CN1169492C - 一种运动心电图中的t波交替的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种运动心电图中的T波交替的检测方法，属医学测试技术领域，本方法其以心电信号的第113拍开始，每16拍为一个分析窗口单位，进行分析。首先判断最大心率波动幅度，以估计噪声水平。然后根据噪声，判定功率谱分析是否为可能显著，若为可能显著，则判定是否存在显著的RR间期交替，若不存在RR间期交替，则计算平均功率谱上0.25处的分量与扣除噪声水平前的交替分量的比值，当比值小于某一定值时，认为找到了一个显著的T波交替。本发明的检测方法，可以有效地解决T波交替信号弱、不易检测的问题，正确地检测T波交替信号，以预测恶性室心率失常。
Description
技术领域
本发明涉及一种运动心电图中的T波交替的检测方法，属医学检测技术领域。
背景技术
恶性室性心律失常是给人类生命安全带来极大威胁的心脏疾病，它是欧美等发达国家夺获生命的一大因素，因而在这些国家有关恶性室性心律失常的预测一直是比较前沿的研讨问题。目前比较公认的预测方法是心导管电生理检查，即心腔内程控电刺激(PES)，它利用程控刺激器，通过心导管电极，向右心房发放程序控制的2个或3个电刺激，如果能诱发出室速(VT)，就表示有发生室速和室颤(Vf)的物质基础。此方法有一定的危险性，会对患者造成伤害。因而不少研究试图找到一种有效的无创伤预测方法，从而发展出基于数字化心电的T波交替检测技术，以预测恶性室性心率失常。
一个典型的心动周期的心电信号由P波，QRS波和T波等组成，形成如图1所示的心电图波形，其中P波表示心房除极过程，QRS波表示心室的除极过程，T波表示心室的复极过程。
T波交替是指体表心电图上，T波的形状或幅度在隔拍重复的基础上逐拍变化即T波的形状或幅度在连续心拍之间以ABABAB...的形式有规律地出现。图2即为一例出现肉眼可见T波交替的体表心电图。
经过欧美国家多中心的临床对比跟踪研究，证实T波交替与上述的PES有基本一致的效果。而基于这项技术的设备也已由美国的Cambridge公司研制出来，并获得美国FDA的认证，可以作为临床诊断的辅助指标。国外研究已表明，在较高的心率范围90bpm～110bpm，T波交替的出现可以预见恶性室性心律失常的发生。
相对于国外开展的大量临床研究，我国在这方面的研究却相对滞后，可能的原因一方面是与发达国家相比，我国目前恶性室性心律失常的发病人数还比较少，尚未引起广泛重视。另一方面肉眼可见的T波交替比较罕见，肉眼不可见也即微伏的T波交替检测又比较困难，需要相应的检测设备，而目前国内尚无此类设备。
发明内容
本发明的目的是提出一种运动心电图中的T波交替的检测方法，对T波交替检测处理算法进行研究，为国内相关临床研究开展提供一套T波交替的检测方法。
本发明提出的运动心电图中的T波交替的检测方法，包括以下各步骤：
(1)从心电图的第113拍开始，每16拍为一个分析窗口单位，进行分析；
(2)判断最大心率波动幅度，若高于某一定值，则认为该16拍不存在T波交替，将分析窗移动一个单位，重复上述分析，若波动幅度低于该定值，则对该分析窗进行128拍功率谱分析，以确定噪声水平；
(3)判断上述噪声水平，若大于某一定值，则认为该分析结果无效，继续移动分析窗，重复上述第(2)步，直至噪声小于该定值，然后用功率谱方法分析是否存在T波交替，若不存在，则继续移动分析窗，重复上述第(2)、(3)步；
(4)若存在T波交替，则判定其中是否存在RR间期交替，若RR间期的交替幅度及其交替比例大于某一定值，则表示存在RR间期交替，所得的上述T波交替结果为伪差，则认为该16拍不存在T波交替，继续取下一16拍，重复第(2)、(3)、(4)步骤；
(5)若RR间期的交替幅度及其交替比例小于某一定值，则表示不存在RR间期交替，进一步判断在平均功率谱上频率0.25处是否存在分量，若存在分量，则计算0.25处的分量与扣除噪声水平前的交替分量的比值，若该比值大于某一定值，则认为该16拍不存在T波交替，若该比值小于某一定值，则认为找到了一个显著的T波交替，继续取下一16拍，重复步骤(2)至(5)，直至分析完所有心拍。
