CN117100283B - 一种十二导联心电图的生成方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于图像处理技术领域，提供一种十二导联心电图的生成方法和装置，其方法包括：记录体表三导联动态心电图监测设备采集的第一导联、第二导联和第三导联的三导联心电图，确定所述三导联心电图中各导联轴的方向；在三维空间的直角坐标系中，基于所述三导联心电图中的各导联轴的方向，确定三个导联轴的方向向量，基于常规十二导联心电图的标准导联轴体系中各导联轴的方向，确定十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量；利用所述三个导联轴的方向向量，在所述三维空间中建立立体心电向量环；利用所述十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量，将所述立体心电向量两次投影，生成十二导联心电图。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种十二导联心电图的生成方法和装置。
背景技术
十二导联心电图具有标准的导联轴体系，包括肢体导联(I、II、III、aVR、aVL、aVF)和胸前导联(V1-V6)，分别记录心脏在前额面和水平面上的电活动，从而为准确评估心脏电生理状态提供多角度的信息。十二导联心电图一般仅记录10s，而且信号采集时需要平躺且四肢也贴有电极，用户活动受限。
动态三导联心电图将电极全都置放于用户的胸部，能够在不影响用户活动的情况下连续记录心脏的电活动。但是，其记录的电信号可能因电极或记录装置的不同设计，以及用户的不同使用习惯而有所不同。因此，在解读心电图时需要确认导联电极的实际放置位置，参考设备的操作说明，这在一定程度上增加了心电图解读的复杂性和时间成本，也无法获取十二导联心电图所提供的全面信息。因此，动态三导联心电图的应用受限。
发明内容
本发明的目的是提供一种十二导联心电图的生成方法和装置，能够解决上述问题。
本发明提供的技术方案如下：在一些实施方式中，本发明提供一种十二导联心电图的生成方法，包括：
记录体表三导联动态心电图监测设备采集的第一导联、第二导联和第三导联的三导联心电图，确定所述三导联心电图中各导联轴的方向；
在三维空间的直角坐标系中，基于所述三导联心电图中的各导联轴的方向，确定三个导联轴的方向向量，基于常规十二导联心电图的标准导联轴体系中各导联轴的方向，确定十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量；
利用所述三个导联轴的方向向量，在所述三维空间中建立立体心电向量环；
利用所述十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量，将所述立体心电向量两次投影，生成十二导联心电图。
在一些实施方式中，所述利用所述三个导联轴的方向向量，在所述三维空间中建立立体心电向量环，包括：
在所述三维空间中确定所述三导联心电图中各导联轴上各时刻采样点的坐标；所述第一导联轴、所述第二导联轴和所述第三导联轴为三个非正交导联；
分别以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线，生成立体心电向量环；
在一些实施方式中，所述分别以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线，生成立体心电向量环，包括：
以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线过所述各时刻采样点做三个平面，求得各时刻三个平面的交点；
依次连接所述各时刻三个平面的交点，得到所述立体心电向量环。
在一些实施方式中，所述将所述立体心电向量环经一次投影映射至二维空间，得到所述两个平面心电向量环，包括：
将所述立体心电向量环经一次投影映射至二维空间，得到所述两个平面心电向量环。
将所述两个平面心电向量环经一次投影映射至所述十二导联轴体系中的各导联轴上，生成十二导联心电图。在一些实施方式中，所述将所述立体心电向量环经一次投影映射至二维空间，得到所述两个平面心电向量环，包括：
将所述立体心电向量环投影至心脏的前额面和水平面，得到所述平面心电向量环。
在一些实施方式中，在所述记录体表三导联动态心电图监测设备采集的第一导联、第二导联和第三导联的三导联心电图，确定所述三导联心电图中各导联轴的方向之前，还包括：
对于存储的所述采自于体表三导联动态心电图监测设备的三导联心电图数据进行基线漂移的滤除、去噪、重采样。
在一些实施方式中，本发明还提供一种十二导联心电图的生成装置，包括：
生成模块，用于记录体表三导联动态心电图监测设备采集的第一导联、第二导联和第三导联的三导联心电图，确定所述三导联心电图中各导联轴的方向；
所述生成模块，还用于在三维空间的直角坐标系中，基于所述三导联心电图中的各导联轴的方向，确定三个导联轴的方向向量，基于常规十二导联心电图的标准导联轴体系中各导联轴的方向，确定十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量；
