CN1447668A - 用于合成导联和提供精确性量度的心电图系统 - Google Patents

用于合成导联和提供精确性量度的心电图系统 Download PDF

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Abstract

一心电图(ECG)系统包括一数据库用来包含很多的条目。每个条目都包含有用来从所接收的ECG导联信号合成12导联ECG的数据和合成的12导联ECG信号的精确性量度。该接收的ECG导联信号由于相应电极的松脱，或因为患者身上的该位置不可能提供而丢失一个或多个导联。该合成的12导联ECG就可合成该丢失的导联。另外，该接收的12导联ECG也可从处于与基准位置不同的体位的患者得出来。该合成的12导联ECG将该ECG转变成处于基准体位的患者的12导联ECG。此外，可将合成的导联信号与接收的导联信号比较，以检测异常信号。

Description

用于合成导联和提供精确性量度的心电图系统
本申请是基于临时申请的正式申请，该临时申请是于2000年8月3日提出的，序列号为60/222,806，题为“Signal ProcessingApparatus，Monitoring Method，User Interface[sic]，andAnalysis  System for Synthesizing an Electrocardiogram”。
发明领域
本发明涉及心电图(ECG)系统，特别是涉及能提供合成信号的心电图系统，该合成信号与提供实际的ECG信号的电极所产生的信号相应。
发明背景
ECG系统是众所周知的，它可给医生提供关于患者心脏的生理状态的信息。更具体地说，存在有所谓12导联的ECG系统，它给医生提供12种叫做导联的波形。为了提供这样的12导联的ECG，在患者身上安放10个电极，并对来自这些电极的信号加以处理以便提供12导联，所有这些都是以已知方式进行的。10个这些电极包括：4个电极，提供处理信号以产生6个被叫做四肢导联的导联；和6个电极，提供处理信号以产生6个被叫做心前区或胸导联的导联。
在某些情形中，来自所有10个电极的信号并不都是可用的，而这些信号是正确得出12导联的ECG所需要的。例如，有时电极从身体上松掉或滑动，就会产生零信号，或产生一些按的方式衰减到不能使用程度的信号。此外，在患者身上由于受伤或手术也不能提供应安放一个或多个电极的该位置。作为另一例子，在无可挑剔的检测或遥测的条件下，为了患者的舒服和将要求处理的信号减至最少，装备有仅提供5或6个电极的模块。
在其它情形中，可能希望将电极安放在身上与正常使用位置不同的位置上。例如可能希望监测心脏的右侧，或监测左侧附近。
在任何情形，电极有时都会被放置在不正确的位置上，或将两个电极颠倒。此外电极还可能提供异常的信号。例如，如果电极从患者身上松掉或滑动，则来自那个电极的信号就是不精确的。另外，如果病人移动(例如，侧身或坐起来)，作为来自所有电极的信号，即使是精确的，也可能由于该患者的移动在分析之后得出异常的结果。最好是在上述的所有条件下都仍能提供产生12导联ECG所需要的信号。
众所周知，代表相应的导联信号的信号都包含有相互冗余的信息。众所周知的还有，如果一个电极丢失或发生故障，则就可适当地将能获得的和起作用的来自其它电极和/或其它导联的信号组合起来用于产生一合成信号，该合成信号非常近似于源自该丢失或发生故障的电极的导联信号。为了应用这种技术，在分析阶段中，将整个12导联的ECG的至少某些部分记录下来。然后处理该记录的信号以便产生一功能，可应用于能获得的导联信号上，用来合成一与丢失或发生了不能使用的畸变的导联信号近似的导联信号。在合成阶段中，就将这种功能施加于可获得的导联信号。使用这种技术，丢失的导联就可被合成。
在1991年10月22日公布的Nicklas等人的专利U.S.Patent5,058,598中公开了一种系统，用于从称做基础导联组的导联来合成预期的心前区导联。首先，在分析阶段，对包括至少该基础导联组(在Nicklas等人的专利中，该基础导联就是I，II，和V2)和希望合成的该心前区导联信号(除V2以外)的一组ECG导联信号进行处理，以便产生一线性方程的系数。然后，在合成阶段，接收仅代表该基础导联的信号，并将那些基础导联的值代入该线性方程来得出代表所想要的合成心前区的导联信号。Nicklas等人还公开了，将该ECG的复合波(ECG complex)分区成一些段(例如，QRS，ST，等)并分别对每一段进行处理，以便对与每段相应的各自的线性方程产生相应的系数组。在这种情形中，在合成阶段上，将来自基础导联的每段的值代入适当的线性方程，以得出代表在该段所预期的合成的心前区导联信号。
在1996年2月13日公布的Mortara的专利U.S.Patent5,490,515中公开了一种系统，用来从一组的8个导联信号合成一单个的特定导联。在分析阶段，来源于相应电极的该组的8个导联信号被该系统接收，并产生一具有表项的系数表，该表项代表一组线性方程的系数。在合成阶段，该系数表那时就用来根据其它7个导联信号的值合成从该8个导联信号中所选出的一个。Mortara还同时公开了多于一个的丢失导联的合成。
