CN101637384B - Ecg监视系统中信号质量指示和假警报减少的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了ECG监视系统中信号质量指示和假警报减少的系统和方法。一种心电图(ECG)监视系统(10)被配置为确定包括一组指示符的指数(102)，其中每个指示符指示ECG导联中的信号质量的水平。此外，ECG监视系统(10)将来自所述一组指示符的第一指示符(108、156)分配给第一ECG导联信号并将第一指示符(108、158)传达给用户。

Description

ECG监视系统中信号质量指示和假警报减少的系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及心电图(ECG)监视系统，更具体地涉及确定和指示ECG信号的质量。
背景技术
ECG监视系统可以设计为生成指示病人身体状况以及设备故障和/或不能正确地运行的警报。EGC监视系统可能生成“假警报”，该假警报不是由于病人的身体问题而引起的，而常常是基于内部信号处理的错误或来自分离或失败的导联(lead)。具体地，假危机警报浪费宝贵的护理和急救人员资源，因为它们可以导致不必要的快速反应，该快速反应可以将资源从其它病人转移。许多ECG系统能够可靠地检测失败或分离的导联，常常经由警报而将分离或失败的导联通知给操作员。另外，许多ECG系统提供暂时不能处理一个或多个ECG波形的指示。这样的指示通常称为假象(artifact)警报。
虽然设备引线和假象警报可能具有低优先级且在假象终止时常常停止，但它们能够产生显示杂乱且通常不提供可操作信息。尽管如此，仍然应由监视人员来调查该警报。另外，信号问题常常发生在除主查看信道之外的信道上，且监视器上所显示的默认屏幕常常不包含允许识别出哪个信道与警报相关联的信息。因此，操作员常常必须搜索正确的屏幕以评估假象。到找到正确的屏幕时，启动假警报事件的问题常常已经过去。因此，这样的假警报充当使医务人员分心的事。
为了使假警报的分心影响最小化，已经实施了若干技术。一种技术包括减少由于诸如由失败的导联所引起的警报之类的严重性较低的警报而引起的麻烦。也就是说，以如下的方式来设计与严重性较低的警报相关联的显示和声刺激：该方式通过具有例如成比例地降低的声学噪声水平或成比例地较不令人分心的视觉指示符而使得显示和声刺激对操作员和病人的所造成的麻烦程度最小化。护理者可能变得不知道存在由于“狼来了”效应而引起的信号质量问题。也就是说，由于一系列的设备或信号相关警报，操作员可能由于其它警报也与信号质量或设备相关这一假设而没有调查所述其它警报。忽视警报的后果是监视可能变得无效或对严重情形具有降低的灵敏度。
用以解决ECG监视假警报问题的另一种方法是只在必要时将警报通知给医务人员。为了实现这种方法，已开发出由专门人员负责ECG信号的监视的监视位置。也就是说，并非将监视器设置在床边或护理位置处，而是远程监视位置监视来自多个病人的ECG信号，并由人类观察员(有时称为远程技师)预先筛选由许多病人生成的警报。当警报出现时，远程技师估计正确的屏幕并确定是否通知诸如护士、医师、紧急应变组之类的医务人员。然而，这样环境可能导致由于多任务执行而引起的分心。例如，远程技师可能正在调整显示器以更详细地查看第一病人的记录，而同时更危急的警报被另一病人登记。在这样的情况下，危急警报可以导致远程技师忘记更详细地查看第一病人的记录的任务。同样地，即使远程技师的唯一责任可以是监视信号，但远程技师仍然可能在多个病人碰巧具有同时的危急警报时轻易地被警报弄得不知所措。此外，虽然警报可能听起来像危急信号，但其可能是假警报，从而使局势进一步恶化。
由于是在远程位置处执行监视，所以还可能出现通信问题。例如，远程技师与医院病房可能不是紧密通信的，因此，远程技师可能在联系医院工作人员方面具有困难。因此，由于通信问题和分心，即使由专门的远程技师来监视警报，也可能错过真正的警报。
因此，期望设计一种能够独立于显示波形数据而显示信号质量并能够使用信号质量值来使ECG监视系统中的假警报最小化的系统。
发明内容
依照本发明的一方面，一种心电图(ECG)监视系统被配置为确定包括一组指示符的指数(index)，其中每个指示符指示ECG导联中的信号质量的水平。此外，ECG监视系统将来自该组指示符的第一指示符分配给第一ECG导联信号并将该第一指示符传达给用户。
依照本发明的另一方面，一种其上存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序包括指令，所述指令在被计算装置执行时使计算装置：评估第一心电图(ECG)导联信号中的噪声，将来自质量指数的第一值分配给所估计的噪声；以及将该第一值指示给用户。
依照本发明的又一方面，一种方法包括：确定ECG导联的状况，分配指示ECG导联的状况的符号；以及基于该符号来评价来自ECG系统的警报。
通过以下具体的说明和附图，本发明的各种其它特征和优点将变得清楚。
附图说明
附图示出目前预期用于实现本发明的若干实施例。
在附图中：
图1是本发明的实施例所使用的示例性ECG监视系统的示意图。
图2是示出根据本发明实施例的技术的流程图。