所述生成模块，还用于利用所述三个导联轴的方向向量，在所述三维空间中建立立体心电向量环；
所述生成模块，还用于利用所述十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量，将所述立体心电向量两次投影，生成十二导联心电图。
在一些实施方式中，所述生成模块，还用于：
在所述三维空间中确定所述三导联心电图中各导联轴上各时刻采样点的坐标；所述第一导联轴、所述第二导联轴和所述第三导联轴为三个非正交导联；
分别以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线，生成立体心电向量环；
将所述立体心电向量环经一次投影映射至二维空间，得到所述两个平面心电向量环。
在一些实施方式中，所述生成模块，还用于：
以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线过所述各时刻采样点做三个平面，求得各时刻三个平面的交点；
依次连接所述各时刻三个平面的交点，得到所述立体心电向量环。
在一些实施方式中，所述生成模块，还用于：
将所述立体心电向量环投影至所述三维空间中心脏的前额面和水平面，得到所述平面心电向量环。
在一些实施方式中，还包括：预处理模块，用于：
对于存储的所述采自于体表三导联动态心电图监测设备的三导联心电图数据进行基线漂移的滤除、去噪、重采样。
本发明提供的一种十二导联心电图的生成方法和装置至少具有以下有益效果：
本发明提供的一种准确的基于三导联动态心电图生成常规十二导联心电图的方法和装置，能够使用任意三个在前额面和水平面均有分布的导联轴，通过几何运算方法有效还原出常规十二导联心电图。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种十二导联心电图的生成方法和装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明中的一种十二导联心电图的生成方法的一个实施例的示意图；
图2是本发明中的一种十二导联心电图的生成方法的一个实施例的示意图；
图3是本发明中常规十二导联心电图的导联轴体系示意图中的肢体导联六轴系统图；
图4是本发明中常规十二导联心电图的导联轴体系示意图中的胸壁导联轴系统图；
图5是本发明中在三维空间中以俯视45度视角观测的标准十二导联轴建模示意图；
图6是本发明中三维空间X-Y-Z中形成的三个固定的平面和平面交点示意图；
图7是本发明中立体心电向量环建模示意图之正常窦性心律用户的立体心电向量环的示意图；
图8是本发明中立体心电向量环建模示意图之房颤用户的立体心电向量环的示意图；
图9是本发明中平面心电向量环建模示意图之正常窦性心律用户的前额面心电向量环的示意图；
图10是本发明中平面心电向量环建模示意图之正常窦性心律用户的水平面心电向量环的示意图；
图11是本发明中平面心电向量环建模示意图之房颤用户的前额面心电向量环的示意图；
图12是本发明中平面心电向量环建模示意图之房颤用户的水平面心电向量环的示意图；
图13是本发明中10s的常规十二导联心电图生成效果可视化与评估示意图之正常窦性心律用户的原始的常规十二导联心电图；
图14是本发明中10s的常规十二导联心电图生成效果可视化与评估示意图之正常窦性心律用户生成的常规十二导联心电图；
图15是本发明中10s的常规十二导联心电图生成效果可视化与评估示意图之房颤用户原始的常规十二导联心电图；
图16是本发明中10s的常规十二导联心电图生成效果可视化与评估示意图之房颤用户生成的常规十二导联心电图；
图17是本发明中装置的模块构成示意图；
图18是本发明中在某采样时刻，三维空间X-Y-Z中形成的三个固定的平面和平面交点示意图；
图19是本发明中的立体心电向量环建模示意图；
图20是本发明中10s的常规十二导联心电图生成效果可视化与评估示意图之GE800心电图机采集的常规十二导联心电图；
图21是本发明中10s的常规十二导联心电图生成效果可视化与评估示意图之生成的常规十二导联心电图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
在一个实施例中，如图1所示，本发明提供一种十二导联心电图的生成方法，包括：
S101记录体表三导联动态心电图监测设备采集的第一导联、第二导联和第三导联的三导联心电图，确定所述三导联心电图中各导联轴的方向；
S102在三维空间的直角坐标系中，基于所述三导联心电图中的各导联轴的方向，确定三个导联轴的方向向量，基于常规十二导联心电图的标准导联轴体系中各导联轴的方向，确定十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量；
S103利用所述三个导联轴的方向向量，在所述三维空间中建立立体心电向量环；
S104利用所述十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量，将所述立体心电向量两次投影，生成十二导联心电图。
在一些实施方式中，所述利用所述三个导联轴的方向向量，在所述三维空间中建立立体心电向量环，包括：
在所述三维空间中确定所述三导联心电图中各导联轴上各时刻采样点的坐标；所述第一导联轴、所述第二导联轴和所述第三导联轴为三个非正交导联；
