CN107495960A - 一种实时心电信号监测处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种实时心电信号监测处理方法，包括如下步骤：①心电信号采集，对心电信号滤波；②每秒计算实时心率；③每秒诊断实时心律失常；④检测每秒的心跳信息：心跳个数、位置、心搏类型及RR间期；⑤记录结束后，统计平均心率、最快心率、最慢心率，过快心率比例、稍快心率比例、正常心率比例、稍慢心率比例、过慢心率比例。它采用该方法可以实现在心电采集过程对信号滤波、计算实时心率、诊断实时心律失常等，将监测数据远程无线传送至医生，达到便于医生及时诊断治疗疾病的目的。
Description
技术领域
本发明涉及心电信号监测，是一种实时心电信号监测处理方法。
背景技术
对于心脏病患者来说，能够实时监测心电图是能够及时发现并进行治疗的最好手段，它可以将许多因心脏问题引发的疾病化解在发病前期，从而减轻疾病给患者造成的生活不便。本领域公开了多种对心电图信号的采集监测方法，但是这些方法的不足是只能监测，不能及时判断处理，不能实时远程传输显示等，均是将采集信号固定在采集设备上，停止采集后进行处理，并且，这种处理需要取下采集的信号等数据，然后进行分析。近几年本领域的研究方向主要是如何减少心电监护噪音、如何正确检测R波、正确检测RSA等技术。这些技术方案对于如何实现在胸部佩戴监测仪，将心电信号实时远程传输至医生，并对心电信号做出判断等功能没有启示作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种实时心电信号监测处理方法，它采用该方法可以实现在心电采集过程对信号滤波、计算实时心率、诊断实时心律失常等，将监测数据远程无线传送至医生，达到便于医生及时诊断治疗疾病的目的。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案：一种实时心电信号监测处理方法，包括如下步骤：
①心电信号采集，对心电信号滤波；
②每秒计算实时心率；
③每秒诊断实时心律失常；
④检测每秒的心跳信息：心跳个数、位置、心搏类型及RR间期；
⑤记录结束后，统计平均心率、最快心率、最慢心率，过快心率比例、稍快心率比例、正常心率比例、稍慢心率比例、过慢心率比例。
所述的对心电信号滤波是对心电波形逐采样点滤波，采用高通滤波、50Hz工频滤波和低通滤波。所述高通滤波截止频率0.26Hz，阶数为2；50Hz工频滤波通带上下限为49.5Hz、52Hz，衰减系数0.5，阻带上下限为50Hz、51.5Hz，衰减系数3，滤波器阶数为6；低通滤波截止频率40Hz，阶数为3。所述每秒计算实时心率，是实时检测心电R波位置，然后通过RR间期计算心率，每秒显示最新心率。所述的实时检测心电R波位置，步骤如下：
①对心电信号逐采样点带通滤波，然后计算差分，其中差分公式：(x(i) - x(i-4))2+(x(i-1) - x(i-3))；
②设置初始差分阈值：差分数据前3秒分8段找最大值，取8个最大值的中值的11/32作为检测阈值，检测阈值的1/2作为回检阈值；
③每采集一秒心电波形，通过检测阈值判断是否存在R波，确定R顶点位置；
④每检测到一个R波，用R对应最大差分值更新阈值；
⑤若大于平均RR间期的7/4持续未检测到R波，用回检阈值进行R波回检。
所述每秒诊断实时心律失常是漏搏、停搏，漏搏判断条件为两个心搏间期大于1.5秒，停搏判断条件为连续3秒未检测到心搏。每秒诊断实时心律是窦性心博、室性心博、房性早博异常，首先对每个检测到的心搏判别心搏类型：窦性心搏、室性心搏、房性早搏异常，步骤如下：
①计算基准间期：用最新5个窦性心搏间期的平均值，作为基准间期。
②计算相关距离，公式如下
其中，x是窦性模板心搏，y是当前心搏，x和y长度均为N，二者R波顶点对齐；
当前心搏与前面3个窦性心搏，计算得3个相关距离取中值；
③根据间期提前率、相关距离、心搏幅度、心搏宽度判断心搏类型，具体如下
i.如果，心搏提前10%且相关距离大于0.1，或心搏提前10%且R幅度高，或相关距离大于0.1且R幅度高且QRS宽度大，则为室性心搏；
ii.否则，如果心搏提前20%，则为房性早搏；
iii. 否则，为窦性心搏。
