CN1021626C - 心电多相信息鉴别诊断仪 - Google Patents

Abstract

本发明的心电多相信息鉴别诊断仪由心电采集电路、放大电路、模数转换电路、接口电路、计算机系统组成，属于自动对心电图数据进行采集、分析的医疗诊断设备领域，具有自动进行心电多相信息采集、分析功能及对被测人体心脏疾病进行早期诊断的功能，可以方便的、快速的诊断心脏疾病，查找出用常规心电图检查方法难以查出的病情，本发明的诊断仪还可以用于人体生物电和其它功能方面的研究，应用于人体心脏的普查和分析。

Description

本发明的心电多相信息鉴别诊断仪属于自动进行心电图数据采集、分析的医疗诊断设备领域。

心脏疾病是威胁人类生命的主要病种之一，只有早期发现并治疗才有可能较好的治愈这种疾病。从理论上讲，人体心电所给出的信息基本上反映了心脏的机能，充分的利用心电所给出的信息来实现心脏疾病的诊断特别是对心脏疾病的早期诊断是完全有可能的。但是，由于目前所采用的常规心电检查方法基本上没有超越目测心电图的方法，不能充分的利用心电给出的多种心脏信息对心脏进行诊断，因此诊断效果难于令人满意，对于许多心脏病患者，特别是那些早期心脏病患者和处于非发病期的心脏病患者难以作出早期的、有效的诊断。

本发明的目的在于：提供一种能够较现有技术更加充分的利用心电所给出信息、自动进行心电信息采集、分析，自动进行疾病诊断的心电多相信息鉴别诊断仪。

本发明的心电多相信息鉴别诊断仪是由一个心电采集电路、一个放大电路、一个模数转换电路、一个接口电路、一个计算机系统依次连接组成，在上述的计算系统的控制下，上述的心电采集电路将采集来的心电数据输入上述的放大电路，上述的放大电路将上述的心电数据放大后输入上述的模数转换电路，上述的模数转换电路再将输入的上述的放大后的心电数据转换成数字信号并输入上述的接口电路，上述的接口电路将上述的数字信号输入上述的计算机系统。

本发明的心电多相信息鉴别诊断仪在上述的计算机系统控制下，按程序指定的采样段数、时间间隔、每个采样段中的采样个数进行心电数据采集，并由计算机系统将输入的心电数据进行功率谱、互功率谱、自相关函数、互相关函数、传递函数（幅频特性）、传递函数（相频特性）、脉冲响应、相干函数、幅度直方图变换，在上述的变换后，计算机系统在所得到的数据中选取特定的数据进行心电是否异常的鉴别运算，并据此鉴别被测对象的心脏是否患有疾病，以及心脏病的种类。

上述的心电采集电路可以具有5个输入端（E1、E2、E3、E4、E5），这5个输入端依次对应用于连接被测对象的左上肢、右上肢、左下肢、右下肢电极和心前记录电极V₅;在上述的心电采集电路中，输入端（E4）接地，输入端（E1、E2、E3、E5）各自通过一个电阻接地;输入端（E1）连接有一个隔离跟随电路，该跟随电路具有一个输出端（F1）;输入端（E2）连接有一个隔离跟随电路，该跟随电路具有一个输出端（F2）;输入端（E3）连接有一个隔离跟随电路，该跟随电路具有一个输出端（F3）;输入端（E5）连接有一个隔离跟随电路，该跟随电路具有一个输出端（F5）;上述的输出端（F1、F2、F3）分别连接一个电阻，这三个电阻阻值相同，三个电阻的另一端相互连接构成了中心电端（G）;输出端（F5）和中心电端（G）构成了心电采集电路的V₅导联心电信号输出端;输出端（F2、F3）构成了心电采集电路的Ⅱ导联心电信号输出端。

