CN108597336A - 心电波形仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了心电波形仿真方法，涉及医学教学领域，其方法包括：1获取心电波形数据：获取临床心电图，识别心电曲线，获取在时间上均匀分布的点坐标数据，标记P波起点、QRS波群起点、T波终点，2判断心电波形形态：按照心动周期将心电波形数据分段，判断分段后的每段心动周期波形是否一致，标记主节律波形及异位节律波形，对主节律波形进一步分段，并对个分段波形进行断点平滑处理，3动态仿真：通过微调控制获取当前心率，计算原始心率和当前心率下的TP段长度，生成当前心率下的主节律波形及异位节律波形，并进行输出，通过本发明，实现了将临床真实心电图进行动态展示，丰富了临床教学实例。

Description

心电波形仿真方法

技术领域

本发明涉及医学教学领域，尤其涉及一种心电波形的仿真方法。

背景技术

心脏是人体血液循环的动力装置。正是由于心脏自动不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，才使得血液在封闭的循环系统中不停地流动，使生命得以维持。心脏在搏动前后，心肌发生激动。在激动过程中，会产生微弱的生物电流。这样，心脏的每一个心动周期均伴随着生物电变化。这种生物电变化可传达到身体表面的各个部位。由于身体各部分组织不同，距心脏的距离不同，心电信号在身体不同的部位所表现出的电位也不同。对正常心脏来说，这种生物电变化的方向、频率、强度是有规律的。若通过电极将体表不同部位的电信号检测出来，再用放大器加以放大，并用记录器描记下来，就可得到心电图。

心电图记录的是电压随时间变化的曲线，临床心电学对曲线波段规定了统一的名称：最早出现的幅度较小的P波，反映心房的除极过程，PR段，反映心房复极过程及房室结、希氏束、束支的电活动，P波与PR段合计为PR间期，反映自心房开始除极至心室开始除极的时间，幅度最大的QRS波群，反映心室除极的全过程，除极完毕后，心室的缓慢和快速负极过程分别形成了ST段和T波，QT间期为心室开始除极至心室负极完毕全过程的时间。

医生根据所记录的心电图波形的形态、波幅大小以及各波之间的相对时间关系，再与正常心电图相比较，便能诊断出心脏疾病。诸如心电节律不齐、心肌梗塞、期前收缩、高血压、心脏异位搏动等。

要充分发挥心电图检查在临床上的诊断作用，单纯的死记硬背某些心电图诊断标准或指标数值是不行的，甚至会发生误导，只有熟练掌握心电图分析的方法和技巧，并善于把心电图的各种变化和具体病例的临床情况密切结合起来，才可能对心电图做出正确的诊断和解释。

在诊断和指导治疗遗传性心律失常方面，心电图发挥着重要作用，房室肥大、药物和电解质紊乱都可引起一定的心电图变化，有助诊断。心电图对心包炎、心肌病、心肌炎、肺栓塞、慢性肺源性心脏病、各种先天性心脏病等也都有其特定的诊断价值，心脏电生理检查时，常需要与体表心电图进行同步描记，帮助判断电生理现象和辅助诊断，对于瓣膜活动、心音变化、心肌功能状态等，心电图不能提供直接判断，但作为心动周期的时相标记，又是其他检查的重要辅助手段。

除了循环系统疾病之外，心电图已广泛应用于各种危重患者的抢救、手术麻醉、用药观察、航天、登山运动的心电监测等。

并且动态心电图检查具有常规心电图等其他检查不能替代的作用和价值，已成为临床上广泛使用的无创性心血管疾病检查和诊断手段之一，因此熟悉掌握心电图的分析诊断，尤其是动态心电图的分析尤为重要。

目前在医学教学领域，医学生都是跟随老师在病房或者门诊见习的方式进行学习，并且动态心电图仪需要受检者长时间佩戴记录仪才能连续记录和储存，对病人身心有很大影响，因此，使得在教学实践中医学生获得的有效心电病例数量非常有限，不利于快速掌握该项技能。

发明内容

本发明提供了一种心电波形仿真方法，通过该方法可以将真实临床心电数据进行数据还原，真实再现临床心电波形，并且用户可以对心电波形进行动态调整，使心电波形的仿真多样化，丰富了临床教学病例。