在这两种系统中都没有什么合成信号精确度的指示提供给操作人员。此外，在这两系统中也没有什么信息提供给操作人员来提醒操作人员信号异常，这既无助于该ECG的制备，也无助于解释显示的12个ECG导联波形。
最好测定与其它可能合成的信号有关的该合成信号的精确度，并将该信息提供给操作人员。还需要提供信息给操作人员，以便提醒他信号异常，和有助于制备该ECG和解释该结果。在某些情形，如遥测ECG中，还希望用最少的电极数来监测患者，同时产生全部的12个导联的ECG并保持一希望的精度水平。
发明概述
按照本发明的原理，心电图(ECG)系统可提供一组ECG导联信号。该系统包括一ECG导联信号源的子集合。与该ECG导联信号源耦连的合成器从该ECG导联信号的子集合产生一组合成的ECG导联信号。还产生代表该合成ECG导联信号组的精度的数据。
附图简述
在附图中：
图1是一框图形式的图解，数据库方块还以存储器平面布置形式表示，它图示出按照本发明原理的ECG系统的一部分；
图2是一有助于理解图1所示系统运作的流程图；
图3是一说明矩阵计算的图解，它有助于理解本发明的运作；
图4是一说明按本发明原理的系统的一不同部分的框图；及
图5和图6是说明图1所示的系统根据体位变化运作的流程图。
发明详述
图1是一框图形式的图解，数据库方块还以存储器平面布置形式表示，它图示出按照本发明原理的ECG系统的一部分。在图1中，打算将多个电极102附着在患者身体的相应位置上。该多个电极102是与一预处理器104的相应输入端子耦连。该预处理器104的相应输出端与存储器106的相应输入端耦连。该存储器106的相应输出端与分析线路(circuit)108的输入端耦连。分析线路108的输出端与一数据库110的输入端耦连。
在运行过程中，该多个电极102就是打算附着在患者预定位置的ECG电极。在所示实施例中，提供有10个电极。该预处理器104处理来自该10个电极的信号，以便在相应输出端产生代表12导联的ECG的信号。更具体地说，处理来自四个肢体的导联电极的信号，以提供肢体导联信号I和II。从肢体导联(limb lead)信号I和II就可用数学方法得出其余的肢体导联信号III，aVR，aVL，和aVF。在所示实施例中，那些其它肢体导联信号的推导与本发明并无密切关系，因而在本申请的余下部分对它们不作讨论。分别对其它六个电极进行处理，以便提供相应的心前区导联信号(V1，V2，V3，V4，V5，V6)。这样，代表8个导联信号(I，II，V1，V2，V3，V4，V5，V6)的信号就由该预处理器104以已知的方式产生，并进一步按下述方法对其加以处理。
在所示实施例中，这种预处理还包括模拟-数字转换。因而，该8个导联信号都具有多位的数字形式。该预处理器104还可提供处理，以便识别每个ECG的复合波特征，和对每个导联的若干数目的相继ECG复合波进行时间对准和聚集(time align and aggregate)(例如，平均，中值滤波器等)，这一切都是以已知的方式进行的。将代表该8个可能是聚集的ECG导联复合波都按已知方式存入该存储器106的相应单元中。
图2是一有助于理解图1所示的分析系统的分析阶段的运作的流程图。该运作从方框202开始。在方框204中获得全部的12个导联ECG，而且，如上所述，该结果是代表8个相应ECG导联复合波(I，II，V1，V2，V3，V4，V5，V6)的多位数字数据，这些复合波可能是聚集的。代表这8个导联复合波的数据都是以已知的方式被存储在存储器106中的相应单元中。
该分析线路108以已知的方式从该存储器106中与该8个导联复合波相应的单元上检索数据。然后该分析线路108就对检索的数据进行分析。一般来说，对待每个可能的一个或多个导联的组合就犹如它丢失或不能使用一样。然后，对于每个这样的组合来说，将被当做犹如仍然可用的其它剩余的导联复合波与该丢失的导联复合波或一些复合波进行比较，并对该可用的导联复合波的功能进行计算，这就可很精确地从该可用的导联来合成该一个或多个丢失的导联。该合成精度的测量也可确定，而且该计算的功能和确定的精测测量两者都被存储在该数据库110中。应用于每个这样的组合的处理被图示于图2中并详细描述在下面。
在方框206中，将首先由所述8个导联之一构成的导联子集合选作丢失的导联。为了下面描述，该选择的导联是该心前区导联V1。在方框208中，将该存储的代表所选择的导联V1的导联复合波数据与该存储的代表其它7个导联复合波(I，II，V2，V3，V4，V5，和V6)的导联数据进行比较，以便计算那些其它7个导联复合波(I，II，V2，V3，V4，V5，和V6)的作用，这将最接近地近似所选择的导联复合波(V1)。
