CN110085108B - 一种心电信号仿真系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种心电信号仿真系统，所述心电信号仿真系统包括数据处理模块、电信号分析模块和结果展示模块，所述数据处理模块包括心率监测模块和P、Q、R、S、T值计算模块，所述电信号分析模块包括正常电信号分析模块和异常电信号分析模块，所述结果展示模块包括用户注册模块、正常ECG分析模块、异常ECG分析模块和工作评估模块；本发明通过Internet远程访问心电诊断进行心律失常检测对医师和患者都是非常有效和有益的，这项服务促进了远程家庭护理服务中心的可行性，并在患者中发现异常时建立护士和专业医生之间的联系。

Description

一种心电信号仿真系统
技术领域
本发明属于心电图分析技术领域，具体涉及一种心电信号仿真系统。
背景技术
心电图(ECG或者EKG)是利用心电图机从体表记录心脏每一心动周期所产生的电活动变化图形的技术，随着医学科技的发展以及人类对医学条件的需求，心电图确定心率或节律中的任何缺陷或QRS复合体形状的改变对于检测心律失常变得尤为重要，心电图的变化可为晕厥的发生提供重要线索，也可以鉴别心脏病。
目前，研究心脏病的临床医生和生物医学工程师为此定期接受解释ECG信号的培训，对心脏病的研究推进了计算机辅助学习工具在医学和生物医学工程教育、特别是生理数据分析中广泛应用的显著发展，随后提出了一种用于心电信号实时分析的远程监控系统；该系统利用网络基础设施 (FTP服务器)远程监控设备访问快速诊断，从而将患者的数据传送到服务器，临床医生可以在任何客户机上使用建议的系统查看数据，但是其使用成本十分昂贵，不适合普通学生及研究人员的学习与操作，并且对操作对象和范围有一定的要求，而现有的心电图分析一般都部署在实验室中，学生需要在实验室中进行实验以提高他们解决实际问题的技能，因此，实验室成了本科生和研究人员学习的必要支持，一旦学生离开了实验室，就难以进行相关技能的学习。虽然已经存在可以用于心电信号实时分析的远程监控系统，但其使用对象是针对临床医生及其相关工作人员使用的，而且使用成本较高，并不适用于学生的学术学习，因此有必要开发一种新型的、同时支持实验室和远程的、且使用成本较低的心电仿真系统。
因此需要提供一种心电信号仿真系统来满足心电图在学术方面更加广阔的需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种心电信号仿真系统，通过Internet 远程访问心电诊断进行心律失常检测对医师和患者都是非常有效和有益的，这项服务促进了远程家庭护理服务中心的可行性，并在患者中发现异常时建立护士和专业医生之间的联系。
一种心电信号仿真系统，所述心电信号仿真系统包括数据处理模块、电信号分析模块和结果展示模块，所述数据处理模块包括心率监测模块和 P、Q、R、S、T值计算模块，所述电信号分析模块包括正常电信号分析模块和异常电信号分析模块，所述结果展示模块包括用户注册模块、正常ECG 分析模块、异常ECG分析模块和工作评估模块。
优选地，所述心率监测模块将其检测到的心率数值发送给P、Q、R、S、 T值计算模块，所述P、Q、R、S、T值计算模块将计算数据传动到所述正常电信号分析模块和异常电信号分析模块，所述正常电信号分析模块和异常电信号分析模块将分析结果通过用户注册模块展示在所述正常ECG分析模块、异常ECG分析模块和工作评估模块。
优选地，所述心率监测模块和所述P、Q、R、S、T值计算模块的工作过程包括：
S1，选择ECG导联和文件类型；
S2，读取心电数据，去除低频和高频分量；
S3，用窗口滤波和阈值化来寻找局部极大值；
S4，使用调整滤波器来检测R峰、心率和P-QRS-T波。
优选地，所述用户注册模块的工作包括以下步骤：
S1，在ASP.NET设计中，使用C#构建一个简单的用户注册表单，允许用户在网站上注册；