本发明所采用的技术方案是：心电波形仿真方法，包括：

S1，心电图预处理，

S2，根据波形特征对预处理后的心电图进行形态划分，

S3，读取生理参数，判断波形变化方式，执行动态仿真。

进一步，S1，心电图预处理，具体包括：

S11，获取心电图，

S12，建立二维坐标系，

S13, 生成仿真心电波形数据，

S14，获取在时间上均匀分布的点坐标数据，标记P波起点、QRS波群起点、T波终点。

进一步，心电图为临床心电图或公开的医学数据库中的心电图。

进一步，S2，根据波形特征对预处理后的心电图进行形态划分，具体包括：

S21，按照心动周期将仿真心电波形数据进行分段，

S22，判断分段后的每段心动周期波形是否一致，并进一步分段。

进一步，步骤S22具体包括：

设置波形形态阈值，在阈值范围内则判断波形形态一致，

若每段心动周期的波形一致，则标记一个心动周期波形为主节律波形，并按照从P波起点到QRS波群起点、QRS波群起点到T波终点、T波终点到心动周期结束将主节律波形分为PR、QT、TP三段，

若分段后的心动周期波形出现两种波形，则对比两种波形的出现频率，标记频率大的心动周期波形为主节律波形，频率小的心动周期波形为拼接型异位节律波形，并将主节律波形按照从P波起点到QRS波群起点、QRS波群起点到T波终点、T波终点到心动周期结束将主节律波形分为PR、QT、TP三段，

若分段后的心动周期波形出现两种以上波形，则对心电波形按照从QRS波群起点到T波终点重新采样，得到多个QT段的波形，并逐一进行差异性计算，差异性最小的QT段的波形标记为主节律波形，并以当前主节律波形为基础向前得到P波波形，并标记为叠加型异位节律波形。

进一步，步骤S2还包括S23，对进一步分段后得到的各波形采用直线拟合方法进行断点平滑处理。

进一步，S3，读取生理参数，判断波形变化方式，执行动态仿真，具体包括：

S31，获取当前心率，

S32，计算原始心率和当前心率下的TP段长度，公式如下：

S33，生成当前心率下的主节律波形，

S34，输出动态仿真心电波形。

进一步，所述步骤S33具体包括：

判断原始TP段长度是否大于当前心率下的TP段长度，

是，直接缩短原始TP段长度至当前心率下的TP段长度，形成当前心率的主节律波形，

否，利用线性插值方法重采样得到当前心率下的TP段长度，形成当前心率的主节律波形。

进一步，所述步骤S34具体包括：

判断是否包含异位节律波形，

否，循环输出当前心率的主节律波形，

是，根据异位节律波形的类型生成仿真心电波形输出，

拼接型异位节律波形，根据当前心率的主节律波形计算拼接型异位节律波形的长度，利用随机控制计算插入因子，插入拼接型异位节律波形的数据，并输出，

叠加型异位节律波形，计算当前心率下的叠加型异位节律波形下数据的长度，与主节律波形的数据进行叠加，并输出。

本发明的有益效果是：心电波形仿真方法能够将真实的临床心电数据进行数据还原，真实再现临床心电波形，通过对每个心电波形进行分段处理，实现动态调整，能够模拟动态的心电图，丰富了临床教学病例。

附图说明

图1是本发明心电波形仿真方法的工作流程框图；

图2是本发明心电波形仿真方法中的对心电图预处理的流程框图；

图3是本发明心电波形仿真方法中的对心电图进行形态划分的流程框图；

图4是本发明心电波形仿真方法中的执行动态仿真的流程框图；

图5是临床实例正常心电波形仿真方法的演示；

图6是临床实例单行性室性期前收缩心电波形仿真方法的演示；

图7是临床实例三度房室传导阻滞高位阻滞心电波形仿真方法的演示。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