在所示的实施例中，一近似该选择导联复合波V1的合成的导联复合波SV1由其它7个导联复合波(I，II，V2，V3，V4，V5，和V6)的线性组合合成。这种合成可用一组系数{CI(V1)，CII(V1)，CV2(V1)，CV3(V1)，CV4(V1)，CV5(V1)和CV6(V1)}表示。符号Cx(y)是意欲代表该施加于第x个可用的导联复合波，用来合成该丢失的第y个导联复合波的系数C。也就是说，这组系数分别代表该其它7个导联复合波(I，II，V2，V3，V4，V5，和V6)在该线性组合中的比例，该线性组合代表最接近该丢失的导联复合波V1的合成复合波SV1。在所示实施例中该系数是利用具有零截距矢量的最小二乘线性回归以已知的方法计算的。本技术的普通人员将会明白，任何的组合形式，如多项式或三角的也可使用。
在方框208中的计算产生一合成矩阵(synthesis matrix)M。图3是说明矩阵计算的图解，它有助于理解本发明的运作。在图3a中，矩阵M[V1]图示出在所选择的导联为导联V1时所产生的一矩阵。符号M[Z]是意图代表合成矩阵，该矩阵用来从丢失ECG导联复合波组{z}的输入矢量I合成该合成的矢量S。输入矢量I包含一些代表来自该8个导联复合波(I，II，V1，V2，V3，V4，V5，V6)的数据点的元素。该矩阵M[V1]具有一单位矩阵作为它的基础。但是，与该合成导联复合波SV1相应的行(例如，从上数的第三行)却被该系数组{CI(V1)，CII(V1)，0，CV2(V1)，CV3(V1)，CV4(V1)，CV5(V1)和CV6(V1)}代替，该系数组是在方框208中由分析线路108计算的。与该选择的导联复合波V1相应的列(例如从左数第三列)被设定为0，因而所选择的导联复合波V1对于形成该合成导联复合波SV1的组合没有贡献。
本技术的普通人员将明白，在该合成矩阵M[V1]乘以输入矢量I时，结果就是合成矢量S。该合成矢量S包含有代表该8个合成导联复合波(SI，SII，SV1，SV2，SV3，SV4，SV5，SV6)的合成数据点的元素，其中该选择导联的合成导联复合波SV1是从其它7个导联(I，II，V2，V3，V4，V5，V6)合成的，而剩余的导联(SI，SII，SV2，SV3，SV4，SV5，SV6)则与输入矢量I中的相应元素相等。
在方框210中，相似性系数SC按下述方法确定。当在方框208中计算了该矩阵M[V1]时，就用它来产生8个合成的导联复合波(SI，SII，SV1，SV2，SV3，SV4，SV5，SV6)。然后再将该合成的导联复合波(SI，SII，SV1，SV2，SV3，SV4，SV5，SV6)与存储在存储器106中的该实际的导联复合波(I，II，V1，V2，V3，V4，V5，V6)进行比较，以计算相似性系数SC。这在图1中被标示为SC[V1]，以便表示它是选择导联V1的相似性系数SC。在所示实施例中，这系数SC[V1]是从该合成的导联复合波数据(SI，SII，SV1，SV2，SV3，SV4，SV5，SV6)与存储的实际导联复合波数据(I，II，V1，V2，V3，V4，V5，V6)的均方根(RMS)值的差来计算的。更具体地说，该合成系数SC是按公式： SC = 1 - RMS source - RMS error RMS source 计算的。另外，该著名的Pearson相关技术也可用来产生相似性系数SC。但是，本技术的普通人员将明白，任何评估该合成导联复合波与该实际导联复合波的相似性的技术都是可使用的。
在步骤212上，所计算的矩阵M[V1]和相应的相似性系数SC[V1]都按已知的方式存储在该数据库110中。该数据库110是保持在一永久存储器装置上。例如该数据库可按已知方式安放在可由医院网络进入的中央单元的一磁盘驱动系统上。倘若该存储装置和数据库110可由ECG系统访问，则其具体配置就与本发明无密切关系。
本技术的普通人员从图1将明白，该数据库110包含多个条目(entry)分别与不同的患者和不同的一般群体(generalpopulation)相应。在下面将对这作较详细的描述。每个患者和一般群体的条目都包含一系列的如上述那样推导的合成条目，与选择(丢失)的导联复合波的不同组相应。在图1中，图示出了患者2的条目。该患者2的条目又包含第一合成条目，该矩阵M[V1]和该相似性系数SC[V1]就存储其中。其它的与本发明关系不密切的数据也可存储在该患者条目中和/或该患者条目的合成条目中。
在方框214中，如果所有的合成条目都已充填，则该过程就终止在方框216中。否则处理就返回到方框206，在这里，选择导联的另一子集合并将其当做丢失处理。在图示的实施例中，所有的由单个丢失导联构成的子集合都被处理，然后是处理所有的由两个丢失导联构成的子集合，所有的由三个丢失导联构成的子集合，等等。本技术的普通人员将明白，确定和处理子集合的顺序与本发明无密切关系。