所述检测到每秒心跳信息是每检测到一个心搏便记录计算相关信息，包括心跳个数、位置、心搏类型、RR间期，然后每秒返回本秒内检测到的所有心搏信息。记录结束后统计心率相关信息，其中过快心率是指心率超过120，稍快心率是指超过100，稍慢心率是指低于60，过慢心率是指低于50，比例为各自所占全部心搏的比例。所述的房性早搏异常，包括单个房早，成对房早，房速，房早二联律，房早三联律。其中，房速判断条件是连续3个或以上房早心搏；房早二联律判断条件为窦性心搏+房早心搏连续3对或以上；房早三联律判断条件为窦性心搏+窦性心搏+房早心搏连续3对或以上。
本发明的优点在于：该方法能够向监测仪提供心电信号采集过程对信号滤波、计算实时心率、诊断实时心律失常，判断漏博、停博，判断窦性心动过速和窦性心动过缓，判断室性异常，判断房性早博异常，判断房颤等心脏问题，并通过远程无线传输的方式传至医生，医生根据实时传输数据与患者沟通，并给出建议或治疗方案。本发明的方法能够实现连续的、长时间的对心脏进行监护，可以根据需要连续监护，30天、50天或80天不等。本发明能够及时捕捉心脏的异常的生理活动，长时间对患者进行心电监测。从而解决HOLTER不能对心电实时分析、预警的问题。
附图说明
附图1是本发明所述方法的流程图；
附图2是心电P-QRS-T各波段及间期示意图；
图3为本发明的晶振电路；
图4为本发明的RTC电路；
图5为本发明的蓝牙通讯电路；
图6为本发明的JTAG下载线电路；
图7为本发明的声光控制电路之一；
图8为本发明的滤波电路；
图9为本发明的读卡控制电路；
图10为本发明的声光控制电路之二；
图11为本发明的主控芯片电路；
图12为本发明的多路复用电路；
图13为本发明的读卡电路；
图14为本发明的卡储电路；
图15为本发明的复位电路；
图16为本发明的ECG信号采集电路；
图17为本发明的电源管理电路；
图18为本发明的电量采集电路。
具体实施方式
本发明所述的一种实时心电信号监测处理方法，如图1-图18所示，包括如下步骤：
①心电信号采集，对心电信号滤波；
②每秒计算实时心率；
③每秒诊断实时心律失常；
④检测每秒的心跳信息：心跳个数、位置、心搏类型及RR间期；
⑤记录结束后，统计平均心率、最快心率、最慢心率，过快心率比例、稍快心率比例、正常心率比例、稍慢心率比例、过慢心率比例。一个正常的心电心搏波形主要包括P波、QRS波群和T波，其中各波形及波段时间和形态都代表了心脏各部分的活动，具体如下：
P波：P波代表左、右心房肌除极过程的电位变化，P波小而圆盾，正常的P波宽度范围0.08~0.11秒，肢体导联的振幅不超过0.25mv。
QRS综合波群：QRS综合波代表左、右心室去极化过程的电位变化。典型的QRS波群由三个波段组成，第一个波方向向下，称为Q波，第二个波方向向上、形状高而尖峭，称为R波，最后一个波方向向下，称为S波，正常QRS波群宽度0.06~0.1秒。
T波：T波代表心室复极化过程中的电位变化，幅值不小于R波的1/10，方向与QRS主波方向一致，宽度一般为0.05~0.25秒。
P-R间期：从P波起点到QRS综合波群起点的时间间隔，它代表心房激动开始到心室激动开始的时间，即代表心房、心室之间兴奋传导的时间。其时间范围为0.12~0.2秒，儿童不应超过0.19秒。当房室传导阻滞时，P-R间期延长。
S-T段：从QRS波群终点到T波起点之间的波段，它接近基线，代表心室缓慢的复极过程。
Q-T间期：从QRS综合波群起点到T波终点的时间间期，它代表心室从开始兴奋、除极，到完全恢复静息状态所需的时间，与心率快慢有关。
本发明所述方法的更具体步骤如下：
1. 心电采集过程中对心电波形逐采样点滤波，包括高通滤波、50Hz工频滤波、低通滤波，滤波后的心电波形用于显示；
2. 每秒计算实时心率；
3. 每秒诊断实时心律失常；
4. 提供每一秒检测到的心跳信息，包括心跳个数、位置、心搏类型、RR间期；
5. 记录结束后，统计平均心率、最快心率、最慢心率，过快心率比例、稍快心率比例、正常心率比例、稍慢心率比例、过慢心率比例。
上述步骤2具体包括如下步骤：
（1）心电信号逐采样点带通滤波，然后计算差分；
（2）设置初始差分阈值：差分数据前3秒分8段找最大值，取8个最大值的中值的11/32作为检测阈值，检测阈值的1/2作为回检阈值；
（3）每采集一秒心电波形，通过检测阈值判断是否存在R波，确定R顶点位置；
