CN111407234B - T波过感知的检测方法及医疗设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供T波过感知的检测方法及医疗设备，所述检测发方法包括：检测实时心跳R波和第一心音；计算当前一跳与前一跳的R‑R间期以及第一心音间期；比较所述第一心音间期与R‑R间期的差异，当第一心音间期与R‑R间期的差异大于两者的差异阈值则认为发生了T波过感知；上述方案通过心音与R波对应关系能够提高T波过感知判断的精准度。

Description

T波过感知的检测方法及医疗设备
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等出现,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，该方法比较R-R间期与第一心音间期之间的差异，如果两者差异过大则说明发生了T波过感知现象。
所述方法包括：
检测实时心跳R波和第一心音；
计算当前一跳与前一跳的R-R间期以及第一心音间期；
比较所述第一心音间期与R-R间期的差异，当第一心音间期与R-R
间期的差异大于两者的差异阈值则认为发生了T波过感知。
正常的心跳的前一跳第一心音与后一跳第一心音之间的间隔，与R-R波之间的间隔大致相同，通常两者的差异不超过10％，在发生T波过感知时R-R间期的时间缩短为原时间的1/2，而第一心音间期保持不变使得，第一心音间期与R-R心音间期的差异变大，由此可以确定发生了T波过感知事件。
在较佳的实施方案中，所述第一心音间期与R-R间期的差异小于5％-15％则认为没有发生T波过感知。
在较佳的实施方案中，R-R间期小于所述第一心音间期的85％则认为发生了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，所述控制模块被配置为：
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：
检测实时心跳的R波；
以R波为起点检测第一心音；
计算当前一跳与前一跳的R-R间期以及第一心音间期；
比较所述第一心音间期与R-R间期的差异，当第一心音间期与R-R
间期的差异大于两者的差异阈值则认为发生了T波过感知。
在优选的实施方案中，所述控制模块被配置为：所述第一心音检测仪R波波峰为时间起点开始检测。
在优选的实施方案中，所述控制模块被配置为：检测是否发生心率异常增加，在心率异常增加后检测所述第一心音数据。
在优选的实施方案中，所述控制模块被配置为：检测是否发生导致心率异常增加的心室过速、心室颤动或室上性心动过速。
在优选的实施方案中，所述控制模块被配置为：所述植入式医疗设备为植入式心脏除颤器或植入式心脏检测器。
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是植入医疗设备正常采集的发生过感知时心电信号和心音信号示意图。
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132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116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116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114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，检测实时心跳R波和第一心音；
在流程204中，计算当前一跳与前一跳的R-R间期以及第一心音间期；
在流程206中，比较所述第一心音间期与R-R间期的差异，当第一心音间期与R-R间期的差异大于两者的差异阈值则认为发生了T波过感知。
下面结合图2和图3，进一步对上述流程描述。
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。
在流程202中检测R波，该R波可包含如图3所示的前一跳R波R1和后一跳R波R2，所述R1、R2波为超过R波检测阈值的两个峰值，峰值可通过从遍历超过R波检测阈值的采样数据中寻找最大值获得。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标志着心室舒张期Diastole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3rd和第四心音(图中未示出)由于低振幅且低频，一般信号很弱或者捕捉不到信号。可设置心音阈值，当检测到的心音大于阈值时则认为其为第一心音1st，当检测心音小于设定阈值时则认为没有检测到心音。
在流程204中计算前一跳R1与后一跳R2间期即R-R间期，也就是R1与R2之间的时间，通常正常心跳间期在600毫秒-1000毫秒范围左右。相对应的第一心音1st与第一心音1st'之间的第一心音间期也在600毫秒-1000毫秒的范围内。在如果发生T波过感知由于T波被当做R波所述R-R期间会上下波动，在同一次心跳中R-R间期变小，在前一次心跳和后一次中R-R间期变长。但无论如何T波过感知过程中R-R期间都不会超过正常心跳的间期。
在流程206中判断第一心音间期与R-R间期之间的差异如果两者的差异大于特定阈值则判断发生了T波过感知，如果两者的阈值小于特定值则判断未发生T波过感知。所述差异可通过多种方法量化比较，一种典型的方法是比较R-R间期与第一心音间期的比值与特定的阈值比较，例如如果该比值小于85％则认为其发生了T波过感知。获得第一心音间期与R-R间期的差值，如果该心音间期的差值大于心音间期的30％则判断发生了T波过感知，相应的如果小于30％则判断未发生T波过感知。
在图5中展示发生T波过感知情况下心电图，其中R1波为正常感知的R波，但R2波为T波，由于所述R波的最大感知阈值被设置的很低，因此算法将T波误认为R波。同样R3波为正常的R波R4为过感知T波。在流程202中检测到R1波和第一心音1st，在该心跳周期内能够检测到R2波，同样检测第一心音1st'。同样在流程202中能够检测到所述R3波和R4波，同样能够检测到R波之后的第一心音1st'。在流程204中R-R间期为R1-R2间期或R2-R4间期，而第一心音间期为1st-1st'之间的间期，从图中可以看出R1-R2间期或R2-R4间期明显小于第一心音间期，实际上小于第一心音间期的50％，由此在流程206中判断发生T波过感知。
参照图3和图4，以下介绍植入式医疗设备根据上述流程202至206的进一步改进，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。所述ICD控制模块被进一步配置为：
在流程402中，检测实时心跳的R波；
在流程404中，以R波波峰为时间起点采集所述第一心音数据；
在流程406中，计算当前心跳与前一跳的R-R间期以及第一心音间期；
在流程408中，比较所述第一心音间期与R-R间期的差异，当第一心音间期与R-R间期的差异大于两者的差异阈值则认为发生了T波过感知。
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形110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，机器会暂时性的将其认为为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，并且优选的录制时间为R波(例如图5中的R1和R2)波峰之后0.1-0.12秒，心音模块麦克风感测到的模拟信号被，心音模块128产生的数据经过经过放大模块、滤波模块等处理，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持续采集数据，并检测采集的数据中是否存在第一心音，操作上可通过设置阈值即大于特定阈值的心音为第一心音。
由于第一心音1st或1st'在R波波峰之后通过设置R波波峰为时间起点作为心音数据的采集点能够最大程度的减少外部噪声干扰。相对而言每个心跳周期只开启0.1-0.12秒的录制时间也能够减少电力消耗延长设备电池寿命。
在流程406中，控制模块114以前后两跳R波波峰为基础，图3中计算R1波峰与R2波峰之间的距离作为当前心跳的R-R间期，图5中计算R3波峰和R4波峰作为当前心跳的R-R间期，同时所述控制模块114将所述第一心音出现的时刻为基础计算第一心音1st与第一心音之间1st'的间期。
在流程408中的比较方法与流程206中的比较方法相同。
在流程408之后，如果控制模块114判断发生了T波过感知后，其可将所述感知到的实时心率值Rate经过Rate/2运算后获得实时心率的真实值。进而避免因为T波过感知导致植入医疗设备将正常心率误判为心室过速、心室颤动(纤颤)或室上性心动过速等，从而避免植入式医疗设备发生错报警或治疗。
在优选的方案所述流程404，在心音检测前检测是否发生导致心率异常增加的心室过速、心室颤动或室上性心动过速。当发生心率异常增加时控制模块114才进行上述心率检测，当未发生心率异常增加时处理模块不再执行上述404至406流程。
下文针对三种类型的心率异常增加分别描述典型的判断方法。
心室过速的判断方法，计算当前实时心率即根据心脏当前心跳跳与前一跳之间的R-R间期确定当前心跳时间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。
综上所述本发明使用通过心音间期与心脏的R-R期间比较，通过比较差异判断是否发生T波过感知，由于心音与R波配对出现，因此通过心音判断是否发生心音过感知相对只用电信号作为判断依据的方法准确性更高，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 (10)