更具体地说，在所示的实施例中，下一个选择该心前区导联V2并再进行上述处理。在这种情形中，再参考图1，将这处理的结果，M[V2]和SC[V2]，存储在该患者2的条目中的第二合成条目内。对于所有余下的单个丢失的导联的子集合都继续这过程。然后对所有两个同时丢失的导联组进行处理。例如，同时选择导联V1和V2，并当作丢失对待，而且进行上述的相同处理，并将该结果，合成矩阵M[V1，V2]和相似性系数SC[V1，V2]存入适当的患者2的合成条目中。然后同时选择两丢失的导联V1和V3的下一组，并当做丢失对待而且进行相同的处理。
图3b图示出一矩阵M[V1，V3]，它是在同时将导联V1和V3选作丢失时计算的。同前面一样，该矩阵M[V1，V3]具有单位矩阵作为其基础。但在这种情形，与该合成导联SV1相应的行，用系数CI(V1)，CII(V1)，0，CV2(V1)，0，CV4(V1)，CV5(V1)，和CV6(V1)代替，而与该合成导联SV3相应的行，用系数CI(V3)，CII(V3)，0，CV2(V3)，0，CV4(V3)，CV5(V3)，和CV6(V3)代替。同时，与该选择导联的复合波V1和V3相应的列则用0代替，以确保来自这些导联复合波的输入信号对该合成导联信号没有贡献。此外，确定相似系数SC[V1，V3]，并将矩阵M[V1，V3]和相似系数SC[V1，V3]两者都存入该患者2的条目的适当的合成条目中。对于所有两个丢失导联的组都继续这过程，接着是对三个丢失导联的组合等等情形进行这过程，直到该患者2的条目被充满，该过程就终止在方框216(图2的)。
如在Nicklas等人的专利中公开的那样，可将存储在存储器108中的该8个复合波的每一个分段，并对每区独立地进行上述计算。在本发明中，这将导致多个矩阵，每段一个，存储在该患者2的条目的每个合成条目中。当从该能可用的导联来合成丢失的导联(一些导联)时，就根据哪个段是被当前合成的来使用适当的矩阵，一切都如Nicklas等人的专利所公开的那样。
图4是一说明按本发明原理的系统的合成部分的框图。在图4中那些与图1中所图示的那些元件相同的元件都用相同的参考号标明，在下面不作详细描述。在图4中该预处理器104的相应输出端子与合成器306和控制器308的相应输入端子耦连。合成器306的相应输出端子与显示装置310的相应数据输入端子耦连。该控制器308的合成器的控制输出端子与该合成器306的控制输入端子耦连，该控制器308的显示装置的控制输出端子与该显示装置310的控制输入端子耦连。该显示装置310包括一显示屏312和一组用户控制314。连同其它控制一道，这些用户控制314包括画成圆圈的旋钮和画成园角方形的按钮。该显示装置310的用户控制的输出端子与该控制器308的用户控制输入端子耦连。将该控制器308的双向端子与该数据库110的相应端子耦连。
如图4所示，该显示装置310可将来自该合成器306的12导联ECG的波形按ECG波形的通常方式显示在该显示屏312上。此外，该控制器308可对来自该显示装置310上的控制314的用户输入作出响应，从而可调节该显示装置310，以便在该显示屏312上显示信息。该控制器308还可根据来自预处理器104的导联信号来控制合成器306的运作，其型式将在下面详述。该合成器306依次对从该预处理器104接收到的导联信号进行图3所示的矩阵乘法运算，以便产生该显示装置310的导联信号，可能包括合成的导联信号。
在一般操作中，由操作人员将多个电极102附着在患者的预定位置上。该操作人员操作该用户控制314以便输入想要的有关监测的信息，包括，例如，患者的识别标记。该控制器308然后调节该合成器306，以便按正常模式运行。该预处理器104提供8个导联信号给合成器306。在正常模式中，所有的多个电极102都是工作的，而且来自该预处理器104的所有导联信号都是精确的。该控制器308调节该合成器306，以便使输入的导联信号无变化的通到该输出端。这可通过在该合成器306的矩阵307中放置一单位矩阵的方法来实现。该合成器306利用该单位矩阵进行图3所示的矩阵乘法运算，以将所接收的12个导联信号传输到该显示装置310。该显示装置依次将来自该合成器306的12个ECG波形都按通常的方式显示在显示屏312上。在这种操作模式下，该相似性系数具有其最大值。
但是，如上所述，一个或多个电极有可能从患者身上分离和松开。这可被控制器308通过很多已知技术中的任意一种自动检测出来。例如，如果在一导联信号中没检测到脉冲成分，则可认定该导联信号是不起作用的。
在这种情形，该控制器308从该数据库110中检索当前患者的，例如患者2的条目(如图1所示)，并从该条目检索适合于合成已认定不起作用的导联或一些导联的矩阵。例如，如果导联V1被认定不工作，则就从该数据库110的患者2的条目中检索矩阵M[V1]。然后该控制器308将该矩阵M插入该合成器306的矩阵307中。该合成器306进行上述的矩阵乘法运算，参考图3，以便对不起作用的该导联或一些导联提供一合成信号。该显示装置310连续显示从该合成器306接收的12个导联波形，包括该合成的导联波形或一些波形。
