CN109009075A - 一种心电监护系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种心电监护系统,涉及医学教学领域,包括模拟人,置有磁场产生单元;磁场检测单元,用于检测所述磁场产生单元的磁感强度;处理模块,包括存储单元,所述处理模块连接所述磁场检测单元;以及显示单元,连接所述处理模块,用于显示心电波形图。本发明可以实现医学教学模型上的应用,允许操作者在模拟人身上任意位置连接模拟导联电极,并可直接连接至心电监护仪,在监护仪上显示出正常或异常有规律或无规律的12导联心电波形,检测电极接在模拟人的位置是否正确的问题。
Description
技术领域
本发明涉及医学教学领域,尤其是一种通用的心电监护系统及方法。
背景技术
心电监护是监测心脏电活动的一种手段。普通心电图只能简单观察描记心电图当时短暂的心电活动情况。而心电监护则是通过显示屏连续观察监测心脏电活动情况的一种是无创的监测方法,可适时观察病情,提供可靠的有价值的心电活动指标,并指导实时处理,因此对于有心电活动异常的患者,如急性心肌梗塞,各种心律失常等有重要使用价值。
目前市面上的模拟心电监护产品分为纯软件工作站和软硬件一体两种类型。纯软件工作站的心电监护产品,不仅缺少在病人身上连接心电导联电极这一环节,而且多是将心电波形在PC端或PAD端显示,与临床上直接在监护仪/心电图机上显示还是有差别,而且操作者不能身临其境的掌握心电监护。软硬件一体的心电监护产品,虽然采用了模拟人,但是模拟人身上导联连接点位置固定,如果导联连接模拟人位置错误或者未连接在模拟人有效检测区域内,不能通过监护产品显示/提示错误信息,而且心电监护仪只能显示正确波形,针对错误波形不予显示,不利于操作者自己掌握测点位的确定方法,并且输出的心电波形不够精确,教学效果差。
发明内容
为了实现上述目的,本发明提供一种心电监护系统,包括:
模拟人,置有磁场产生单元;
磁场检测单元,用于检测所述磁场产生单元的磁感强度;
处理模块,包括存储单元,所述处理模块连接所述磁场检测单元;以及
显示单元,连接所述处理模块,用于显示心电波形图。
优选地,还包括上位机,用于存储并下发病例。
优选地,所述的磁场检测单元为线性霍尔传感器。
优选地,所述的磁场产生单元是磁铁。
优选地,所述显示单元包括心电监护仪和心电图机中的任意一个。
进一步优选地,所述心电监护仪或所述心电图机采用心电导联线连接所述处理模块。
本发明还公开了一种心电信号处理方法,包括:
步骤S101:获取并解析待处理的原始心电信号,存储至存储单元;
步骤S401:对所述原始心电信号进行整体倍数放大;
步骤S501:重建RA、LA、LL肢体导联电位;
步骤S601:将所述步骤S501后的心电信号进行数模转换,并进行降压且存储至所述存储单元。
优选地,所述步骤S401前执行以下步骤:
步骤S201:从所述原始心电信号中提取I导联P波特征;
步骤S301:判断P波波峰值Pmax1是否低于0.25,如果是,进行倍数K放大,倍数K的区间为(1.00,1.30),这里取K为1.2,保证P波波峰值小于T波波峰值,如果否,直接执行步骤S401。
进一步优选地,所述的步骤S201包括:
步骤S2011:获取所述I导联信号中的第一波峰点记作P,波峰值记作Pmax1,起始点记作PM,终止点记作PN;获取所述I导联信号中的第二波峰点记作R,波峰值记作为Pmax2, 起始点记作RM,终止点记作RN;获取所述I导联信号中的第三波峰点记作T,波峰记作为Pmax3,起始点记作TM,终止点记作TN;
步骤S2012:判断是否:Pmax2大于Pmax3、Pmax3大于Pmax1、PN小于RM以及RN小于TM;如果是,则Pmax2为R波峰点,Pmax3为T波峰点,Pmax1为P波峰点;如果否,返回步骤S2011。
优选地,所述的步骤S401包括:
步骤S4011:将所述原始心电信号进行5~20倍整体放大;
步骤S4012:获取所述步骤S4011后的心电信号的最小值MINi,原始心电信号值分别与该最小值MINi的绝对值相加,得到新的心电信号,其中i=1,2,……12;
步骤S4013:获取所述步骤S4012后的心电信号的最大值MAXi,其中i=1,2,……12;
