檢測心電信號的同時進(jìn)行工作，也可在心電信號檢測和存儲完畢之后，在已經(jīng)建立的心電信號原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作，存儲裝置1內(nèi)的存儲結(jié)構(gòu)可參見圖2。圖1中，標(biāo)號2表示一個多域處理單元，標(biāo)號3表示一個波形識別單元，標(biāo)號4為一個相關(guān)分析單元，標(biāo)號5為一個輸入/輸出接口電路，標(biāo)號6為一個鍵盤，標(biāo)號7為輸出裝置，標(biāo)號8為外存儲裝置，標(biāo)號9為一個報警裝置。上述各單元的功能，詳細(xì)結(jié)構(gòu)和工作流程將在以下的說明書和附圖中進(jìn)一步說明。從圖1的總體結(jié)構(gòu)框圖可以看出，本發(fā)明的心電信號多域處理和相關(guān)分析方法的工作過程如下首先按各域處理方式的不同要求從存儲裝置1中提取數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在多域處理單元2中分別進(jìn)行時域，空間域和頻域的處理，經(jīng)各域處理獲得的曲線均通過接口電路5送往輸出裝置7進(jìn)行顯示和打印，并送到波形識別單元3進(jìn)行特征參數(shù)的自動識別，由此產(chǎn)生C、V、F三個特征參數(shù)表。三個參數(shù)表分別經(jīng)接口電路送往輸出裝置7進(jìn)行顯示和打印，并送到相關(guān)分析單元4對各參數(shù)進(jìn)行指標(biāo)比較和相關(guān)分析，然后將分析結(jié)果經(jīng)接口電路5輸出，如發(fā)現(xiàn)是危重病例則經(jīng)報警裝置9進(jìn)行報警。此外，可由外存儲裝置8保存心電原始數(shù)據(jù)和各項處理結(jié)果，通過鍵盤6可控制整個裝置的工作并輸入與病人有關(guān)的其它信息。
圖2示出圖1中存儲裝置1的心電信號數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)。其中，從多個導(dǎo)聯(lián)體系(如威爾遜導(dǎo)聯(lián)體系，富蘭克導(dǎo)聯(lián)體系，等等)同步采樣的心電數(shù)據(jù)以分組方式存儲，如圖所示，C1代表從威爾遜導(dǎo)聯(lián)體系的12導(dǎo)聯(lián)上同步采樣的第一組12個數(shù)據(jù)，V1代表從富蘭克導(dǎo)聯(lián)體系3個導(dǎo)聯(lián)上同步采樣的第一組3個數(shù)據(jù)，C1和V1共同構(gòu)成同步采樣的第一組數(shù)據(jù)。按同樣方式C2和V2為第二組同步數(shù)據(jù)，C3和V3為第三組同步數(shù)據(jù)……。每一組數(shù)據(jù)內(nèi)，同一導(dǎo)聯(lián)上的數(shù)據(jù)總是存在一個固定的位置上，各導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)在同一組內(nèi)順序排列，這樣，只要依次到每一組內(nèi)的同一位置上取數(shù)據(jù)，即可恢復(fù)某一導(dǎo)聯(lián)上順次采集的全部數(shù)據(jù)并建立起該導(dǎo)聯(lián)的常規(guī)心電圖曲線。各導(dǎo)聯(lián)進(jìn)行心電同步采樣的頻率可在400-2500Hz的范圍內(nèi)任選。本申請書中給出的特征曲線實例均是以400Hz的頻率進(jìn)行的心電原始數(shù)據(jù)的同步采樣。為了獲得足夠的信息量，對心電原始數(shù)據(jù)的采樣時間應(yīng)足夠長，以克服偶然因素的干擾，例如，該采樣時間可為120秒。為了保證在各域處理過程中可有選擇地從原始數(shù)據(jù)中提取某一導(dǎo)聯(lián)上的心電數(shù)據(jù)，該存儲結(jié)構(gòu)中設(shè)立了時域指針CP，空間域指針VP和頻域指針FP，分別指示各域處理過程中提取數(shù)據(jù)的位置。
圖3示出圖1中多域處理單元2的示意性結(jié)構(gòu)框圖。圖3中，虛線框2代表該多域處理單元，其中標(biāo)號201表示一個取數(shù)電路，該電路可由任何常規(guī)讀出裝置實現(xiàn)，用于以不同的取數(shù)頻率從存儲裝置1中分別提取用于時域，空間域和頻域處理的心電信號原始數(shù)據(jù)，其中，時域和空間域處理的取數(shù)頻率可定為400Hz，使其與原始數(shù)據(jù)的采樣頻率相同，在對存儲單元1進(jìn)行取數(shù)時，時域指針CP和空間域指針VP按取數(shù)頻率同步下移，由此取出各導(dǎo)聯(lián)的數(shù)據(jù)。頻域處理的取數(shù)頻率可在50-400Hz范圍內(nèi)任選，若將其選為100Hz，則可通過間隔取數(shù)據(jù)的方式來滿足對取數(shù)頻率的要求。應(yīng)當(dāng)指出本申請中各頻域特征曲線均是按100Hz的取數(shù)頻率給出。顯而易見，上述取數(shù)頻率和存儲結(jié)構(gòu)可按同樣原理予以調(diào)整和改變。圖2中分別示出指針CP、VP和FP完成一次取數(shù)后的下一個位置，其中CP和VP每移動四個數(shù)據(jù)位置后，F(xiàn)P移動一個數(shù)據(jù)位置。標(biāo)號202表示一個濾波校正電路，它對時域和空間域處理所提取的數(shù)據(jù)流進(jìn)行濾波，以克服50HzⅠ電場的環(huán)境干擾，并對心電信號檢測過程中由于呼吸，體位改變等因素引起的心電信號基線偏移通過負(fù)反饋控制方式進(jìn)行基線校正，經(jīng)過校正后將各導(dǎo)聯(lián)的心電時域特征曲線(常規(guī)心電圖)經(jīng)接口電路與進(jìn)行排陣處理后輸出。標(biāo)號203代表一個空間向量生成單元，它為一個常規(guī)的運(yùn)算單元，它的輸入是富蘭克導(dǎo)聯(lián)體系的X、Y、Z三導(dǎo)聯(lián)心電信號，在該單元內(nèi)通過將X、Y、Z三個時變函數(shù)分別求導(dǎo)，然后根據(jù)以下公式VCC=X2+Y2+Z2]]>……<1>
計算出空間向量Vcc，以此為以后的波段定位做準(zhǔn)備。在向量波段定位時要考慮到X、Y Z三導(dǎo)聯(lián)上各波之間的對應(yīng)關(guān)系，例如P波段的起始點要定為三導(dǎo)聯(lián)中P波起始點最早的一點。標(biāo)號204代表一個疊加平均處理單元，它可由常規(guī)的加法器和除法器構(gòu)成，其輸入是威爾遜導(dǎo)聯(lián)體系的12導(dǎo)聯(lián)常規(guī)心電信號，由于各導(dǎo)聯(lián)均為同步采樣，所以其波形(包括P波、QRS波群和T波)在各導(dǎo)聯(lián)上起始和終止位置均有較好的對應(yīng)關(guān)系。從中任選幾個導(dǎo)聯(lián)，如Ⅱ，avL，Vs等進(jìn)行疊加平均，即可利用各導(dǎo)聯(lián)間的對應(yīng)關(guān)系抵消隨機(jī)干擾，以此準(zhǔn)確區(qū)別各波的起、止點的位置和基線的界限，為以后的波形定位做準(zhǔn)備。空間向量生成單元203和疊加平均處理單元204的輸出均進(jìn)入一個周期選擇單元205，由該單元對數(shù)據(jù)流中周期性心電信號選出一個完整的心動周期進(jìn)行分析，進(jìn)行周期選擇的原則是通過比較選取最易識別和分析價值最大的周期，如P波較明顯，干擾較小等等。該選擇過程可自動進(jìn)行，如自動選取數(shù)據(jù)流中的第二個周期，也可通過顯示器由操作者來完成。由周期選擇單元205選定的心動周期的數(shù)據(jù)被輸入一個波段定位單元206，在該單元中將心動周期劃分為P段，QRS段和T段其工作流程可參見圖4。波段定位單元206輸出的時域信號被送往波形識別單元3，而空間域信號X、Y、Z被送到一個組環(huán)電路207，該電路由三個矢量加法器構(gòu)成，以分別組成F(X、Y)，H(X，Z)和LS(Y，Z)三個平面上的向量環(huán)，然后將其結(jié)果分別通過接口電路與輸出向量曲線，并送往波形識別單元3進(jìn)行波形識別。