该控制器308还可调节该显示装置310，以便显示一标记在显示屏上，以提醒操作人员有一个或多个显示的导联是被合成的。这种标记可包括以某种形式使该合成导联波形或该合成导联波形的背底变得醒目，如相对于其它导联波形改变该合成导联波形的强度或颜色；或者在该合成波形的附近放置一指示符号；或在该显示屏312上显示该合成波形的文字标识。此外，该控制器308还可从该数据库110检索相应的相似性系数SC并将它显示在该显示屏312上作为该显示的波形的预期精度的指示。
上述合成技术还可用来识别异常的导联信号。该控制器306可依次地从该数据库110检索当前患者的矩阵用来合成单个的丢失导联。也就是说，首先检索该矩阵M[I]，然后检索矩阵M[II]，然后再检索矩阵M[V1]，等等。当检索了每个矩阵时，该控制器308就将检索的矩阵M插入在该合成器306的矩阵307中。该合成器306进行上述的矩阵乘法运算以便为相应的ECG导联信号提供一合成的ECG导联信号。将这合成的导联信号与来自该预处理器104的相应导联信号进行比较。这种比较结果可用来识别来自该预处理器104的异常导联信号。也就是说，如果该合成的ECG导联信号基本上与相应的ECG导联信号不相同时，这就表示一异常的ECG导联信号。
例如，该合成的ECG导联信号相对于该相应的ECG导联信号可以是有关联的。如果来自该预处理器104的导联信号和来自该合成器306该相应的合成信号之间是高度相关的，则来自该预处理器104的导联信号就被认为是精确的。但是如果不是高度相关，则来自该预处理器104的导联信号就被认为是不起工作的。在这种情形，就进行上述处理，以便将该合成的导联信号显示在该显示装置310的显示屏312上。可以间隔地重复这过程，以便查对来自该预处理器的导联信号的精确性。
作为另一例子，通常都知道，电极在患者身上的位置可很容易被该ECG监测器的操作人员弄颠倒，例如，将RA和LA电极在患者身上弄颠倒是相当普通的。这就导致一反向的I导联信号。通过进行上述过程，可将合成的I导联与来自预处理器104的I导联信号比较。强烈的正相关表示该RA和LA电极是安放正确的。另一方面，强烈的负相关则表示以将RA和LA电极的位置弄颠倒了。为响应指示，该操作人员就可被显示装置310的显示屏312上的信息和/或声音报警提醒去正确安放该RA和LA电极。
又如上所述，由于手术或受伤，可能不能提供患者身上的所有想要的位置。在这种情形，操作人员可操作该用户控制314来给该控制器308提供不能提供的位置指示。那时该控制器308将为可提供的位置产生一电极配置列表，并访问数据库110的与这患者相关的条目中的数据，以检索与每个电极配置相关的相似性系数SC。具有最高相似配置SC，即产生最精确的12导联ECG波形合成的配置，那时就显示在该显示装置310的显示屏312上。这种显示可以是文字的，也可以是提供该患者图形的图解，具体的电极位置都显示在该图上。该控制器308检索与该配置相关的矩阵M，并将它放入该合成器306的矩阵307中。按照显示的信息，该操作人员那时就应用这想要配置中的电极。然后该12导联的ECG波形的显示就可如上所述那样进行，还可任选地包括使该合成导联波形特别变得显眼和显示该相似性系数。
另外，可提供的电极配置与它们的相似性系数一起的完整列表可显示在该显示装置310的显示屏312上。该操作人员那时就可不只根据相似性系数还可根据其它的临床上的考虑来选择一个可提供的配置。该操作人员那时就可操作该用户控制314，以便指示哪个配置已被选择，并按该配置来施加电极。该控制器308从该数据库110检索适当的矩阵M，并将它提供给该合成器306的矩阵307。该控制器308然后调节该合成器306，以便如上所述那样对该配置合成12导联的ECG波形。
通过以最高相似系数来自动规定电极配置，或通过向操作人员提供具有相关相似性系数的电极配置列表来进行选择，都可保证使用的电极将产生具有最大精确度的12导联ECG波形，或最精确地给出实际的临床考虑。
有时需要使用一非标准的电极配置。例如，医生可想要与心脏右侧有关的数据，或心脏左侧附近的数据。前者要求一个或多个电极安放在该心脏右侧的位置上，而后者进而要求安放在心脏的左侧。有一些预定的这样的位置，在胸右边的叫做V1R，V2R，V3R，V4R，V5R和V6R，而在患者左侧周围的被叫做V7，V8和V9。现行系统既要求额外的电极和电路来处理信号和显示来自这些信号的波形，又要求将从标准位置V1，V2，V3，V4，V5，和V6摘下的那个(些)电极安放在其它位置V7，V8，V9，V1R，V2R，V3R，V4R，V5R，和V6R上。从标准位置移动一导联意味着失掉该电极产生的该导联的信号。
在图4所示的系统中，该操作人员操作该显示装置310上的用户控制314，以便表示希望将一个或多个电极从它们的标准位置移动到另一位置。作为应答，该控制器308在该数据库110中检索与该患者相应的条目，并检索用于丢失希望移动数目的导联的配置的所有相似性系数SC。那就是说，如果希望移动两个导联，则该控制器308就检索丢失两个导联的所有配置的相似性系数SC。该控制器308那时就从那些检索的相似性系数之中自动选择具有最高相似性系数SC的配置，并将信息显示在该显示装置310的显示屏312上，标示出与该相似性系数SC相应的电极配置。该操作人员将适当的电极安放在患者身上的特定标准位置上，然后将剩余的导联安放在其它非标准的希望位置上。