如图1~4所示，本发明心电波形仿真方法的步骤具体包括：

S1，心电图预处理，

S2，根据波形特征对预处理后的心电图进行形态划分，

S3，读取生理参数，判断波形变化方式，执行动态仿真。

进一步，S1，心电图预处理，具体包括：

S11，获取心电图，

S12，建立二维坐标系，

S13, 生成仿真心电波形数据，

S14，获取在时间上均匀分布的点坐标数据，标记P波起点、QRS波群起点、T波终点。

进一步，心电图为临床心电图或公开的医学数据库中的心电图。

进一步，S2，根据波形特征对预处理后的心电图进行形态划分，具体包括：

S21，按照心动周期将仿真心电波形数据进行分段，

S22，判断分段后的每段心动周期波形是否一致，并进一步分段。

进一步，步骤S22具体包括：

设置波形形态阈值，在阈值范围内则判断波形形态一致，

若每段心动周期的波形一致，则标记一个心动周期波形为主节律波形，并按照从P波起点到QRS波群起点、QRS波群起点到T波终点、T波终点到心动周期结束将主节律波形分为PR、QT、TP三段，

若分段后的心动周期波形出现两种波形，则对比两种波形的出现频率，标记频率大的心动周期波形为主节律波形，频率小的心动周期波形为拼接型异位节律波形，并将主节律波形按照从P波起点到QRS波群起点、QRS波群起点到T波终点、T波终点到心动周期结束将主节律波形分为PR、QT、TP三段，

若分段后的心动周期波形出现两种以上波形，则对心电波形按照从QRS波群起点到T波终点重新采样，得到多个QT段的波形，并逐一进行差异性计算，差异性最小的QT段的波形标记为主节律波形，并以当前主节律波形为基础向前得到P波波形，并标记为叠加型异位节律波形。

进一步，步骤S2还包括S23，对进一步分段后得到的各波形采用直线拟合方法进行断点平滑处理。

进一步，S3，读取生理参数，判断波形变化方式，执行动态仿真，具体包括：

S31，获取当前心率，

S32，计算原始心率和当前心率下的TP段长度，公式如下：

TP：TP段波形长度；HR：当前心率值；QT：QT段波形长度；

S33，生成当前心率下的主节律波形，

S34，输出动态仿真心电波形。

进一步，所述步骤S33具体包括：

判断原始TP段长度是否大于当前心率下的TP段长度，

是，直接缩短原始TP段长度至当前心率下的TP段长度，形成当前心率的主节律波形，

否，利用线性插值方法重采样得到当前心率下的TP段长度，形成当前心率的主节律波形。

进一步，所述步骤S34具体包括：

判断是否包含异位节律波形，

否，循环输出当前心率的主节律波形，

是，根据异位节律波形的类型生成仿真心电波形输出，

拼接型异位节律波形，根据当前心率的主节律波形计算拼接型异位节律波形的长度，利用随机控制计算插入因子，插入拼接型异位节律波形的数据，并输出，

叠加型异位节律波形，计算当前心率下的叠加型异位节律波形下数据的长度，与主节律波形的数据进行叠加，并输出。

为了更好的说明本方法，下面结合临床实例进一步阐述。

实例1，如图4所示，心电仿真方法，具体步骤包括：

S1，心电图预处理，

S11，获取临床心电图，如A1所示，为正常心电波形，

S12，建立二维坐标系，

S13, 生成仿真心电波形数据，其中以图A1中II导联波形为例，截取图A1中II导联波形，生成仿真心电波形如A2所示，

S14，通过线性插值的方法，获取图A2上在时间上均匀分布的点坐标数据，并标记特征点，包括P波起点、QRS波群起点、T波终点。

S2，根据波形特征对预处理后的心电图进行形态划分，

S21，按照心动周期将图A2仿真心电波形分段，即从P波起点开始到下一个P波起点结束，如图A3所示，得到多个心动周期的波形，

S22，通过预设的波形形态阈值，监测每一段的心动周期波形形态，得出在阈值范围内，判断A3中每段的心动周期波形一致，则，选取一个心动周期波形标记为主节律波形，并按照从P波起点到QRS波群起点、QRS波群起点到T波终点、T波终点到心动周期结束将主节律波形分为PR、QT、TP三段，并采用直线拟合的方法对各段波形进行断点平滑处理，如图A4所示。

