CN111407233B - 一种结合心音解决t波过感知的方法及医疗设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种结合心音解决T波过感知的方法，包括：将前后两次心跳R波期间的心音分为强心音和弱心音；检测心电信号，并判断是否发生异常心率增加；在发生异常心率增加时计算增加的异常心率R‑R期间中强心音的数量；所述R‑R期间中强心音数量少于正常值时则判断为T波过感知；计算实时心率时将所述T波过感知产生的心率值忽略，本方案使用心音与心电信号结合解决T波过感知的问题，能够提供更好的精准度。

Description

一种结合心音解决T波过感知的方法及医疗设备
技术领域
本申请属于植入式医疗设备领域，特别涉及一种对植入式医疗设备对心电信号感知改进的方法。
背景技术
对于心脏类植入式医疗设备而言T波过感知造成对患者的心率感知错误，以植入式心脏监测设备ICM为例，ICM的感知算法以及诊断算法的依据是以心率为依据如果出现T波过感知的情况，有可能造成ICM无诊断导致其错误的预警出现,特别是可能会造成对房颤或心率过速的错误诊断。
ICD也存在同样的问题对T波过感知是ICD错误发放电击的主要原因之一。降低感知灵敏度或增加室速室颤的识别个数是目前常用的处理方法，但是会影响ICD对室速室颤的判断，延误治疗。
在心脏泵血循环过程中，心电活动首先进行，心电的传导引起心肌的收缩和血液的流动，心音是心肌收缩，瓣膜关闭和血液撞击等产生的声音，也就是说每一次心电活动，都会伴随着一系列的心音，因此利用心音与心电活动的对应关系解决T波过感知的问题是一种可行的方式。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种利用心音解决心电信号T波过感知问题的方法，所述方法统计R波波峰信号之间的心音信号，并根据心音信号的数量判断是否发生心率过感知。
所述方法包括：
将前后两次心跳R波期间的心音分为强心音和弱心音；
检测心电信号，并判断是否发生异常心率增加；
在发生异常心率增加时计算增加的异常心率R-R期间中强心音的数量；
所述R-R期间中强心音的数量少于正常值时则判断为T波过感知；
计算实时心率时将所述T波过感知产生的心率值忽略。
根据R-R期间中强心音的数量判断是否发生T波过感知，相对单纯使用电信号分析T波过感知的情况而言能够提高T波过感知的精准度，并且心音传感器可集成在植入式医疗设备的壳体内，不需要对带有感知导线的植入式医疗设备的导线本身进行改进方案易于集成。
在较佳的方案中，将第一心音和第二心音划分为强心音，将第三心音和第四心音划分为弱心音。
在较佳的方案中，将第一心音和第二心音划分为强心音，将小于第一心音10％-20％的心音划分为弱心音。
在较佳的方案中，所述异常心率增加是指心脏发生房颤、室颤或室速心率异常事件时导致的心率增加。
在较佳的方案中，如果所述R-R期间中强心音的数量小于2时则判定其为T波过感知。
在较佳的方案中，如果异常快心率的与其前一跳的R-R期间中强心音的数量小于等于1，并且与其后一跳R-R期间中强心音的数量小于等于1时则判定为T波过感知。
本发明目的之二在于提供一种植入式医疗设备，所述控制模块被进一步配置为：
在以第二R波波峰出现时间起点向后获取心音数据；
继续检测心电信号，并确定第三R波波峰；
统计所述第二R波波峰出现与第三R波波峰之间强心音的出现次数；
如果第一R波与第二R波波峰之间强心音数量小于等于1，并且第二R波波峰与第三R波波峰之间强心音数量小于等于1则判定为T波过感知。
在较佳的方案中，所述的控制模块被进一步配置为：所述第一R波波峰与第二R波波峰之间的强心音数量小于2时则判定为第二R波为过感知T波。
