CN111493860B - 腔内心电信号处理与显示的方法以及具有该功能的临时心脏起搏器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腔内心电信号处理与显示的方法以及具有该功能的临时心脏起搏器，该方法包括以下步骤：采集腔内心电信号；对所述腔内心电信号进行预处理；对经预处理后的腔内心电信号进行实时存储；检测是否触发特定的外部指令，若触发，则进入下一步骤；调用并在显示界面上同屏显示所述实时存储的腔内心电信号。该临时心脏起搏器通过采集腔内心电信号后对心电信号进行预处理、心电事件标记、心电信号截取或心电信号采样等一系列处理之后，再根据选择，做出对应显示响应。在显示时，可显示实时连续的心电信号或显示具有较丰富细节信息的单个心电事件的波形信号，还可以同时指示当前感知灵敏度，可方便用户进行快速判断和相应参数的调节。

Description

腔内心电信号处理与显示的方法以及具有该功能的临时心脏 起搏器

本案为申请号为201710868283.5的分案申请。

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种腔内心电信号处理与显示的方法以及具有该功能的临时心脏起搏器。

背景技术

一些患者由于心率缓慢、心律不齐，心脏收缩力减弱，泵血量减少，身体各脏器血流灌注不足，缺血、缺氧引起功能衰竭，心脏随时可能停止跳动，危及患者的生命。床旁急诊安置临时心脏起搏器可立即提高心率，改善缺血、缺氧，是抢救患者最有效、最安全的方法，是提高患者心率最直接的方法。临时心脏起搏器通过发出脉冲电信号刺激心肌，引起心脏兴奋收缩，从而替代了原有的心脏起搏点，控制心脏按一定节律收缩。

腔内心电信号是心腔内心肌收缩和舒张产生的电信号，反映心脏的活动情况，不同特征的腔内心电信号能够反映心脏不同的病理特征以及起搏夺获的情况。通常，可以通过采集腔内心电信号结合其他参数共同来判断刺激电极介入心腔内的临时心脏起搏器的输出是否成功夺获心脏和判断主动式起搏导线的电极在预后远期是否预测远期植入良好。但传统的临时心脏起搏器只具有起搏输出功能，操作者不能通过临时心脏起搏器及时查看当前实际腔内心电信号获取情况，只能借助外部心电监护仪，通过观察体表心电信号推测起搏夺获情况。并且，通过外部心电监护仪提供的体表心电信号，无法判断植入式起搏导线的电极是否预测远期植入良好。传统临时心脏起搏器的操作使用必须借助外部心电监护仪使用，没有以单一仪器同时提供临时起搏和观察腔内心电信号功能的简便操作方式，降低了工作效率，无法准确判断夺获与否，无法判断植入式起搏导线是否预测远期植入良好，这大大降低了仪器判断的准确性和实时性。

基于此，有必要提供一种能根据实际需求智能显示腔内心电信号的临时心脏起搏器，以便提高医生临床判断的准确性和实时性，降低误判的风险。

发明内容

本发明提供了一种腔内心电信号处理与显示的方法，包括以下步骤：

S1、采集腔内心电信号；

S2、对所述腔内心电信号进行预处理；

S3、对经预处理后的腔内心电信号进行实时存储；

S4、检测是否触发特定的外部指令，若触发，则进入下一步骤；

S5、调用并在显示界面上同屏显示所述实时存储的腔内心电信号。

在其中一实施例中，所述步骤S2中对所述腔内心电信号进行预处理包括：对所述腔内心电信号进行模数转换和噪声滤除。

在其中一实施例中，所述步骤S2中，对所述腔内心电信号进行预处理后，还包括对预处理后的腔内心电信号进行心电事件标记的步骤。

在其中一实施例中，所述步骤S2中，对预处理后的腔内心电信号进行心电事件标记后，还包括截取单个心电事件标记处预定时间范围内的腔内心电信号，进行存储。

在其中一实施例中，所述步骤S2中所述将经过预处理后的腔内心电信号进行心电事件标记的步骤之后，还包括将所述心电事件的标记转换成文本信息；在所述步骤S5中还包括，调用并在显示界面上同屏实时显示所述文本信息。