標(biāo)號211代表一個快速付立葉變換(FFT)單元，該單元通過取數(shù)電路201將任選的兩個導(dǎo)聯(lián)(如Ⅴ和Ⅱ)的心電原始數(shù)據(jù)分別作為時變函數(shù)X(t)和Y(t)進(jìn)行付立葉變換，所利用的數(shù)學(xué)公式為X(W)＝∫+∞-∞x(t)e-jwtdt……(2)付立葉變換后的輸出分別為頻譜曲線X，X＊和Y，Y＊，其中X＊和Y＊分別為X和Y的共軛函數(shù)。在進(jìn)行FFT處理時，由取數(shù)電路201按照預(yù)定的取數(shù)頻率(例如為100Hz)從存儲裝置1中分段提取數(shù)據(jù)，每段數(shù)據(jù)為2個點，n應(yīng)選擇足夠大以使每段數(shù)據(jù)中能包括多個完整的心動周期的信號，本申請中所給的附圖中n＝9。為了克服數(shù)據(jù)處理過程中引起的誤差，以及檢測過程所造成的誤差，可對分段取數(shù)進(jìn)行FFT處理后的結(jié)果再進(jìn)行疊加平均，以抵消各種隨機(jī)因素對處理過程中的干擾。應(yīng)當(dāng)指出，通過對兩個導(dǎo)聯(lián)的心電信號進(jìn)行付立葉變換和疊加處理然后再進(jìn)行各種相關(guān)處理后，可以獲得反映心臟特定部位狀況的很多有用信息，例如對Vs和Ⅱ?qū)?lián)兩者之間的相關(guān)處理就可反映出心臟病發(fā)病率最高的心左前壁的狀況，根據(jù)同樣的原理也可通過圖1中的鍵盤6選擇其它的兩個導(dǎo)聯(lián)進(jìn)行相關(guān)處理，為了說明方便，本說明書中僅以Ⅱ和Vs為例進(jìn)行說明。標(biāo)號212代表一個乘法單元，它分別以X，X＊和Y，Y＊為輸入，按照以下公式計算出它們的自功率譜和互動率譜Gxx(w)＝X(w)·X＊(w)<3>
Gyy(w)＝Y(jié)(w)·Y＊(w)<4>
Gxy(w)＝X(w)·Y＊(w)<5>
其中，Gxx是V5導(dǎo)聯(lián)心電信號的功率譜，Gyy是Ⅱ?qū)?lián)心電信號的功率譜，Gxy是兩個導(dǎo)聯(lián)心電信號的互動率譜。功率譜曲線及其的特征參數(shù)請參見圖8及其有關(guān)說明。以上述三個功率譜為基礎(chǔ)，可繼續(xù)進(jìn)行兩導(dǎo)聯(lián)心電信號之間的其他相關(guān)處理。標(biāo)號213代表一個傳遞函數(shù)運(yùn)算單元，該單元的輸入分別是Gxx，Gyy和Gxy，由其分別輸出廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)的幅值曲線Hxy和相移曲線Qxy，其計算公式如下Hxy(w)＝ (Y(w))/(X(w)) ＝ (Y(w)·X＊(w))/(X(w)·X＊(w)) ＝ (Gxy(w))/(Gxx(w)) <6>
Hxy(w)＝｜Hxy(w)｜＝ (｜Gxy(w)｜)/(Gxx(w)) <7>
Qxy＝tan-1(IMAG Hxy(w))/(REAL Hxy(w)) <8>
標(biāo)號214代表一個相干曲線運(yùn)算單元，它的輸入是Gxx，Gyy和Gxy，輸出是相干曲線RF，其計算公式為RF =｜Gxy(w) ｜2Gxx(w) · Gyy(w)<9>]]>標(biāo)號215代表一個付立葉逆變換單元，其中經(jīng)過對Hxy的FFT-1處理產(chǎn)生脈沖響應(yīng)曲線PIH，其計算公式為PIH＝F-1[H(w)] <10>
經(jīng)過對Gxx，Gyy，和Gxy分別進(jìn)行FFT-1處理產(chǎn)生自相關(guān)曲線Vxx，Vyy和互相關(guān)曲線Vxy它們的計算公式如下Vxx(τ)＝∫+∞-∞X(t)·X＊(t-τ)dt <11>
Vxx＝F-1[Gxx(w)] <12>
Vyy＝F-1[Gyy(w)] <13>
Vxy(τ)＝∫+∞-∞X(t)·Y＊(t-τ)dt <14>
Vxy＝F-1[Gxy(w)] <15>
經(jīng)過以上各單元的處理之后，上述特征曲線分別被送到接口電路5進(jìn)行輸出和顯示，并送到波形識別單元3進(jìn)行波形識別。上述各曲線的實例及其特征參數(shù)可參見圖9到圖14及其有關(guān)的說明。
圖4示出圖3中波段定位單元206的工作流程圖。對于周期選擇單元205所選定的一個心動周期的信號，由波段定位單元206首先在步驟101確定R波的位置，這可通過一個常規(guī)的微分電路來實現(xiàn)，然后在確定R波的基礎(chǔ)上找出Q波的起始點和S波的終止點，以此確定QRS波群的分段。然后在步驟102從QRS波群向前選P波并確定其起始和終止的位置。如果在步驟103未找到P波或P波過小難以識別，則在104設(shè)置P波異常標(biāo)志，然后在步驟105從QRS波群向后找T波并確立它的起始和終止位置。如果在步驟106確定T波平坦或難以定位，則在步驟107設(shè)置T波異常標(biāo)志，在步驟108根據(jù)有無P和T波異常的標(biāo)志來確定是否應(yīng)進(jìn)行人工干預(yù)，最后在步驟110將三個波段定位并輸出結(jié)果。
參見圖5，所示為人工干預(yù)時在顯示器上示出的一個心動周期的常規(guī)心電圖，它由標(biāo)識線Pb，Pe，Qb，Se，Tx和Te將整個周期分為三段，操作者可通過鍵盤輸入命令，分別向左或右移動這些線的位置，直至完成波段定位，以此解決疑難波形的識別。
圖6示出圖3中濾波校正電路202輸出的12導(dǎo)聯(lián)常規(guī)心電圖，該12導(dǎo)聯(lián)常規(guī)心電圖經(jīng)接口電路5進(jìn)行排陣處理后經(jīng)過一臺熱敏打印機(jī)在同一紙帶上輸出。本發(fā)明的方法和裝置產(chǎn)生常規(guī)心電圖的輸出主要是為了向醫(yī)務(wù)人員提供一個直觀的結(jié)果，以使在診斷時作為參考。圖中各波形的參數(shù)測量值可參見附表1。
圖7示出圖3中組環(huán)電路207輸出的F，H和LS三個面上的心電向量圖，以及對應(yīng)的X，Y，Z三個富蘭克導(dǎo)聯(lián)心電曲線，也是為了供醫(yī)務(wù)人員在診斷時作參考。圖中向量參數(shù)參見附表2。
圖8示出圖3中乘法單元212輸出的功率譜曲線的幾個實例，圖中橫軸表示頻率位置單位為Hz，縱軸表示各頻率成份所對應(yīng)的心電功率值，單位為uw。圖中所示曲線A為一個正常人的測量曲線，可以看出，正常心電功率的頻譜分布是分立的，形成有規(guī)律的多個峰，圖中所示P1、P2、P3、P4……P10被稱為功率譜曲線的前十峰，其中P為功率譜的第一峰，又稱之為基波，它所在的頻率位置與受試者的心跳頻率相一致，以后各峰，如P1、P2、P3……分別為基波的倍頻峰，或叫高次諧波，順序稱為第二峰，第三峰，第四峰……。在正常的功率譜曲線中，第一峰的幅值比第二峰高，表明心電的大部分功率都集中在心跳的頻率上，對正常人的測量表明，心電直流分量加上基波和二、三、四次諧波，應(yīng)占心電總功率的90%以上。如果心電信號的周期性發(fā)生變化或受到破壞，則各心動周期間心電信號的形態(tài)，也發(fā)生相應(yīng)的差異或畸變，在功率譜上可表現(xiàn)為各譜線加寬，間距不等，形態(tài)不對稱，甚至有雙峰或使譜線連成一片。圖8B示出一位冠脈供血不足患者的功率譜曲線，其第一峰的幅值低于二峰，而5-10峰的幅值均高于一峰，這表明由于心肌供血不足影響的心肌細(xì)胞的電化學(xué)活動過程，致使心電信號中的高次諧波成份增加。圖8C示出一位高血壓冠心病患者的功率譜曲線，其各諧波成份的幅值均很高并且心電功率中高次諧波的比例大大增加。
圖9示出圖3中付立葉逆變換單元215輸出的自相關(guān)曲線的幾個實例。圖中橫座標(biāo)表示時間，單位為秒，縱座標(biāo)表示與該時間對應(yīng)的相關(guān)值。圖9A中標(biāo)出了峰值R1，R2和R3，和一個小波折PT，正常的自相關(guān)曲線(如圖9A所示)R1，R2，R3間距相等，中間有小波折，形態(tài)規(guī)則，表明心電信號周期性，穩(wěn)定性均好。當(dāng)心電信號出現(xiàn)異常變化時必將改變自相關(guān)的特性。如果僅僅是形態(tài)發(fā)生變化，而周期性尚能保持，則自相關(guān)函數(shù)仍有衰減很慢的周期特性，但形態(tài)將發(fā)生相應(yīng)的改變，如PT段平坦或PT段出現(xiàn)倒置現(xiàn)象。例如心電信號周期性受到破壞，則自相關(guān)曲線勢必出現(xiàn)明顯的衰減，同時PT段的波折形態(tài)和個數(shù)也要發(fā)生變化，通常是波折增加或離散開，這些異常情況均可反映心功能不良和冠脈供血不足。圖9B示出PT段倒置，該曲線測自一位冠心病患者。圖9C示出R1，R2和R3幅值均過低，PT段消失，該曲線測自另一位冠脈供血不足的患者。