上述的放大电路分别将上述的输出端（F5）和中心电端（G）之间的V₅导联心电信号、输出端（F2、F3）之间的Ⅱ导联心 电信号放大后输出到上述的模数转换电路中。

本发明的心电多相信息鉴别诊断仪具有自动化程度高的优点，可以方便的、快速的诊断心脏疾病，可以实现早期心脏病诊断，可以诊断出用常规心电检查方法难以查出的心脏疾病，本发明的诊断仪还可以应用于人体生物电及其它功能方面的研究和人体心脏普查。

图1所示为本发明的心电多相信息鉴别诊断仪所选用的实施例的电路图。

图2所示为放大电路的电路图。

参考图1，本发明的心电多相信息采集分析诊断仪所选用的实施例是由一个心电采集电路、一个放大电路、一个选通电路（1）、一个模数转换电路（2）、一个接口电路（3）、一个计算机系统（4）组成。

心电采集电路具有5个输入端（E1、E2、E3、E4、E5），输入端（E4）接地，输入端（E1、E2、E3、E5）各自通过一个电阻（R1）接地，输入端（E1、E2、E3、E5）还分别连接有一个隔离跟随电路（A1、A2、A3、A5），隔离跟随电路分别是由运算放大器构成，隔离跟随电路（A1、A2、A3）各有一个输出端（F1、F2、F3），这三个输出端各自连接一个电阻（R2），这三个电阻（R2）的另一端相互连接构成中心电端（G），隔离跟随电路（A5）的输出端（F5）和中心电端（G）构成了心电采集电路的一组输出，这两端之间输出的电信号为V₅导联心电信号，隔离跟随电路（A2、A3）的输出端（F2、F3）构成了心电采集电路的另一组信号输出端，这两端之间输出的电信号为Ⅱ导联心电信号。

在应用时，上述的输入端（E1、E2、E3、E4、E5） 依次用于连接被测人体的左上肢、右上肢、左下肢、右下肢电极和以前记录电极V₅。

上述的放大电路是由放大器（D1、D2）组成，放大器（D1）的输入端（J1、J2）连接上述的心电采集电路的输出端（F5）、中心电端（G）、放大器（D2）的输入端（J3、J4）连接上述的心电采集电路的输出端（F2、F3）、放大器（D1）将来自心电采集电路输出端（F5）与中心电端（G）的心电信号的电压进行放大后由输出端（B1）输出;放大器（D2）将来自心电采集电路输出端（F2、F3）的心电信号的电压放大后由输出端（B2）输出。

与放大电路（D1、D2）的输出端（B1、B2）相连接的为选通电路（1），选通电路（1）受来自接口电路（3）的控制信号（H1）控制，有选择的将输出端（B1）或输出端（B2）上的电信号输送到模数转换电路（2）上，模数转换电路（2）受来自接口电路（3）的控制信号（H2）控制，将输入的模拟量电压信号转换为数字量信号，该信号在计算机的控制下由接口电路（3）输送入计算机（4）中。

在对人体进行心电图实测时，计算机（4）通过接口电路（3）对选通电路（1）模数转换电路（2）进行控制，在本实施例中采样时间间隔为1，2，5，15，20毫秒。在计算机（4）的控制下，模数转换电路（2）将信号输入计算机（4），计算机再将输入的两路电信号进行数据变换，其中包括功率谱，互功率谱，传递函数（幅频特性）、传递函数（相频特性）、脉冲响应、相关函数、互相关函数、相干函数、幅度直方图。各变换公式如下：

令：一个导程心电作为输入X，另一个导程心电作为输出Y。

又令：Sx（f）表示为X的付氏变换，Sr（f）表示为Y的付氏变换。

则：

功率谱Gxx（f）＝Sx（f）·Sx（f）^＊

互功率谱Gxy（f）＝Sx（f）·Sy（f）^＊

＊表示共轭复数

传递函数（幅频特性）

｜Hxy（f）｜＝｜Gxy（f）|/|Gxy（f）|

传递函数（相频特性）

Qxy（f）＝tan^-1(IMAG（X）)/(REAL（X）) ·X＝ (Gxy（f）)/(Gxx（f）)