分别以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线，生成立体心电向量环。
在一些实施方式中，所述利用所述十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量，将所述立体心电向量两次投影，生成十二导联心电图，包括：
将所述立体心电向量环经一次投影映射至二维空间，得到所述两个平面心电向量环。
将所述两个平面心电向量环经一次投影映射至所述十二导联轴体系中的各导联轴上，生成十二导联心电图。
在某些相关技术中，通过在身体表面放置多个电极，记录心脏电活动在不同位置的电势变化，形成的体表心电图可以用于计算心脏电偶极子矢量的大小和方向。这些矢量的起始点位于心脏中心，而每个时刻的矢量大小和方向则对应着该时刻的心脏电活动情况。
在一个心电周期中，心脏电活动可形成立体的P环、QRS环和T环，它们代表了心脏电偶极子矢量在三维空间中的运动轨迹。各导联所得到的心电图实质上是心脏电活动的立体心电向量环通过两次投影后得到的结果。首先，立体心电向量环在前额面和水平面两个切面上进行投影，得到相应的平面心电向量环。其次，两个平面心电向量环再次投影到所对应平面上的心电图导联系统，得到不同导联上的心电图波形。
在使用三个正交的导联生成常规十二导联心电图的方法中，通过向量运算方法来计算心电信号在三个正交导联上形成的空间向量的矢量和，以得到立体心电向量环。该方法需要精确的电极放置和严格的导联轴角度以确保三个导联正交，否则生成的常规十二导联心电图极易失真。此外，在用户体位不便改变等特殊情况下，放置三个正交的导联可能较为困难。同时，该方法通常固定了导联轴的位置，不够灵活和可扩展，无法满足某些特殊情况下需要增加其他额外导联的需求。
本实施例中通过三个非正交的导联轴还原出十二导联心电图，能够灵活的选择和扩展。
在一个实施例中，所述分别以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线，生成立体心电向量环，包括：
以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线过所述各时刻采样点做三个平面，求得各时刻三个平面的交点；
依次连接所述各时刻三个平面的交点，得到所述立体心电向量环。
在一个实施例中，所述将所述立体心电向量环经一次投影映射至二维空间，得到所述两个平面心电向量环，包括：
将所述立体心电向量环投影至心脏的前额面和水平面，得到所述平面心电向量环。
在一个实施例中，在所述记录体表三导联动态心电图监测设备采集的第一导联、第二导联和第三导联的三导联心电图，确定所述三导联心电图中各导联轴的方向之前，还包括：
对于存储的所述采自于体表三导联动态心电图监测设备的三导联心电图数据进行基线漂移的滤除、去噪、重采样。
本发明涉及一种基于体表任意三导联动态心电图生成常规十二导联心电图的技术，旨在解决当前由于导联电极放置位置因需满足导联轴正交而受限的问题。
本技术方案基于心电向量形成原理，采用几何运算方法，实现了使用任意三个在前额面和水平面均有分布的导联生成常规十二导联心电图，所述装置可连接于任意采集方式的动态三导联心电图监测设备。
具体地，本技术方案的实施过程主要包括以下几个方面：
首先，所述装置接收用户指令记录10s三导联动态心电图；
其次，所述方法采用几何运算方法，构建立体心电向量环，投影得出心脏在前额面和水平面上的电活动信息，并生成标准的十二导联心电图；
此外，所述装置将生成的十二导联心电图存储并上传至服务器。
在一个实施例中，本发明还提供一种基于三导联动态心电图生成常规十二导联心电图的方法：
(1)获取三导联动态心电图，包括心脏在前额面和水平面均有分布的三个任意导联；确定三导联心电图和常规十二导联心电图的电极位置和各导联轴的方向。导联轴为动态三导联心电图的三个导联轴和常规十二导联心电图的十二个导联轴。
对于动态三导联心电图，双极三导联心电图的电极位置和导联轴方向因具体设备而有所不同。
对于常规十二导联心电图，电极位置为：
I导联：左手腕和右手腕之间。
II导联：右手腕和左脚踝之间。
III导联：左手腕和左脚踝之间。
aVR导联：位于心脏电位的平均位置。
aVL导联：左手腕和左脚踝之间。
aVF导联：右手腕和左手腕之间。
V1导联：第四肋间隙右缘，胸骨旁边。
V2导联：第四肋间隙左缘，胸骨旁边。
V3导联：V2导联和V4导联之间。
V4导联：第五肋间隙中线，腋窝下缘。
V5导联：水平线从V4导联向前延伸，左前腋线。
V6导联：水平线从V4导联向前延伸，左中腋线。
对于常规十二导联心电图，各导联轴方向如图3所示。当确定了导联或电极位置，那么导联轴的方向也就明确了。
(2)将导联轴视为三维空间X-Y-Z中的向量，将三导联心电图中的心电信号视为各导联轴上的点，求得分别以三个导联轴为法线，过各导联轴上的点的平面；
首先定义导联轴一L1的方向向量为(X1,Y1,Z1)；导联轴二L2的方向向量为(X2,Y2,Z2)；导联轴三L3的方向向量为(X3,Y3,Z3)；常规十二导联心电图的导联轴li(i为整数且1≤i≤12)的方向向量为(Xli,Yli,Zli)，以及在时刻t分布于各导联轴上的采样点分别为(x1t,y1t,z1t)，(x2t,y2t,z3t)和(x3t,y3t,z3t)。
