CN102028458A - 一种实现同步输出心电图和心电向量图的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现同步输出心电图和心电向量图的方法，首先将采用Wilson十二导联和frank导联的电极连接到人体上分别同时采集的心电图和心电向量电信号建立数据库，利用多元线性回归数学模型

对数据库中的数据进行处理求出反投影矩阵

，从而构建一种反投影法；然后将通过Wilson十二导联联结方式的电极获取的心电信号经过放大滤波保护隔离以及数模转换电路处理后，输入嵌入式控制系统进行反投影计算，同步输出心电图和心电向量图。本发明运用反投影法通过直接测量的心电信号反投影获得与心电信号同一时刻的心电向量信号，实现同一时刻的心电图和心电向量图同步输出；同步检测无需切换导联方式，既降低了成本，且操作简单、方便。

Description

一种实现同步输出心电图和心电向量图的方法

 

技术领域

本发明涉及一种实现心电信号输出的方法，具体涉及一种实现同步输出心电图和心电向量图的方法。

背景技术

  心电图指的是心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着心电图生物电的变化，通过心电描记器从体表引出多种形式的电位变化的图形（简称ECG）。心电图是心脏兴奋的发生、传播及恢复过程的客观指标。心电向量图主要是依据心脏电激动的方向与大小在每一个瞬间是不同的，是记录心各瞬间产生的电激动在立体的方向及大小的一种特殊检查。能较真实地记录出心脏动作电流的立体图像，可用来阐明心电图产生的原理和解释心电图波形。

 常规的心电向量图是采用Frank导联正交校正导联体系中X，Y，Z三个正交导联来检查心电图，它是将心电向量环在人体X轴、Y轴和Z轴上的投影心电图，进行向量运算，获得空间的心电向量环。常规十二导联的心电图特异性较强，而Frank导联心电向量图灵敏度较高。它能够提供许多附加的心电信息，在表示导联间相位关系方面更加灵活，心电向量图标准解释了各向量环的外形，也揭示了幅度和持续时间的含义。因此将二者相结合可以有效的提高临床检测的精确性和有效性。

但是心电图和心电向量图二者的导联体系不同，将常规十二导联心电图与Frank导联心电向量相结合，必须分别使用心电图机和心电向量图机，同时更换导联给临床带来了很多的不便。同时目前使用的同步心电信号图机，主要采用把常规十二导联的心电图和Frank导联的心电向量相结合同步显示心电图和心电向量图，这种检测装置，虽然能够实现检测的信号同步，但是相关性，导联方式复杂，繁复，操作不方便，而且价格昂贵，这些都阻碍了心电向量图在临床的广泛使用。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种导联简单，操作方便，经济效益高的实现同步输出心电图和心电向量图的方法。

    本发明提供的一种实现同步输出心电图和心电向量图的方法，包括如下步骤：

1）、通过实验建立反投影法的矩阵方程式：

1.1）、首先，将通过Wilson十二导联方式的电极获取的人体心电信号输入心电信号采集装置，心电信号采集装置输出十二导联心电信号图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、V_R、V_F、V_L、Ⅴ_胸1、Ⅴ_胸2、Ⅴ_胸3、Ⅴ_胸4、Ⅴ_胸5和Ⅴ_胸6，其中，Ⅰ为心电标准Ⅰ导联信号，Ⅱ为心电标准Ⅱ导联信号，Ⅲ为心电标准Ⅲ导联信号，V_R、V_F和V_L为单极肢体导联信号，Ⅴ_胸1～胸6为心电单极胸导联信号；将通过frank导联方式的电极同时获取的人体电信号输入心电向量采集装置，心电向量采集装置输出X、Y、Z方向上的心电向量值分别为V_X、V_Y、V_Z；然后，将上述获得的心电信号和心电向量信号的数据构建一个从心电信号到心电向量的数据库。

1.2）、将上述参量带入如下多元线性回归数学模型：

                                                 

，

上式中，

为P个因变量的n次观测数据阵，

为m-1个自变量的已知设计的矩阵，且r(X)=m，

为未知的回归系数矩阵，

为随机误差矩阵，

为系统的方差，I为单位矩阵；

得到心电向量图和心电图的多元线性回归关系方程式：

，

求出反投影矩阵：

上述中：

表示从心电图信号到心电向量的回归矩阵，

表示与心电向量图在同一时刻的标准导联Ⅰ、标准导联Ⅱ以及单极胸导联Ⅴ_胸1～胸6上的心电图信号构成的一维列矩阵；

2）、实现同步输出心电图和心电向量图：

2.1）将通过Wilson十二导联方式的电极获取人体电信号输入放大滤波保护隔离电路进行信号滤波放大处理，滤波放大的信号经数模转换电路转化为数字信号后输入到嵌入式控制系统中进行进一步的处理，最终实现心电图的输出；

2.2）同时由嵌入式控制系统对2.1）中最终实现的输出的心电图执行下列反投影计算：

进而得到了与2.1）所述的最终输出的心电图在同一时刻的心电向量图。

与现有技术相比，本发明的一种实现同步输出心电图和心电向量图的方法具有如下优点：

1、本发明采用常规的Wilson中心电端的十二导联将电极获取人体的电信号输入放大滤波保护隔离电路，导联方式简单，电极少；同步检测心电信号和心电向量信号无需切换，即降低了成本，而且在临床应用中操作简单、方便，同时降低了操作人员的操作专业性的要求和操作的失误性。