在较佳的方案中，所述控制模块被配置为：当R波被判定为过感知T波时重新计算心率。
在较佳的方案中，重新计算心率时删除所述过感知T波，并根据删除后的心电信号数据计算心率。
附图说明
图1是植入式医疗设备示意图。
图2是T波过感知检测方法流程图。
图3是植入医疗设备正常采集的心电信号和心音信号示意图。
图4是植入式医疗设备T波过感知检测方法流程图。
图5是发生T波过感知时心电信号以及心音信号示意图。
图6是植入式医疗设备T波过感知进一步改进的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明具体实施方案，本发明以ICD和ICM为例说明应用心音解决T波过感知的方法。其仅作为本领域技术人员理解本发明所做出的优选技术方案，并不限制本发明的保护范围，显然本发明技术方案还可以应用于植入心脏起搏器，或动态心电记录仪(Holter)。
图1虚线框所示为示意性表示人体内环境100，为了简明其中省略了人体的与本发明无关生理结构，其中分别绘制了ICD通过导线与心脏的连接关系，以及植入在人体胸部皮下的ICM。为了方便观察图中各个植入式医疗设备的大小结构和比例进行了调整，不代表其实际结构。
ICM包括ICM壳体130、感知模块132、控制模块134、心音模块136、通信模块138。所述模块感知模块32与ICM两端的电极140和142电性连接，通信模块用于与程控仪通信完成传输数据、设置参数等功能。
ICD包括：ICD主体部分102和与ICD连接的导线105，所述ICD主体包括用于连接导线的连接器106和包裹在壳体内部的混合电路108。与ICM相同ICD也包括感知模块110、心音模块128、控制模块114、通信模块126，下面对ICD中这些与ICM相同模块功能的介绍都适用于ICM，因此不再对ICM的这些模块做单独介绍。但ICD相对ICM的不同之处在于，ICD还包括用于治疗的治疗模块，感知模块的电极124设置在心脏内，并通过设置在冠状静脉中的导线与ICD连接。
上述导线105用于与心脏组织和ICD的连接器连接，所述导线包括与连接器连接的近端120，与心脏组织116连接的远端118。在所述导线的远端上包括至少一个感知电极124和治疗线圈122，所述感知电极124与心肌组织116连接用于感知心电信号，感知电极通过导线105和连接器与ICD内部的感知模块110连接ICD感知心脏事件。所述治疗线圈通过导线105和连接器106与ICD内部的感知治疗模块110连接，所述导线105、电极124与ICD机壳形成治疗回路，该治疗回路形成的治疗电击向量能够覆盖大部分心肌组织116，所述治疗模块110产生的治疗电刺激通过导线和线圈以及ICD机壳形成回路。
所述治疗线圈122通过导线105与混合电路108的治疗模块112连接，所述治疗单元112产生的治疗脉冲能够通过通过导线上的治疗线圈122对心脏组织116放电。按照放电能量大小可将治疗分为：除颤、抗心动过速起搏、起搏等。
所述混合电路108包括心电信号感知模块110，用于产生治疗脉冲的治疗模块112，用于与ICD程控仪通信模块126，用于录制心音数据的心音模块128。以及与所述心电信号感知模块110，治疗电刺激脉冲产生模块112，ICD通信模块126，心音模块128电耦合的用于控制ICD功能逻辑的控制模块114。
所述心电信号感知模块110包括与所述电极连接和信号输入通道，心电信号感知模块110还包括用于处理信号的放大模块，滤波模块，以及模数转换模块ADC，所述心电信号最终转换为可被控制模块114处理的数字信号，该数字心电信号作为控制模块114处理心电数据的基础。