圖10示出圖3中付立葉逆變換單元215輸出的互相關(guān)曲線的幾個實例。圖中橫座標(biāo)表示時間，單位為秒，縱座標(biāo)表示兩個不同導(dǎo)聯(lián)的心電信號與該時間對應(yīng)的相關(guān)值。圖10A中標(biāo)出了峰值R1，R2，和R3，以及一個小波折PT。正?；ハ嚓P(guān)曲線(如圖10A所示)R1，R2，R3間距相等，中間的小波折形態(tài)規(guī)則，表明兩導(dǎo)聯(lián)心電信號的周期性和對應(yīng)性均好。當(dāng)兩個導(dǎo)聯(lián)的心電信號在時間上出現(xiàn)不對應(yīng)時，互相關(guān)曲線的極大值R1偏離橫座標(biāo)的零點，表明兩導(dǎo)聯(lián)信號間的時間差，如同時還有形態(tài)改變，還反映兩導(dǎo)聯(lián)間的周期性對應(yīng)關(guān)系也失調(diào)，如出現(xiàn)R1倒置，N型波和PT段平坦等現(xiàn)象。圖10B示出異常互相關(guān)曲線的N型波，它測自一位心肌梗塞患者。圖10C示出互相關(guān)曲線的峰值過低，PT段平坦和小N型波，該曲線測自一位冠脈供血不足伴有陳舊性下壁心肌梗塞患者。
圖11示出圖3中除法單元213輸出的廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)相移曲線的幾個實例。圖中橫座標(biāo)為頻率軸單位為Hz，縱座標(biāo)表示不同頻率下的相移量。圖11A中用D1，D2標(biāo)出6-20Hz的一個頻率范圍，將該范圍內(nèi)的曲線稱為相移曲線，它與基線間的距離稱為偏移量，用C，D標(biāo)出的線段稱為波折，H表示相移曲線波折從一端到另一端的落差。廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)的相移曲線反映了兩導(dǎo)聯(lián)心電信號之間的相位差，以此反映兩導(dǎo)聯(lián)心電信號的相關(guān)性。正常心電信號之間相位差很小(如圖11A所示)，當(dāng)心臟傳導(dǎo)和協(xié)調(diào)功能失調(diào)時，其相移曲線的相移值波動較大，形成上下起伏的大波折(落差)。圖11-示出相移曲線在6-20Hz范圍內(nèi)相移大于15小格，顯示心電系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能不良，它測自一位冠心病伴有左前半支傳導(dǎo)阻滯的患者。
圖12示出圖3中除法單元213輸出的廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)幅值曲線的幾個實例。圖中橫座標(biāo)為頻率軸單位為Hz縱座標(biāo)為不同頻率下傳遞函數(shù)的幅值。圖12A中H表示傳遞幅值的最高值，fm表示最高值所在的頻率位置。廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)幅值曲線反映了兩導(dǎo)聯(lián)心電信號的相關(guān)特性，將其與相干曲線對應(yīng)分析，可反映兩導(dǎo)聯(lián)心電信號間的協(xié)調(diào)關(guān)系，正常兩導(dǎo)聯(lián)心電信號之間幅值關(guān)系比較平穩(wěn)(如圖12A所示)，當(dāng)心臟發(fā)生局部病變時，兩導(dǎo)聯(lián)心電信號之間對應(yīng)關(guān)系被破壞，其廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)幅值曲線即出現(xiàn)較多的起伏。圖12B示出不穩(wěn)定的幅值曲線，它測自一位心臟功能不良的患者。
圖13示出圖3中付立葉逆變換單元215輸出的脈沖響應(yīng)曲線的幾個實例。圖中橫座標(biāo)為時間單位為秒，縱座標(biāo)表示脈沖響應(yīng)的幅值。圖13A中標(biāo)出了正向主峰P，其左側(cè)負(fù)向峰或稱左谷為Vi，左側(cè)第一峰為Pi，右側(cè)負(fù)向峰或稱右谷為Vr，右側(cè)第一峰為Pr。脈沖響應(yīng)曲線反映了兩導(dǎo)聯(lián)心電信號之間的關(guān)系，其正常曲線主峰較高，左右的峰和谷相對較對稱。圖13B示出異常脈沖響應(yīng)曲線，主峰呈雙相和多峰，顯示心電系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能不穩(wěn)定，測自一位冠心病左前半傳導(dǎo)阻滯患者。
圖14示出圖3中單元214輸出的相干曲線的幾個實例。圖中橫座標(biāo)代表頻率值單位為Hz，縱座標(biāo)為對應(yīng)頻率的相干值。相干曲線代表了兩導(dǎo)聯(lián)心電信號之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。圖14A示出一個正常的相干曲線，從4Hz向右稱為該曲線的高頻段捎諦牡縲藕胖饕傻推黨煞葑槌桑蘼勰囊壞劑男牡縲藕旁詬叨尉薪洗笏ゼ?，正常情眶湐n咂刀蝸喔芍滌η饗蚱轎炔⒔詠 。T點表示基波頻率f1所對應(yīng)的相干值，它也接近于1。fm是傳遞函數(shù)幅值極大值所對應(yīng)的頻率位置。相干曲線的主要異常表現(xiàn)在基波頻率位置f1或廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)幅值極大值的頻率位置fm上相干值明顯下降。此外，高頻段發(fā)生大的上下波動現(xiàn)象也表明兩導(dǎo)聯(lián)心電信號之間失去協(xié)調(diào)。圖14B給出一個異常的相干曲線，它測自一個心功能不良的患者。
圖15示出圖1中波形識別單元3的結(jié)構(gòu)框圖，圖中虛線框3代表整個波形識別單元。其中，標(biāo)號301為一個ECG測量單元，其輸入為多域處理單元2輸出的常規(guī)心電曲線，并對其識別出特征參數(shù)，302為一個C參數(shù)表生成單元，由其將單元301識別出的參數(shù)形成常規(guī)心電圖的特征參數(shù)表。標(biāo)號303為一個VCG測量單元，其輸入為多域處理單元2輸出的心電向量曲線，并識別出特征參數(shù)。304為一個V參數(shù)表生成單元，由其將單元303識別出的參數(shù)形成心電向量圖的特征參數(shù)表。標(biāo)號305為功率譜測量單元，306為傳遞函數(shù)測量單元，307為脈沖響應(yīng)測量單元，308為自相關(guān)曲線測量單元，它們分別將多域處理單元2輸出的各頻域特征曲線作為輸入進(jìn)行特征參數(shù)的識別，311為F參數(shù)表生成單元，由其形成各頻域特征曲線的特征參數(shù)表。單元302，304和311形成特征參數(shù)表之后分別將其經(jīng)接口電路5輸出，同時送到相關(guān)分析單元4進(jìn)行相關(guān)分析。
圖16示出圖15中ECG測量單元301的工作流程圖。其中ECG測量包括測定心率，測量十二導(dǎo)聯(lián)常規(guī)心電中各自的P，QRS和T波的幅值和寬度，ST段的變化，以及PR間期，Q-T間期等。其工作流程如下首先在步驟201通過測定P-P間期測定心房率，通過測定R-R間期確定心室率，R波和P波的定位均由圖3中的波段定位單元206來完成，對心率不齊或其它異常情況設(shè)標(biāo)志說明。然后在步驟202，根據(jù)波段定位單元206給出的QRS波群的范圍，分別測出Q，R，S波的幅值和寬度，對于可能出現(xiàn)的R波的幅值和寬度也予以識別。隨后在步驟203測出P波的幅值和寬度，對雙向P波，將其分為P和P分別測出幅值和寬度。在步驟204對T波進(jìn)行測量，對于雙T波的情況也分為T和T分別測出幅值，在步驟205對S-T段進(jìn)行測量，S-T段的變化包括兩種情況，一種是與基線相比較出現(xiàn)抬高或降低，另一種是自身形態(tài)出現(xiàn)上斜，下斜或成弓形，因此用兩個參數(shù)表示ST段的狀態(tài)，一個反映ST段向上或下偏離基線，另一個反映ST段自身的形態(tài)。最后，在步驟201，由C參數(shù)表生成單元302形成C參數(shù)表，(參見附表1)，它除了包括上述各參數(shù)外，還另外包括一行特征參數(shù)，如心率，最大R-R間期與最小R-R間期之差，心率不齊，早博，信號有切跡等標(biāo)志，以此構(gòu)成整個C參數(shù)表，分別向接口電路5和相關(guān)分析單元4輸出。以上各步驟均為已有技術(shù)，因此不再作進(jìn)一步說明。