在采样时刻t，将上述定义作为已知条件求得三个平面的表达式：
平面一P1t：X1(x-x1t)+Y1(y-y1t)+Z1(z-z1t)＝0；
平面二P2t：X2(x-x2t)+Y2(y-y2t)+Z2(z-z2t)＝0；
平面三P3t：X3(x-x3t)+Y3(y-y3t)+Z3(z-z3t)＝0。
(3)将某采样时刻t采集到的三个信号点(x1t,y1t,z1t)，(x2t,y2t,z3t)和(x3t,y3t,z3t)分别代入到步骤(2)中的平面表达式中，可获得三个固定的平面P1t，P2t和P3t，三个平面相交于一点(xt,yt,zt)＝P1t∩P2t∩P3t。将各时刻所得交点依次连接，得到立体心电向量环。在实施例一和实施例二中，常规十二导联心电图固定为500Hz，三导联心电图被采样到500Hz，所以一个单位时间(s)为500个采样点。
(4)分别设定z＝0和y＝0，将立体心电向量环投影到前额面X-Y和水平面X-Z上，得到两个平面心电向量环。
将这两个平面心电向量环所包含的各瞬时综合向量(xt,yt,0)和(xt,0,zt)分别与在该平面内的常规十二导联心电图的导联轴的单位向量做点积，从而获得这两个平面心电向量环在各导联轴上的投影，最终得到生成的常规十二导联心电图波形。
实施例一：
将本发明的基于三导联动态心电图生成常规十二导联心电图的方法和装置应用于基于常规十二导联心电图中的10s三导联心电图(I、aVF和V3三个非正交导联)生成常规十二导联心电图。
心电图来源于PhysioNet上的PTB-XL数据库中的编号为00000/00007的正常窦性心律用户和编号为00000/00337的房颤用户，原始采样率为500Hz。
采用本发明的生成常规十二导联心电图的方法，流程框图如图2所示，具体为：
(1)从常规十二导联心电图中选取I、aVF和V3三个导联的心电图。
(2)在三维空间中的直角坐标系X-Y-Z中，基于如图3、4所示的常规十二导联心电图的导联轴体系中各导联轴的方向，确定心电图的各导联轴的方向向量，如图5所示。
(3)在I导联、aVF导联和V3导联心电图上的采样时刻t，确定三个导联的心电信号的电压分别为It，aVFt和V3t，在三维空间X-Y-Z中的坐标分别为(It,0,0)，(0,aVFt,0)和(0.454V3t,0,0.891V3t)。
(4)如图6所示，在采样时刻t，分别以I导联、II导联和V3导联的导联轴的方向向量为法线，分别过(It,0,0)，(0,-aVFt,0)和(0.454V3t,0,0.891V3t)，得到三个固定的平面，平面P1t为x-It＝0，平面P2t为y+aVFt＝0，平面P3t为x-0.454V3t+1.963(z-0.891V3t)＝0。三个平面相交于一点(It，-aVFt，1.122V3t-0.509It)。将各时刻所得交点依次连接，得到立体心电向量环，立体心电向量环如图7、8所示。
(5)分别将各时刻所得交点的Z轴和Y轴上的坐标设定为0，将立体心电向量环投影到前额面X-Y和水平面X-Z上，得到如图9～12所示的平面心电向量环(前额面和水平面)。
(6)将前额面和水平面心电向量环投影到在各平面内的导联轴上，生成常规十二导联心电图波形，如图13～16所示。
(7)使用相关性系数和显著性(p值)来衡量原始的常规十二导联心电图和生成的常规十二导联心电图在除I导联、aVF导联和V3导联外的其他导联上的线性相关程度，相关性系数和显著性的计算结果如表1和表2所示。
表1：正常窦性心律的原始心电图和生成心电图在其他导联上的相关系数和显著性对照：
表2：房颤的原始心电图和生成心电图在其他导联上的相关系数和显著性对照表：
采用本发明生成常规十二导联心电图的方法，其装置的构成模块如图17所示，本实施例所述预处理模块的预处理过程具体为：
(1)滤除基线漂移：先采用200ms中值滤波器滤除原始心电信号中的QRS复合波，再采用600ms中值滤波器滤除T波，获得基线漂移信号，最后将原始心电信号减去基线漂移信号后获得滤除基线漂移后的心电信号。
(2)滤除高频噪声：先采用合适的小波基对经步骤(1)处理后的心电信号进行四层小波分解，再设置合适的阈值对每个小波分量进行阈值处理，最后重构信号后获得滤除高频噪声的心电信号。
合适的小波基：装置中的用户界面可显示的去噪前后的心电图波形，由此尝试更换可选项中的小波基(如：db4，Haar，mexh等)，并选择效果最佳的小波基。其中，对于不同导联，也可选择不同的小波基。
滤除高频噪声方式一：先采用db4小波基对经步骤(1)后的心电信号进行四层小波分解，再设置0.1的阈值对每个小波分量进行阈值处理，最后重构信号后获得滤除高频噪声的心电信号。
滤除高频噪声方式二：采用db4小波基对滤除基线漂移后的模拟aVF导联心电图进行四层小波分解，然后设置0.05的阈值对每个小波分量进行阈值处理，最后重构信号后获得滤除高频噪声的心电信号。
在本实施例中对不同心电图以及不同导联选择合适的小波基及阈值，使去除高频噪声的效果更佳，具有较强的可调节性和适应性。