所述治疗模块112包括用于电容充电的高压电路、用于对心脏组织放电的可充电电容，以及用于控制所述电容放电的开关电路。所述治疗模块112可在所述控制模块114的控制下充电放电，所述控制模块114根据心率信号诊断是否患者是否发病并在适当的时机放电。
所述心音模块128包括用于感知声波信号的麦克风，所述麦克风将心音信号转换为电信号，所述心音模块128还包括信号放大模块，信号放大模块用于放大所述电信号，所述心音模块128还包括数模转换模块，数模转换模块用于将所述电信号转换为控制模块114能够处理的数字信号。
所述控制模块514可以为具有存储单元的MCU单元，可选地，所述MCU存储单元内存储用于控制ICD的ICD控制程序。所述控制模块114还可以为ASIC专用应用集成电路。所述控制模块114与上述心电信号感知模块110，治疗模块112，通信模块电耦合。控制模块114处理感知心电信号和心音信号，并根据心电信号和心音信号数据分析所述处的状态，并根据心脏的综合诊断结果判断心脏是否发病，在心脏发病时给予适时的治疗。
所述控制模块114结合心音数据和心电数据判断在感知心电信号过程中是否发生T波过感知的现象。
参照图2为了检测T波过感知所述控制模块114被配置为：
在流程202中将前后两次心跳R波期间的心音分为强心音和弱心音；
在流程204中检测心电信号，并判断是否发生异常心率增加；
在流程206中在发生异常心率增加时计算增加的异常心率R-R期间中强心音的数量；
在流程208中所述R-R期间中强心音的数量少于正常值时则判断为T波过感知；
在流程210中计算实时心率时将所述T波过感知产生的心率值忽略。
图3中包含心电图Electrocardiogram和心音图Phonocardiogram，其中竖线表示心电事件和心音事件在时间上对齐。
参照图2和图3，在流程202中心电信号被分为强心音和弱心音，在前一心跳的R波R1和后一心跳的R波R2之间存在3个持续的心音信号,分别是第一心音信号1st第二心音信号2nd第三心音信号3rd。
第一心音信号1st标志着心室收缩期systole的开始，音调较低40-60Hz，持续0.1-0.12秒，时间上紧随心电图的R波之后。第二心音信号2nd标志着心室舒张diastole期的开始，音调较高60-100Hz，持续0.08秒，时间上在T波之后。第三心音和第四心音由于低振幅且低频，一般信号很弱或者捕捉不到信号。将第一心音信号1st和第二心音信号2nd划分为强心音，将第三心音信号3rd和第四心音信号(图中未示出，但其在第三心音3rd和p波之前)分为弱心音。在处理上通过设置高阈值和低阈值，将心音波形波幅大于高阈值的认为其为强心音，心音波形波幅低于低阈值的则认为其为弱心音。在处理上还可将在R1波之后第一心音1st和第二心音2nd划分为强心音，将R波第二心音2nd之后的心音划分为弱心音如第三心音3rd和第四心音。还可通过设置百分比的方式区分强心音和弱心音，例如R波之后出现的第一心音为强心音，波幅低于该强心音10％-20％的心音为弱心音，在此取值范围的具体取值可根据不同的患者病情个性化设置。
在流程204中检测心电信号并判断是否发生心率异常增加。即通过心电信号计算是否发生心室过速、心室颤动、室上性心动过速。这三种类型的心动过速的检测方法方法包含多种，下面分别对如何进行室性心动过速、心室颤动和室上性心动过速各举一例说明如何识别异常心率：
心室过速的判断方法，计算当前实时心率即根据心脏当前一跳与前一跳之间的R-R期间确定当前心跳时间t，当前心率值为60秒/t。随后进行三个步骤：步骤1所述实时心率值与室速门限值进行比较，当实时心率值小于室速门限值时，室速计数值归零并重新开始计数；步骤2当所述实时心率值大于或等于室速门限值且小于快速室速门限值时，室速计数值加1；步骤3当所述实时心率值大于或等于快速室速门限值时，室速计数器不计数。最后当所述室速计数器的计数值达到室速阈值时，则判定为发生心室过速。上述内容为心室过速判断的关键步骤该方法源于申请号为CN201911296536.1的申请，在此引入其全部内容用于充分公开心室过速的判断方法。