參見附表1，所示為ECG測量單元301對圖6的十二導(dǎo)聯(lián)常規(guī)心電圖經(jīng)過波形識別后由C參數(shù)表生成單元302輸出的C參數(shù)表，表中第一行標(biāo)出了各導(dǎo)聯(lián)的名稱，左邊第一列標(biāo)出各參數(shù)的代表符號，其中，Pa和Pa分別為P和P波的幅值，Pd和Pd分別為其寬度。Qa和Qd分別為Q波的幅值和寬度，Ra和Rd分別為R波的幅值和寬度。STD表示ST段的上下偏移，正值為上移，負(fù)值為下移，STE表示ST段的形態(tài)，1為上斜，-1為下斜，0為無變化。Ta和Ta分別為T和T波的幅值，P-R代表P-R間期，QRS代表QRS間期，Ra和Rd分別代表R波的幅值和寬度。標(biāo)1中列出的各項參數(shù)值是對圖6中示出的常規(guī)心電波形進(jìn)行實際測量取得的結(jié)果。
圖17示出圖15中VCG測量單元303的工作流程圖。VCG測量單元303所測量的是圖3中組環(huán)電路207輸出的F、H、LS三個平面上的心電向量環(huán)的特征參數(shù)。首先，在步驟301確定各向量環(huán)移動軌跡的旋轉(zhuǎn)方向，如順鐘向，逆鐘向或8字形。然后在步驟302測量QRS環(huán)的初始向量，這是指時間在0-0.04秒之間的向量，每隔10ms求出一點的模和相角。接著在步驟303沿QRS環(huán)的運(yùn)行點找出自原點到環(huán)上的最遠(yuǎn)點，它們之間的聯(lián)線即為環(huán)的最大向量。然后在步驟304計算QRS環(huán)的長寬比，環(huán)長為最大向量，寬為沿最大向量做垂線，找出最寬點來確定。在步驟305根據(jù)各個環(huán)的最大向量分別求出它在X、Y、Z軸上的投影值，然后在步驟306根據(jù)最大向量在X、Y、Z軸上的投影代入以下公式求出最大空間向量SE=X2+Y2+Z2]]>\\空間最大向量的角度分別以方位角和仰角表示，在步驟307，計算各環(huán)的向力和向力之間的比值，包括起始向力，最大向力和終末向力。各向力之間的比值又稱為指數(shù)，如前向指數(shù)和上向指數(shù)。在步驟308計算QRS與T的夾角，它是指最大QRS向量與最大T向量之間的夾角。在步驟309按不規(guī)則多邊形的計算方法求出各向量環(huán)的總面積，以及各象限面積與總面積的比值。最后在V參數(shù)表生成單元304中形成V參數(shù)表。以上各步驟均可由已有技術(shù)實現(xiàn)，因此不再做進(jìn)一步說明。
表2＊＊＊＊＊＊ROTATEDDIREClION＊＊＊＊＊＊QRSTPF&COUNTERCOUNTERH CLOCKCLOCKCOUNTERLSCOUNTERCLOCKCOUNTER＊MAGNITUD/ANGLEOFVECTORSONQRSLOOP(STEP 10MS)*10ms20ms30ms40msF(MV).03.02.08.04(A)-7.4-26.6-134.5-9.0H(MV).03.04.15.27(A)-1.862.8111.480.6LS(MV).00.04.15.27(A)-76.0-165.6-158.3-178.5＊＊＊＊＊AREAOFQRSLOOP(％)＊＊＊＊＊S1/SS2/SS3/5S4/SR/LU/DPSF&&&&
H33.4.3.166.0192.22.0.00LS68.328.41.22.02.4.0.00
＊＊＊＊＊PLANARMAXIMUMVECTORS＊＊＊＊＊TQRSQRS-T(MV)ANGLE(MV)ANGLEANGLEF.4832.71.8627.94.8H.4425.01.65-3.228.2LS.32125.8.8874.751.1＊＊PROJECTIONSOFPLANARMAXIMUMVECTORS＊＊XYZF1.65.87.00H1.65.00-.09LS.00.85.23＊＊＊＊＊MAXIMUMVETORFORCE＊＊＊＊＊L.WR.WF.WB.WU.WD.W1.65-.06.31-.64-.07.87參見附表2，所示為VCG測量單元303對圖7的心電向量圖經(jīng)過波形識別后由V參數(shù)表生成單元304輸出的V參數(shù)表，表中第一部分為向量圖環(huán)的旋轉(zhuǎn)方向(Rotated Direction)，其中分別示出QRS環(huán)，T環(huán)和P環(huán)在F、H、LS三個面上的旋轉(zhuǎn)方向，CLOCKWISE表示順時針方向運(yùn)行，COUNTER表示逆時針方向運(yùn)行，&表示8字形運(yùn)行。第二部分表示QRS向量環(huán)的振幅和角度，它分別標(biāo)出在10毫秒，20毫秒，30毫秒和40毫秒時，F(xiàn)、H和LS三個面上的幅值MU和角度A。第三部分為QRS環(huán)的面積百分比，其中S1/S表示第一象限面積占總面積的百分比，S2/S，S3/S和S4/S分別為第二、三和四象限的面積占總面積的百分比，R/L為QRS環(huán)的右/左面積比，U/D為QRS環(huán)的上/下面積比，PS表示P環(huán)面積，第四部分為QRS環(huán)及T環(huán)最大向量在三個平面上的投影，MU為幅值，ANGLE為角度。第五部分為QRS環(huán)最大平面向量投影，X、Y、Z分別為三軸的投影振幅(單位為mV)。第五部分為最大向力，其中LW為最大左向力，RW為最大右向力，F(xiàn)W為最大前向力，BW為最大后向力，UW為最大上向力，DW為最大下向力，單位為mV。
圖18示出圖15中功率譜測量單元305的電路原理框圖。參見圖8的功率譜可知，該單元用于測量曲線上1-10峰及其左、右峰谷的幅值和頻率位置。圖18中，標(biāo)號3051是一個峰谷值檢測電路，它檢出功率譜曲線1-10峰的幅值和頻率并存入緩存器3052之中，這些峰值作為減法器3053的一個輸入值，在控制電路3055的控制下逐個與參考值寄存器3056中的心率做減法，其輸出送到比較器3054，求出頻率位置與心率最接近的一個峰值作為1峰(圖8中的A)。1峰確定后，以1峰的倍頻值存入?yún)?shù)值寄存器3056代替心率作為減法器3053的一個輸入值，重復(fù)上述過程，依次測出2到10峰的幅值和頻率位置，存入峰值緩存器3059，以此完成功率譜曲線特征參數(shù)的自動測量。
圖19示出圖15中傳遞函數(shù)曲線測量單元306的電路框圖。該單元分別對圖11所述傳遞函數(shù)相移曲線和圖12所示傳遞函數(shù)幅值曲線進(jìn)行參數(shù)測量。對相移曲線Qxy要測出曲線偏離基線的距離和頻段寬度，以及在曲線上出現(xiàn)的波折的個數(shù)。對幅值曲線Hxy要測出其大于4Hz頻段內(nèi)最高峰的頻率位置。來自圖3中單元213的數(shù)據(jù)分為兩路，一路作為減法器3061一端上的輸入信號與其另一端輸入的基線做減法，求出的差值送到比較器3062與參考值寄存器30612的內(nèi)容相比較，如果該差值大于參考值，計數(shù)器3063加1，反之3063則將當(dāng)前計數(shù)器的內(nèi)容送入緩存器3064然后自動清零，由此記錄下相移超過參考值的各頻段長度(如圖11B中的D1-D2段)。另一路數(shù)據(jù)送入峰谷值檢測電路3065，其輸出分別存入峰值緩存器3066和谷值緩存器3067，將兩者的輸出分別作為斜率計算電路3068的輸入值，求出某一峰與相鄰左、右二谷的斜率值，該值在比較器3069與參考值寄存器30611的內(nèi)容作比較，若超過參考值，則將波折計數(shù)器30610加1，由此得到異常波折的個數(shù)(圖11B中的S1-S2)。
