三维高频心电信号分析系统及方法技术方案

一种时间、频率、波幅三维高频心电信号分析系统和方法。该系统通过计算机对经采样获得的心电信号ＱＲＳ波进行叠加平均、用一系统不同带通中心频率ｆｃ的窄带数字滤波器对叠加平均后的心电信号进行滤波，提取高频心电成分，找出每条滤波曲线的局部极大值、插值后连成光滑曲线，将这些光滑滤波曲线依次排列，构成同时反映时间、频率、波幅特征的三维高频心电图。本发明专利技术具有优于普通心电图和普通计算切迹扭结的高频心电图的灵敏度。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维高频心电信号的分析系统和方法，特别涉及频率范围为130Hz-230Hz之间的高频心电图(HF-ECG)的计算机三维分析系统及其方法。心电信号中频率高于100Hz的心电成份叫作心电的高频成份。随着计算机技术和现代信号处理技术应用到心电图的记录和研究分析之中，心电信号的高频成份在心脏功能分析中的意义已经变得越来越突出。高频心电图能够记录到普通心电图所记录不到的信息。有研究表明，对于一些患有心脏疾病的病人，其普通心电图可能正常，而其高频心电图却明显异常。对于冠心病、心肌缺血的诊断，以及心脏功能的检测，高频心电图是一种既方便又安全的无创检测手段，它比普通心电图更为灵敏，能发现某些常规心电图发现不了的局灶性心肌损伤，把它与某些其它临床检测手段结合起来，能够提高心脏疾病诊断的准确率。近些年来，人们越来越重视对高频心电图的研究与分析，W.J.Tompking等人在发表于《医学生物工程与计算机》(Medical&Bi-olgicalEngineering&Computing)1980年5月号第303-312页上的题为“高频心电图的计算机分析方法”(ComputerMethodforAnalysingtheHigh-FrequencyElectrocardiogram)一文中，阐述了利用计算机对高频心电图中的切迹进行计算的方法。计算机通过一阶导数识别切迹和扭结，并且自动输出切迹和扭结数目以及每个切迹相对QRS波起点的位置，根据QRS波群中的切迹，帮助临床上判断其病理意义。这类计数切迹扭结的方法，是在时域范围内进行的研究，其优点是可以看到切迹在QRS波上出现的位置，由于不同的位置对应于心脏除极不同的时相，所以其中包含着病灶位置的信息，但它的缺点是不能看到心电信号在不同频率的功率分布，而这里面包含着心肌损伤轻重程度的信息。ShimonAbboud等人在其发表于J.Electrocardiology1986年19(4)号第371至380而上的题为《利用先进的信号平均法对普通心电图正常的冠状动脉疾病患者进行无创检测的高频心电图》(HighFrequencyElectrocardiographyUsinganAdvancedMethodofSignalAveragingforNon-InvasiveDetectionofCoranaryArteryDiseaseinPatientswithNormalConventionalElectrocardiogram)的论文中，提出了一种在高频心电图中将极微弱电信号从噪声中提取出来进行分析的方法，其原理是把N个周期的心电信号对齐叠加，再平均，从而提高信噪比。其优点是抑制了不确定的噪声，信噪比较高，能记录到常规方法所记录不到的精细电位变化。缺点是非实时性，对重复性不强的信号无法有效地处理，如对期外收缩、心律不齐等无法给出满意的分析结果。ShimonAbboud等人对平均处理后的心电信号进行数字滤波通频带是150-250Hz，对滤波后的曲线取其包络线。结果表明，对于多数普通心电图正常的冠心病人，其滤波包络线出现中心凹陷，而健康人则无此现象。该方法用数字滤波技术抽取敏感频段150-250Hz的心电信号，排除了低频心电信号的干扰，相比计数切迹、扭结的方法又有进一步发展，但其不足之处在于把150-250Hz内的各种不同谐波成份混在一起，从其滤波包络线中不能看出究竟是什么谐波成份对滤波包络线的改变起主要影响，因而不能给出各谐波成份改变与病程变化关系的信息。ShimonAbboud的方法与W.J.Tompking的方法都是时域分析的方法。另一种方法是频域分析方法即通过富立叶变换，做出功率谱，用来反映心电信号在不同频率的功率分布，以便衡量心脏功能或作为一种诊断方法。但它丢失了时间信息。而生理信号，特别是心电信号，作为一种周期性生理过程的反映，其时间特性是非常重要的。频域分板方法恰恰丢失了这一特性。