对各导联的心电信号分别依次进行从步骤2至5的全程T波交替检测分析，完成全导联全程的T波交替检测。
本发明提出的运动心电图中的T波交替的检测方法，可以有效地解决T波交替信号弱、不易检测的问题，正确地检测T波交替信号，以预测恶性室心率失常。
附图说明
图1是心电图的基本波形图。
图2是肉眼可见的T波交替现象。
图3是心率变化趋势图。
图4是检测得到的T波交替图。
具体实施方式
本发明提出的运动心电图中的T波交替的检测方法首先从心电信号第113拍开始，每16拍为一个分析窗口单位，进行分析。判断最大心率波动幅度，如果高于某一定值，则该16拍为未决，将分析窗移动一个单位，重复上述分析。如果波动幅度低于该定值，则使用上述数据进行128拍功率谱分析，以估计噪声水平。判定估计的噪声，如果大于某一定值，则该分析结果无效，继续移动分析窗，重复上述分析，如果小于该定值，则判定上述功率谱分析是否为可能显著，如果为可能不显著，继续移动分析窗，重复分析。如果为可能显著，则判定是否存在显著的RR间期交替，依然采用128拍功率谱分析的方法，对128个RR间期进行分析。如果RR间期的交替幅度及其交替比例大于相应值，则表示存在RR间期交替，所得到的T波交替结果可能为伪差，故保存该16拍分析结果为未决，继续取下一16拍，重复分析。如果不存在RR间期交替，则判断在平均功率谱上频率0.25处是否存在较为明显的分量。由于0.5与0.25是倍频关系，因而0.5处的分量有可能来源于0.25处的分量，为了避免由于这种情况而干扰T波交替的分析，因此计算0.25处的分量与扣除噪声水平前的交替分量的比值，以衡量干扰的强度。如果该比值大于某定值，则该16拍分析结果为未决，否则认为找到了一个显著的T波交替。继续取下一16拍，重复2至5的步骤，直至所有心拍被分析完。
上述方法中的128拍功率谱建立过程是：
(1)根据QRS波的平均位置，确定待分析的心电图上128拍T波系列的始末点。
(2)以平均128拍QRS波起点作为基线评估的起点，由此点及其左近的等电位PQ段上的七个连续点的平均值作为每拍基线估计值，从相应T波的各个采样点幅值中扣除该估计值，得到不受基线漂移影响的T波。
(3)如果选取的T波有N个采样点，则128拍T波可构成128×N的矩阵，按列通过快速傅立叶变换使心电信号从时域转换成频域。求傅立叶变换的幅值平方并除以变换点数也即总拍数128，即为该列的功率谱估计。将各列所得功率谱估计相应点累加平均即得平均功率谱。由于每一个心拍取一个采样点做功率谱分析，因而在功率谱的频带上，0.5即对应时域上的每2个心拍一个周期，也即0.5频率处即对应T波交替分量。
利用上述功率谱，由频率0.4向其右近取连续8个点，其平均值作为噪声水平的估计，并计算标准差，将交替分量扣除上述噪声，即为滤除噪声干扰后的纯交替分量，定义交替比例AR为纯交替分量与噪声标准差的比值，将纯交替分量除以总拍数，并开平方，即为交替幅度。AR及交替幅度各大于某定值，则表明此时的T波交替分量已不可能是由于噪声引起的(根据噪声的概率统计特性)，因而可判定为T波交替可能显著，否则为可能不显著。
在经由T波交替检测分析、判定后，结果显示在显示屏上，由实验过程中的心率变化趋势曲线和十二导联的T波交替幅度曲线及相应的噪声水平估计曲线组成。
以16拍为基本时间单位，规定该16拍中，第一拍对应的QRS复波出现的时间也即近似为QRS复波位置代表该16拍的时间坐标，求该16拍即时心率的平均值即得该时刻的平均心率，则各时刻与相对应的平均心率画成曲线即可了解整个实验过程中心率的大致变化趋势曲线，见图3。
每一导联的分析结果均有两条曲线，一条曲线反映了运动试验过程中，噪声水平的变化；另一条曲线则为T波交替幅度的变化曲线。上述幅值的计量单位均为微伏。为了直观反映各时刻检测的结果，根据不同的结果相应有不同的颜色指示。如果检测结果为显著，则把该时刻与前一时刻的连线和坐标轴所围的面积用黑色填充，如果为未决情况，则把该面积用灰度颜色填充，如果为非显著，则不填充。