S2，用户在注册表单中填写详细信息，包括用户名和密码；
S3，所提供的信息保存在连接到网络站点的数据库表中；
S4，用户确认在ASP.NET上访问网站的注册，可以在任何时候只使用他/她的用户名和密码在登录页面中输入；
S5，确认的注册用户可以通过单击页面名称来浏览页面，在正确登录之后以及用户选择任何页面时将出现的启动页面，从启动页面，用户可以浏览注册页面、正常ECG分析页面、异常ECG分析页面和工作评估页面，页面底部显示有对应的图表。
优选地，所述ECG导联为I导联、II导联或III导联，所述文件类型为.mat、.txt或.xlsx。
优选地于，所述P-QRS-T波的ECG信号中一个心动周期的样本数量为 400个样本。
优选地，用户可以打印出每个图形。
优选地，所述心电信号仿真系统的仿真程序可以保存不同类型的图像。
优选地，用户可以将显示在底部的图表保存为.fig、.png或.bmp中的一种。
和最接近的现有技术比，本发明的有益效果为：
本发明提供的一种心电信号仿真系统，本系统基于Internet和MATLA，其结构简单，只需要MATLAB编译器运行和Web浏览器，作为辅助课程对在校学生更有益，非常易于运行和维护，其软件包是健壮的和灵活的，对未来的医疗科技，该方法可以通过将其应用于远程医疗来进一步发展，通过Internet远程访问心电诊断进行心律失常检测对医师和患者都是非常有效和有益的，这项服务促进了远程家庭护理服务中心的可行性，并在患者中发现异常时建立护士和专业医生之间的联系。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明一种心电信号仿真系统的系统结构图；
图2为本发明一种心电信号仿真系统的P、Q、R、S、T值的说明图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本实施例的一种心电信号仿真系统，结合图1，图1为本发明一种心电信号仿真系统的系统结构图，图中心电信号仿真系统包括数据处理模块、电信号分析模块和结果展示模块，数据处理模块包括心率监测模块和P、Q、 R、S、T值计算模块，电信号分析模块包括正常电信号分析模块和异常电信号分析模块，结果展示模块包括用户注册模块、正常ECG分析模块、异常 ECG分析模块和工作评估模块，心率监测模块将其检测到的心率数值发送给 P、Q、R、S、T值计算模块，P、Q、R、S、T值计算模块将计算数据传动到所述正常电信号分析模块和异常电信号分析模块，正常电信号分析模块和异常电信号分析模块将分析结果通过用户注册模块展示在所述正常ECG分析模块、异常ECG分析模块和工作评估模块。
参照图2，图2为本发明一种心电信号仿真系统的P、Q、R、S、T值的说明图，其中，横坐标表示采样，纵坐标表示振幅；R点，它是ECG信号中一个心动周期(400次采样)的最大振幅；RSoPoT＝MAX(ECG信号中的一个心动周期)；Q点，这是在向R点的左侧在位置(R-d1)移动几个步骤 (d1)之后的最小振幅；QoPoint＝min(ECG信号到R点)；P点，这是在向位置(Q-d2)的Q点的左侧移动几个步骤(d2)之后的最大振幅；PoPoint＝max (ECG信号到Q点)；S点，是在位置(Q+d3)向R点的右侧移动几个步骤(d3) 之后的最小振幅；S_point＝min(从R点到心电信号(心电信号中一个心动周期的终点-心电信号中一个心动周期的起始点))；T点，在向S点右侧移动几个步骤(d4)之后的最大振幅(Q+d4)；T_point＝max(ECG信号中一个心动周期的S点到终点的心电信号)，其中dn(n为1,2,3,4……自然数)为 R的位置-Q的位置，R和Q为在一个周期里面的最大振幅点R和最小振幅点 Q。