图3是示出ECG导联信号指数标定和显示的实施例的图形表示。
图4是示出图3的带内处理的实施例的图形表示。
图5是示出图4所示的新信号模板的确定的实施例的流程图。
图6是示出图4所示的基准点的检测的实施例的流程图。
图7是示出图3所示的起搏器噪声的去除的实施例的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于确定ECG导联信号中的噪声的系统和方法。为一个或多个ECG导联信号分配来自指示其中的噪声的指数的值，从而使得操作员能够评估警报以确定这样的警报是否是信号或设备相关的。
参考图1，根据本发明的实施例而示出了ECG监视系统。在本实施例中，ECG系统10包括附着于对象(subject)的一组电极12、接收并存储从各个电极12输出的ECG波形数据的数据获取系统14、用于处理所获取的ECG波形数据的数据处理器16以及用于质量分析的质量处理器18，将针对图2～7对它们进行更全面的描述。另外，可以预期ECG监视系统100还可以包括仲裁器19，将针对图2更全面地描述仲裁器19。系统操作员可以经由到操作员接口20的输入来选择处理器的操作模式。在一个实施例中，将来自处理器16的ECG分析和来自质量处理器18的质量分析的结果发送到一个或多个输出设备22(例如，显示监视器、打印机和/或存储介质)。在另一实施例中，将来自处理器16的ECG分析和来自质量处理器18的质量分析的结果发送到仲裁器19。在这样的实施例中，仲裁器19可以使用来自质量处理器18的分析信息来拦截或记录从处理器16发送的警报。可以预期，可以将所记录的警报发送到一个或多个输出设备22。例如，可以将所记录的警报保存到存储介质的日志文件中，以及/或者可以在显示监视器中说明其拦截。可以将ECG监视系统10的质量处理器18和仲裁器19制造在ECG监视系统10中，或者它们可以是ECG监视系统10的一个或多个附件。
虽然本实施例示出具有五个电极12的ECG监视系统10，但本发明的实施例可以用于具有多于或少于五个电极的其它ECG监视系统。此外，虽然示出的电极是有线电极，但可以预期可以代替或结合有线数据获取部件而使用无线数据获取部件。
ECG监视系统10的电极12被附着于对象的皮肤并被定位为检测由对象的心脏所产生的电信号。涂敷于电极的是接触对象的皮肤并将皮肤处所存在的电信号传导至电极的导电胶。对象的心脏产生称为ECG波形的电信号。该标准命名标识P波、QRS复合波、T波以及U波。
通常将一次搏动(beat)的ECG波形称为PQRST复合波。P波出现在搏动开始时并对应于心房中的活动，而QRST复合波在P波之后并对应于心室活动。QRS分量表示心室的电活化，而T波表示其电恢复。ST段是相对静止期。在具有各种形式的心脏疾病或异常的病人体中，这些波中的一个或多个可能变形或者甚至不存在。病人常常表现出偶尔的变形搏动，称为包含非常大的R波的早发性心室收缩(PVC)。这些生理上生成的心脏波形不应被误认为是信号质量变化。
使用从ECG监视系统10的数据获取部件14搜集的信息来生成ECG导联信号。例如，在一个实施例中，数据获取部件14可以确定来自五个电极12的四个ECG导联信号。也就是说，成对电极12之间的电位差(或这些差的线性组合)可以用来生成可以在输出端22处被显示或指示的独特的ECG导联信号。也就是说，常常由从两个或更多电极获取的数据导出一个或多个ECG导联信号。这样的ECG导联信号常常称为导出导联(derived lead)。同样地，关于导出导联，常常不是只存在与每个ECG导联信号相关联的一个唯一电极。因此，可以有比电极更多的ECG导联信号。本发明的实施例可以与采用导出导联的ECG系统一起使用。
参照图2，流程图示出了根据本发明实施例的ECG信号质量指示技术100。技术100提供对与ECG监视系统相关联的一个或多个导联的信号质量的确定和显示。此外，技术100提供对与ECG监视系统相关联的多个导联的总体信号质量指数的确定和显示。另外，可以确定每个质量(即一个或多个导联的信号质量和总体信号质量)的趋势并将其显示给操作员。这样的趋势使得能够指示或显示随时间推移的信号质量，以使得可以预期电极故障从而使得可以在故障发生之前重新施加或替换电极。可以使用这样的指示符(即信号质量、多个导联的总体质量或趋势)来评估由ECG监视系统发起的警报。也就是说，当ECG系统中的警报激活时，可以使用与一个或多个ECG导联信号相关联的信号质量或由此获得的趋势来确定该警报是否是不需要立即行动的信号质量或设备相关警报。另一方面，可以使用与一个或多个ECG导联信号相关联的信号质量或由此获得的趋势来确定警报不是信号质量相关的，因此需要立即关注。
技术100在步骤102从信号质量指数的确定开始。该指数包括指示一个或多个ECG导联信号的信号质量或状况的一组指示符或符号。换言之，所述指示符指示ECG导联信号中的噪声的类型和/或幅度。可以将质量显示为一组数字指示符、一组颜色、或可听的信号等等。例如，在一个实施例中，指数可以包括范围从零至一的一组连续实数。在这样的实施例中，零可以表示低质量，一可以表示高质量，它们之间的实数表示质量的递增。在另一实施例中，指数的值是颜色。例如，可以使用范围从红色到绿色的颜色，其中红色表示低信号质量而绿色表示高信号质量。在又一实施例中，质量指数包括一定范围的可听的音调或声音，其中低噪声音调或低频音调表示低质量，而高噪声或高音调表示高质量。确定信号质量指数之后，在步骤104，由诸如图1的ECG监视系统10等ECG监视系统来监视对象。