1.T波过感知的检测方法，其特征在于,包括：
检测实时心跳R波和第一心音；
计算当前心跳与前一跳的R-R间期以及第一心音间期；
比较所述第一心音间期与R-R间期的差异，当第一心音间期与R-R间期的差异大于两者的差异阈值则认为发生了T波过感知。
2.如权利要求1所述的T波过感知的检测方法，其特征在于，所述第一心音间期与R-R间期的差异小于15％则认为未发生T波过感知。
3.如权利要求1所述的T波过感知的检测方法，其特征在于，R-R间期小于所述第一心音间期的85％则认为发生了T波过感知。
4.一种植入式医疗设备，其特征在于，包括
用于录制心音信号的心音模块与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：
检测实时心跳的R波；
以R波为起点检测第一心音；
计算当前心跳与前一跳的R-R间期以及第一心音间期；
比较所述第一心音间期与R-R间期的差异，当第一心音间期与R-R
间期的差异大于两者的差异阈值则认为发生了T波过感知。
5.如权利要求4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：所述第一心音检测以R波波峰为时间起点开始检测。
6.如权利要求5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：检测是否发生心率异常增加，在心率异常增加后检测所述第一心音数据。
7.如权利要求6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：检测是否发生导致心率异常增加的心室过速、心室颤动或室上性心动过速。
8.如权利要求5所述一种植入式医疗设备，其特征在于，所述心音检测时间持续0.1-0.12秒。
9.如权利要求5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：如果发生了T波过感知所述控制模块重新计算实时心率。
10.如权利要求4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：
所述植入式医疗设备为植入式心脏除颤器或植入式心脏检测器。
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