心室颤动的判断方法，获取当前实时心率；根据所述实时心率更新实时心率数据序列；根据所述心率数据序列计算室颤计数值，所述室颤计数值为实时心率数据序列中大于快室速门限的个数。如果所述室颤计数值达到第一阈值则进行室颤诊断,判断心率回溯窗口中是否存在室颤区的值；如果存在室颤区的值则为室颤，如果不存在则为快室速。上述内容为判断室颤的关键步骤该方法源于申请号为CN201911296536.1的申请，在此引入其全部内容用于充分公开心室颤动的判断方法。
室上性心动过速判断的方法。根据所述实时心率判断心率的突发性；如果为突发心率则进行室速计数，并且室速计数值达到采样门限则开始QRS波形采样；室速计数值达到匹配门限时，则将采样的实时心率QRS波形与窦性心率QRS波形模板匹配；室速计数值达到诊断门限时，如果采样的QRS波形与QRS波形模板无法匹配的数量达到室速门限则诊断为室速；如果能够达到低于室速门限则判断为室上性心动过速。上述内容为判断的关室上性心动过速的关键步骤该方法源于申请号为CN201911295446.0的专利申请，在此引入其全部内容用于充分公开心室颤动的判断方法。
除了上述判断异常心率增加的方法，本领域还有诸如概率计数法等方法。
在流程206中如果在204中的心率异常增加，则判断在当前心跳与前一次心跳R波之间的强心音的个数。例如在图1中R波R1和R2之间存在第一心音1st第二心音2end和第三心音3rd，其中第一心音和第二心音为强心音，那么强心音的个数为2。
在流程208中判断心音的数量在正常的心跳信号中强心音的数量为2，那么图3所示的心跳信号为正常的心跳信号。例如如果所述R1-R2期间中强心音的数量小于2时则判定其为T波过感知。又例如果某一心跳与其前一心跳R-R期间中强心音的数量小于等于1，并且与其后一跳R-R期间中强心音的数量小于等于1时则判定为T波过感知。
在流程210中忽略因T波过感知产生的心率增加值，由于正常的一次心跳周期包括一个R波和一个T波，T波过感知使得植入医疗设备将T波错误识别为R波，因此通常T波过感知的实时心率为正常心跳的2倍，在计算实时心率时可在计算时将设备感知的实时心率Rate/2操作获得真实心率。
参照图4和图5，以下介绍ICD在实际执行过程中使用的具体步骤，在ICD中所述控制模块114能够收到ICD各模块中的数据，并根据模块中的数据进行判断是否发生T波过感知的问题。所述ICD控制模块被进一步配置为：
在流程402中，检测心电信号，并确定第一R1波波峰；
在流程404中，以第一R1波波峰出现时间起始点向后获取心音数据；
在流程406中，将所述心音波幅大于第一阈值的划分为强心音，所述心音波幅小于第二阈值的划分为弱心音；
在流程408中，继续检测心电信号，并确定第二R2波波峰；
在流程410中统计所述第一R波波峰和第二R波波峰之间强心音出现的次数。
在上述流程402中，心脏组织116通过感知信号的电极124与心电信号感知模块110形成回路，心电信号通过该回路被心电信号感知模块检测到并将感测到的模拟信号转换为数字信号，该心电数字信号传递给控制模块114，控制模块114通过算法找到心电数字信号中的R1波的波峰。确定R1波波峰的位置的方法有多种，其中一种典型的方法是：首先确定超过R波检测阈值的控制模块认为其为R波，当在T波过感知的情况下T波的波幅也会超过R波的检测阈值，机器会暂时性地将其认为为R波，一般而言R波检测阈值被设置在6毫伏以下。随后控制模块寻找R波的波峰，一种典型的寻找波峰的方法是遍历表示R波的采样数据，当某一个采样点的数据大于左右两侧的数据时将其确定为R波的波峰。