本实施例的心电信号仿真系统由两个组件组成。首先，通过计算P、Q、 R、S、T值，检测心率，对正常实心电信号进行分析，在这项工作中，用一个新的和简单的方法来计算P，Q，R，S和T值，这种方法是基于寻找心电波形的最高值(峰和谷)和时间之间的数学关系。因此，在ECG信号中首先要选择一个心动周期的样本数，第二部分涉及几种异常实心电信号的提取，为了计算PQRST值，本实施例利用MATLAB提出了简单而新颖的数学方程，网络心电能够绘制正常心电信号和5例心律失常，因此用户可以使用所提出的简单方法容易地计算PQRST，所提议的心电图模拟工具是为学术学习而设计的，用户只需要使用任何网络浏览器，而不需要安装MATLAB或任何额外的程序。
本实施例的心电信号仿真系统其包括数据处理、电信号分析和结果展示三个模块，数据处理具有心率检测模块和P、Q、R、S、T值计算模块(P、 Q、R、S、T值计算模块由一种简单的算法实现)；。电信号分析具有正常电信号分析模块和异常电信号分析模块，通过对P、Q、R、S、T值，可以判别其电信号是正常的还是异常的，并通过相应的模块进行具体的分析；结果展示具有用户注册模块、正常ECG分析模块、异常ECG分析模块和工作评估模块；用户注册所模块的工作包括以下步骤：S1，在ASP.NET设计中，使用C#构建一个简单的用户注册表单，允许用户在网站上注册；S2，用户在注册表单中填写详细信息，包括用户名和密码；S3，所提供的信息保存在连接到网络站点的数据库表中；S4，用户确认在ASP.NET上访问网站的注册，可以在任何时候只使用他/她的用户名和密码在登录页面中输入； S5，确认的注册用户可以通过单击页面名称来浏览页面，在正确登录之后以及用户选择任何页面时将出现的启动页面，从启动页面，用户可以浏览注册页面、正常ECG分析页面、异常ECG分析页面和工作评估页面，页面底部显示有对应的图表；具体地，首先，在ASP.NET设计中，使用C#构建一个简单的用户注册表单，允许用户在网站上注册。这一步骤有助于用户输入和利用Web ECG仿真工具，用户在注册表单中填写一些详细信息，如用户名和密码，所提供的信息保存在连接到网络站点的数据库表中。因此，用户应该确认在ASP.NET上访问网站的注册，用户/学生可以在任何时候只使用他/她的用户名和密码在登录页面中输入，所提出的Web ECG仿真工具由多个页面组成。确认的注册用户可以通过单击页面名称来浏览页面。在正确登录之后以及用户选择任何页面时将出现的启动(主)页面。从启动 (主)页面，用户可以浏览共五个页面(包括主页面)，即注册页面、正常 ECG分析页面、异常ECG分析页面和工作评估页面。
本实施例心率监测模块和所述P、Q、R、S、T值计算模块的工作过程包括：S1，选择ECG导联和文件类型；S2，读取心电数据，去除低频和高频分量；S3，用窗口滤波和阈值化来寻找局部极大值；S4，使用调整滤波器来检测R峰、心率和P-QRS-T波；具体地，检测P-QRS-T和心率的步骤，第一步是选择ECG导联(I导联、II导联或III导联)和文件类型(.mat、.txt或.xlsx文件)；然后，该算法开始读取心电数据，去除低频和高频分量，最后，利用窗口滤波和阈值化来寻找局部极大值，使用调整滤波器(再次加窗滤波器)使用简单的数学计算来检测R峰、心率和P-QRS-T波。
建议的包的第一部分提供了正常心电信号分析的主要特征，该工具分析ECG记录以获得P、Q、R、S和T值并检测心率，如下所示：在选择与导联I导联、II导联或III导联匹配的数据类型为.mat、.txt或.xlsx文件之后，绘制ECG信号记录的完整采样；数据从硬盘或通过网络从任何类型的数据导入；选择“检测R-.&amp；HR”按钮，使用加窗滤波器两次实现心率过程的检测，以在去除低频分量之后找到R-.的局部最大值。