如所示，图2示出了在由ECG系统监视对象之前在步骤102确定的信号质量指数(即“指数”)。例如，该指数可以是被硬设置到ECG监视系统(例如图1的10)中的出厂设定。然而，还可以预期可以在对对象的监视在步骤104开始之后确定该指数。因此，在步骤106评估或确定一个或多个ECG导联信号的质量，而不管确定信号质量指数的顺序如何。换言之，在步骤106，评估或确定一个或多个ECG导联信号中的噪声的幅度和/或类型。下文中将相对于图3～7来进一步论述用以评估ECG导联信号并确定其质量的方式。
如所述，仍然参照图2，在步骤106评估一个或多个ECG导联信号中的噪声，而且，在确定或评估其质量时，将指示ECG导联信号质量的指示符或值分配给所述一个或多个导联信号中的每一个，而且在步骤108将每个值指示给用户。可以经由计算机屏幕(例如参见图1的输出端22)来指示或显示这样的值。在例如评估五个导联的一个实施例中，可以将每个均指示信号质量的五个值存储在计算机存储器中，并在稍后或立即以上述方式中的一种或多种方式将其指示给用户。因此，如果ECG监视系统(例如图1的监视系统10)呈现出警报，则用户可以按照所指示或传送的与警报相关联的信号质量来评估该警报。例如，如果分配给第三导联信号的值指示信号质量低，则用户可以确定与之相关联的警报可能是信号或设备相关警报，从而确定该警报是假的。可选地，如果该值指示第三导联的信号质量高，则用户可以确定第三导联警报不是与信号质量相关的警报且需要采取行动。此外，可以同样地评估与多个导联相关联的多个警报，其中每个ECG导联信号与各自的质量指示符相关联。因此，由此可以确定与低质量指数相关联的一个或多个警报是假的或是与信号质量相关的。另一方面，由此可以确定与高质量指数相关联的一个或多个警报不是假的，因此需要采取行动。
请再次注意，ECG导联信号可以与多于一个的电极相关联。通过评估多个导联指示符，操作员将能确定电极出现故障或一个或多个ECG导联信号不良。为了举例说明，采用两个ECG导联信号I和I，它们均与不良信号指数相关联。此外，为了举例说明的目的，认为ECG导联信号I和II是导出导联，其中信号I与电极A和B相关联而导联信号II与电极A和C相关联。如果每个导联的导联信号指示符都是不良的，则操作员可以确定指数不良是因为电极A出现故障。也就是说，可以确定电极A出现故障或其信号不良，因为电极A为每个ECG导联信号所共用。电极可以由于多种原因而出现故障。例如，电极本身不正常工作，或者电极可能因为不良的电极-病人接触或布置而出现故障。
在步骤110，还可以分配指示多个导联中的总体质量的值并将其向用户指示。也就是说，可以预期可以将单个信号质量指示符或值分配给多个导联，从而指示它们联合的总体信号质量。将部分地根据与ECG导联相关联的各个信号质量来确定此总体信号质量指示符，所述ECG导联与总体信号质量相关联。在一个实施例中，可以向用户显示一个这样的值，该值指示与ECG监视系统相关联的每个ECG导联的总体信号质量。因此，代替查看与对象相关联的每个指示符的信号质量，操作员可以简单地查看与对象相关联的若干或所有ECG导联的联合总体质量。如果总体信号质量高，则操作员可以确定与ECG监视系统相关联的任何激活的警报都不是信号相关的，因此不是假警报。另一方面，如果总体信号质量低且警报是激活的，则操作员可以根据总体不良的信号质量而确定该警报可能是信号相关的，是假警报，且不需要立即关注。此外，操作员随后可以进一步研究各个ECG导联的信号质量以确定一个或多个ECG导联中的哪一个导致总体信号质量不良。虽然可以优选确定并指示与对象相关联的所有导联的总体信号质量，但可以预期可以确定并指示少于所有ECG导联信号的总体信号质量。
用以确定总体信号质量的方式将受到将与总体信号质量相关联的导联的数目和类型的影响。为了举例说明，以四个导联信号：导联信号I、导联信号II、导联信号V1、以及导联信号V2的总体质量的确定为例。此外，采用范围从零至一的总体信号质量指数，其中零表示不良信号质量而一表示良好信号质量。为了确定四个列出的导联信号的总体质量，可以将各个导联信号质量加权并随后求和。例如，如果导联信号V1和V2是导出信号(即导出导联)，则可以向其分配少于非导出导联信号(例如本示例中的导联信号I和II)的权重。这样，可以通过将导联信号I和II的各自信号质量值乘以例如0.4来将每个导联信号I和II加权。另一方面可以通过将导联信号V1和V2中的每一个的各自信号质量值相应地乘以0.1来将导联信号V1和V2加权。因此，在本示例中，导联信号I、II、V1、和V2的总体导联信号值因此是它们各自的加权信号质量值。