圖20示出圖15中脈沖響應(yīng)曲線測量單元307的工作流程圖。該單元分別測出圖13所示脈沖響應(yīng)曲線PIH的主峰、負(fù)向峰、左、右峰和右谷的幅值。圖20中，首先在步驟401測量從0.3秒到-0.3秒的區(qū)段中脈沖響應(yīng)的峰谷值，在402從時間零點開始尋找最高峰，在403判斷，如果是正向最高峰如圖13A中P點，則轉(zhuǎn)入405，否則在404以τ為變量擴(kuò)大尋找范圍，通常為0.05秒，在確定正向主峰之后在405確定負(fù)向峰的幅值，即正向主峰之前第一谷，在406，確定右谷值，即正向主峰之后第一谷，在407確定左峰的峰值，也就是正向主峰之前第一峰，如圖13B中PL，在408，確定右峰的幅值，即正向主峰之后第一峰，如圖13A中的PR。
圖21示出圖15中自相關(guān)曲線測量單元308和互相關(guān)曲線測量單元309的工作流程圖、這兩個單元的工作流程圖大致相同，均需測出相應(yīng)曲線(圖9、和圖10所述)上峰值R1的幅值，R2的幅值和位置，PT段的最大負(fù)向值和最大波折的幅值。圖21中，首先在501從縱軸零位線起至2.0秒?yún)^(qū)間上測取峰谷值，在502從縱軸零位線開始尋找R1、即最高峰，在503判斷是否為最高峰，如果不是最高峰則跳到505，以τ為變量擴(kuò)大尋找范圍τ的取值為0.05秒，如果是最高峰在504判斷是否靠近Y軸零線，如果不是轉(zhuǎn)入505，如果是在506確定R1之前第一谷即左谷的幅值，接著在507確定R1之后第一谷的幅值。在508從R1的右谷開始尋找R2位置，在509判斷下一峰的位置是否接近心跳時間，如果不接近在510以τ為變量擴(kuò)大搜索范圍，τ為0.05秒，在確定了R2的情況下，在511在R1右谷至R2之間尋找PT段的最大波折幅值，接著，在512在PT段確定最大負(fù)向峰的幅值。
圖22示出圖15中相于曲線測量單元310的工作流程圖。該單元對圖14示出的相干曲線RF進(jìn)行測量，以分別求出圖8A中的基波A的頻率位置上以及圖12A中極大值A(chǔ)的頻率位置上所對應(yīng)的相干值，再求出高頻段(大于4Hz)的最小相干值，圖22中，首先在步驟601從功率譜曲線測量單元輸入功率譜曲線上基波的頻率位置，然后在步驟602對該位置上的相干值進(jìn)行測量，在步驟603從傳遞函數(shù)測量單元輸入幅值曲線最大值的頻率值，然后在步驟604測量該頻率位置的相干值。隨后，在步驟605找出大于4Hz范圍內(nèi)相干曲線上的低谷幅值，在步驟606測出各低谷值中的最小值(即最小的相干值)。
經(jīng)過上述各測量單元的自動測量之后，在圖15的F參數(shù)表生成單元311內(nèi)將頻域曲線的各測量單元所測出的各曲線的特征參數(shù)形成一個F參數(shù)表，然后將三個參數(shù)表C，V和F分別送到接口電路5進(jìn)行輸出，并送到相關(guān)分析單元4進(jìn)行參數(shù)的比較和相關(guān)分析。
＊＊＊＊表3＊＊＊＊RxyRxRyPmaxPmin10.4124.454.9031.22-2.05Gxx1234A61.66.651.831.9F4.89.614.419.2Gyy1234A15.72.413.29.6F4.89.614.419.2參見表3，所示為F參數(shù)表的一個實例，其中，Rxy表示Vxy曲線中R的幅值，Rx表示Vxx曲線中R的幅值，Ry表示Vyy中R的幅值Pmax表示PIH曲線中主峰的幅值，Pmin表示PIH曲線中負(fù)向最高峰的幅值。Gxx1，2，3，4表示Gxx曲線中的前四峰，A表示幅值單位是mm，F(xiàn)表示相應(yīng)的頻率位置。Gyy1，2，3，4表示Gyy曲線中前四峰對應(yīng)的幅值和位置，應(yīng)當(dāng)指出，表3中僅給出了F參數(shù)表中的部分值，僅用于說明的目的，按同樣方式作出其它各曲線的特征值表。
圖23示出圖1中相關(guān)分析單元4的結(jié)構(gòu)框圖，其中，虛線框4代表整個相關(guān)分析單元，它包括C參數(shù)表指標(biāo)比較單元401，V參數(shù)表指標(biāo)比較單元402，F(xiàn)參數(shù)表指標(biāo)比較單元403，評判單元404，和索引表儲存單元405。其中，指標(biāo)比較單元401，402和403分別以波形識別單元輸入的C，V，F(xiàn)三個參數(shù)表為輸入，將輸入的每一個參數(shù)與預(yù)先儲存的與該參數(shù)相對應(yīng)的指標(biāo)值相比較，以確定該參數(shù)為陰性，陽性，或是介于兩者之間的一個臨界區(qū)內(nèi)，并以此對其評分，例如，一個指標(biāo)是大于0.1mv為異常，評分為1，小于0.05mv為正常，評分為0，0.05-0.10mv之間為臨界區(qū)，以0.005mv為一級分為十檔，每當(dāng)評分遞增0.1，0.055mv為0.1分，……0.095mv為0.9分，這樣無論該參數(shù)的取值是多少，都可對應(yīng)于0-1中的一個確定的分值。單元401，402和403中所用各項指標(biāo)均是通過大量病例的醫(yī)學(xué)統(tǒng)計而獲得，由于C參數(shù)表和V參數(shù)表的各項指標(biāo)在臨床的應(yīng)用已較譜遍，在此不在詳細(xì)介紹，以下具體介紹由本發(fā)明提供的F參數(shù)表比較單元403中所采用的各項指標(biāo)。
功率譜曲線Gxx和Gyy的指標(biāo)如下(1)C1(1/2，基諧比異常)，1峰(基波)幅值與2峰(2次諧波)幅值之比，對Gxx曲線該比值小于0.9為異常，對Gyy曲線該比值小于0.85為異常。
(2)C2(HG，1-4峰過高)1到4峰中有三個峰幅值超過75mm，或所有峰值均超過50mm為異常。
(3)C3(1-N，1峰消失)第一峰(基波)幅值小于1mm。
(4)C4(3-4N，3和4峰過低或消失)3或4峰幅值低于1mm，或1峰低于5mm時，3或4峰幅值同時低于3mm。
(5)C5(Tu，功率譜顫動)峰與峰的間距不等，且谷值不返回橫坐標(biāo)基線。
(6)C6(5/10，5-10峰值過高)在5-10峰中任一峰幅值超過1峰。
廣義系統(tǒng)函數(shù)相移曲線Qxy的指標(biāo)如下(1)C7(D，相移超限)在6-20Hz的頻段范圍內(nèi)相移超過8mm的連續(xù)頻段寬度超過5mm即為異常，通過對F參數(shù)表提供的相移頻段記錄進(jìn)行掃描可提取寬度超過5mm的頻段。
(2)C8(W，波折過多)在6-20Hz頻段內(nèi)，斜率超過0.24且落差大于6mm的波折數(shù)超過4個即為異常。
(3)C9(D+W，相移加波折)在6-20Hz頻段內(nèi)，相移大于8mm的連續(xù)段，寬度超過3mm，斜率超過0.24的波折數(shù)超過2個即為異常。
脈沖響應(yīng)曲線PIH的指標(biāo)如下(1)C10(Pv，主峰倒置)脈沖響應(yīng)負(fù)向峰的幅值大于正向峰值即為異常。
(2)C11(M1，主峰雙峰)主峰兩側(cè)任一峰的幅值超過主峰值的一半即為異常。
(3)C12(M2，M形峰)主峰右谷幅值大于基線，并大于主峰值的30%即為異常。
(4)C13(M3，主峰平頂)主峰上連續(xù)3點超過主峰幅值的70%。
自相關(guān)曲線Vxx，Vyy的指標(biāo)如下(1)C14(RH，R1超限)R1的幅值超過60mm即為異常。
(2)C15(RL，R1過低)Vxx上R1幅值低于8mm，同時Vyy上R1幅值低于4mm即為異常。
(3)C16(Fpt，PT平坦)R1到R2之間的PT段中任何波折的幅值均小于1mm。
(4)C17(Tv，反向峰)PT段出現(xiàn)寬大反向峰，幅值超過5mm為異常。
互相關(guān)曲線Vxy的指標(biāo)如下(1)C18(Rv，R1倒置)R1的幅值為負(fù)值，即低于縱軸零位線，或R1左右谷值的負(fù)向幅值大于R1，幅值的一半。
(2)C19(Ru，R1偏移)R1的位置偏離縱軸的距離大于0.8mm即為異常(3)C20(Fpt，PT段平坦)PT段最大波折的幅值小于1mm。
(4)C21(N形波)R1左右不對稱，出現(xiàn)N形波即為異常。
相干曲線RF的指標(biāo)如下(1)C22(CP，基波相干值低)功率譜曲線基波的頻率位置所對應(yīng)的相干值小于16mm即為異常。
(2)C23(CT，極大值相干異常)廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)曲線上4Hz以后最大幅值對應(yīng)的頻率位置上相干值低于20mm為異常。