然后，调整滤波器的大小；当点击“Export&amp；save Graph”按钮时，用户可以将图表保存在三种类型的文件(.fig、.png或.bmp)中的任何一种中；用户可以将数据保存为.txt、.Mat或.xLSx文件；程序可以保存不同类型的图像(图形)；程序还可以保存不同类型的数据；点击“获取分析数据”按钮将运行心电图数据分析来计算P、Q、R、S和T值，P-QRS-T波的ECG信号中一个心动周期的样本数量应该设置为400个样本；当单击此按钮时，用户可以将显示在底部的图表保存在三种类型的文件(.fig、.png或.bmp) 中的任何一种中，用户可以打印出每个图形，不同类型的图像是可用的；用户可以选择是否打印所有或特定的样本，输入采样数据的范围；POP-UP 菜单用于选择检测R峰和心率的步骤；选择数据类型(.Mat、TXT和XLSX)；用户为用户希望绘制的心电图的任何导联选择数据。
本实施例提供的一种心电信号仿真系统，本系统基于Internet和 MATLA，其结构简单，只需要MATLAB编译器运行和Web浏览器，作为辅助课程对在校学生更有益，非常易于运行和维护，其软件包是健壮的和灵活的，对未来的医疗科技，该方法可以通过将其应用于远程医疗来进一步发展，通过Internet远程访问心电诊断进行心律失常检测对医师和患者都是非常有效和有益的，这项服务促进了远程家庭护理服务中心的可行性，并在患者中发现异常时建立护士和专业医生之间的联系。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种心电信号仿真系统，其特征在于，所述心电信号仿真系统包括数据处理模块、电信号分析模块和结果展示模块，所述数据处理模块包括心率监测模块和P、Q、R、S、T值计算模块，所述电信号分析模块包括正常电信号分析模块和异常电信号分析模块，所述结果展示模块包括用户注册模块、正常ECG分析模块、异常ECG分析模块和工作评估模块；所述心率监测模块将其检测到的心率数值发送给P、Q、R、S、T值计算模块，所述P、Q、R、S、T值计算模块将计算数据传动到所述正常电信号分析模块和异常电信号分析模块，所述正常电信号分析模块和异常电信号分析模块将分析结果通过用户注册模块展示在所述正常ECG分析模块、异常ECG分析模块和工作评估模块；所述心率监测模块和所述P、Q、R、S、T值计算模块的工作过程包括：
S1，选择ECG导联和文件类型；
S2，读取心电数据，去除低频和高频分量；
S3，用窗口滤波和阈值化来寻找局部极大值；
S4，使用调整滤波器来检测R峰、心率和P-QRS-T波。
2.根据权利要求1所述的心电信号仿真系统，其特征在于，所述用户注册模块的工作包括以下步骤：
S1，在ASP.NET设计中，使用C#构建一个简单的用户注册表单，允许用户在网站上注册；
S2，用户在注册表单中填写详细信息，包括用户名和密码；
S3，所提供的信息保存在连接到网站站点的数据库表中；
S4，用户确认在ASP.NET上访问网站的注册，可以在任何时候只使用他/她的用户名和密码在登录页面中输入；
S5，确认的注册用户可以通过单击页面名称来浏览页面，在正确登录之后以及用户选择任何页面时将出现的启动页面，从启动页面，用户可以浏览注册页面、正常ECG分析页面、异常ECG分析页面和工作评估页面，页面底部显示有对应的图表。
3.根据权利要求1所述的心电信号仿真系统，其特征在于，所述ECG导联为I导联、II导联或III导联，所述文件类型为.mat、.txt或.xlsx。
4.根据权利要求1所述的心电信号仿真系统，其特征在于，所述P-QRS-T波的ECG信号中一个心动周期的样本数量为400个样本。
5.根据权利要求1所述的心电信号仿真系统，其特征在于，用户可以打印出每个图形。
6.根据权利要求1所述的心电信号仿真系统，其特征在于，所述心电信号仿真系统的仿真程序可以保存不同类型的图像。
7.根据权利要求1所述的心电信号仿真系统，其特征在于，用户可以将显示在底部的图表保存为.fig、.png或.bmp中的一种。
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