在其中一实施例中，所述心电事件包括起搏事件、感知事件、不应期感知事件和噪声事件中的至少一个事件。

在其中一实施例中，所述步骤S4中，所述特定的外部指令包括起搏参数调节指令或起搏分析指令。

在其中一实施例中，所述起搏参数调节指令包括频率参数调节指令、电压参数调节指令、脉宽参数调节指令和感知灵敏度调节指令中的至少一个指令。

在其中一实施例中，所述步骤S5中显示的腔内心电信号为经下采样处理的信号。

本发明提供了一种腔内心电信号处理与显示的方法以及具有该功能的临时心脏起搏器，该临时心脏起搏器通过采集腔内心电信号并根据用户选择做出对应的显示响应，方便操作者在需要的时候及时查看，提高工作效率，并为其后续参数的操作和调整提供参考信息，提高了操作的准确性。

附图说明

图1为本发明的腔内心电信号处理与显示方法的流程图；

图2为本发明的具有腔内心电信号处理与显示功能的临时心脏起搏器的结构示意图；

图3为本发明的具有腔内心电信号处理与显示功能的临时心脏起搏器的一种显示模式示意图；

图4为本发明的具有腔内心电信号处理与显示功能的临时心脏起搏器另一种显示模式示意图；

图5为本发明的具有腔内心电信号处理与显示功能的临时心脏起搏器一实施例中的显示模式示意图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下结合具体实施例说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明的一种腔内心电信号处理与显示方法，包括以下顺序步骤：

S1、采集腔内心电信号；

S2、对所述腔内心电信号进行预处理；

S3、对经预处理后的腔内心电信号进行实时存储；

S4、检测是否触发起搏参数调节指令，若触发，则进入下一步骤；

S5、调用并在起搏参数调节界面上同屏显示所述实时存储的腔内心电信号。

其中，步骤S1中采集的腔内心电信号为心脏活动产生的电压信号，该信号为连续的模拟信号，经步骤S2预处理后转换成数字信号，预处理可以包括硬件带通滤波、模数转换以及数字滤波处理，经预处理去噪后的信号只保留心脏活动频率范围内的信号。

在步骤S2中，预处理之后还可以包括心电事件标记处理，对信号进行噪声提取、信号峰值搜索、不应期感知搜索等算法处理，然后根据结果以数字信号插入的形式对心电信号进行起搏事件标记、感知事件标记、不应期感知事件标记或噪声事件标记，当然进行标记的心电事件可以是上述的一种或者几种的组合。具体地，按以下逻辑标记心电事件：当预设的基本频率计时超时时，标记为起搏事件；根据预设的感知灵敏度，心电信号超过设置值时，在一定时间窗口内搜索信号峰值，当噪声与信号峰值比小于一特定值如0.75时，判定为感知事件；开启不应期感知搜索，在一定窗口时间内搜索是否还有感知事件，若仍有感知事件则标记为不应期感知事件，并且继续开启不应期感知搜索，直到预设的基本起搏频率计时超时；在不应期搜索窗口期结束后，开启噪声检测，对搜索的噪声进行包络线处理，得到处理后的噪声值，当噪声值大于感知灵敏度时，标记为噪声事件。标记后得到一系列数字信号，标记时，可以将特定数字插入到原有数字信号的特定位置，如可以规定这些数字信号中每个字节的高四位分别表示感知事件位、起搏事件位、不应期感知事件位和噪声事件位，对应位数值为“1”即表示为该心电事件。在其他实施例中，也可以不进行噪声事件的标记。

在进行步骤S2时，还可以包括截取所述进行了心电事件标记的腔内心电信号中单个心电事件标记处前后预定时间范围内的腔内心电信号的步骤。具体地，读取经心电事件标记处理的包含有心电事件插入信息的腔内心电数字信号，在包含有心电事件发生时的波形对应的时间轴上做标记，以此标记为起点，截取一定时间范围内的心电信号，例如，可以截取该标记点前100毫秒和后300毫秒范围内的心电信号。