S3，读取生理参数，判断波形变化方式，执行动态仿真，

S31，获取当前心率60次/分，

S32，采用以下公式：

分别计算原始心率和当前心率下的TP段长度，得到原始TP段长度、当前TP段长度，

S33，生成主节律波形，

通过上述得出的两个TP段长度，判断原始TP段长度小于当前TP段长度，即 当前心率60次/分时，TP段长度大于原始TP段长度，则，利用线性插值方法重采样，得到当前TP段长度，形成当前心率的主节律波形，如图A5所示，

S34，输出动态仿真心电波形，

判断是否包含异位节律波形，

否，循环输出当前心率的主节律波形，如图A6所示，

当修改当前心率为100次/分时，分别计算原始心率和心率为100次/分时的TP段长度，得出100次/分时的TP段长度小于原始心率TP段长度，即直接缩短原始TP段长度至当前TP段长度，形成当前心率下的主节律波形，如图A7所示，进一步判断并不包含异位节律波形，则循环输出A7所示波形，如图A8所示。

实例2，如图5所示，心电仿真方法，具体步骤包括：

S1，心电图预处理，

S11，获取临床心电图，如B1所示，为单行性室性期前收缩病例的心电波形，

S12，建立二维坐标系，

S13, 生成仿真心电波形数据，其中以图B1中II导联波形为例，截取图B1中II导联波形，生成仿真心电波形如B2所示，

S14，通过线性插值的方法，获取图B2上在时间上均匀分布的点坐标数据，并标记特征点，包括P波起点、QRS波群起点、T波终点。

S2，根据波形特征对预处理后的心电图进行形态划分，

S21，按照心动周期将图B2仿真心电波形分段，即从P波起点开始到下一个P波起点结束，如图B3所示，

S22，通过预设的波形形态阈值，监测每一段的心动周期波形形态，判断B3中的心动周期波形出现两种波形，对比两种波形的出现频率，标记频率大的心动周期波形为主节律波形，频率小的心动周期波形为拼接型异位节律波形，并将主节律波形按照从P波起点到QRS波群起点、QRS波群起点到T波终点、T波终点到心动周期结束将主节律波形分为PR、QT、TP三段，采用直线拟合的方法对各段波形进行断点平滑处理，如图B4所示，分别为分段后的主节律波形、主节律波形与异位节律波形的拼接波形。

S3，读取生理参数，判断波形变化方式，执行动态仿真，

S31，获取当前心率，

S32，采用以下公式：

分别计算原始心率和当前心率下的TP段长度，得到原始TP段长度、当前TP段长度，

S33，生成主节律波形，

通过上述得到的两个TP段长度，判断原始TP段长度大于当前TP段长度，则直接缩短原始TP段长度至当前TP段长度，形成当前心率的主节律波形，如图B5所示，

S34，输出动态仿真心电波形，

判断是否包含异位节律波形，

是，根据异位节律波形的类型生成仿真心电波形输出，拼接型异位节律波形，根据当前心率的主节律波形计算拼接型异位节律波形的长度，利用随机控制计算插入因子，插入拼接型异位节律波形的数据，并输出，如图B6所示。

实例3，如图6所示，心电仿真方法，具体步骤包括：

S1，心电图预处理，

S11，获取临床心电图，如C1所示，为三度房室传导阻滞高位阻滞病例的心电波形，

S12，建立二维坐标系，

S13, 生成仿真心电波形数据，其中以图C1中II导联波形为例，截取图C1中II导联波形，生成仿真心电波形如C2所示，

S14，通过线性插值的方法，获取图C2上在时间上均匀分布的点坐标数据，并标记特征点，包括P波起点、QRS波群起点、T波终点。

S2，根据波形特征对预处理后的心电图进行形态划分，

S21，按照心动周期将图C2仿真心电波形分段，即从P波起点开始到下一个P波起点结束，

S22，通过预设的波形形态阈值，监测每一段的心动周期波形形态，判断C3中的心动周期波形出现两种以上波形，则对心电波形按照从QRS波群起点到T波终点重新采样，得到多个QT段的波形，并逐一进行差异性计算，差异性最小的QT段的波形标记为主节律波形，并以当前主节律波形为基础向前得到P波波形，并标记为叠加型异位节律波形，采用直线拟合的方法对各段波形进行断点平滑处理，如图C3所示，分别为主节律波形及P波波形图。