然后控制器308就从该数据库110检索与该特定的电极配置相应的矩阵M，并将它提供该合成器308中的矩阵307。然后该合成器306就从在标准位置上可用的导联按上述方法合成该标准的12导联的ECG波形。该控制器308还可调节该显示装置310以便同时将该12个导联的ECG波形和来自其它位置(如从胸的右侧)的导联波形以已知方式显示在该显示屏312上。如前所述，该合成的波形可特殊地标识在该显示屏上并/或显示出的相似性系数。
另外，又如前述，还可将具有相应相似性系数的可能电极配置显示在该显示装置310的显示屏312上，操作人员根据该相似性系数和其它的临床考虑从这些可能电极配置中选择一个。该操作人员操作该用户控制来选择一种配置，而且该控制器308调节该系统，以便如上所述那样以该配置运作。此外，如前所述，该相似性系数的使用使得合成的标准12导联的ECG波形具有最大的精确度，或根据实际临床考虑的最大精确度。
在某些情形，例如，如果患者正从一个地方运送到另一地方，或如果该ECG正以遥测的方法进行监视，就并不希望使用全套的10个电极来产生全部的12导联的ECG。在这些情形中，为了患者的舒适，希望使用最少数的电极，同时在ECG上仍然要保持希望的精确度水平。另外，在某些情形，该ECG的监测器是小型化的，并不包括全部的10个电极。
在这些情形下，该控制器308从数据库110中检索患者的条目。对所有与一个丢失导联相应的合成条目的相似性系数SC进行比较，选择具有最大相似性系数的该条目。同样，对所有与两个丢失导联相应的合成条目的相似性系数SC进行比较，选择具有最大相似性系数的该条目。对每个可能的丢失导联的数目(三个，四个等等)重复这种过程。然后将该选择的条目列表，包括电极配置和相似性系数，都显示在该显示装置310的显示屏312上。该操作人员那时就利用该用户控制314选择满足所需的最小精确度的条目，并按该条目所代表的配置将电极附着在患者身上。该控制器308对该系统进行调节，以便从所选择的电极配置合成该12导联的ECG。这样，对于所选择的电极数目就保证具有最大的精确度，同时在可能范围内将所需的电极数减少到最少，因而将患者的不舒服减少到最小。
在前面的描述中，假定了事先可提供该患者的全部12个导联ECG来进行分析。这不可能总能这样。当然，当患者的ECG不能事先提供时，在数据库110中就不可能有该患者的条目。再参考图1，来自大的群体(population)的12导联ECG可由分析线路108作为一组按图2所示方法加以分析。在这种情形，将产生由方框204收集汇编在该存储器106中的该8个导联复合波，作为用于所有的该群体中的人们所有可用的8个导联ECG复合波的聚集。这些一般群体的导联复合波将按上述图2所示的方法加以分析，以便产生一组一般群体的矩阵M和相应的相似性系数SC。这组矩阵M和相似性系数SC将被存储在数据库110的一般群体的条目中，在图1中图示为一标示有GENERAL 1的条目。该条目GENERAL 1具有与说明患者2的数据结构完全相同的数据结构。但是，在该GENERAL 1条目中的数据是以对整个群体聚集的12导联复合波为基础的。
如果在数据库110中没有条目，则就检索一般群体的条目GENERAL1，该条目的数据可按与上述完全相同的方法用于上述的任何情形：例如，检测异常导联信号，合成脱开的电极，或合成那些位置不可用或故意地移动到另一位置的电极的导联。当为该患者累积了足够完整的12导联ECG复合波时，参考图1和图2在那些复合波上进行上述分析，就为该患者在数据库110中创建了一新的条目，它包含由该分析产生的该矩阵和相关的相似性系数。利用在该数据库110中为患者新建的该条目，继续上述的处理。
还可将上面讨论的一般群体中的人分组，名曰分类。例如分组可按性别，重量，年龄群，疾病和/或心脏的健康情况(例如，正常，缺血性/急性心肌梗塞，束支阻塞，等等)来划分。患者的与一般群体相关的该ECG的复合波可相应方法来分类，并分别像上述那样参照图1和图2进行分析，以便在该数据库110中进一步产生特殊类别的一般群体的条目，在图1中标示为GENERAL 2-GENERAL M。
当患者正准备作ECG时，该操作人员操作该显示装置301上的用户控制314，以便向上述的控制器308提供该患者的特征(姓名，性别，年龄，重量，等等)。如上所述，该控制器308查询该数据库110，查询该患者的患者条目。如果患者在该数据库110中没有患者条目，则该控制器308就对与该患者相关的其它特征进行处理，以便将该患者归类到一可提供的类别中。那时该控制器308就检索与患者所属类别相应的特定类型的一般群体的条目，并利用在那个条目中的该合成条目来提供12导联的ECG，直到该患者在该数据库110中被归到了他自己的条目为止。