在进行步骤S2时，还可以包括将经心电事件标记的腔内心电信号转换成文本信息的步骤。例如，将起搏事件、感知事件、不应期感知事件和噪声事件分别用P、S、R和N表示。

在其它实施例中，文本信息也可以是其它能将心电事件区分开的图形或符号。

在步骤S3中，对经步骤S2处理的信号进行实时存储。同时，也可以对在步骤S2中进行了多种处理的信号进行分开存储，例如，将经模数转换和滤波处理的信号、经截取一定时间范围内的信号、文本信息等分别存至不同的缓存单元中。

在步骤S4和S5中，检测是否存在特定的外部指令，若存在起搏参数调节指令，则将步骤S3中存储的经预处理的心电信号显示在起搏参数调节界面上，该指令触发之后界面除了显示参数信息之外还显示实时连续波形信号。前述起搏参数调节指令即本领域技术人员所认知的常规的关于起搏信号频率、电压、脉宽和感知灵敏度的一种或者多种调节指令，即频率参数调节指令、电压参数调节指令、脉宽参数调节指令和感知灵敏度调节指令。相应地，起搏参数调节界面可以显示对应的起搏参数，例如接收到频率参数调节指令后，起搏参数调节界面除了显示腔内心电信号波形，还可以同时显示当前的起搏频率信息。进一步地，如若在步骤S4检测到的是起搏分析指令，则调用步骤S3中存储的截取了一定时间范围的腔内心电信号并在起搏分析界面进行显示，起搏分析界面相应显示经截取的腔内心电信号，同时会显示当前信号的部分特征值。

在一些实施例中，还可以同屏显示表示心电事件的文本信息，且文本信息与发生心电事件的波形信号对应，更进一步地，为避免文本重叠，文本信息可分行显示。例如，在不应期感知事件或噪声事件发生后可能马上就会有起搏事件产生，避免文本重叠，在显示时表示起搏事件的文本单独占用一行，其余事件在另一行显示，这样可以更加方便操作者查看，避免特殊事件的同时发生导致没有及时清晰的显示给后续操作和判断带来了不必要的麻烦，降低了操作的准确性。

在另一些实施例中，当接收到感知灵敏度调节指令时，起搏参数调节界面可同时显示感知灵敏度水平线，且水平线距腔内心电信号电平基线的距离即当前设置的感知灵敏度。显示的感知灵敏度水平线指示当前感知灵敏度并与显示的波形信号直接比较，操作者可以根据对比，直接调节感知灵敏度。调节时，水平线可上下移动，实时反映感知灵敏度随调节的变化，即将感知灵敏数值调高时，水平线向远离基线的方向移动，将感知灵敏度数值调低时，水平线向靠近基线的方向移动。这样，操作者可通过感知灵敏度的水平线与心电信号波形峰值的相对位置快速判断当前灵敏度是否合适并做出快速调节，相比于传统的做法，不能查看到波形图需要操作者设置一个较低的灵敏度值然后缓慢调节和尝试，最后凭经验得到一个适合的感知灵敏度值，而且还可能会受到噪声信号的影响，这样的显示方式可以更加快速、准确的帮助操作者去进行感知灵敏度的调节。

在其它实施例中，也可在心电信号电平基线的上下方均设置感知灵敏度水平线，两条水平线与基线的距离相等，且均随操作者对灵敏度的调节同时靠近或远离基线。

为了使触发起搏参数调节指令后同一时间范围内显示更多的信号波形，可以在步骤S2中对信号进行模数转化和滤波后再进行下采样处理，例如提取信号的波形特征值之后按4：1的比例进行采样。

如图2所示为本发明的具有腔内心电信号处理与显示功能的临时心脏起搏器，该临时心脏起搏器通过一根起搏导线与心脏腔室接触，其包括采集模块1、预处理模块2、采样模块3、波形对齐模块4、文本模块5、存储模块6和显控模块7。其中，采集模块1通过起搏导线采集腔内心电信号；预处理模块2与采集模块1相连；采样模块3、波形对齐模块4和文本模块5为并列关系，均与预处理模块2相连，同时接收来自预处理模块2的信息流；存储模块6与采样模块3、波形对齐模块4和文本模块5通过SPI接口分别相连；显控模块7与内存模块6相连。预处理模块2、采样模块3、波形对齐模块4和文本模块5均为具有SPI主从接口、外部中断GPIO、普通GPIO、RAM和ROM的第一微处理器内的功能部分。以上各功能模块间的信息传输均通过SPI接口实现。