在一个实施例中，可以预期过程控制进行到步骤112(用阴影示出)以确定和屏蔽信号相关警报或假警报。在步骤112，仲裁器(例如图1的仲裁器)可以自动地确定由诸如图1所示的系统10等ECG监视系统所生成的警报是信号相关警报并且这样就可以屏蔽该信号相关警报。也就是说，如果警报与具有不良信号质量指数或指示符的一个或多个ECG导联信号相关联，则仲裁器可以确定该警报是信号相关警报或假警报并可以以多种方式来屏蔽该警报。例如，仲裁器可以通过将确定的信号相关警报记录到日志文件中但不使声响警报信号发出声音，来在图2的步骤112处屏蔽该警报。在另一示例中，仲裁器可以通过在这样的警报显示给用户之前将其拦截来屏蔽该警报。这样，信号相关警报将不会被传达给用户。因此，用户将不需要确定警报是否是信号相关。在这样的示例中，还可以将信号相关警报的拦截记录在日志文件中以及/或者可以经由警报已被拦截的显示来通知用户。哪些可以是不良指数或指示符而使得在步骤112可以确定并屏蔽信号相关警报的条件可以在工厂中被设置到ECG监视系统或其附加部件中，或者用户可以手动地确定并预先配置哪些数值范围有资格作为不良指数或指示符。
如步骤114处的阴影所示，还可以预期可以确定并指示指示一个或多个导联的随时间推移的信号质量的趋势。例如，根据实施例，如果随着时间的推移已不止一次评估ECG导联的信号质量，则可以存在指示随时间推移的导联信号质量的趋势。同样地，可以存在指示随时间推移的多个导联的总体信号质量的趋势。也就是说，趋势可以向用户指示信号质量(或总体信号质量)已经随着时间的推移而下降、随着时间的推移而保持稳定或随着时间的推移而提高。这样的指示对用户在评估与之相关联的警报是否是信号相关警报时具有价值，或者对预见即将发生的电极故障有价值。例如，如果趋势指示信号质量随着时间的推移而下降，则用户可以确定特定导联将来可能发生故障。这样，趋势可以提醒用户可能需要替换或重新施加与ECG导联信号相关联的电极。这样，在一个实施例中，可以使用趋势来预见或预测导联故障事件。
在另一实施例中，显示指示多个导联的随时间推移的信号质量的趋势。例如，如果将一个总体值分配给五个导联且这五个导联已经被重评估过从而导致另外五个导联总体信号质量值被分配并显示，则可以在步骤114确定或指示这样的值的趋势。当然，可以预期可以使用多于两个的信号值，诸如根据评估和随后的重评估而确定的一组值，来确定随时间推移的信号质量的趋势。前述示例中的趋势将指示五个导联的随时间推移的总体信号质量。因此，如果用户根据该趋势确定五个导联的总体质量正在下降，则用户可以推论一个或多个导联的质量正在下降，从而导致总体质量下降，由此使得用户能够预见随后的警报可能是不准确的。这样，因为每个导联信号的显示通常可能在主查看屏上找不到，所以用户可以浏览查看屏以确定所述一个或多个导联中的哪一个经受低信号质量。同样，可以预期可以使用多于两个的信号值来确定随时间推移的信号质量的趋势。
无论是否确定了趋势，过程控制继续进行到确定步骤116，在该步骤，确定监视是否完成。如果监视未终止118，则过程控制返回到步骤116，之后评估或重评估所述一个或多个导联中的信号质量。另一方面，如果确定监视完成120，则过程控制继续进行到122处的结束。因此，技术100允许通过确定并指示信号质量和与之相关联的趋势来监视各个或多个ECG导联信号。这样，技术100使得用户能够评估ECG导联信号质量并确定警报是否是噪声相关警报，由此确定它们是否是假警报。
如图2所举例说明的，以及如图2的步骤106和108中所执行的那样，可以根据技术138来确定和显示ECG导联信号中的质量。根据技术138所示的实施例，过程控制从ECG导联信号140开始。在举例说明的实施例中，ECG导联信号140是根据诸如图1所示的电极12中的一个或多个电极之类的两个或更多电极而确定的信号。在一个实施例中，在步骤142(用阴影示出)去除ECG导联信号140中可能存在的起搏器搏动。也就是说，如果被监视的对象具有起搏器，则可以在步骤142去除与之相关联的信号以帮助下文将描述的信号质量评估。将相对于图7来进一步描述示出起搏器搏动去除的实施例。
无论是否从ECG导联信号140中去除起搏器噪声，在步骤142，ECG导联信号140或其表示进入三个准备部件144、146、148中，从而使得可以将信号准备用于分析或评估。一个准备部件是低频带通滤波器144。在一个示例中，使用诸如具有n＝1的阶数的Chebyshev类型I滤波器之类的低频带通滤波器。这样的低频带通滤波器144可以具有分别为0.1和0.7HZ的低截止频率和高截止频率以及0.5dB的通带中的峰间波纹。这样的截止频率可以允许滤出与本领域中已知的心脏QRS复合波相关联的“P”和“T”波以及ECG波的DC(直流)分量。这样，在被滤波器通过的频率范围内的ECG导联信号140内的噪声将留在其中。换言之，特定频率范围内的噪声作为来自低频带通滤波器144的输出而被捕捉并提取。
第二准备部件146包括带内处理逻辑。如同低频带通滤波器144一样，ECG导联信号140或其表示通过带内处理146。作为使ECG导联信号140通过带内处理146的结果，在带内处理146输出中噪声被捕捉并提取。下文将相对于图4～6来更全面地描述关于带内处理146的更多细节。
第三准备部件148包括高通滤波器148。例如，在一个实施例中，采用诸如具有n＝4的阶数的Chebyshev类型I滤波器之类的高通滤波器，其具有40HZ的截止频率并具有0.5dB的通带中的峰间波纹。该滤波器通过具有n＝4的阶数而允许阻带中的快速衰减(roll-off)。与其它部件144、146一样，允许ECG导联信号140或其表示通过第三部件148。由于非起搏器QRS复合波一般不具有40Hz以上的频率，所以噪声干扰被从第三部件148的输出中捕捉或提取。