S3，读取生理参数，判断波形变化方式，执行动态仿真，

S31，获取当前心率，

S32，采用以下公式：

分别计算原始心率和当前心率下的TP段长度，得到原始TP段长度、当前TP段长度，

S33，生成主节律波形，

判断原始TP段长度是否大于当前TP段长度，

是，直接缩短原始TP段长度至当前TP段长度，形成当前心率的主节律波形，

否，利用线性插值方法重采样得到当前TP段长度，形成当前心率的主节律波形，

S34，输出动态仿真心电波形，

判断是否包含异位节律波形，

是，根据异位节律波形的类型生成仿真心电波形输出，拼接型异位节律波形，根据当前心率的主节律波形计算拼接型异位节律波形的长度，利用随机控制计算插入因子，插入拼接型异位节律波形的数据，并输出，如图C4所示。

Claims (9)

1.心电波形仿真方法，其特征在于，包括：

S1，心电图预处理，

S2，根据波形特征对预处理后的心电图进行形态划分，

S3，读取生理参数，判断波形变化方式，执行动态仿真。

2.根据权利要求1所述的心电波形仿真方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

S11，获取心电图，

S12，建立二维坐标系，

S13, 生成仿真心电波形数据，

S14，获取在时间上均匀分布的点坐标数据，标记P波起点、QRS波群起点、T波终点。

3.根据权利要求2所述的心电波形仿真方法，其特征在于，所述心电图为临床心电图或公开的医学数据库中的心电图。

4.根据权利要求2所述的心电波形仿真方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S21，按照心动周期将仿真心电波形数据进行分段，

S22，判断分段后的每段心动周期波形是否一致，并根据判断结果进一步分段。

5.根据权利要求4所述的心电波形仿真方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括：

设置波形形态阈值，在阈值范围内则判断波形形态一致，

若每段心动周期的波形一致，则标记一个心动周期波形为主节律波形，并按照从P波起点到QRS波群起点、QRS波群起点到T波终点、T波终点到心动周期结束将主节律波形分为PR、QT、TP三段，

若分段后的心动周期波形出现两种波形，则对比两种波形的出现频率，标记频率大的心动周期波形为主节律波形，频率小的心动周期波形为拼接型异位节律波形，并将主节律波形按照从P波起点到QRS波群起点、QRS波群起点到T波终点、T波终点到心动周期结束将主节律波形分为PR、QT、TP三段，

若分段后的心动周期波形出现两种以上波形，则对心电波形按照从QRS波群起点到T波终点重新采样，得到多个QT段的波形，并逐一进行差异性计算，差异性最小的QT段的波形标记为主节律波形，并以当前主节律波形为基础向前得到P波波形，并标记为叠加型异位节律波形。

6.根据权利要求4所述的心电波形仿真方法，其特征在于，所述步骤S2还包括S23，对进一步分段后得到的各波形采用直线拟合方法进行断点平滑处理。

7.根据权利要求1所述的心电波形仿真方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

S31，获取当前心率，

S32，计算原始心率和当前心率下的TP段长度，公式如下：

TP=6000/HR-QT+0.1*HR-24

S33，生成当前心率下的主节律波形，

S34，输出动态仿真心电波形。

8.根据权利要求7所述的心电波形仿真方法，其特征在于，所述步骤S33具体包括：

判断原始TP段长度是否大于当前心率下的TP段长度，

是，直接缩短原始TP段长度至当前心率下的TP段长度，形成当前心率的主节律波形，

否，利用线性插值方法重采样得到当前心率下的TP段长度，形成当前心率的主节律波形。

9.根据权利要求7所述的心电波形仿真方法，其特征在于，所述步骤S34具体包括：

判断是否包含异位节律波形，

否，循环输出当前心率的主节律波形，

是，根据异位节律波形的类型生成仿真心电波形输出，

拼接型异位节律波形，根据当前心率的主节律波形计算拼接型异位节律波形的长度，利用随机控制计算插入因子，插入拼接型异位节律波形的数据，并输出，

叠加型异位节律波形，计算当前心率下的叠加型异位节律波形下数据的长度，与主节律波形的数据进行叠加，并输出。