（4）若大于平均RR间期的7/4持续未检测到R波，用回检阈值进行R波回检；
（5）每检测到一个R波，用R对应最大差分值更新阈值，且计算RR间期；
（6）计算心率：心率 = 60 / RR间期，其中RR间期单位是秒。
上述步骤3具体包括如下步骤：
（1）计算基准间期和心搏形态相关距离，根据间期提前率、相关距离、心搏幅度、心搏宽度判断心搏类型：
i.如果，心搏提前10%且相关距离大于0.1，或心搏提前10%且R幅度高，或相关距离大于0.1且R幅度高且QRS宽度大，则为室性心搏；
ii.否则，如果心搏提前20%，则为房性早搏；
iii.否则，为窦性心搏。
（2）判断漏搏和停搏：漏搏判断条件为两个心搏间期大于1.5秒，停搏判断条件为连续3秒未检测到心搏。
（3）判断窦性心动过速和窦性心动过缓：窦性心动过速判断条件为连续3个或以上窦性心搏，心率都大于100；窦性心率过缓判断条件为连续3个或以上窦性心搏，心率都小于60。
（4）判断室性异常，包括单个室性，成对室性，室速，室性二联律，室性三联律。其中，室速判断条件是连续3个或以上室性心搏；室性二联律判断条件为窦性心搏+室性心搏连续3对或以上；室性三联律判断条件为窦性心搏+窦性心搏+室性心搏连续3对或以上。
（5）判断房性早搏异常，包括单个房早，成对房早，房速，房早二联律，房早三联律。其中，房速判断条件是连续3个或以上房早心搏；房早二联律判断条件为窦性心搏+房早心搏连续3对或以上；房早三联律判断条件为窦性心搏+窦性心搏+房早心搏连续3对或以上。
判断房颤，其检测条件主要依据于心率绝对不等。
本发明所述方法进一步的说明是：
1. 心电采集过程中，每采集一个点，分别经过高通滤波、50Hz工频滤波和低通滤波，其中滤波器设置：高通滤波截止频率0.26Hz，阶数为2；工频滤波通带上下限为49.5Hz、52Hz，衰减系数0.5，阻带上下限为50Hz、51.5Hz，衰减系数3，滤波器阶数为6；低通滤波截止频率40Hz，阶数为3。
2. 每采集一秒心电波形，检测R波位置，计算心率，具体如下：
（1）对心电波形经过带通滤波后计算差分，差分公式为(x(i) - x(i-4))2+(x(i-1) -x(i-3))；
（2）设置初始差分阈值：差分数据前3秒分8段找最大值，取8个最大值的中值的11/32作为检测阈值，检测阈值的1/2作为回检阈值；
（3）每采集一秒心电波形，通过检测阈值判断是否存在R波，确定R顶点位置；
（4）若大于平均RR间期的7/4持续未检测到R波，用回检阈值进行R波回检；
（5）每检测到一个R波，用R对应最大差分值更新阈值；
（6）每检测到一个R波，计算向前RR间期 = 当前R波位置RPos - 前个R波位置PreRPos，心率 = 60 / (向前RR间期 / 采样率)。
3. 每检测到一个R波，判断该心搏的类型：
（1）计算基准间期：最新5个窦性心搏RR间期的平均值；
（2）计算相关距离：当前心搏与前面3个窦性心搏，分别计算3个相关距离后取中值。相关距离公式如下
其中，x是窦性模板心搏，y是当前心搏，x和y长度均为N，二者R波顶点对齐。
（3）根据间期提前率、相关距离、心搏幅度、心搏宽度判断心搏类型，具体如下
i.如果，心搏提前10%且相关距离大于0.1，或心搏提前10%且R幅度高，或相关距离大于0.1且R幅度高且QRS宽度大，则为室性心搏；
ii.否则，如果心搏提前20%，则为房性早搏；
iii.否则，为窦性心搏。
4. 判断是否漏搏、停搏，其中漏搏判断条件为两个心搏间期大于1.5秒，停搏判断条件为连续3秒未检测到心搏。
5. 根据该心搏类型及RR间期判断是否窦性异常，包括窦性心动过速和窦性心动过缓。其中窦性心动过速判断条件为连续3个或以上窦性心搏，心率都大于100；窦性心率过缓判断条件为连续3个或以上窦性心搏，心率都小于60。
6. 根据该心搏类型及RR间期判断是否室性异常，包括单个室性，成对室性，室速，室性二联律，室性三联律。其中，室速判断条件是连续3个或以上室性心搏；室性二联律判断条件为窦性心搏+室性心搏连续3对或以上；室性三联律判断条件为窦性心搏+窦性心搏+室性心搏连续3对或以上。