在上述流程404中，以R波波峰为事件起点控制模块114开始对采集心音数据即使用心音模块128的麦克风对心音进行采集录制，心音模块麦克风感测到的模拟信号被心音模块128产生的数据经过放大模块方法，经过ADC模数转换器转换为数字信号。在检测到所述R波波峰开始后心音模块128持续采集秒数据，并在下一跳R波之间的数据作为本次分析R波是否为T波过感知信号的依据。
在流程406中，第一阈值为强心音阈值，第二阈值为弱心音阈值，并且第一阈值大于第二阈值，一般而言强心音阈值大于是弱心音阈值的4至5倍。所述强心音阈值和弱心音阈值根据患者的年龄身体状况不同而不同，与植入式医疗设备的植入位置也存在一定的关系，因此所述强心音阈值和弱心音阈值可在临床上根据ICD检测到的心音情况进行设置。心音阈值可通过ICD的通信模块126与程控仪通信获取，临床医生通过在程控仪的控制界面上设置心音阈值，并通过程控仪的程控头与ICD通信将心音阈值设置在ICD中。
在流程408中继续获取心电信号并且确定下一次心跳R2波的位置，在本流程中确定R波所在位置与流程404中所使用的方法相同在此不再赘述。在本流程中确定R波波峰的目的是为了确定两次R波之间即R-R期间所产生的心音。
在流程410中，在后一跳R波产生后，即所述计算R-R期间的强心音的个数，在正常心跳的R-R期间内会产生两个强心音，出现T波过感知的情况时R波阈值太低或T波突然增高，导致T波被识别成R(图5中的R2或R4)波。如图5其中R波R1为正常的R波另一R波R2为T波过感知产生的波，其中波峰已经超过了感知R波阈值。在所述R1和R2之间只存在第一心音1st即一个强心音，在正常的R1-R3期间实际上应当存在一个第一心音1st和一个第二心音2st，在本发明中所述第一心音和第二心音均被划分为强心音。
在R1-R2的期间范围内强心音的数量少于正常值(2个强心音)因此R2为过感知T波产生的错误，在计算实时心率时可将所述R2波删除，以避免其带来的心率增加导致ICD诊断算法误认为其发生了心率异常事件从而导致误放电治疗。
参照图6为进一步提高检测T波过感知的准确性，可在上述流程402至410的基础上进一步将控制模块配置为：
在流程602中，在以第二R2波波峰出现时间起点向后获取心音数据；
在流程604中，继续检测心电信号，并确定第三R3波波峰；
在流程606中，统计所述第第二R2波波峰出现与第三R3波波峰之间强心音的出现次数；
在流程608中，如果第一R1波与第二R2波波峰之间强心音数量小于等于1，并且第二R2波波峰与第三R3波波峰之间强心音数量小于等于1则判定为T波过感知。
参照图5，在所述流程602中，第二R波R2实际上为T波，在T波之后继续获取录音数据，所述录音数据实际上为第二心音2end心音数据，所述第二心音数据的波峰大于强心音阈值，其为被划分为强心音。
参照图6，在流程604中即为了确定R波R3所在位置，其所使用的方法与流程404相同，确定R3所在位置是为了明确两次R波即R2-R3期间所产生的心音数据。
在流程606中所述R3波峰出现时即统计R2-R3期间产生的R波数据，如图6中所示在该期间存在第二心音2nd，所述第二心音2nd，第二心音紧随所述R2波即T波。
参照图5，在流程608进行判断，可以得知R波R1与R2之间存在第一心音1st，R波R2与R3之间存在第二心音2nd，并且第一心音1st和第二心音2nd均为强心音。因此所述R2波为T波过感知产生的。
当R波被判定为过感知T波时重新计算心率。计算心率时可通过直接将实时Rate心率除以2，或在确定R2波为T波后将该波形信号删除，并在后续的步骤中重新使用心电信号计数算法或对实时心率进行计数。