可以预期可以以与本发明一致的方式来使用其它准备部件。本实施例中所使用的准备部件被选择为使得可以从ECG导联信号中提取特定的噪声分量。如下文将描述的那样，将对这些噪声分量进行分析。基于先验数据集，确定可以使用特定噪声分量的分析来有效地确定ECG导联信号的信号质量。然而，可以预期可以根据相同或不同的数据集组来确定其它结果。也就是说，可以确定可以以与本发明一致的方式来使用具有与所列那些参数不同的参数的准备部件。
在分析步骤150～154中分别逐个地分析来自三个准备部件144～148中的每一个的输出以确定其对信号质量的贡献。例如，在一个实施例中，在步骤150允许来自第一准备部件144的输出通过第一分析，该第一分析采用将信号映射成零与一之间的实数的指数阈函数非线性。从零至一的实数指示与步骤150处的分析相关联的那部分ECG导联信号的信号质量。在一个实施例中，可以采用具有软阈值的以下指数函数：
Figure G2009101650256D00101
(等式1)
关于步骤150处的该第一分析，可以采用0.3mV的阈值。在本实施例中，将把200毫秒内的阈值违例(violation)相加或组合。通过组合这样的违例，可以捕捉条件的持久效果。例如，由例如病人刷牙引起的周期性假象可以导致短时间段内ECG信号中的若干违例。因此，通过将在200毫秒内发生的违例相互组合，可以使刷牙过程中的信号质量降低。由于此指数函数即等式1具有软阈值，所以可以将从零至一的值映射到正在分析的信号的分量上。例如，噪声很强的信号可以具有被映射到该信号上的零，而无噪声信号可以具有被映射到该信号上的一。由于实现了软阈值，所以还可以将零与一之间的值映射到信号上。
以类似方式，在步骤152允许来自第二准备部件146的输出通过第二分析，该第二分析也采用具有软阈值的指数阈函数，其中该阈函数将信号映射到从零至一的实数。同样，实数零、一或它们之间的增量指示与带内处理部件146的分析步骤152相关联的那部分ECG导联信号的信号质量。在一个实施例中，可以采用以下指数函数：
Figure G2009101650256D00111
(等式2)
关于步骤152处的第二分析，可以采用0.2mV的阈值。在本实施例中，可以将200毫秒内的阈值违例相互相加或组合以反应条件效果的持久性。
关于来自第三准备部件148的输出，在步骤154允许其通过第三分析，该第三分析采用将信号映射到从零至一的实数的另一指数阈函数。大于或等于零且小于或等于一的实数表示与步骤154处的第三分析相关联的那部分ECG导联信号的质量。在一个实施例中，可以采用以下指数函数：
Figure G2009101650256D00112
(等式3)
关于步骤154处的第三分析，可以采用0.025mV的阈值。同样，在本实施例中，将把200毫秒内的阈值违例相互相加或组合以反应条件效果的持久性。
如所提出的，使被捕捉或允许通过三个准备部件144～148的每个噪声通过步骤150～154处的各自的分析。在本实施例中的步骤150～154处的分析期间所采用的指数函数是示例性的。所述函数被选择为符合通过分析包括来自大量个体的波形信息的先验数据集而获得的发现。然而，可以预期可以以与本发明一致的方式来采用其它函数。也就是说，可以调整函数而使其适合于优选结果。作为示例，可以采用硬阈值而不是软阈值。在这样的实例中，例如，经分析的信号将仅具有被映射到该信号上的零或一。也就是说，将不存在会被映射到被分析信号上的零与一之间的值。这样，例如，值零将指示ECG导联信号不良，值一可以指示ECG导联信号无噪声或至少相对无噪声。
不仅可以预期可以采用其它指数函数，而且可以预期，可以准备和分析ECG导联信号噪声的其它或不同分量。例如，作为采用三个部件144～148来准备ECG导联信号噪声的替代，可以采用少于或多于三个的准备部件。这样，可以准备和分析ECG导联信号噪声的少于三个或多于三个的频带以确定ECG导联信号的质量。
在使来自准备元件或部件144～148的输出通过步骤150～154处的各个分析时，使来自步骤150～154处的分析的输出信号在步骤156通过质量逻辑。在一个实施例中，质量逻辑将来自步骤150～154处的分析的结果同等地组合。也就是说，可以将步骤150～154处的三个分析的每个输出乘以三分之一并随后求和。这样，将ECG导联信号140的低、带内、及高频噪声分量的信号质量组合以便可以向ECG导联信号140分配单一指示符。在另一实施例中，可以首先对来自步骤150～154处的三个分析的输出求和，然后可以将该和乘以三分之一。然后，使来自步骤156处的质量逻辑的输出通过例如六秒的移动平均滤波器(未示出)，并在步骤158确定且指示或显示指数值。这样，该值是ECG导联信号140的质量的指示符。如所讨论的，在本实施例中，将来自步骤152～156处的分析的输出同等地组合。然而，可以预期，在替代实施例中，可以不将分析步骤的输出同等地组合。例如，可能确定低频噪声对信号质量的影响比带内和高频分量中的每一个均小。这样，相比于来自带内和高频噪声分析中的每一个的输出，对来自低频噪声的分析的输出的加权可以较小。