脉冲响应

IHx（f）＝F^-1｛Hxy（f）｝

＝F^-1｛Sy（f）·Sx（f）^＊/Sx（f）·Sx（f）^＊｝

F^-1为付氏逆变换

相干函数

r²xy（f）＝｜Gxy（f）｜²/Gxx（f）·Gyy（f）

自相关函数

${\mathrm{\phi x\; (t)\; =}}^{\mathrm{lin}}{}_{\mathrm{\tau -\infty }}\frac{l}{\mathrm{2T}}{\∫}_{\mathrm{-T}}^T\mathrm{fx\; (t)·fx\; (t-\tau )\; dt}$

互相关函数

${\mathrm{\phi xy\; (t\; )=}}^{\mathrm{lin}}{}_{\mathrm{\tau -\infty }}\frac{l}{\mathrm{2T}}{\∫}_{\mathrm{-T}}^T\mathrm{fx\; (t)·fy\; (t-\tau )\; dt}$

幅度直方图

以振幅作为横坐标，纵坐标则表示对于每个采样段各幅值心电波的出现频次。

计算机系统将输入的两路心电信号（或称两个导程心电信号）进行上述的数据变换后，选取特定数据进行心电是否异常的鉴别运算，并据此判断被测对象的心脏是否正常或指出被测对象患有何种心脏疾病。

计算机还可以根据上述的数据变换后得到的数据控制外设执行绘图操作，并输出诊断报告。

在本实施例中，上述的计算机系统选取特定数据进行的心电是否异常的鉴别运算，包括如下的鉴别运算。

1、U₄鉴别：

即：判断功率谱的第一峰至第四峰之间任意两个相临峰的频宽是否大于或等于峰底部频宽乘B，B的值在1～8范围中，上述的峰底频宽是指第一个峰之前的谷到上述的两个相临峰之间的谷的谷底频宽;

2、Nn鉴别：

即：判断功率谱的第一峰和第二峰中的最大峰的峰值是否大于等于第三峰和第四峰中的最大峰的峰值;

3、P+1鉴别：

即：判断传递函数（相频特性），在6～20赫兹频率范围中的相移的绝对值是否大于或等于D、是否其频率中心点处于E中、是否相移值为正值（其中D在10°～120°范围中，E在3～15赫兹范围中）。

4、Q₂鉴别：

即：判断相干函数上的传递函数峰值频率的相于值是否小于或等于F，F在0.3～0.9范围中;

上述的传递函数峰值频率相干值指相干函数上的对应于传递函数（幅频特性）上的幅值比为最大点的频率的数值。

5、M₅鉴别：

即：判断脉响应函数上的第二个正向峰的峰值是否小于或等于最高峰的峰值乘G，G之值在3%～20%范围内;

6、rrr鉴别：

即：判断互相关函数的最高峰之峰值减互相关最低值是否小于或等于I，I之值在0.08～7范围内;

7、RRR鉴别：

即：判断互相关函数的最高峰之峰值减互相关最低值是否大于或等于J，J之值在41～117范围中;

8、Ⅱn-、Ⅰ-鉴别：

即：判断幅度直方图的堆数是否小于等于H，H之值在0～2范围中。

在本实施例中，上述的U₄鉴别用于识别被测对象的心频情况，Nn鉴别用于识别被测对象的心肌功能损害情况，P+1鉴别用于识别心脏各部分的同步性及冠状动脉血流功能情况，Q₂鉴别用于识别心脏的协调功能情况，M₅鉴别用于识别心脏传导功能情况，rrr鉴别用于识别心肌供血情况，RRR鉴别用于识别胸导电压情况或心室功能情况，Ⅱn-、Ⅰ-鉴别用于识别肢导电压情况或神经调节情况;