(3)C24(Cb1，相干曲線高頻段內(nèi)波動)相干曲線上大于4Hz的頻段范圍內(nèi)出現(xiàn)幅值低于16mm的谷點即為異常。
F參數(shù)表比較單元403即根據(jù)上述指標(biāo)進(jìn)行比較。
表4給出該比較結(jié)果的一個實際例子。
＊＊＊＊＊表4＊＊＊＊＊GxxMark1/2HG1-N---3/4NTU5/100---GyyMark1/2HG1-N---3/4NTU5/100---QxyMarkDWD+W0---PIHMarkPVM1M2M30----VXX.UYYMarkRHRLFPX---FPYTVXTVX0---VXYMarkRVRDRFNW0----RFMarkCpCtCb10----
參見表5，所示為利用本發(fā)明的頻域分析指標(biāo)進(jìn)行的五十五例心肌梗塞病人對照組的統(tǒng)計結(jié)果，表5的每一行分別列出一位受試者的功率譜，傳遞函數(shù)，脈沖響應(yīng)，自相關(guān)，互相關(guān)和相干曲線上測出的特征值與多域相關(guān)分析病理指標(biāo)進(jìn)行比較的結(jié)果，共計三十項指標(biāo)。表中左側(cè)第一列為樣本號，其余各列為相應(yīng)的結(jié)果，“+”表示該項指標(biāo)陽性，“-”表示該項指標(biāo)為陰性。根據(jù)這種統(tǒng)計方法，也可在其它病癥對照下分析各項指標(biāo)的陽性分布情況及在鑒別診斷中的意義。
圖24示出圖23中F參數(shù)表指標(biāo)比較單元403的電路原理框圖。其中包括輸入?yún)?shù)寄存器4031運(yùn)算單元4032，控制器4033，指標(biāo)儲存器4034，，比較單元4035，和結(jié)果儲存器4036，來自波形識別單元3的F參數(shù)表中的各參數(shù)首先存入輸入?yún)?shù)寄存器4031，然后在控制器4033的控制下由運(yùn)算單元按以上的說明對各頻域曲線的參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，以求出各指標(biāo)的具體值，然后在比較單元4035與指標(biāo)儲存器4034內(nèi)預(yù)先存好的各指標(biāo)的判別值相比較，判定各指標(biāo)正常與否，比較的結(jié)果存入結(jié)果儲存器4036。
圖25示出圖23中C參數(shù)表和V參數(shù)表指標(biāo)比較單元401和402的電路原理框圖。該兩單元的工作原理相同，可由同一電路來完成。其中包括尋址單元4011，儲存器4012，控制器4013，大于比較器4014，比例因子發(fā)生器4015，小于比較4016，結(jié)果儲存器4017。在存儲器4012中預(yù)先存入c和v參數(shù)表各參數(shù)的閾值，包括正常值、異常值和臨界區(qū)，當(dāng)來自波形識別單元3的c和v參數(shù)表的參數(shù)送入后，由導(dǎo)址單元4011從儲存器4012中取出該參數(shù)的閾值，在控制器4013的控制下送到大于比較器4014或小于比較器4016同該參數(shù)進(jìn)行比較，如果符合比較條件，相應(yīng)的比較器即輸出“1”，否則即進(jìn)入比較因子發(fā)生器4015，對其產(chǎn)生一個臨界區(qū)內(nèi)的比例值，(0.1-0.9)。通過以上過程，任何一個參數(shù)經(jīng)過比較后都可得到一個比較結(jié)果，該結(jié)果可以是0，表示正常，或是1，表示異常，或是0.1-0.9中的一個一位小數(shù)，表示該參數(shù)的值是在臨界區(qū)范圍內(nèi)。經(jīng)過上述處理，各參數(shù)的比較結(jié)果均存入結(jié)果存儲器4017，以便下一步使用。
圖26示出圖23中索引表存儲單元405內(nèi)存儲的索引表結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的方法和裝置在對大量臨床病例進(jìn)行統(tǒng)計分析處理的基礎(chǔ)上，以本發(fā)明的C、V、F參數(shù)表內(nèi)各項參數(shù)值為依據(jù)，建立起不同疾病所對應(yīng)的鑒別診斷模型，將各類疾病的鑒別診斷模型加以分類歸納，即形成圖26所示的索引表，每一位受試者的心電參數(shù)經(jīng)過指標(biāo)比較，就可通過該索引表進(jìn)行多指標(biāo)的相關(guān)分析，最終確定其病癥。該表第一欄為索引號，是不同病癥的分類編號，第二欄為病癥名稱，以后分別為貌≈⑺雜Φ腃、V、F參數(shù)表中相關(guān)參數(shù)及其數(shù)值，最后一欄是權(quán)重值。根據(jù)每一病癥所對應(yīng)的參數(shù)及其取值范圍的不同，即可鑒別出某一具體病例的病癥。
圖27示出圖23中相關(guān)分析綜合評判單元404的工作流程圖。首先，在步驟701，從索引表內(nèi)讀取第一個索引號內(nèi)的相關(guān)參數(shù)，在步驟702，從圖23中的各指標(biāo)比較單元401-403中讀取相應(yīng)參數(shù)的比較結(jié)果，在步驟703對讀取的結(jié)果做加權(quán)處理，權(quán)重的大小取決于各參數(shù)在評判中的意義，權(quán)重系數(shù)也預(yù)先存在索引表中。在步驟704對加權(quán)處理后的結(jié)果進(jìn)行歐氏距離計算，求出該組參數(shù)在多維空間中的位置，在步驟705將求出的空間位置與預(yù)定的范圍相比較，若不在此范圍內(nèi)則轉(zhuǎn)到步驟709，相反若在預(yù)定范圍內(nèi)，則在步驟706設(shè)置符合標(biāo)志。在步驟707判別該病癥是否為緊急情況，若符合即進(jìn)入步驟708啟動報警裝置。在步驟709判別是否檢索過索引表內(nèi)的所有項目，如未完成則返回701對下一項目進(jìn)行同一過程。在檢索過索引表內(nèi)全部項目之后，進(jìn)入步驟710，判斷是否符合標(biāo)志，如果有符合標(biāo)志說明鑒別診斷已完成，經(jīng)步驟711進(jìn)入打印程序，輸出結(jié)果。反之，進(jìn)入步驟712，繼續(xù)進(jìn)行臨界區(qū)掃描處理。在步驟713，對臨界區(qū)掃描結(jié)果進(jìn)行判別，先分析時域和空間域指標(biāo)，如無結(jié)果，進(jìn)入715分析頻域指標(biāo)。由于頻域指標(biāo)比時域指標(biāo)和空間域指標(biāo)更為敏感，可將其結(jié)合其它臨床資料進(jìn)行分析，在步驟716判斷其是否正常，如果正常，進(jìn)入720打出正常報告，若有異常進(jìn)入717進(jìn)行加權(quán)處理，根據(jù)每個單項指標(biāo)臨床意義和發(fā)生的概率賦予權(quán)重，對處理結(jié)果在718進(jìn)行分級，將權(quán)重總值分為十級，五級以下為正常，六級為可疑，七級以上為異常，對異常情況，在步驟719結(jié)合其它臨床資料進(jìn)行分析，最后打印出分析結(jié)果或指示說明。
權(quán)利要求
1.一種對心電信號進(jìn)行處理和分析的方法，其特征在于包括以下步驟建立一個數(shù)字化多導(dǎo)聯(lián)同步采樣的心電數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)；從上述存儲結(jié)構(gòu)中取出各導(dǎo)聯(lián)的心電數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波后形成各導(dǎo)聯(lián)的心電圖信號；從上述存儲結(jié)構(gòu)中取出兩個導(dǎo)聯(lián)的心電數(shù)據(jù)分別進(jìn)行快速付立葉變換以形成兩導(dǎo)聯(lián)心電頻譜信號；將上述兩導(dǎo)聯(lián)心電頻譜信號互為共軛的量分別相乘以獲得兩導(dǎo)聯(lián)心電自功率譜信號；將上述兩導(dǎo)聯(lián)心電頻譜信號互為共軛的量分別相乘以獲得兩者的互功率譜信號；和將上述各導(dǎo)聯(lián)心電圖信號、上述兩導(dǎo)聯(lián)的自功率譜信號、以及上述互功率譜信號通過一個輸出裝置分別形成各導(dǎo)聯(lián)的心電圖曲線、兩導(dǎo)聯(lián)的自功率譜曲線和互功率譜曲線。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟將上述兩導(dǎo)聯(lián)心電自功率譜信號分別進(jìn)行付立葉逆變換，以獲得兩導(dǎo)聯(lián)心電自相關(guān)信號;和將上述兩導(dǎo)聯(lián)心電自相關(guān)信號通過輸出裝置形成自相關(guān)曲線。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟將上述互功率譜信號進(jìn)行付立葉逆變換，以獲得心電互相關(guān)信號;和將上述互相關(guān)信號通過輸出裝置形成、互相關(guān)曲線。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟將上述兩導(dǎo)聯(lián)心電互功率譜信號與其中一個導(dǎo)聯(lián)的心電自功率譜相除以分別獲得廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)的幅值信號和相移信號;和將上述幅值信號和相移信號分別通過輸出裝置形成心電傳遞函數(shù)的幅值曲線和相移曲線。