步骤S4014:获取所述步骤S4013后的心电信号的最大值MAXi中的最大值MAX’,其中i=1,2,……12;
步骤S4015:计算所述步骤S4014后的心电信号定标增益Ki:Ki=(MAX’/MAXi) ,其中i=1,2,……12;
步骤S4016:获取步骤S4015后的心电信号定标增益Ki中的最大值 Kmax,确定每导联增益Gaini:Gaini = Kmax/Ki,其中i=1,2,……12;
步骤S4017:获取所述步骤S4016中的每个心电信号增益Gaini中的增益最小值Gaini’,以所述增益最小值Gaini’为放大倍数放大心电信号,其中i=1,2,……12。
优选地,所述的步骤S501采用如下公式算法:
aVR =-(Ⅰ+Ⅱ)/2; aVL =Ⅰ-Ⅱ/2; aVF =Ⅱ-Ⅰ/2;
Ⅰ = AVL–AVR; Ⅱ = AVF –AVR; Ⅲ = AVF - AVL;
Ⅰ= EL-ER; Ⅱ=EF-ER; Ⅲ=EF-EL。
本发明的有益效果在于,本发明实现在医学教学模型上的应用,允许操作者在模拟人身上任意位置连接导联电极,本系统输出可直接连接至真实心电监护仪或心电图机,并且能够将原始心电信号通过处理后不失真的在监护仪上显示出正常或异常有规律或无规律的5导联或12导联心电波形,并且解决了市面上在进行模拟心电监护时,检测模块导联电极接在模拟人的心电检测位置是否正确的问题,在处理的过程中,能够将真实的心电信号或者心电信号库的数据精确的输出至心电监护设备,本发明中的所有原始心电信号来自于临床,用户体验更佳。
附图说明
附图1为本发明一种心电监护系统的整体结构图。
附图2为本发明中模拟导联线的结构示意图。
附图3为本发明中处理模块处理原始心电信号的整体图。
附图4为本发明中处理模块对原始心电信号进行解析存储的方法流程图。
附图5为本发明中处理模块确定I导联中P波位置提取P波特征的方法流程图。
附图6为本发明中处理模块对导联信号进行整体倍数放大的方法流程图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明作进一步说明。
如图1所示,本实施例的连接顺序为:模拟人1、模拟导联线41、处理模块5、心电导联线42、心电监护仪2;其中,上位机3存储下发病例至处理模块5。
模拟人1的心电检测区域有5个小磁块,预设5个小磁块的磁感强度阈值(如下表),所述小磁块分别安放于模拟人1的位置以及与模拟导联线41电极名称之间的关系如下表:
如图2所示,模拟导联线41中连接模拟人1心电检测区域的电极探头采用线性霍尔传感器7,型号为DRV5053,用于检测各心电检测区域的磁感强度;另一端连接处理模块5。
处理模块5上分别设有模拟导联线41和心电导联线42的接口6,处理模块5 型号为STM32F429,处理模块5包括SDRAM。
上位机3下发病例信息,处理模块5提取当前病例信息对应的原始心电信号,并对其进行信号分析处理包括解析存储、12导联信号放大以及信号重建得到目标心电信号存储于SDRAM中。
操作者将模拟导联线41的10个导联探头分别连接至模拟人1的各心电检测区域(如上表),线性霍尔传感器7检测到每个区域的磁感强度传给处理模块5,处理模块5将每个心电检测区域的磁感强度与SD卡中对应的磁感强度数据进行比较,如果全部匹配(即在预设的磁感强度阈值范围内),则模拟导联线41连接模拟人正确,处理模块5将目标心电信号通过心电导联线42连接至心电监护仪2输出显示正确心电波形图;如果不匹配,有以下几种情况:
a.模拟导联线41中的其中至少一个电极探头(比如:LA电极探头)检测不到小磁块a的磁感强度(即不在预设的磁感强度阈值[8,10]范围内),表示LA电极探头并未连接至小磁块1的正确位置,处理模块5发送信息给上位机3,上位机3发出警告错误信息:导联线脱落;同时心电监护仪2也会提示导连线连接错误信息。
b.模拟导联线41中的10个电极探头都有检测到模拟人1心电检测区域(如上表)的磁感强度,但是其中,至少两个电极探头(比如:LA电极探头和RA电极探头)检测到小磁块a和小磁块b的磁感强度与SD卡中的该两个磁感强度均不匹配,表示LA电极探头和RA电极探头连接模拟人的心电检测区域(左锁骨中线第一肋间和右锁骨中线第一肋间)颠倒,则处理模块5将目标心电信号中的LA导联电位和RA导联电位进行互换,通过心电导联线连接心电监护仪输出错误心电波形图,上位机同时发出警告信息:提示模拟导联线41连接模拟人1有错误。