能否准确的提取心电信息是本发明的心电多相信息采集分析诊断仪的一个关键问题。为此上述的放大电路（D1、D2）的设计是很关键的，在本实施例中，放大电路（D1、D2）如图2所示。图2给出了放大电路（D1）的说明图，在本实施例中，放大器（D1）与放大器（D2）结构相同，均由运算放大器（D3、D4、D5）及与其相配接的电阻、电容构成，放大器（D1）具有两个输入端，放大器（D1）的输入级是由运算放大器（D3）构成的差分放大电路，输入级输出的信号经过由电容（C1）、电阻（R3）构成的隔直电路输入由运算放大器（D4）构成的隔离跟随电路，隔离跟随电路的输出信号经过由电阻（RW1）、电容（C2）构成的高频噪声消除电路，输入由运算放大器（D5）构成的电压放大输出电路，该电路构成了放大器的输出级，在运算放大器（D5）的输入端上连接有一个由电阻（RW2）构成的零偏调整电路。

上述的放大器（D3）将输入的电压差放大后经过隔直电路输入由（D4）构成的隔离跟随电路，由该隔离跟随电路输出的信号经过高频噪声消除电路消除高频噪声后输入上述的由运算放大器（D5）构成的电压放大输出电路，在运算放大器（D5）的输入端上的零偏调整电路用于调节在放大器（D1）输入为零时输出端（B1）的输出电平;根据心电图的正负脉冲特点，在本实施例中，放大器（D1）的输出端（B1）在无信号输入时的输出电平可以选取在模数转换电路（2）的电压量程的2/7、正负偏差0.3处，例如模数转换电路的量程为0～9伏时，输出端（B1）在无输入信号时的输出电平应为9×2/7＝1.5V左右。

放大器（D1）的输入端（J1、J2）或放大器（D2）的输入端（J3、J4）可以通一个转换开关连接到一个方波发生器（5）的输出端（6）和地之间;方波发生器（5）的输出信号可以是正负相号、每秒两周左右的方波信号，当放大器（D1）的输入端与方波发生器（5）连接时，放大器（D1）的输出端（B1）输出一个方波信号，根据此方波信号，可以调整放大器（D1）的工作状态。

Claims (3)

1、一种心电多相信息鉴别诊断仪，由心电采集电路、放大电路、模数转换电路、接口电路、计算机系统依次连接组成；其特征在于：所述的心电采集电路具有5个输入端(E1、E2、E3、E4、E5、)，其中输入端(E4)接地，输入端(E1、E2、E3、E5)通过一个电阻接地，输入端(E1、E2、E3、E5)还各自连接有一个隔离跟随电路，这四个跟随电路具有四个输出端(F1、F2、F3、F5)，输出端(F1、F2、F3)各连接有一个阻值相同的电阻，这三个电阻的另一端相互连接，构成了中心电端(G)；具有两个放大器(D1、D2)放大器(D1)的输入端(J1、J2)与输出端(F5)和中心电端(G)相连接，放大器(D2)的输入端(J3、J4)与输出端(F2、F3)相连接；具有一个选通电路(1)连接在放大器(D1、D2)的输出端(B1、B2)与模数转换电路(2)的输入端之间。

2、根据权利要求1所述的诊断仪，其特征在于：任意一个所述的放大器（D1、D2）均是由一个由运算放大器（D3）构成的差分放大电路、一个由电容（C1）、电阻（R3）构成的隔直电路、一个由运算放大器（D4）构成的隔离跟随电路、一个由电阻（RW1）、电容（C2）构成的器械声消除电路、一个电阻（RW2）构成的零偏调整电路、一个由运算放大器（D5）构成的电压放大输出电路依次连接构成。

3、根据权利要求1或2所述的诊断仪，其特征在于：在无信号输入时，上述放大电路（D1、D2）的输出端（B1、B2）的输出电平为模数转换电路的电压量程的2/7，正负偏差0.3处。

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