现在参照图4，示出了图3的步骤146处的带内处理的图形表示。如所示，允许ECG导联信号140通过带内处理部件的步骤170处的带内滤波器及其146的附加逻辑。步骤170处的带内滤波器可以具有例如0.7Hz和40Hz的截止频率。也就是说，将允许0.7Hz至40Hz的频率通过步骤170处的带内滤波器。然后在步骤172检测存在于步骤170处的带内滤波器的输出中的基准点。该基准点表示ECG导联信号具有最多能量的时间点。这样，存在与ECG导联信号140中所呈现的每次心搏相对应的单个基准点或时间点。因此，如下文将进一步描述的，可以使用所检测到的基准点140来调准(align)信号和/或识别心搏。
虽然在图4中显示是在使ECG导联信号140通过步骤170处的带内滤波器之后检测基准点的，但是可以预期可以在允许ECG导联信号140通过步骤170处的带内滤波器之前检测基准点。将相对于图6来阐明用以检测基准点的方式。
仍然参照图4，使用来自步骤172的所检测到的基准点，在步骤174从步骤170处的带内滤波器的输出中提取单个搏动。也就是说，使用该时间点(即来自步骤172的所检测到的基准点)来在步骤174识别和提取单个搏动。然后，在步骤176确定新信号模板或QRS复合波模板。
搏动模板是通过设计而不包含引起假象的噪声的最近的搏动的表示。另一方便，信号模板是理论上不包含引起假象的噪声的一系列搏动的表示。将相对于图5来更全面地描述用以在步骤176确定新信号模板的方式。在步骤178，使用在步骤172所检测到的基准点来调准在步骤176所确定的新信号模板和步骤170处的带内滤波器的输出179。此外，一经调准，还在步骤178确定步骤176所确定的信号模板与带内滤波器输出179中存在的一系列搏动之间的差。因此，由于在步骤176所确定的新信号模板优选地包含无噪声的搏动信息且来自带内滤波器的输出179包含可能包含噪声的搏动信息，所以在步骤178所确定的差导致输出180，输出180只包含代表步骤170处的带内滤波器的输出179中可能已存在的任何噪声的噪声。虽然优选的是输出180只包含噪声信息，但可以预期，实际上，少量的搏动信息可能仍然留在输出180中。一旦在步骤178处确定了差信号，就如上文相对于图3所述在步骤152处分析输出180。
参照图5，根据一个实施例示出了用来确定图4的新信号模板176的逻辑的图形表示。允许使用带内滤波器的输出(参见图4的170)和所检测到的基准点(参见图4的步骤172)而提取的单个搏动200并行地通过步骤202～206处的三个滤波器：步骤202处的低频带通滤波器、步骤204处的中频带通滤波器以及步骤206处的高频带通滤波器。在一个实施例中，步骤202～206处的每个滤波器是阶数为n＝4的Chebyshev类型I滤波器并具有0.5db的峰间波纹。步骤202处的低频带通滤波器可以具有0.7Hz和5Hz的截止频率。步骤204处的中频带通滤波器可以具有5Hz和25Hz的截止频率。接下来，步骤206处的高频带通滤波器可以具有25Hz和40Hz的截止频率。在判定步骤208，使用步骤202～206处的这些滤波器的输出来确定单个搏动200是否有噪声。下文所示的真值表示出可以用来在判定步骤208处确定搏动是否有噪声的逻辑。
Figure G2009101650256D00141
在表1中，术语“Y”表示相对于适当频率分量已发生统计振幅违例。例如，“Y”可以表示对应的频率分量的平均值和标准偏差违反了适当阈值。表1的术语“N”表示相对于适当频率分量尚未发生统计振幅违例。术语“X”表示相对于适当频率分量是否已发生频率违例并无关联(即“不关心”)。例如，如表1所示，如果发生带内高频违例“Y”，则无论低频和中频中是否发生振幅违例，均将搏动确定为无噪声。与“搏动无噪声”确定相关联的缩写PVC和VEB指示与之相关联的超限条件可能是由于早发心室收缩(PVC)和/或室性异位搏动(VEB)而引起的。PVC和VEB是正常搏动变异，与不良的信号质量无关。另外，请注意，在一个实施例中，也在表1中被示出，如果不存在高频违例而是存在中频违例，则无论是否存在低频违例，认为该搏动无噪声。在这样的实例中，假设中频违例是对象具有诸如PVC或VEB之类的不规则或不正常心搏的结果，而不是对象的心搏包含足以使违例出错的噪声。这样，假设无论是否存在低频违例，这样的搏动均无噪声。
在一个实施例中，当在目前搏动间隔上计算的来自步骤206处的高频带通滤波器的输出的标准偏差超过0.1mV时，发生高频违例。另一方面，可以将对应于低频和中频违例的阈值设置为从步骤202、204处的适当滤波器输出的之前五次搏动(亦即当前搏动200之前的五次搏动)的平均值和标准偏差的百分之百和百分之五十。如表1的逻辑所示出的，将诸如来自正常对象和医学异常对象二者的PVC和VEB之类的正常生理变异心搏作为正常搏动处理。由于这些生理变异心搏不是由于假象源而引起的，所以将在图4的步骤178期间将其去除或至少基本上去除，使得它们不会存在于或基本上不存在于差信号输出180中。表1的逻辑对于不同的对象有效，且对于心搏振幅具有正常的长期ECG振幅变化(例如日变化)的单个对象有效，因为该逻辑使搏动检测的标准适合于最近心搏的正常的搏动之间和病人之间的振幅变化以及基础波形特性。这样，不需要对不同的病人进行系统重新配置。