实施例二：将本发明的基于三导联动态心电图生成常规十二导联心电图的方法和装置应用于基于双极三导联动态心电图监测设备(采样率为256Hz)采集的10s三导联心电图(模拟I导联、模拟aVF导联和模拟V5导联三个非正交导联)生成常规十二导联心电图。
采用本发明的生成常规十二导联心电图的方法，流程框图如图2所示，具体为：
(1)确定双极三导联动态心电图监测设备的电极位置和三导联心电图的导联轴方向，其中，模拟I导联、模拟aVF导联和模拟V5导联的导联轴方向分别与常规十二导联心电图的I导联、aVF导联和V5导联的导联轴方向一致。(2)
在三维空间中的直角坐标系X-Y-Z中，确定心电图的各导联轴的方向向量。根据心电图的各导联轴的方向向量在三维空间X-Y-Z中建模标准的十二导联轴体系，
(2)在三维空间中的直角坐标系X-Y-Z中，基于如图3、4所示的常规十二导联心电图的导联轴体系中各导联轴的方向，确定心电图的各导联轴的方向向量，如图5所示。
(3)在模拟I导联、模拟aVF导联和模拟V5导联心电图上的采样时刻t，确定三个导联的心电信号的电压分别为It，aVFt和V5t，在三维空间X-Y-Z中的坐标分别为(It,0,0)，(0,aV5t,0)和(0.995V5t,0,0.105V5t)。
(4)如图18所示，在采样时刻t，分别以I导联、II导联和V5导联的导联轴的方向向量为法线，分别过(It,0,0)，(0,-aVFt,0)和(0.995V5t,0,0.105V5t)，得到三个固定的平面，平面P1t为x-It＝0，平面P2t为y+aVFt＝0，平面P3t为x-0.454V5t+1.963(z-0.891V3t)＝0。三个平面相交于一点(It，-aVFt，9.581V5t–9.476It)。将各时刻所得交点依次连接，得到立体心电向量环，立体心电向量环如图19所示。
(5)分别将各时刻所得交点的Z轴和Y轴上的坐标设定为0，将立体心电向量环投影到前额面X-Y和水平面X-Z上，得到平面心电向量环(前额面和水平面)。
(6)将前额面和水平面心电向量环投影到在各平面内的导联轴上，生成常规十二导联心电图波形，如图21所示。
(7)使用常规十二导联心电图机GE800(采样率为500Hz)采集10s常规十二导联心电图，如图20所示。由于三导联设备和十二导联心电图机在记录心电信号的时间和不同，首先通过动态时间规整对齐生成的常规十二导联心电图和采集的常规十二导联心电图，然后使用相关性系数和显著性来衡量采集的常规十二导联心电图和生成的常规十二导联心电图在各导联上的线性相关程度，如表3所示。
表3：双极三导联动态心电图的原始心电图和生成心电图在各导联上的相关系数和显著性：
采用本发明的生成常规十二导联心电图的方法，构成模块如图8所示。为了便于将生成的常规十二导联心电图与GE800采集的常规十二导联心电信号进行对比分析，本实施例的预处理过程具体为：
(1)滤除基线漂移：先采用200ms中值滤波器滤除原始心电信号中的QRS复合波，再采用600ms中值滤波器滤除T波，获得基线漂移信号，最后将原始心电信号减去基线漂移信号后获得滤除基线漂移后的心电信号。
(2)滤除高频噪声：先采用合适的小波基对滤除基线漂移后的模拟aVF导联心电图进行四层小波分解，再设置合适的阈值对每个小波分量进行阈值处理，最后重构信号后获得滤除高频噪声的心电信号。
(3)保留固定带宽：采用具有合适通频带的巴特沃斯滤波器，保留经步骤(1)、(2)后获得的心电信号的固定频带。实施例二：保留固定带宽：采用通频带为0.05-45Hz的巴特沃斯滤波器，保留经步骤(1)、(2)后获得的心电信号的固定频带。设置原因为：不同信号受噪声干扰程度不同，对于噪声水平高的心电图，需要通过巴特沃斯滤波器保留固定的带宽以达到去噪的目的。作用和优势为：通过巴特沃斯滤波器保留心电图的固定带宽可以去除噪音，突出特定频率范围，选择带宽，并保留重要信息，有助于进一步提高心电图的质量和可靠性。
(4)将经步骤(1)、(2)、(3)后获得的心电信号重采样到500Hz。
在不同状态和不同场景中采集到的三导联动态心电图受到的噪声干扰程度不一致，所以可根据原始三导联心电图中的噪声水平选择可调节的滤波方式。
装置主要包括三种可选择的滤波方式，滤波程度均可调节：中值滤波器、不同小波基的小波分解与不同阈值的重构、带宽范围可调节的巴特沃斯滤波器。
在一个实施例中，本发明还提供一种十二导联心电图的生成装置，包括：
生成模块，用于记录体表三导联动态心电图监测设备采集的第一导联、第二导联和第三导联的三导联心电图，确定所述三导联心电图中各导联轴的方向；
所述生成模块，还用于在三维空间的直角坐标系中，基于所述三导联心电图中的各导联轴的方向，确定三个导联轴的方向向量，基于常规十二导联心电图的标准导联轴体系中各导联轴的方向，确定十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量；
所述生成模块，还用于利用所述三个导联轴的方向向量，在所述三维空间中建立立体心电向量环；
所述生成模块，还用于利用所述十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量，将所述立体心电向量两次投影，生成十二导联心电图。
具体的，一种基于三导联动态心电图生成常规十二导联心电图的装置：