采集模块1用以采集腔内心电信号；预处理模块2对采集的腔内心电信号进行预处理，可以包括模数转换和噪声滤除处理，进一步还可以包括对心电信号进行心电事件标记处理；采样模块3对前述经预处理的心电信号进行压缩采样；另一方面，波形对齐模块4则对经心电事件标记的信号进行截取，保留单个心电事件发生时的一定时间范围内的信号；同时，文本模块5读取经心电事件标记的信号，将心电事件信息转换成文本信息；存储模块6存储前述模块传输过来的信息；根据外部指令，显控模块7可切换显示画面，即选择性地显示经采样的心电信号或经截取的一定时间范围内的心电信号，同时显示文本信息。

在其它实施例中，也可选择性地省略采样模块3、波形对齐模块4和文本模块5中的一个或多个模块。

具体地，采集模块1通过起搏导线采集腔内心电信号，将采集的信号传输至预处理模块2，该模块包括模数转换单元21和滤波单元22。模数转换单元21将采集的模拟信号转换成更利于数字化处理的数字信号，可为高精度ADC芯片；滤波单元22用于滤除目标频带以外的信号，例如本实施例需要保留心脏活动电信号而滤除频率1～65Hz范围之外的信号，故滤波单元22可以设置成包含按顺序连接的两个一阶数字低通滤波器、三个一阶高通滤波器和50Hz、60Hz、100Hz、120Hz数字陷波器各一个以及一个数字整流器。进一步地，预处理模块2还可以包括心电事件标记单元23，心电事件标记单元23通过一系列算法对数字信号进行心电事件标记，例如采用噪声提取、信号峰值搜索、不应期感知搜索等算法对经滤波单元22处理的心电信号进行心电事件标记，得到一系列数字信号。在标记时，可以通过在数字信号的特定位置插入特定数字的方式进行标记，例如规定该数字信号的高四位分别是感知事件位，起搏事件位，不应期感知事件位和噪声事件位，对应位数值为“1”即表示发生该心电事件。

其中，心电事件标记单元23按以下逻辑标记心电事件：当预设的基本频率计时超时时，标记为起搏事件；根据用户设置的感知灵敏度，心电信号超过设置值时，在一定时间窗口内搜索信号峰值，当噪声与信号峰值比小于一定值如0.75时，判定为感知事件；随后开启不应期感知搜索，在一定窗口时间内搜索是否还有感知事件，若仍有感知事件则标记为不应期感知事件，并且继续开启不应期感知搜索，直到用户设置的基本起搏频率计时超时；在不应期搜索窗口期结束后，开启噪声检测，对搜索的噪声进行包络线处理，得到处理后的噪声值，当噪声值大于感知灵敏度时，标记为噪声事件。

在其他实施例中，标记单元23也可只标记感知事件和起搏事件。

在其它实施例中，模数转换单元21前还可以包括一系列硬件滤波器，例如用于过滤环境中的高频噪声和患者呼吸引入的低频噪声的多级硬件带通滤波器。

采样模块3接收经预处理模块2处理的腔内心电信号，对接收到的数字形式的信号进行分组，提取分组数据的最大值、最小值和斜率等特征值信息，对这些特征值按一定比例进行采样，如本实施例采用的4：1，形成波形图像数据。该类波形图像为连续波形，因为进行了采样处理，所以在显示器上可以显示多个心电事件的波形，能较直观地判断临时心脏起搏器的输出是否成功夺获心脏。

波形对齐模块4接收到存储模块2中心电事件标记单元23标记的信号后，在包含有心电事件发生时的波形对应的时间轴上做标记，以此标记为起点，截取一定时间范围内的心电信号，例如，可以截取该标记点前100毫秒和后300毫秒范围内的心电信号。由于此心电信号只是对发生心电事件时波形的截取，舍弃了大部分无心电事件发生时的心电波形，所以该波形包含了更丰富的细节信息，可以详细显示损伤电流的情况，能以此判断主动式起搏器植入导线的植入情况。