当患者移动时就出现产生异常导联信号的特殊情形。例如，通常的ECG检测都假定患者处于仰卧的状态。如果患者侧翻，或坐起或站立，则该ECG导联信号特征都可发生变化，即使心脏功能在临床上没有变化也是如此。例如，体位的变化可产生该ST高度的变化，或T波形态上的变化。这就可导致错误的报警，或对该ECG的倾向数据(trenddata)的错误判读。根据该ECG导联信号的幅度变化和/或心脏电轴的变化来检测体位变化的技术是众所周知的。图1和图4所示的ECG系统就可利用来检测和补偿体位的变化。
图5和图6分别是说明图1和图4所示的系统部分在患者体位变化时的工作流程图。图5图示出图1所示系统按分析模式的运作情形。在分析模式中，多个矩阵被推导，每个都按上述的参照图3的方法运作，以便将处于一个体位的患者所接收到的ECG导联信号转变成模拟该患者处于仰卧体位的相应的合成ECG导联信号。例如，对于在左侧位，右侧位，正起(right up)60度，站立等体位的患者得出矩阵。
该体位的分析模式是在方框402中开始的。在方框404中，该患者被操作人员安放于仰卧位置。这个位置被认为是基准位置，而所有的报警等都是以在这位置上所接收到的ECG信号为基础的。获得全部的12导联ECG，并将ECG复合波，可能是聚集的，如上所述存储进该存储器106中。在方框406将患者移动到另一位置，例如左侧位。在方框408中获得在这个体位的12导联ECG，并将ECG复合波，可能是聚集的，存储在该存储器106中。在方框410中，该分析器108按已知方法从该存储器106检索该新体位的，如左侧位的，ECG复合波，和仰卧体位的该ECG复合波数据，并将它们加以比较。利用线性回归分析方法得出一组线性方程的系数，以便将与该新体位，如左侧位，相应的ECG复合波数据转变成合成的ECG复合波数据，该合成的ECG复合波数据近似仰卧体位相应的ECG复合波数据。在一优选实施例中，该QRST段被用于回归分析。这些系数形成另一矩阵M。此外，按上述方法，相似性系数SC被得出给出该转变的精确度的测量。在方框412，将该矩阵M和该相似性系数SC存储在该患者条目(图1的患者2)中的另一矩阵条目中。
在方框414中，确定是否对所有希望体位都得出了转变矩阵，如果是，则该分析模式就终止在方框416。否则，在方框406中就将患者移动到另一位置，并对这新的位置重复方框408-402的过程。结果是得到另一群(group)矩阵和相似性系数，并存入该数据库110的患者条目中。
本技术的普通人员将明白，如上所述那样，可将相同的过程施加于来自该一般群体的聚集(aggregated)的ECG导联复合波和存储在一般条目(GENERAL 1)中的得出的矩阵和相似性系数上。另外，如上所述那样，在从按，例如，性别，年龄，重量，等划分的一般群体部分聚集的ECG导联复合波上，和在存储在与该分区(GENERAL 2-GENERAL M)相应的一般条目中的得出矩阵和相似性系数上也进行相同过程。
图6是一说明在体位变化时按图4所示的系统部分的合成模式工作的流程图。合成模式开始于方框502中。在方框504中，检测该患者的身体位置。该控制器308检索与该检测体位相应的矩阵M和相似性系数SC。该控制器308将所检索的矩阵M插入在合成器306中的矩阵307内。在方框508中，该合成器306进行上述的参照图3的矩阵乘法运算，以便将从该预处理器104接收的ECG导联信号转变成与处于仰卧位患者相应的合成ECG导联信号。该合成的ECG导联信号和相关的相似性系数那时就显示在该显示装置310的显示屏312上。如上所述，该显示的ECG导联信号是合成的标识，也显示在该显示屏312上。这样，对于患者体位变化的任何倾向数据，如ST-倾向，或任何报警，如局部缺血报警，都可被适当地补偿，这样就改善了检测的精确度和将错误报警减至最少。
上述的用来检测和补偿体位变化的分析和合成都是以利用线性回归的标量方法为基础的。另一方法是空间方法(spatial approach)。在这种方法中，不是利用一组线性方程的系数来合成转变成仰卧位的ECG导联信号，而是利用矢量分析的方法。通过应用一相反的Dower变换，按已知方法，从接收的ECG导联信号得出矢量心动图(vectorcardiographic)(VCG)信号。以VCG信号为基础的计算为基准的仰卧患者位置和为不同的患者体位提供了该P，QRS和T波的轴。从仰卧位置到另一体位的长度和转动角度那时都可计算。可利用这长度和角度数据来将所接收的VCG信号转变成与基准的仰卧位置相应的合成VCG信号。这种长度和和角度数据还可用来检测患者的体位变化。该合成的VCG信号可通过对其施加相反的Dower转变的方法，转变回标准的12导联ECG的导联信号。
在一优选实施例中，体位变化是利用上述空间方法来检测的，而该标量的线性回归方法是用来将接收到的ECG导联信号转变成基准的仰卧位置。这样的配置可使患者体位变化的检测和ST-倾向数据的精确度最优化。

Claims (33)

1.一种心电图(ECG)系统，包括：