(1)输入模块接收用户指令，将用户指令传递给采集模块、预处理模块，生成模块、存储模块，发送模块。
(2)采集模块连接三导联动态心电图监测设备，将采集到的三导联动态心电图存储到所述存储模块；
(3)预处理模块基于存储的三导联动态心电图数据，对数据进行基线漂移的滤除、去噪、重采样，其中，各导联心电图所用的滤波器和滤波程度可选择与调节。
(4)生成模块基于预处理后的心电图数据生成常规十二导联心电图，并传递给所述存储模块进行存储；
(5)发送模块将生成的常规十二导联心电图上传至服务器接受实时访问与分析。
在一个实施例中，所述生成模块，还用于：
在所述三维空间中确定所述三导联心电图中各导联轴上各时刻采样点的坐标；所述第一导联轴、所述第二导联轴和所述第三导联轴为三个非正交导联；
分别以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线，生成立体心电向量环；
将所述立体心电向量环经一次投影映射至二维空间，得到所述两个平面心电向量环在一个实施例中，所述生成模块，还用于：
以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线过所述各时刻采样点做三个平面，求得各时刻三个平面的交点；
依次连接所述各时刻三个平面的交点，得到所述立体心电向量环。
在一个实施例中，所述生成模块，还用于：
将所述立体心电向量环经一次投影映射至二维空间，得到所述两个平面心电向量环。
将所述两个平面心电向量环经一次投影映射至所述十二导联轴体系中的各导联轴上，生成十二导联心电图。
在一个实施例中，所述生成模块，还用于：
将所述立体心电向量环投影至心脏的前额面和水平面，得到所述平面心电向量环。
在一个实施例中，还包括：预处理模块，用于：
对于存储的所述采自于体表三导联动态心电图监测设备的三导联心电图数据进行基线漂移的滤除、去噪、重采样。
本发明提供的一种准确的基于三导联动态心电图生成常规十二导联心电图的方法和装置，能够使用任意三个在前额面和水平面均有分布的导联轴，通过几何运算方法有效还原出常规十二导联心电图。
在本实施例中，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的程序单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各程序模块可以集成在一个处理单元中，也可是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个处理单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序单元的形式实现。另外，各程序模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的十二导联心电图的生成方法和装置，可以通过其他的方式实现。示例性的，以上所描述的十二导联心电图的生成方法和装置的实施例仅仅是示意性的，示例性的，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，示例性的，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性、机械或其他的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种十二导联心电图的生成方法，其特征在于，包括：
记录体表三导联动态心电图监测设备采集的第一导联、第二导联和第三导联的三导联心电图，确定所述三导联心电图中各导联轴的方向；
在三维空间的直角坐标系中，基于所述三导联心电图中的各导联轴的方向，确定三个导联轴的方向向量，基于常规十二导联心电图的标准导联轴体系中各导联轴的方向，确定十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量；
利用所述三个导联轴的方向向量，在所述三维空间中建立立体心电向量环；
利用所述十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量，将所述立体心电向量环两次投影，生成十二导联心电图；
其中，所述利用所述三个导联轴的方向向量，在所述三维空间中建立立体心电向量环，包括：
在所述三维空间中确定所述三导联心电图中各导联轴上各时刻采样点的坐标；所述三个导联轴包括：第一导联轴、第二导联轴和第三导联轴，所述第一导联轴、所述第二导联轴和所述第三导联轴为三个非正交导联；
分别以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线，生成立体心电向量环；
所述分别以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线，生成立体心电向量环，包括：
以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线过所述各时刻采样点做三个平面，求得各时刻三个平面的交点；
依次连接所述各时刻三个平面的交点，得到所述立体心电向量环。
