CN111407264B - 一种t波过感知检测方法和植入式医疗设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种T波过感知检测方法和植入医疗设备，所述检测方法检测第一心音和第二心音；同时检测R波；如果R波出现在第一心音之前则所述R波为正常R波，如果R波出现在第一心音与第二心音之间则所述R波为T波过感知产生；通过该方法检测T波过感知相对现有技术单纯使用心电信号检测具有更高的准确性。

Description

一种T波过感知检测方法和植入式医疗设备
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，检测第一心音和第二心音以及R波，并根据R波相对第一心音和第二心音的位置关系判断是否发生T波过感知的现象。
该方法包括：
检测第一心音和第二心音；
在检测第一心音和第二心音的同时检测R波；
如果R波出现在第一心音之前则所述R波为正常R波，如果R波出现在第一心音与第二心音之间则所述R波为T波过感知产生。
由于R波和第一心音以及T波和第二心音有对应关系，因此根据R波相对T波所在位置能够很容易地得知是否发生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。
在优选的实施方案中，根据心音持续时间识别所述第一心音和第二心音。
在优选的实施方案中，根据音调识别所述第一心音和第二心音。
在优选的实施方案中，根据声音强度识别第一心音和第二心音。
在优选的实施方案中，根据心音强度识别所述第一心音，并根据第二心音的滞后性识别第二心音。
本发明目的之二在于提供一种植入式医疗设备，该植入式医疗设备包括：
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：
通过所述心音模块检测第一心音和第二心音；
通过所述感知模块在检测第一心音和第二心音的同时检测R波；
如果R波出现在第一心音之前则所述R波为正常R波，如果R波出现在第一心音与第二心音之间则所述R波为T波过感知产生。
在较佳的实时方案中，所述控制模块被进一步配置为：检测心电信号，并确定R波波峰；如果所述R波波峰出现在第一心音之前则判断为正常R波；如果所述R波波峰出现在第一心音与第二心音之间则则判断所述R波为T波过感知产生。
在较佳的实时方案中，根据判断结果重新计算实时心率。
在较佳的实时方案中，在检测第一心音和第二心音之前，检测心率是否异常增加，心率异常增加时开始检测所述第一心音和第二心音。
在较佳的实时方案中，所述植入式医疗设备包括植入式心脏除颤器或植入式心脏检测器。
在上述植入式医疗设备的方案中，所述植入式医疗设备可进一步判断是否发生心率异常增加，在发生心率异常增加后才开启心音检测，这样能够在心率正常时保持所述心音模块处于低功耗状态或关闭状态以节省系统功耗。
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是发生T波过感知时心电信号以及心音信号示意图。
图5是植入式医疗设备T波过感知检测方法另一方案流程图。
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132与ICM两端的电极140和142电性连接，通信模块用于138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112，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106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124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，检测第一心音和第二心音。
在流程204中，在检测第一心音和第二心音的同时检测R波。
在流程206中，如果R波出现在第一心音之前则所述R波为正常R波，如果R波出现在第一心音与第二心音之间则所述R波为T波过感知产生。
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中控制模块114控制心音模块128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产生的数据经过经过放大模块方法，经过ADC模数转换器转换为数字信号。该心音的数字信号反映在图3中为第一心音1st、第二心音2end和第三心音3rd，第一心音和第二心音分别在心脏的收缩期Systole和心脏的舒张期Diastole产生，有可能还存在第四心音但通常第四心音的信号弱通常检测不到，同时第四心音和第三心音也不作为本发明判断是否发生T波过感知的依据。
第一心音信号1st标志着心室收缩期的开始，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标志着心室舒张期的开始，音调较高60-100Hz，持续0.08秒，时间上在T波之后。在处理上可通过设置不同的检测阈值区分第一心音信号或第二心音信号，例如设通过设置心音阈值确定第一心音或第二心音，超过第一阈值的判定其为第一心音，超过第二阈值但小于第一阈值的判定其为第二心音。在处理上还可以通过分辨不同的音调确定第一心音或第二心音，例如将原始心音信号进行傅里叶变换，分析频谱如果音调频率集中在40-60HZ，则判断其为第一心音，如果音调集中在60-100HZ则判断其为第二心音。也可根据心音的持续时间判断其是第一心音还是第二心音，当所述持续时间为0.1-0.12秒时判断其为第一心音，当持续时间小于等于0.8秒时判断其为第二心音。
在流程204中，控制模块在通过心音模块录制采集心音数据的同时控制模块114通过感知模块110感知心电信号。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。
在流程206中，在感知到所述心音信号和R波信号后，可判断当前一跳的R波波峰所处的时间位置，如果R波波峰出现在第一心音前，基本上与第一心音同时出现则说明该R波为正常的R波，如果R波出现在第一心音和第二心音之间。则说明该波出现在正常R波之后，并且出现在以第二心音为标志的心脏舒张期前,可以判断其实际上为T波，但是由于R波感知阈值过低或T波异常升高导致的T波过感知造成的。
在图3中R波(图中R1、R2)的波峰始终在第一心音之前，因此判断R1波和R2波均为正常的R波。
在图4中包含R1-R4波，除了正常的R波R1、R3还包括 R2波和R4波。在图5中所述R1波和R3波在第一心音1st之前，因此判断所述R1波和R3波为正常R波，R2波和R4波在第一心音之后并且在第二心音之前可判断其为T波过感知产生的R波。
在随后的过程中控制模块114可重新计算心率，重新计算心率的方法可简单的将实时心率Rate按照Rate/2 处理。还可在检测到T波过感知后将所述T波删除，并按照心率计算方法重新计算心率。
参照5，所述ICD还可在上述流程的基础上增加流程502，所述控制模块114在执行流程502时会先根据心电感知模块感知到的心电信号判断是否发生心率异常增加，只有当心率异常增加时控制模块114才开启所述心音模块感知心音，并通过流程504至流程506判断是否发生心率异常。如果判断发生了T波过感知则继续回到则回到步骤502，同时控制模块可将所述心音模块关闭以节省系统电能消耗，控制模块114在流程514中重新计算心率后则在流程502中不会再次判断心率异常增加。如果未发生T波过感知则可进执行流程512进一步的诊断以判断是否真的发生了室速、室颤或以进步决定是否治疗。
在流程在流程502中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。
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，本发明通过判断R波与心音的位置关系判断是否发生T波过感知的现象，当R波在第一心音之前判断其为正常的R波，当R波在第一心音之后并且在第一心音之前判断其为T波过感知造成的，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 (8)