5.權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟將上述傳遞函數(shù)幅值信號進(jìn)行付立葉逆變換以獲得脈沖響應(yīng)信號;和將上述脈沖響應(yīng)信號通過輸出裝置形成脈沖響應(yīng)曲線。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟將上述互功率譜信號的平方與上述兩導(dǎo)聯(lián)自功率譜信號的乘積相除，以獲得相干信號;和將上述相關(guān)信號通過輸出裝置形成相干曲線。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟從上述儲存結(jié)構(gòu)中取出預(yù)定三導(dǎo)聯(lián)X，Y，Z心電數(shù)據(jù)，分別形成F(x，y)，H(x，z)和LS(y，z)三個面上的心電向量信號;和將上述三個面的心電向量信號通過輸出裝置分別形成三個面上的心電向量環(huán)曲線。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述兩導(dǎo)聯(lián)心電信號分別為V5和Ⅱ?qū)?lián)。
9.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟由一個波形識別單元分別對所述各導(dǎo)聯(lián)心電圖信號的P波，QRS波群，T波的幅值和寬度，R-R間期，ST段，以及心率進(jìn)行測量;對所述兩導(dǎo)聯(lián)心電自功率譜信號波形的基波和至少一個諧波的幅值和頻率位置進(jìn)行測量，和將上述心電圖信號和自功率譜信號上測出的各參數(shù)值通過輸出裝置輸出。
10.權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟由波形識別單元對所述兩導(dǎo)聯(lián)心電自相關(guān)信號的主峰的幅值和波折(PT段)的形狀分別進(jìn)行測量;和將上述測量值通過輸出裝置輸出。
11.權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟電波形識別單元對所述心電互相關(guān)信號的主峰幅值和波折(PT段)形狀進(jìn)行測量;和將上述測量值通過輸出裝置輸出。
12.權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟由波形識別單元對所述廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)相移信號在6-20Hz的頻段內(nèi)進(jìn)行相移值測量;和將上述測量值通過輸出裝置輸出。
13.權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟由波形識別單元對所述脈沖響應(yīng)信號的主峰，左、右谷，左、右峰的幅值進(jìn)行測量;和將上述測量值通過輸出裝置輸出。
14.權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟由波形識別單元對自功率譜信號基波的頻率位置進(jìn)行測量;由波形識別單元對將兩導(dǎo)自功率信號相除而獲得的廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)幅值信號在大于4Hz的頻段內(nèi)測取幅值最大值處的頻率位置;由波形識別單元對所述相干信號在上述基波頻率位置上和上述幅值最大值的頻率位置上測量相干值;和將上述測量值通過輸出裝置輸出。
15.權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟由波形識別單元對所述三個面上的心電向量信號的向量旋轉(zhuǎn)方向，向量的模和相角，以及向量環(huán)的各象限面積比進(jìn)行測量;和將上述測量值通過輸出裝置輸出。
16.權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟由相關(guān)分析單元將所述心電信號各測量值分別與一組預(yù)定的閾值相比較，以確定每一測量值是正常(0)，異常(1)，或是在臨界區(qū)之內(nèi)(0.1-0.9);由相關(guān)分析單元對兩導(dǎo)聯(lián)自功率譜信號測出的基波和九個諧波的頻率位置和幅值進(jìn)行如下處理將基波幅值與二次諧波幅值之比與預(yù)定閾值相比較;確定三或四次諧波的幅值是否低于預(yù)定值，或在基波幅值低于某預(yù)定值時確定三、四次諧波是否低于另一預(yù)定值;確定各諧波間隔是否相等;和確定五到十次諧波中是否有幅值超過基波的情況;經(jīng)過上述處理后將處理結(jié)果經(jīng)輸出裝置輸出。
17.權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟由相關(guān)分析單元對所述兩導(dǎo)聯(lián)心電自相關(guān)信號的各測量值進(jìn)行以下處理確定波峰R1的幅值是否小于預(yù)定值;確定PT段的波折幅值是否小于預(yù)定值;和確定PT段是否有幅值超過某一預(yù)定值的反向峰;經(jīng)過上述處理后將處理結(jié)果經(jīng)輸出裝置輸出。
18.權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟由相關(guān)分析單元對所述心電互相關(guān)信號的各測量值進(jìn)行以下處理確定波峰R1是否反向;確定波峰R1相對于橫坐標(biāo)零值的偏移量;確定波峰PT段中最大波折的幅值;經(jīng)過上述處理后將處理結(jié)果經(jīng)輸出裝置輸出。
19.權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟由相關(guān)處理單元對所述廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)相移信號的各測量值進(jìn)行以下處理確定6-20Hz范圍內(nèi)斜率超過預(yù)定值的波折個數(shù);確定6-20Hz范圍內(nèi)相移超過預(yù)定值的連續(xù)頻段的寬度;經(jīng)過上述處理后將處理結(jié)果經(jīng)輸出裝置輸出。
20.權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟由相關(guān)分析單元對所述脈沖響應(yīng)信號的各測量值進(jìn)行如下處理確定最大負(fù)向峰幅值是否大于正向峰;確定主峰兩側(cè)任一峰的幅值是否大于主峰幅值的一半;確定主峰右谷幅值是否大于基線值;確定主峰是否出現(xiàn)平頂;經(jīng)過上述處理后將處理結(jié)果經(jīng)輸出裝置輸出。