2.根据权利要求1中所述的一种十二导联心电图的生成方法，其特征在于，在所述记录体表三导联动态心电图监测设备采集的第一导联、第二导联和第三导联的三导联心电图，确定所述三导联心电图中各导联轴的方向之前，还包括：
对于存储的所述三导联心电图的数据进行基线漂移的滤除、去噪、重采样。
3.一种十二导联心电图的生成装置，其特征在于，包括：
生成模块，用于记录体表三导联动态心电图监测设备采集的第一导联、第二导联和第三导联的三导联心电图，确定所述三导联心电图中各导联轴的方向；
所述生成模块，还用于在三维空间的直角坐标系中，基于所述三导联心电图中的各导联轴的方向，确定三个导联轴的方向向量，基于常规十二导联心电图的标准导联轴体系中各导联轴的方向，确定十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量；
所述生成模块，还用于利用所述三个导联轴的方向向量，在所述三维空间中建立立体心电向量环；
所述生成模块，还用于利用所述十二导联轴体系中的各导联轴的方向向量，将所述立体心电向量环两次投影，生成十二导联心电图；
所述生成模块，还用于：在所述三维空间中确定所述三导联心电图中各导联轴上各时刻采样点的坐标；所述三个导联轴包括第一导联轴、第二导联轴和第三导联轴，所述第一导联轴、所述第二导联轴和所述第三导联轴为三个非正交导联；
分别以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线，生成立体心电向量环；
将所述立体心电向量环经一次投影映射至二维空间，得到两个平面心电向量环；
将所述两个平面心电向量环经一次投影映射至所述十二导联轴体系中的各导联轴上，生成十二导联心电图；
所述生成模块，还用于：
以所述三导联心电图中各导联轴的方向向量为法线过所述各时刻采样点做三个平面，求得各时刻三个平面的交点；
依次连接所述各时刻三个平面的交点，得到所述立体心电向量环；
将所述立体心电向量环投影至心脏的前额面和水平面，得到所述平面心电向量环。
4.根据权利要求3中所述的一种十二导联心电图的生成装置，其特征在于，还包括：预处理模块，用于：
对于存储的所述三导联心电图的数据进行基线漂移的滤除、去噪、重采样。
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|---|---|
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Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1531902A (zh) * | 2003-03-21 | 2004-09-29 | 比顿（北京）医用设备有限公司 | 以校正的正交心电图方式转换多种同步心电图导联方法 |
| CN1994221A (zh) * | 2007-01-10 | 2007-07-11 | 赵峰 | 一种立体影像心电图仪及实现方法 |
| CN101011242A (zh) * | 2007-02-06 | 2007-08-08 | 赵峰 | 一种向量心电图仪及实现方法 |
| JP2008264179A (ja) * | 2007-04-19 | 2008-11-06 | Fukuda Denshi Co Ltd | 心電図データ処理装置、心電図データ処理方法及び心電図データ処理プログラム |
| CN106056045A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-10-26 | 浙江铭众科技有限公司 | 一种三导联重构十二导联心电信号的方法 |
| CN106073753A (zh) * | 2016-04-29 | 2016-11-09 | 北京蓬阳丰业医疗设备有限公司 | 18导联全息动态及静态心电图分析方法及系统 |
| CN106073760A (zh) * | 2016-04-29 | 2016-11-09 | 北京蓬阳丰业医疗设备有限公司 | 基于威尔逊导联的18导联动态心电图分析方法及系统 |
| CN107440707A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-12-08 | 北京蓬阳丰业医疗设备有限公司 | 基于wilson心电图导联体系的18导/21导动态心电图方法 |
| CN107440710A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-12-08 | 北京蓬阳丰业医疗设备有限公司 | 基于wilson心电图导联体系的4电极至7电极同步采集方法 |
| CN111543979A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-08-18 | 许祥林 | 一种常规导联输出心电向量图的方法 |
| CN114983427A (zh) * | 2021-03-02 | 2022-09-02 | 石家庄望峰科技有限公司 | 心电监测方法和心电监测系统 |