1.一种T波过感知检测系统，其特征在于,所述一种T波过感知检测系统用于执行一种T波过感知检测方法，所述一种T波过感知检测方法包括：
在检测第一心音和第二心音之前，检测心率是否异常增加，心率异常增加时开始检测所述第一心音和第二心音；
在检测第一心音和第二心音的同时检测R波；
如果R波出现在第一心音之前则所述R波为正常R波，如果R波出现在第一心音与第二心音之间则所述R波为T波过感知产生；
如果判断发生了T波过感知则继续回到检测心率是否异常增加，纠正实时心率，同时停止检测心音，重新计算心率后不会再次判断心率异常增加；
如果未发生T波过感知则可执行进一步的诊断，以判断是否真的发生了室速、室颤或以进步决定是否治疗。
2.如权利要求1所述的一种T波过感知检测系统，其特征在于，根据心音持续时间识别所述第一心音和第二心音。
3.如权利要求2所述的一种T波过感知检测系统，其特征在于，根据音调识别所述第一心音和第二心音。
4.如权利要求3所述的一种T波过感知检测系统，其特征在于，根据声音强度识别第一心音和第二心音。
5.如权利要求1所述的一种T波过感知检测系统，其特征在于根据心音强度识别所述第一心音，并根据第二心音的滞后性识别第二心音。
6.一种植入式医疗设备，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：
在检测第一心音和第二心音之前，检测心率是否异常增加，心率异常增加时开始检测所述第一心音和第二心音；
通过所述心音模块检测第一心音和第二心音；
通过所述感知模块在检测第一心音和第二心音的同时检测R波；
如果R波出现在第一心音之前则所述R波为正常R波，如果R波出现在第一心音与第二心音之间则所述R波为T波过感知产生；
如果判断发生了T波过感知则继续回到检测心率是否异常增加，纠正实时心率，同时将所述心音模块关闭，重新计算心率后不会再次判断心率异常增加；
如果未发生T波过感知则可执行进一步的诊断，以判断是否真的发生了室速、室颤或以进步决定是否治疗。
7.如权利要求6所述一种植入式医疗设备，其特征在于，所述控制模块被进一步配置为：检测心电信号，并确定R波波峰；如果所述R 波波峰出现在第一心音之前则判断为正常R波；如果所述R波波峰出现在第一心音之后第二心音之前则判断所述R波为T波过感知产生。
8.如权利要求7所述一种植入式医疗设备，其特征在于，所述植入式医疗设备包括植入式心脏除颤器或植入式心脏检测器。
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