2、运用反投影计算式可以通过直接测量的心电图反投影获得同一时刻的心电向量图，实现了心电图和心电向量图的同步输出。

附图说明

图1为推导反投影法的心电数据采集流程图；

图2为心电图机的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。

    一种实现同步输出心电图和心电向量图的方法，包括如下步骤：

1）、首先通过实验建立反投影法的矩阵方程式（如图1所示）：

1.1）、将电极（电极为金属镀银电极）吸附在人体的表面以获得人体的电信号，将通过Wilson十二导联方式的电极获取人体电信号输入心电信号采集装置，心电信号采集装置输出十二导联心电信号图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、V_R、V_F、V_L、Ⅴ_胸1、Ⅴ_胸2、Ⅴ_胸3、Ⅴ_胸4、Ⅴ_胸5和Ⅴ_胸6，其中，Ⅰ为心电标准Ⅰ导联信号，Ⅱ为心电标准Ⅱ导联信号，V_R、V_F和V_L为单极肢体导联信号，Ⅴ_胸1～胸6为心电单极胸导联信号；将通过frank导联方式的电极获取的人体电信号输入心电向量采集装置，心电向量采集装置输出X、Y、Z方向上的心电向量值分别为V_X、V_Y、V_Z；由于计算机的运算速度很高，输入到计算机中进行处理的心电信号和心电向量信号可以认为在人体上测得是同一时刻的信号，从而获得大量的一一对应的心电信号和心电向量信号数据，把获取的所有的数据构建一个数据库；

1.2）、将上述参量带入如下多元线性回归数学模型：

 

上式中，

为P个因变量的n次观测数据阵，

为m-1个自变量的已知设计的矩阵，且r(X)=m，

为未知的回归系数矩阵，

为随机误差矩阵，

为系统的方差，I为单位矩阵；

运用Math Works公司的MATLAB软件将1.1）所述建立的数据库的数据执行上述的多元线性回归数学模型的计算式，得到心电向量图和心电图的多元线性回归关系矩阵： 

求出反投影矩阵：

上述中：

表示从心电图信号到心电向量的回归矩阵，

表示与心电向量在同一时刻的心电图信号。

2）、实现同步输出心电图和心电向量图（如图2所示）：

2.1）将通过Wilson十二导联方式的电极获取的人体电信号输入到放大滤波保护隔离电路进行电信号滤波放大处理，滤波放大的信号经数模转换电路转化为数字信号后输入到嵌入式控制系统中进行进一步处理，最终实现输心电图的输出；

2.2）同时由嵌入式控制系统对2.1）中最终实现的输出的心电图执行下列反投影计算：

进而得到了与2.1）所述最终实现的心电图在同一时刻的心电向量图。进一步将2.1）所述的心电图与2.2）所述的心电向量图通过VGA接口同步输入LCD显示器，由LCD显示器显示；或者将2.1）所述的心电图与2.2）所述的心电向量图通过串口驱动电路同步输入打印机，由打印机打印输出结果。

本实施例中，放大滤波保护电路主要是保护采集电路的安全，防止对电极以及电子器件的破坏；滤除信号的干扰以及把信号放大到一定的范围内以适应数模转换电路的处理。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种实现同步输出心电图和心电向量图的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、通过实验建立反投影法的矩阵方程式：

1.1）、首先，将通过Wilson十二导联方式的电极获取的人体心电信号输入心电信号采集装置，心电信号采集装置输出十二导联心电信号图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、V_R、V_F、V_L、Ⅴ_胸1、Ⅴ_胸2、Ⅴ_胸3、Ⅴ_胸4、Ⅴ_胸5和Ⅴ_胸6，其中，                                               

为心电标准

导联信号，

为心电标准

导联信号，

为心电标准

导联信号，V_R、V_F和V_L为单极肢体导联信号，Ⅴ_胸1～胸6为心电单极胸导联信号；将通过frank导联方式的电极同时获取的人体电信号输入心电向量采集装置，心电向量采集装置输出X、Y、Z方向上的心电向量值分别为V_X、V_Y、V_Z；然后，将上述获得的心电信号和心电向量信号的数据构建一个从心电信号到心电向量的数据库；

1.2）、将上述参量带入如下多元线性回归数学模型：

，

上式中，

为P个因变量的n次观测数据阵，

为m-1个自变量的已知设计的矩阵，且r(X)=m，

为未知的回归系数矩阵，

为随机误差矩阵，

为系统的方差，I为单位矩阵；

得到心电向量图和心电图的多元线性回归关系方程式：     

，

求出反投影矩阵：

，

    上述中：  表示从心电图信号到心电向量的回归矩阵，

表示与心电向量图在同一时刻的标准导联

、标准导联

以及单极胸导联Ⅴ_胸1～胸6上的心电图信号构成的一维列矩阵；

2）、实现同步输出心电图和心电向量图：

2.1）将通过Wilson十二导联方式的电极获取人体电信号输入放大滤波保护隔离电路进行信号滤波放大处理，滤波放大的信号经数模转换电路转化为数字信号后输入到嵌入式控制系统中进行进一步的处理，最终实现心电图的输出；

2.2）同时由嵌入式控制系统对2.1）中最终实现的输出的心电图执行下列反投影计算：

，

    进而得到了与2.1）所述的最终输出的心电图在同一时刻的心电向量图。

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