文本模块5接收到存储模块2中心电事件标记单元23标记的信号后，将数字信息转换成文本字符串信息。例如，将起搏事件、感知事件、不应期感知事件和噪声事件分别用P、S、R和N表示。

在其它实施例中，文本信息也可以是其它能将心电事件区分开的图形或符号。

存储模块6存储前述经预处理模块2、采样模块3、波形对齐模块4和文本信息模块5进一步处理的信息，用以后续显控模块的显示。在其它实施例中，存储模块6可以是分别设于预处理模块2、采样模块3、波形对齐模块4和文本信息模块5内的内存单元。

显控模块7包括指令判断单元71和显示器72。指令判断单元71判断外部输入的指令，对指令做出响应，并调用内存模块6中相应的信息在显示器72上显示。当指令判断单元71接收到起搏参数调节指令时，调用并显示存储单元6中存储的波形信号，如前所述，此部分显示的波形可以是经采样模块3进行下采样的连续波形信号，也可以是未经采样的信号，优选为经采样的信号，如图3。通过这样的方式对特殊指令进行特殊的显示调用腔内心电信号，可显示包含较多心电事件的波形，方便操作者在需要的时候及时查看，提高工作效率，并为其后续参数的操作和调整提供参考信息，提高了操作的准确性。如若指令判断单元71接收到起搏分析指令，则调用并显示存储单元6中存储的经波形对齐模块4截取的波形信号，如图4。通过这样的方式，损伤电流会反映在腔内心电波形信号上，既能查看到有心电事件的细节波形信息还能仔细查看到损伤电流带来的波形变化信息，可以反映起搏导线植入情况，为操作者后续操作提供了有力的参考。其中，起搏参数调节指令包括频率参数调节指令、电压参数调节指令、脉宽参数调节指令和感知灵敏度调节指令，而且显示器72实时刷新显示心电波形信号。

所述的起搏参数调节界面上，所述实时存储的腔内心电信号与所述起搏调节参数同屏上下并排显示，例如图3中在频率参数调节界面中，频率调节范围以及当前调节的频率值显示在显示屏上方，同时所述实时存储的腔内心电信号与其竖直并排并优选显示在屏幕下方，这样的好处是方便查看到更多完整的波形信息。

在一些实施例中，还可以同屏显示表示心电事件的文本信息，且文本信息与发生心电事件的波形信号对应，更进一步地，为避免文本重叠，文本信息可分行显示。例如，在不应期感知事件或噪声事件发生后可能马上就会有起搏事件产生，避免文本重叠，在显示时表示起搏事件的文本单独占用一行，其余事件在另一行显示。

如图5，在另一些实施例中，当接收到感知灵敏度调节指令时，显示器72在起搏参数调节界面可同时显示感知灵敏度水平线，且水平线距心电信号电平基线的距离即当前设置的感知灵敏度。显示的感知灵敏度水平线指示当前感知灵敏度并与显示的波形信号直接比较，操作者可以根据对比，直接调节感知灵敏度。调节时，水平线可上下移动，实时反映感知灵敏度随调节的变化，即将感知灵敏数值调高时，水平线向远离基线的方向移动，将感知灵敏度数值调低时，水平线向靠近基线的方向移动。这样，操作者可通过感知灵敏度的水平线与心电信号波形峰值的相对位置快速判断当前灵敏度是否合适并做出快速调节。

在其它实施例中，也可在心电信号电平基线的上下方均设置感知灵敏度水平线，两条水平线与基线的距离相等，且均随操作者对灵敏度的调节同时靠近或远离基线。

在其它实施例中，还可以在心电信号波形的纵轴上显示标尺，以快速读取当前波形峰值和感知灵敏度数值，方便快速调节，此标尺可优选为设置在屏幕两侧，纵轴为幅值标尺，且标度不从零点开始，节省了显示空间，增加腔内心电图显示面积，标尺方便查看和对幅值大小的判断，另外，幅值标尺可以预先设定，作为另一种优选的方式由于腔内心电图根据被测信号的大小会受到多种因素的影响，幅值大小也会并非固定，因人而异，因设备而异，因起搏导线而异，系统可以自动检测当前腔内心电图显示的幅值范围并进行自适应标尺调节，因此达到更加方便操作者查看，保证后续操作准确性的效果。