在本实施例中,处理模块5对原始心电信号的分析处理过程如图3——图6所示,具体步骤如下:
步骤S101:处理模块5读取解析SDRAM中的原始心电信号并且存储于12个一数组中(读取方法采用现有技术),12个一维数组中的信号分别为12导联对应的心电信号,原始心电信号采用多行多列并且以空格为标识符的存储于txt文件中;原始心电信号格式也是可以是XLS,但不限于这两种格式。
步骤S201:处理模块获取提取SDRAM中12导联中I导联的P波特征,具体步骤如下:步骤S2011:处理模块分别获取I导联信号中的第一波峰点记作P,波峰值记作Pmax1,起始点记作PM,终止点记作PN;第二波峰点记作R,波峰值记作为Pmax2,起始点记作RM,终止点记作RN;第三波峰点记作T,波峰值记作为Pmax3,起始点记作TM,终止点记作TN;步骤S2012:判断是否:Pmax2大于Pmax3、Pmax3大于Pmax1、PN小于RM以及RN小于TM。如果是,则Pmax2为R波波峰值,Pmax3为T波波峰值,Pmax1为P波波峰值。如果否,返回步骤S2011。
步骤S301:判断P波波峰值Pmax1是否低于0.25,如果是,进行倍数K放大,倍数K的区间为(1.00,1.30),这里取K为1.2,保证P波波峰值Pmax1小于T波波峰值Pmax3,如果否,直接执行步骤S401。
本实施例步骤S201、S301中,原始心电信号中可能会存在I导联的P波信号可能太弱,如果不进行单独放大,输出在心电监护仪上的该信号将会不显示或显示不明显。
步骤S401:处理模块对上述处理后的12导联信号进行整体倍数放大,具体方法如下:
步骤S4011:将12导联信号进行5—20倍的整体放大;步骤S4012:获取各导联信号最小值MINi,各导联信号值分别与该最小值MINi的绝对值相加,其中i=1,2,……12;步骤S4013:获取步骤S4012后各导联信号的最大值MAXi;步骤S4014:获取步骤S4013后的各最大值MAXi中的最大值MAX’,其中i=1,2,……12;步骤S4015:计算步骤S4014后各导联定标增益:Ki=(MAX’/MAXi) ,其中i=1,2,……12;步骤S4016:获取步骤S4015后各导联定标增益中的最大值 Kmax,确定每导联增益:Gaini = Kmax/Ki,其中i=1,2,……12;步骤S4017:获取所述步骤S4016中的每导联增益Gaini中的增益最小值Gaini’,以所述增益最小值Gaini’为放大倍数放大各导联信号,其中i=1,2,……12。
本实施例步骤S401中,处理模块对12导联信号进行两次整体倍数放大,是由于DA芯片对信号幅值有要求,最大输入电压2.5V,输出电压只有2mV,而各导联数据幅值不一样,统一放大同样的倍数会导致原本电压值较大的导联会因幅值超限而失真,而放大倍数小的话原本电压值较小的导联又会不能完全的还原特征波形,因而做的特殊放大处理。
步骤S501:重建步骤S401后的三个肢体导联的电位,采用公式算法:
aVR =-(Ⅰ+Ⅱ)/2; aVL =Ⅰ-Ⅱ/2; aVF =Ⅱ-Ⅰ/2;
Ⅰ = AVL–AVR; Ⅱ = AVF –AVR; Ⅲ = AVF - AVL;
Ⅰ= EL-ER; Ⅱ=EF-ER; Ⅲ=EF-EL;
其中,EL、ER、EF分别代表LA、RA、LL的电位,导联I测量的是LA、RA之间的电位差,导联Ⅱ测量的是LL和RA之2间的电位差,导联Ⅲ测量的是LL和LA之间的电位差,根据以上公式可推导出:LA导联点的电位为AVL的值,RA导联点的电位为AVR的值, LL导联点的电位为AVF的值。
步骤S601:处理模块采用ADA4528-2芯片将12导联信号数模转换,转换成模拟信号,并降压至0~1mv后存储至SDRAM。
本发明还可连接真实的心电图机、5导联的心电监护仪设备;其中,在进行心电图机的导联连接时,LA导联连接模拟人的左上肢,RA导联连接模拟人的右上肢,LL导联连接模拟人的左下肢,RL导联连接模拟人的右下肢,其余与进行心电监护仪操作时连接的位置一样。
进行5导联心电监护时,模拟导联线41和心电导联线42分别只有5根,其中V导联线连接胸骨左缘第4肋间,根据本实施例,心电监护仪显示对应的心电波形图。