综上所述本发明使用心音辅助判断是否发生T波过感知能够提高T波过感知的准确性，本发明能够通过判断强心音与R波的数量关系获知是否发生过感知，并且根据过感知的情况纠正实时心率，对于减少ICD或其他医疗设备误治疗有重大意义。

Claims (12)

1.一种结合心音解决T波过感知的方法，其特征在于,包括：
将前后两次心跳R波期间的心音分为强心音和弱心音，所述强心音为第一心音和第二心音；
检测心电信号，并判断是否发生异常心率增加；
在发生异常心率增加时计算增加的异常心率R-R期间中强心音的数量；
所述R-R期间中强心音数量少于正常值时则判断为T波过感知；
计算实时心率时将所述T波过感知产生的心率值忽略。
2.如权利要求1所述的一种结合心音解决T波过感知的方法，其特征在于，将第一心音和第二心音划分为强心音，将第三心音和第四心音划分为弱心音。
3.如权利要求1所述的一种结合心音解决T波过感知的方法，将第一心音和第二心音划分为强心音，将小于第一心音10％-20％的心音划分为弱心音。
4.如权利要求1所述的一种结合心音解决T波过感知的方法，所述异常心率增加是指心脏发生房颤、室颤或室速心率异常事件时导致的心率增加。
5.如权利要求1所述的一种结合心音解决T波过感知的方法，如果所述R-R期间中强心音的数量小于2时则判定其为T波过感知。
6.如权利要求1所述的一种结合心音解决T波过感知的方法，如果异常快心率的与其前一跳的R-R期间中强心音的数量小于等于1，并且与其后一跳R-R期间中强心音的数量小于等于1时则判定为T波过感知。
7.一种植入式医疗设备，其特征在于，包括
感知心电信号的电极；
与所述心电信号连接的感知模块；
用于录制心音信号的心音模块
与所述感知模块和所述心音模块耦合的控制模块；
所述控制模块处理感知心电信号和心音信号；
所述控制模块被配置为：
将前后两次心跳R波期间的心音分为强心音和弱心音，所述强心音为第一心音和第二心音；
检测心电信号，并判断是否发生异常心率增加；
在发生异常心率增加时计算增加的异常心率R-R期间中强心音的数量；
所述R-R期间中强心音的数量少于正常值时则判断为T波过感知；
计算实时心率时将所述T波过感知产生的心率值忽略。
8.如权利要求7所述一种植入式医疗设备，其特征在于，所述控制模块被进一步配置为：检测心电信号，并确定第一R波波峰；
在以R波波峰出现时间起始点向后获取心音数据；
将所述心音波幅大于第一阈值的划分为强心音；
所述心音波幅小于第二阈值的划分为弱心音，所述第二阈值小于所述第一阈值；
继续检测心电信号，并确定第二R波波峰；
统计所述第一R波波峰和第二R波波峰之间强心音出现的次数。
9.如权利要求8所述一种植入式医疗设备，其特征在于，所述控制模块被进一步配置为：
在以第二R波波峰出现时间起点向后获取心音数据；
继续检测心电信号，并确定第三R波波峰；
统计所述第第二R波波峰出现与第三R波波峰之间强心音的出现次数；
如果第一R波与第二R波波峰之间强心音数量小于等于1，并且第二R波波峰与第三R波波峰之间强心音数量小于等于1则判定为T波过感知。
10.如权利要求8所述一种植入式医疗设备，其特征在于，所述的控制模块被进一步配置为：所述第一R波波峰与第二R波波峰之间的强心音数量小于2时则判定为第二R波为过感知T波。
11.如权利要求8或9任一项所述一种植入式医疗设备，其特征在于，所述控制模块被配置为：当R波被判定为过感知T波时重新计算心率。
12.如权利要求11所述一种植入式医疗设备，其特征在于，所述控制模块被配置为：重新计算心率时删除所述过感知T波，并根据删除后的心电信号数据计算心率。
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