另外，为了免除人工判图的琐碎和可能的失误，由程序自动根据判定规则给出每一导联的最终判定结果，以供参考。判定结果以+表示阳性，-表示阴性，|表示既非阳性也非阴性。图4即为使用此方法得到的T波交替趋势图。图中，为了便于比较运动各级的状况，根据实际跑完的运动方案，用竖虚线把运动级别切换时间标在图中。
以下介绍本发明的一个实施例：
心电图T波交替的检测过程包括以下基本步骤：
(1)分析心电图各导联获得的心电图P、QRS、T波的特征参数。从心电信号第113拍开始，每16拍为一个分析窗口单位，进行分析。
(2)判断最大心率波动幅度，如果高于30bpm，则该16拍为未决，移动分析窗一个单位，重复上述分析。如果波动幅度低于30bpm，则使用上述数据进行128拍功率谱分析方法，来估计噪声水平。
(3)判定估计的噪声，如果大于10微伏，则该分析结果无效，继续移动分析窗，重复上述分析，如果小于10微伏，则判定上述功率谱分析是否为可能显著，如果为可能不显著，继续移动分析窗，重复②、③两个步骤。
(4)如果为可能显著，则判定是否存在显著的RR间期交替，依然采用128拍功率谱分析的方法，对128个RR间期进行分析。如果RR间期的交替幅度大于4ms，且其交替比例AR＞3，则表示存在RR间期交替，所得到的T波交替结果可能为伪差，故保存该16拍分析结果为未决，继续取下一16拍，重复②、③、④几个步骤。
(5)如果不存在RR间期交替，则判断在平均功率谱上频率0.25处是否存在较为明显的分量。由于0.5与0.25是倍频关系，因而0.5处的分量有可能来源于0.25处的分量，为了避免由于这种情况而干扰T波交替的分析，因此计算0.25处的分量与扣除噪声水平前的交替分量的比值，以衡量干扰的强度。如果该比值大于3，则该16拍分析结果为未决，否则认为找到了一个显著的T波交替。继续取下一16拍，重复②至⑤的步骤，直至所有心拍被分析完。
Claims (2)
1、一种运动心电图中的T波交替的检测方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：
(1)从心电图的第113拍开始，每16拍为一个分析窗口单位，进行分析；
(2)判断最大心率波动幅度，若高于某一定值，则认为该16拍不存在T波交替，将分析窗移动一个单位，重复上述分析，若波动幅度低于该定值，则对该分析窗进行128拍功率谱分析，以确定噪声水平；
(3)判断上述噪声水平，若大于某一定值，则认为该分析结果无效，继续移动分析窗，重复上述第(2)步，直至噪声小于该定值，然后用功率谱方法分析是否存在T波交替，若不存在，则继续移动分析窗，重复上述第(2)、(3)步；
(4)若存在T波交替，则判定其中是否存在RR间期交替，若RR间期的交替幅度及其交替比例大于某一定值，则表示存在RR间期交替，所得的上述T波交替结果为伪差，则认为该16拍不存在T波交替，继续取下一16拍，重复第(2)、(3)、(4)步骤；
(5)若RR间期的交替幅度及其交替比例小于某一定值，则表示不存在RR间期交替，进一步判断在平均功率谱上频率0.25处是否存在分量，若存在分量，则计算0.25处的分量与扣除噪声水平前的交替分量的比值，若该比值大于某一定值，则认为该16拍不存在T波交替，若该比值小于某一定值，则认为找到了一个显著的T波交替，继续取下一16拍，重复步骤(2)至(5)，直至分析完所有心拍。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的128拍功率谱的建立过程包括以下步骤：
(1)根据QRS的平均位置，确定待分析的心电图上128拍T波系列的始末点；
(2)将平均128拍QRS波的起点作为基线评估的起点，由此点及其左近的等电位PQ段上的七个连续点的平均值作为每拍基线估计值，并从相应T波的各个采样点幅值中扣除该估计值，得到不受基线漂移影响的T波；
(3)若选取的T波有N个采样点，则128拍T波构成128×N的矩阵，按矩阵列通过快速傅立叶变换使心电信号从时域转换成频域，将傅立叶变换的幅值平方后除以变换点数也即总拍数128，即为该列的功率谱估计，将各列所得功率谱估计相应点累加平均即得平均功率谱。
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