本实施例中的I、II、III,加压单极肢体导联aVR、aVL、aVF和单极胸壁导联V1~V6是国际上公认的常规12导联。
显然,上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (11)
1.一种心电监护系统,包括:
模拟人,置有磁场产生单元;
磁场检测单元,用于检测所述磁场产生单元的磁感强度;
处理模块,包括存储单元,所述处理模块连接所述磁场检测单元;以及
显示单元,连接所述处理模块,用于显示心电波形图。
2.根据权利要求1所述的心电监护系统,其特征在于,还包括上位机,用于存储并下发病例。
3.根据权利要求1所述的心电监护系统,其特征在于,所述磁场检测单元为线性霍尔传感器。
4.根据权利要求1所述的心电监护系统,其特征在于,所述磁场产生单元是磁块。
5.根据权利要求1所述的心电监护系统,其特征在于,所述显示单元包括心电监护仪和心电图机中的任意一个。
6.根据权利要求5所述的心电监护系统,其特征在于,所述心电监护仪或所述心电图机采用心电导联线连接所述处理模块。
7.一种心电信号处理方法,包括:
步骤S101:获取并解析待处理的原始心电信号,存储至存储单元;
步骤S401:对所述原始心电信号进行整体倍数放大;
步骤S501:重建RA、LA、LL肢体导联电位;
步骤S601:将所述步骤S501后的心电信号进行数模转换,并进行降压且存储至所述存储单元。
8.根据权利要求7所述的心电信号处理方法,其特征在于,所述步骤S401前执行以下步骤:
步骤S201:从所述原始心电信号中提取I导联P波特征;
步骤S301:判断P波波峰值Pmax1是否低于0.25,如果是,进行倍数K放大,倍数K的区间为(1.00,1.30),这里取K为1.2,保证P波波峰值小于T波波峰值,如果否,直接执行步骤S401。
9.根据权利要求8所述的心电信号处理方法,其特征在于,所述的步骤S201包括:
步骤S2011:获取所述I导联信号中的第一波峰点记作P,波峰值记作Pmax1,起始点记作PM,终止点记作PN;获取所述I导联信号中的第二波峰点记作R,波峰值记作为Pmax2, 起始点记作RM,终止点记作RN;获取所述I导联信号中的第三波峰点记作T,波峰记作为Pmax3,起始点记作TM,终止点记作TN;
步骤S2012:判断是否:Pmax2大于Pmax3、Pmax3大于Pmax1、PN小于RM以及RN小于TM;如果是,则Pmax2为R波峰点,Pmax3为T波峰点,Pmax1为P波峰点;如果否,返回步骤S2011。
10.根据权利要求7所述的心电信号处理方法,其特征在于,所述的步骤S401包括:
步骤S4011:将所述原始心电信号进行5~20倍整体放大;
步骤S4012:获取所述步骤S4011后的心电信号的最小值MINi,原始心电信号值分别与该最小值MINi的绝对值相加,得到新的心电信号,其中i=1,2,……12;
步骤S4013:获取所述步骤S4012后的心电信号的最大值MAXi,其中i=1,2,……12;
步骤S4014:获取所述步骤S4013后的心电信号的最大值MAXi中的最大值MAX’,其中i=1,2,……12;
步骤S4015:计算所述步骤S4014后的心电信号定标增益Ki:Ki=(MAX’/MAXi) ,其中i=1,2,……12;
步骤S4016:获取步骤S4015后的心电信号定标增益Ki中的最大值 Kmax,确定每导联增益Gaini:Gaini = Kmax/Ki,其中i=1,2,……12;
步骤S4017:获取所述步骤S4016中的每个心电信号增益Gaini中的增益最小值Gaini’,以所述增益最小值Gaini’为放大倍数放大心电信号,其中i=1,2,……12。
11.根据权利要求7所述的心电信号处理方法,其特征在于,所述的步骤S501采用如下公式算法:
aVR =-(Ⅰ+Ⅱ)/2; aVL =Ⅰ-Ⅱ/2; aVF =Ⅱ-Ⅰ/2;
Ⅰ = AVL–AVR; Ⅱ = AVF –AVR; Ⅲ = AVF - AVL;
Ⅰ= EL-ER; Ⅱ=EF-ER; Ⅲ=EF-EL。
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