将使用将在图5的步骤216处创建的新搏动模板来确定差信号(即图4所示的输出180)。例如，在一个实施例中，初始搏动模板是十个无噪声对象搏动的平均。随着其他搏动通过步骤146(图3所示)处的带内处理部件，可以创建或确定用于确定差信号180的新搏动模板。例如，如果在判定步骤208将搏动200确定为无噪声210，则在步骤212将当前搏动200的乘数设置为0.9，并将搏动模板的乘数设置为0.1。然后，在步骤214将当前搏动200和搏动模板乘以其各自的乘数。因此，通过对当前搏动200与其乘数(例如0.9)的乘积和搏动模板与其乘数(例如0.1)的乘积求和而在步骤216形成新的搏动模板。
另一方面，如果在判定步骤208将搏动200确定为有噪声218，则在步骤220将当前搏动200的乘数设置为0.0并将搏动模板的乘数设置为1.0。在步骤214，随后将当前搏动200与搏动模板乘以其各自的乘数。换言之，在步骤216创建的新搏动模板由先前的搏动模板组成，因为发现当前搏动噪声过大以致于不能在新搏动模板的创建中使用。由于使用对象自己的ECG波形来形成搏动模板，所以该搏动模板对不同人的ECG波形的变化较不敏感，但是其可以对对象自己波形内的变化较敏感。因此，通过增加对当前搏动的权重，可以使对搏动间变化的灵敏度降到最低。因此，技术176使得考虑了对象之间的差异。
在步骤216处创建新的搏动模板之后，过程控制继续进行到判定步骤222。在判定步骤222，确定是否对另一搏动重复搏动模板创建。在一个实施例中，在图4的步骤178处被输入以确定差信号的新信号模板包括一系列搏动。这样，作为输出180的差信号包括一系列搏动上的噪声。因此，如果尚未创建一系列的新搏动模板224，则过程控制重复步骤200～216处的其它新搏动模板的创建。这种重复持续至所述一系列搏动模板被确定。为了具有一系列搏动模板而需要的搏动的量可以由操作员来设置，或者可以在出厂时被设置到ECG设备中。接下来，如果在判定步骤222确定一系列搏动模板已被确定226，则过程控制继续进行到步骤228，在步骤228，将所述一系列新搏动模板拼凑在一起以创建或确定步骤176处的新信号模板。如先前所讨论的，使用在步骤228创建的这样的信号模板来创建差信号输出180(可在图4中找到)。继而，如图3和4所示，在步骤152分析输出180。
如相对于图4所讨论的，带内处理的逻辑包括基准点的检测(参见图4的步骤172)。在图6中，示出了根据实施例的用于在步骤172检测基准点的技术。在技术240中，步骤170处的带内滤波器的输出(图4所示)通过具有10HZ和30Hz的截止频率的步骤242处的带通滤波器。在一个实施例中，使用具有阶数4和通带中的0.5dB的峰间波纹的Chebyshev类型I滤波器。在步骤244，对来自步骤242处的滤波器的输出求微分并求平方。一阶微分将来自基线的变化放大，而平方强调了高频分量(即峰值)。在步骤246，在长度为例如50毫秒的移动窗口内对经微分和平方的输出求积分。步骤246提供在短时段内对信号能量分布的测量。这样，步骤248将积分信号的峰值作为时间点而输出。如本领域的技术人员所已知的那样，这些峰值点是潜在的QRS复合波。然而，某些对象具有这样的T波：该T波具有掩饰QRS复合波或导致将T波错误地识别为QRS复合波的高振幅。因此，在步骤250，实施微调逻辑。在步骤250，假设两个QRS复合波例如间隔至少200毫秒(msec)。此假设的间隔大于心率的上限，即每分钟300次搏动。因此，该假设并不导致消除搏动。此外，在步骤250假设在1秒窗口内不存在一次搏动比另一次大十倍或更多倍的任何两次搏动。因此，步骤250输出基准点。换言之，步骤250输出对应于可以用来检测搏动的ECG信号中的高能点的时间点。
现在参照图7，根据实施例示出了图3的步骤142处的起搏器去除部件的逻辑。如所示，允许ECG导联信号140通过截止频率为例如四十赫兹的步骤270处的低通滤波器。然后在步骤272对步骤270处的低通滤波器的输出求微分并求平方。在步骤274，在移动窗口内对经微分和平方后的信号求积分，其中该移动窗口可以具有五十毫秒的示例性长度。然后，在步骤276确定积分信号的峰值。步骤270～276使得能够在步骤278检测并去除起搏器搏动的窄宽度矩形波。
所公开的方法和装置的技术贡献是其提供处理器实现的ECG导联信号质量确定和指示。
依照一个实施例，将心电图(ECG)监视系统配置为确定包括一组指示符的指数，其中每个指示符指示ECG导联中的信号质量的水平。此外，ECG监视系统将来自该组指示符的第一指示符分配给第一ECG导联信号并将该第一指示符传达给用户。
依照另一实施例，一种其上存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序包括指令，所述指令在被计算设备执行时使该计算设备：评估第一心电图(ECG)导联信号中的噪声，将来自质量指数的第一值分配给所评估的噪声；以及将该第一值指示给用户。