7. 根据该心搏类型及RR间期判断是否房性早搏异常，包括单个房早，成对房早，房速，房早二联律，房早三联律。其中，房速判断条件是连续3个或以上房早心搏；房早二联律判断条件为窦性心搏+房早心搏连续3对或以上；房早三联律判断条件为窦性心搏+窦性心搏+房早心搏连续3对或以上。
8. 每检测够10个心搏，根据各RR间期是否绝对不等判断房颤。
9.心电监护结束后，统计平均心率、最快心率、最慢心率，过快心率比例、稍快心率比例、正常心率比例、稍慢心率比例、过慢心率比例。其中过快心率是指心率超过120，稍快心率是指超过100，稍慢心率是指低于60，过慢心率是指低于50，比例为各自所占全部心搏的比例。
Claims (10)
1.一种实时心电信号监测处理方法，包括如下步骤：
①心电信号采集，对心电信号滤波；
②每秒计算实时心率；
③每秒诊断实时心律失常；
④检测每秒的心跳信息：心跳个数、位置、心搏类型及RR间期；
⑤记录结束后，统计平均心率、最快心率、最慢心率，过快心率比例、稍快心率比例、正常心率比例、稍慢心率比例、过慢心率比例。
2.根据权利要求1所述的一种实时心电信号监测处理方法，其特征在于：所述的对心电信号滤波是对心电波形逐采样点滤波，采用高通滤波、50Hz工频滤波和低通滤波。
3.根据权利要求2所述的一种实时心电信号监测处理方法，其特征在于：所述高通滤波截止频率0.26Hz，阶数为2；50Hz工频滤波通带上下限为49.5Hz、52Hz，衰减系数0.5，阻带上下限为50Hz、51.5Hz，衰减系数3，滤波器阶数为6；低通滤波截止频率40Hz，阶数为3。
4.根据权利要求1所述的一种实时心电信号监测处理方法，其特征在于：所述每秒计算实时心率，是实时检测心电R波位置，然后通过RR间期计算心率，每秒显示最新心率。
5.根据权利要求4所述的一种实时心电信号监测处理方法，其特征在于：所述的实时检测心电R波位置，步骤如下：
①对心电信号逐采样点带通滤波，然后计算差分，其中差分公式：(x(i) - x(i-4))2+(x(i-1) - x(i-3))；
②设置初始差分阈值：差分数据前3秒分8段找最大值，取8个最大值的中值的11/32作为检测阈值，检测阈值的1/2作为回检阈值；
③每采集一秒心电波形，通过检测阈值判断是否存在R波，确定R顶点位置；
④每检测到一个R波，用R对应最大差分值更新阈值；
⑤若大于平均RR间期的7/4持续未检测到R波，用回检阈值进行R波回检。
6.根据权利要求1所述的一种实时心电信号监测处理方法，其特征在于：所述每秒诊断实时心律失常是漏搏、停搏，漏搏判断条件为两个心搏间期大于1.5秒，停搏判断条件为连续3秒未检测到心搏。
7.根据权利要求1所述的一种实时心电信号监测处理方法，其特征在于：每秒诊断实时心律是窦性心博、室性心博、房性早博异常，首先对每个检测到的心搏判别心搏类型：窦性心搏、室性心搏、房性早搏异常，步骤如下：
①计算基准间期：用最新5个窦性心搏间期的平均值，作为基准间期；
②计算相关距离，公式如下
其中，x是窦性模板心搏，y是当前心搏，x和y长度均为N，二者R波顶点对齐；
当前心搏与前面3个窦性心搏，计算得3个相关距离取中值；
③根据间期提前率、相关距离、心搏幅度、心搏宽度判断心搏类型，具体如下
如果，心搏提前10%且相关距离大于0.1，或心搏提前10%且R幅度高，或相关距离大于0.1且R幅度高且QRS宽度大，则为室性心搏；
否则，如果心搏提前20%，则为房性早搏；
否则，为窦性心搏。
8.根据权利要求1所述的一种实时心电信号监测处理方法，其特征在于：所述检测到每秒心跳信息是每检测到一个心搏便记录计算相关信息，包括心跳个数、位置、心搏类型、RR间期，然后每秒返回本秒内检测到的所有心搏信息。
9.根据权利要求1所述的一种实时心电信号监测处理方法，其特征在于：记录结束后统计心率相关信息，其中过快心率是指心率超过120，稍快心率是指超过100，稍慢心率是指低于60，过慢心率是指低于50，比例为各自所占全部心搏的比例。
10.根据权利要求7所述的一种实时心电信号监测处理方法，其特征在于：所述的房性早搏异常，包括单个房早，成对房早，房速，房早二联律，房早三联律；其中，房速判断条件是连续3个或以上房早心搏；房早二联律判断条件为窦性心搏+房早心搏连续3对或以上；房早三联律判断条件为窦性心搏+窦性心搏+房早心搏连续3对或以上。
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