在其它实施例中，还可以在心电信号波形的下方或上方显示横轴标尺，标尺单位可设成1格/秒，操作者可快速大致判断感知事件或起搏事件的间隔，推断出患者的心率，以快速设置合理的起搏参数。

综上，在使用本发明的临时心脏起搏器时，采集模块1经一根起搏导线采集患者心腔内心电信号，当然也可以从其他信号源上采集信号，并将信号传输至预处理模块2进行处理，可以进行模数转换、滤波、心电事件标记、信号采样、信号截取和文字转换等多种处理；存储模块6接收并存储经前述处理的信号；指令判断单元71时刻关注外部指令，当检测到会触发波形显示的指令时，调用存储模块6内存储的信号显示在显示器72上，并可以根据指令的不同切换显示画面。

以上具体实施方式仅用于解释本发明的技术方案，而非限制本发明，本发明的技术方案以权利要求为准。本领域的技术人员可以依据实际需求，对相应单元或参数进行更改。例如，信号预处理单元可以根据需求采用不同个数的数字滤波器；在包含波形对齐模块的设计中，也可以截取其它时间范围内的波形信号；在包含采样模块的设计中，也可改变采样比例。应当注意，本发明的临时心脏起搏器用于显示腔内心电信号的系统也可用于其它需要显示腔内心电信号的仪器或设备，不限于临时心脏起搏器。

Claims (7)

1.一种腔内心电信号处理与显示的方法，其特征在于，应用于具有腔内心电信号处理与显示功能的临时心脏起搏器，且所述临时心脏起搏器通过一根起搏导线与心脏腔室接触，所述方法包括以下步骤：

S1、通过所述起搏导线采集腔内心电信号；

S2、对所述腔内心电信号进行预处理；

S3、对经所述步骤S2处理后的腔内心电信号进行实时存储；

S4、检测是否触发特定的外部指令，若触发，则进入步骤S5；

S5、调用并在显示界面上同屏显示所述实时存储的腔内心电信号;

所述步骤S2中，对所述腔内心电信号进行预处理，还包括对预处理后的腔内心电信号进行心电事件标记的步骤，并按以下逻辑标记心电事件：当预设的基本频率计时超时时，标记为起搏事件；根据预设的感知灵敏度，心电信号超过设置值时，在一定时间窗口内搜索信号峰值，当噪声与信号峰值比小于一特定值时，判定为感知事件；开启不应期感知搜索，在一定窗口时间内搜索是否还有感知事件，若仍有感知事件则标记为不应期感知事件，并且继续开启不应期感知搜索，直到预设的基本起搏频率计时超时；在不应期搜索窗口期结束后，开启噪声检测，对搜索的噪声进行包络线处理，得到处理后的噪声值，当噪声值大于感知灵敏度时，标记为噪声事件。

2.根据权利要求1所述的腔内心电信号处理与显示的方法，其特征在于，所述步骤S2中对所述腔内心电信号进行预处理包括：对所述腔内心电信号进行模数转换和噪声滤除。

3.根据权利要求1所述的腔内心电信号处理与显示的方法，其特征在于，所述步骤S2中，对预处理后的腔内心电信号进行心电事件标记后，还包括截取单个心电事件标记处预定时间范围内的腔内心电信号，进行存储。

4.根据权利要求1或3所述的腔内心电信号处理与显示的方法，其特征在于，所述步骤S2中所述将经过预处理后的腔内心电信号进行心电事件标记的步骤之后，还包括将所述心电事件的标记转换成文本信息；在所述步骤S5中还包括，调用并在显示界面上同屏实时显示所述文本信息。

5.根据权利要求1所述的腔内心电信号处理与显示的方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述特定的外部指令包括起搏参数调节指令或起搏分析指令。

6.根据权利要求5所述的腔内心电信号处理与显示的方法，其特征在于，起搏参数调节指令包括频率参数调节指令、电压参数调节指令、脉宽参数调节指令和感知灵敏度调节指令中的至少一个指令。

7.根据权利要求1所述的腔内心电信号处理与显示的方法，其特征在于，所述步骤S5中显示的腔内心电信号为经下采样处理的信号。