| KR20230075633A (ko) * | 2021-11-23 | 2023-05-31 | 통합의료소프트 유한회사 | 심전도 측정 시스템 및 심전도 측정 방법 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6760615B2 (en) * | 2001-10-31 | 2004-07-06 | Medtronic, Inc. | Method and apparatus for discriminating between tachyarrhythmias |
| US6920349B2 (en) * | 2002-07-01 | 2005-07-19 | David M. Schreck | System and method for predicting the onset of cardiac pathology using fractal analysis |
| US10716483B2 (en) * | 2013-02-08 | 2020-07-21 | Ivana I. VRANIC | Method and system for vector analysis of electrocardiograms |
| WO2015130596A1 (en) * | 2014-02-27 | 2015-09-03 | Zoll Medical Corporation | Vcg vector loop bifurcation |
| EP4203792A1 (en) * | 2020-08-28 | 2023-07-05 | Analog Devices International Unlimited Company | Electrocardiogram lead reconstruction using machine learning |
-
2023
- 2023-08-01 CN CN202310955500.XA patent/CN117100283B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1531902A (zh) * | 2003-03-21 | 2004-09-29 | 比顿（北京）医用设备有限公司 | 以校正的正交心电图方式转换多种同步心电图导联方法 |
| CN1994221A (zh) * | 2007-01-10 | 2007-07-11 | 赵峰 | 一种立体影像心电图仪及实现方法 |
| CN101011242A (zh) * | 2007-02-06 | 2007-08-08 | 赵峰 | 一种向量心电图仪及实现方法 |
| JP2008264179A (ja) * | 2007-04-19 | 2008-11-06 | Fukuda Denshi Co Ltd | 心電図データ処理装置、心電図データ処理方法及び心電図データ処理プログラム |
| CN106073753A (zh) * | 2016-04-29 | 2016-11-09 | 北京蓬阳丰业医疗设备有限公司 | 18导联全息动态及静态心电图分析方法及系统 |
| CN106073760A (zh) * | 2016-04-29 | 2016-11-09 | 北京蓬阳丰业医疗设备有限公司 | 基于威尔逊导联的18导联动态心电图分析方法及系统 |
| CN106056045A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-10-26 | 浙江铭众科技有限公司 | 一种三导联重构十二导联心电信号的方法 |
| CN107440707A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-12-08 | 北京蓬阳丰业医疗设备有限公司 | 基于wilson心电图导联体系的18导/21导动态心电图方法 |
| CN107440710A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-12-08 | 北京蓬阳丰业医疗设备有限公司 | 基于wilson心电图导联体系的4电极至7电极同步采集方法 |
| CN111543979A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-08-18 | 许祥林 | 一种常规导联输出心电向量图的方法 |
| CN114983427A (zh) * | 2021-03-02 | 2022-09-02 | 石家庄望峰科技有限公司 | 心电监测方法和心电监测系统 |
| KR20230075633A (ko) * | 2021-11-23 | 2023-05-31 | 통합의료소프트 유한회사 | 심전도 측정 시스템 및 심전도 측정 방법 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 汤艺,魏义祥.三导联重建十二导联心电图的算法研究.北京生物医学工程.1999,(第04期),第208-211页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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