21.權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟由相干分析單元對所述相干信號的各測量值進(jìn)行如下處理確定功率譜基波位置的相干值是否小于一個預(yù)定值;確定廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)幅值曲線最大值的頻率位置的相干值是否小于另一預(yù)定值;確定相干信號在大于4Hz頻段上幅值的谷點是否小于再一個預(yù)定值;經(jīng)過上述處理后將處理結(jié)果經(jīng)輸出裝置輸出。
22.權(quán)利要求1所述的方法，其特征為從所述存儲結(jié)構(gòu)中取出各導(dǎo)聯(lián)的心電數(shù)據(jù)形成心電圖時所取的采樣頻率為400Hz;從所述存儲結(jié)構(gòu)中取出兩導(dǎo)聯(lián)心電數(shù)據(jù)進(jìn)行快速付立葉變換時所取的采樣頻率為100Hz;所述快速付立葉變換時是分段采取數(shù)據(jù)，每段512個數(shù)據(jù)點;和分段進(jìn)行付立葉變換后對產(chǎn)生的頻譜信號進(jìn)行疊加平均以抵消隨機(jī)干擾。
23.一種對心電信號進(jìn)行處理和分析的裝置，其特征在于包括一個儲存裝置，用于儲存數(shù)字化多導(dǎo)聯(lián)同步采樣的心電原始數(shù)據(jù);一個多域處理單元，其中進(jìn)一步包括一個取數(shù)電路，用于從上述儲存裝置中提取心電數(shù)據(jù);一個濾波校正電路，用于對上述取數(shù)電路提取的各導(dǎo)聯(lián)心電數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和基線校正，以產(chǎn)生多導(dǎo)聯(lián)心電圖信號;一個快速付立葉變換(FFT)單元，用于對上述取數(shù)電路提取的任意兩導(dǎo)聯(lián)心電數(shù)據(jù)進(jìn)行付立葉變換以形成兩導(dǎo)聯(lián)的頻譜信號;一個乘法單元，用于將上述FFT單元輸出的兩導(dǎo)聯(lián)頻譜信號分別平方，以形成兩導(dǎo)聯(lián)自功率譜信號，并將兩導(dǎo)聯(lián)的頻譜信號相乘以形成互功率譜信號;一個接口電路，分別同上述各單元的輸出端連接，將上述多導(dǎo)聯(lián)心電圖信號和兩導(dǎo)聯(lián)自功率譜信號和互功率譜信號輸出;和一個輸出裝置，用于形成上述各輸出信號的特征曲線。
24.權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于所述多域處理單元進(jìn)一步包括一個除法單元，用于將所述兩導(dǎo)聯(lián)的自功率譜信號相除以形成廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)的幅值信號和相移信號，并通過輸出產(chǎn)生幅值曲線和相移曲線;一個付立葉逆變換單元，用于將所述兩導(dǎo)聯(lián)自功率譜信號變換為自相信號，將互功率譜信號變換為互相關(guān)信號，將上述傳遞函數(shù)幅值信號變換為脈沖響應(yīng)信號，并通過輸出裝置產(chǎn)生各信號的特征曲線;和一個運(yùn)算單元，用于將上述互功率譜信號的平方與兩導(dǎo)聯(lián)自功率譜信號的乘積相除，以此形成相干信號并通過輸出裝置產(chǎn)生相干曲線。
25.一種如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于所述多域處理單元進(jìn)一步包括一個空間向量生成單元，用于從經(jīng)過濾波和基線校正的心電數(shù)據(jù)中取出X，Y，Z三導(dǎo)聯(lián)心電數(shù)據(jù)形成心電空間向量;一個疊加平均處理單元，用于從經(jīng)過濾波和基線校正的心電數(shù)據(jù)中取出多導(dǎo)聯(lián)信號進(jìn)行疊加平均以消除隨機(jī)干擾;一個周期選擇單元，用于對生成空間向量和經(jīng)過疊加平均處理的心電信號進(jìn)行心動周期的選擇;一個波段定位單元，用于對選定的心動周期進(jìn)行P波，QRS波群和T波的定位;一個組環(huán)電路，用于對波段定位的信號分別形成F(x，y)，H(x，z)，LS(y，z)三平面上的心電向量環(huán)，并通過輸出裝置形成心電向量環(huán)曲線。
26.一種如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于一個波形識鸕ピ渲薪徊槳ǎ 一個心電圖信號測量單元，用于測量所述多導(dǎo)聯(lián)心電圖信號的P波，T波，QRS波的幅值和寬度，R-R間期，ST段形狀并以此形成一個C參數(shù)表經(jīng)輸出裝置輸出;一個心電向量測量單元，用于測量所述心電向量信號的旋轉(zhuǎn)方向，向量的模和相角，以及向量環(huán)在各象限面積的比，以此形成一個V參數(shù)表并經(jīng)輸出裝置輸出;一個功率譜信號測量單元，用于測量所述自功率譜信號的基波和2-10次諧波的幅值和頻率位置;一個傳遞函數(shù)測量單元，用于測量所述廣義系統(tǒng)傳遞函數(shù)相移信號在6至20Hz頻段的相移值;一個自相關(guān)信號測量單元，用于測量所述自相關(guān)信號主峰幅值和PT段的形狀;一個互相關(guān)信號測量單元，用于測量所述互相關(guān)信號主峰幅值和PT段的形狀;一個相干信號測量單元，用于測量所述相干信號的相干值;一個參數(shù)表生成單元，用于將上述各單元測量的參數(shù)形成一個F參數(shù)表并經(jīng)輸出裝置輸出。
27.一種如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于一個相關(guān)分析單元，其中進(jìn)一步包括一個C參數(shù)表指標(biāo)比較單元，用于將上述C參數(shù)表的各項參數(shù)與預(yù)定域值比較，以分別判定各參數(shù)為正常(0)，異常(1)或在臨界區(qū)范圍內(nèi)(0.1-0.9);一個V參數(shù)表指標(biāo)比較單元，用于將上述V參數(shù)表的各項參數(shù)與預(yù)定域值比較，以分別判定各參數(shù)為正常(0)，異常(1)或在臨界區(qū)范圍內(nèi)(0.1-0.9);一個F參數(shù)表指標(biāo)比較單元，用于將上述F參數(shù)表的各項參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果與預(yù)定值相比較以確定是否正常;一個索引表儲存單元，用于儲存各病癥所對應(yīng)的診斷指標(biāo)的索引表;一個評判單元，該單元將上述三個指標(biāo)比較單元的結(jié)果與上述索引表存儲單元內(nèi)的一項目進(jìn)行比較，以判定符合哪一病癥的診斷指標(biāo)，并通過接口電路輸出評判結(jié)果。
28.一種如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括一個報警裝置，用于根據(jù)所述評判結(jié)果對危重病例發(fā)出報警信號;一個鍵盤，用于控制該裝置的工作并輸入與受試者有關(guān)的信息;和一個外存裝置，用于存儲心電原始數(shù)據(jù)，多域處理信號，波形識別參數(shù)，相關(guān)分析結(jié)果以及與受試者有關(guān)的信息。
全文摘要
本發(fā)明的心電信號多域處理和相關(guān)分析方法和裝置對預(yù)先存儲的多導(dǎo)聯(lián)同步采集的心電數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，向量環(huán)生成，快速付立葉變換和逆變換等處理產(chǎn)生心電圖，心向量圖和心電頻譜綜合圖，通過自動識別上述圖形獲取多個特征參數(shù)并將其與一組多域相關(guān)分析病理指標(biāo)相比較，從而得到對心血管疾病的鑒別診斷有價值的信息。上述圖形，特征參數(shù)表，和比較評判結(jié)果通過輸出裝置供臨床和科研使用。
文檔編號A61B5/04GK1032288SQ8710662
公開日1989年4月12日 申請日期1987年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1987年9月30日
發(fā)明者沈希光, 封根泉, 連汝安, 王長清, 連晶, 張光啟, 楊紹京, 游欽維 申請人:創(chuàng)建基立有限公司, 中國曉峰技術(shù)設(shè)備公司, 中國電子進(jìn)出口總公司華南分公司