依照又一实施例，一种方法包括：确定ECG导联的状况，分配指示ECG导联的状况的符号；以及基于该符号来评价来自ECG系统的警报。
已根据优选实施例描述了本发明，且应认识到，可以有除明确陈述的那些之外的等价物、替代以及修改，并且它们在随附权利要求的范围内。
部件列表
  10   ECG系统
  12   电极
  14   数据获取系统
  16   数据处理器
  18   质量处理器
  19   仲裁器
  20   操作员接口
  22   一个或多个输出设备
  100   用于确定并显示与ECG监视系统相关联的多个导联的总体信号质量指数的技术
  102   确定信号质量指数
  104   用ECG监视系统来监视对象
  106   评估一个或多个ECG导联信号中的噪声
  108   为所述一个或多个ECG导联信号中的每一个分配并指示表示每个ECG导联信号中的噪声的值
  110   确定并显示多个ECG导联信号的总体质量的值
  112   确定并屏蔽信号相关警报
  114   显示ECG导联信号质量的趋势
  116   确定监视是否完成
  118   否
  120   是
  122   结束
  138   用于确定和显示ECG导联信号的质量的技术
  140   ECG信号
  142   去除起搏器噪声
  144   低频带通滤波器
  146   带内处理
  148   高频带通滤波器
  150   分析
  152   分析
  154   分析
  156   质量逻辑
  158   显示值
  170   带内滤波器
  172   检测基准点
  174   提取单个搏动
  176   确定新信号模板
  178   调准和确定差信号
  180   输出
  200   单个搏动
  202   带内低频带通滤波器
  204   带内中频带通滤波器
  206   带内高频带通滤波器
  208   确定带内ECG导联信号是否有噪声
  210   否，带内ECG导联信号无噪声
  212   将当前搏动的乘数设置为0.9并将模板搏动的乘数设置为0.1
  214   将当前搏动和模板搏动乘以各自的乘数
  216   求和以创建新搏动模板
  218   是，带内ECG导联信号有噪声
  220   将当前搏动的乘数设置为0.0并将模板搏动的乘数设置为1.0
  222   确定是否已创建一系列模板
  224   否，没有创建一系列模板
  226   是，创建了一系列搏动模板
  228   根据一系列搏动来创建新搏动模板
  240   用于检测基准点的技术
  242   带通滤波器
  244   对信号求微分和平方
  246   在移动窗口内求积分
  248   确定积分信号的峰值
  250   实施微调逻辑以识别QRS复合波
  270   低通滤波器
  272   对信号求微分和平方
  274   在移动窗口内求积分
  276   确定积分信号的峰值
  278   检测并去除起搏器噪声

Claims (9)

1.一种心电图ECG监视系统(10)，被配置为：
确定包括一组指示符的指数(102)，每个指示符指示来自ECG导联的信号中的信号质量的水平；
其特征在于所述心电图ECG监视系统(10)还被配置为：将来自所述一组指示符的第一指示符(108、156)分配给多个ECG导联的第一ECG导联信号；
将来自所述一组指示符的第二指示符(110)分配给多个ECG导联信号，其中所述第二指示符指示所述多个ECG导联的总体质量；
将所述第一指示符(108、158)和所述第二指示符(110)传达给用户；以及
基于所述第一指示符确定(112)与所述多个ECG导联信号关联的警报是否为假警报。
2.根据权利要求1的ECG监视系统(10)，其中，所述一组指示符是数标、色谱以及可听的信号之一。
3.根据权利要求1的ECG监视系统(10)，还被配置为从第一ECG导联信号(140)中去除起搏器引起的信号(278)。
4.根据权利要求1的ECG监视系统(10)，还被配置为从第一ECG导联信号(140)中提取噪声(144、146、148)，并且其中，第一指示符(108、156)的所述分配基于所提取的噪声(150、152、154)。
5.根据权利要求4的ECG监视系统(10)，其中，所提取的噪声基本上没有单一对象正常ECG振幅变化贡献(172、228)。
6.根据权利要求4的ECG监视系统(10)，还被配置为考虑对象之间的变化(172、228)，并且其中，所提取的噪声基本上没有来自早发心室收缩和室性异位搏动的信号贡献(172、228)。
7.根据权利要求1的ECG监视系统(10)，还被配置为将信号质量的趋势(114)传达给用户，其中，所述趋势指示随时间推移的信号质量水平。
8.根据权利要求7的ECG监视系统(10)，还被配置为基于信号质量的趋势而向用户传达可能会发生导联故障事件(112)。
9.根据权利要求1的ECG监视系统(10)，还被配置为基于所述第一指示符确定与所述第一ECG导联信号关联的警报是假警报(112)。
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