本专利技术的目的旨在克服先有技术中的不足，建立一种能够同时反映“时间-频率-波幅”三维信息的高频心电信号的计算机分析系统，很好地把时域、频域综合起来对心电信号进行分析研究，通过三维图形同时显示心电信号在时间、频率、波幅三个分量上的信息，为高频心电图的研究和应用提供一种新的三维分析系统。本专利技术的另一个目的还在于提供一种同时在“时间、频率、波幅”三个分量上对高频心电信号进行计算机三维分析的方法。根据本专利技术，提供了一种“时间、频率、波幅”三维高频心电信号分析系统，包括宽带心电信号放大器、模/数转换装置、计算机处理装置、输出装置。由宽带心电放大器采集的心电信号，通过A/D转换装置送入计算机存储器内以备进一步处理，计算机利用信号平均法，对输入的采样心电信号进行平均，例如采用相干平均法，对N个QRS波进行叠加。计算机用9点抛物线求导找出导数绝对值的最大值｜Dmax｜，然后找出所有导数绝对值等于0.8｜Dmax｜的点，在这些点附近搜索R波顶点，再把QRS波对齐叠加。通过带通滤波，例如采用窄带数字滤波方式，从平均叠加后的心电信号中，提取出有用的高频分量。在130Hz-230Hz频率范围内，以一定步长递增地设置不同中心频率fc的窄带数字滤波器进行滤波，得到原始心电信号的一系列滤波曲线;对每一条滤波曲线取绝对值，找出曲线的局部最大值，然后进行插值，连成光滑包络线;将不同频率fc时得到的一系列经过这样处理后的光滑包络线依次排列，形成一个包括时间、频率、波幅三个分量的三维图形，可以同时显示QRS波对应t时刻、在某一频率fc处的波幅高度。系统中还在宽带心电信号放大器之后连接了一个磁带记录仪和慢扫描示波器，对心电信号进行记录。此装置目的在于，如果计算机所采集的一段心电信号有伪差(如电极脱落、病人肢体运动等所引起的伪差信号)，就放弃所采集的这一段心电信号，以保证记录信号的准确性;令磁带记录仪重放心电信号，通过慢扫示波器观察选取的一段合适的无伪差心电信号输入给计算机A/D极，经模/数转换输入计算机。根据本专利技术，还提供了一种对高频心电信号进行时间、频率、波幅三维分析的方法，包括以下步骤a.利用宽带心电放大器获取心电信号;b.经A/D转换器将所采集到的心电信号送入计算机;c.在计算机中，采用信号平均法，例如相干平均法，对N个QRS波进行叠加，用9点抛物线法求导，找出导数绝对值的最大值｜Dmax｜，并找出所有导数值等于0.8｜Dmax｜的点，在这些点附近搜索R波顶点;其中R波判别条件是该点的值比它相邻的前10点和后10点的值大;然后把QRS波对齐叠加;把平均处理后的QRS波截成适当长度人心电信号为128ms，以R波为中心，两边对称等长;实验家兔心电信号则截取64ms，以R波为中心，两边对称等长。需要指明的是，这里所截取的QRS波长度与医学上规定的有所不同，这里之所以分别取人心电128ms、家兔心电64ms是为了工程处理上的方便;d.使平均叠加后的心电信号分别通过以一定步长递增的一系列带通中心频率fc的窄带滤波器组，从而得到心电信号的一组不同中心频率下的滤波曲线;e.对步骤d中得出的滤波曲线组中的每条滤波曲线取绝对值，找出曲线的局部极大值;局部极大值判定的条件是该点比它相邻的前3点和后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维高频心电信号分析系统，包括：宽带心电信号放大器，用于采集和放大心电信号；模／数转换装置，用于将所接收的心电信号数字化；输出显示装置，用于输出、打印及显示处理后得出的心电图；其特征在于该系统进一步包括：一个与所述宽带心电信号放大器之输出相连的磁带记录仪，用以记录和必要时重放心电信号；一个与所述宽带心电信号放大器和所述磁带记录仪相连的慢扫描示波器，用以监视所述磁带记录仪重放的心电信号或宽带心电信号放大器输出的心电信号；以及用于存储和处理心电信号的计算机；它通过所述模／数转换装置接收并存储由所述宽带心电信号放大器所采集的心电信号，将存储于其中的心电信号数据进行包括基线校正、相干平均和截取的预处理，然后通过带通滤波器，在一设定频率范围之内提取所需的高频分量；利用一组其中心频率ｆｃ在所述的设定频率范围之内以一设定步长递增地选取的带通滤波器，对经预处理后的心电信号进行滤波，从而得到一组滤波后曲线；对各条滤波后曲线取绝对值，找出局部极大值，进行插值，连成光滑包络曲线，在设定的坐标上，将所述插值光滑后的各条包络曲线依次排列，从而得到一个包括时间、频率、波幅三个分量上的三维高频心电图，从所述输出显示装置上输出。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张海，陈惟昌，
申请(专利权)人：中日友好医院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]