ECG导联信号源；
合成器，与该ECG导联信号源耦连，用来产生与该ECG导联信号相应的合成ECG导联信号；
控制器，如果该ECG导联信号基本上与该合成ECG导联信号源不相同时，用来产生一异常信号的指示。
2.权利要求1的心电图系统，其中，在显示异常信号时，该控制器就用该合成的ECG导联信号代替该ECG导联信号。
3.权利要求1的心电图系统，其中，该控制器将该合成ECG导联信号与该ECG导联信号关联起来，如果没有很强的相关，则产生一异常信号的指示。
4.权利要求1的心电图系统，其中，
该ECG导联信号源包括意欲来附着在患者身上的电极；及
异常信号的指示表示该电极并没附着在该患者身上。
5.权利要求1的心电图系统，其中，
该ECG导联信号源包括意欲来附着在患者身上预定位置的电极，
一异常信号的指示表示该电极并没附着在该患者身体的预定位置上。
6.权利要求1的心电图系统，其中，
该ECG导联信号源包括意欲来附着在患者身上相应预定位置产生该ECG导联信号的一对电极；
该控制器将该合成ECG导联信号与该ECG导联信号关联起来；及
强的正相关表示该电极附着在该正确的相应预定位置上，而强负相关表示该电极分别附着在用于其它电极的预定位置上。
7.一种心电图(ECG)系统，包括：
ECG导联信号源；
数据库，包括多个条目，每个条目又包含用来将处于相应体位的患者的12导联ECG转变成处于基准体位的患者的合成12导联ECG的数据；
体位检测器，用来检测该患者的体位；
控制器，与该体位检测器和该数据库耦连，而且包括电路，用来：
从该体位检测器接收与患者体位相关的信息；
从该数据库选择与检测的患者体位相应的最接近的条目；及
合成器，与该ECG导联信号源和该控制器耦连，用来接收在该选择条目中的转变数据，从该ECG信号源来的12导联ECG信号合成该基准体位的12导联ECG，并将代表该合成的12导联ECG的数据提供给用户。
8.权利要求7的心电图系统，其中，该数据库的条目包括该患者专用的条目。
9.权利要求7的心电图系统，其中，该数据库的条目包括从一般患者群体得出的条目。
10.权利要求9的心电图系统，其中，该数据库条目包括从按患者特征划分的一般患者群体的部分得出的条目。
11.权利要求10的心电图系统，其中，该患者特征是从由年龄，性别，重量，心脏状态构成的组中选择的。
12.权利要求7的心电图系统，其中：
该用户界面包括能显示图形信息的显示屏；及
该控制器给用户提供信息，以图形形式显示所选择的配置。
13.权利要求7的心电图系统，其中该体位检测器包括用来从用户接收代表该患者体位的数据的电路。
14.权利要求7的心电图系统，其中，该体位检测器包括：
电路，用来将来自该ECG导联信号源的12导联ECG信号转变成矢量心电图(VCG)和得出该患者体位的P，QRS和T-波的轴；
从处于该基准位置的患者的那些来得出所得出的轴的长度和转动；
从该得出轴的长度和转动来确定该患者的体位。
15.一种心电图(ECG)系统，包括：
ECG导联信号源，包括设计来附着在患者身上的电极；
用户界面，用来给用户提供信息和从用户接收信息；
数据库，包括多个条目，每个条目都包含用来合成12导联的ECG的数据和用于该合成12导联ECG的精确性量度，所述数据来源于按相应配置而附着在患者身上的若干电极所得出的导联子集合；
控制器，与该用户界面和该数据库耦连，并包括电路，用来：
从用户界面接收与很多可用的电极相关的信息；
从该数据库检索条目用于配置，其中电极数与可用的电极数相同；及
选择具有最高精确性量度的条目，并向用户提供信息，表示所选择的该可用的电极的配置；及
合成器，与ECG导联信号源，控制器，和用户界面耦连，以便接收所选条目中的合成数据，从按所选配置附着在患者身上的电极来合成12导联ECG，并将代表该合成的12导联ECG和精确性量度提供给该用户界面。
16.权利要求15的心电图系统，其中不可用电极附着在患者身上的非标准位置上，代表来自这些电极的ECG导联信号的数据被提供给该用户界面。
17.权利要求15的心电图系统，其中，该数据库条目包括特定于所述患者的条目。
18.权利要求15的心电图系统，其中，该数据库条目包括从一般的患者群体得出的条目。
19.权利要求18的心电图系统，其中，该数据库条目包括从按患者特征划分的一般患者群体部分得出的条目。
20.权利要求19的心电图系统，其中，该患者特征是从由年龄，性别，重量，心脏状态构成的组中选择的。
21.权利要求15的心电图系统，其中，
该用户界面包括能显示图形信息的显示屏；及
该控制器给用户提供信息，以图形形式显示所选择的配置。
22.一种心电图(ECG)系统，包括：
ECG导联信号源，包括意欲附着在患者身上的电极；
用户界面，用来给用户提供信息和从用户接收信息；
数据库，包括多个条目，每个条目都包含用来来合成12导联的ECG的数据和该合成12导联ECG的精确性量度，该数据来源于按相应配置附着在患者身上的若干电极所得出的导联子集合；
控制器，与该用户界面和该数据库耦连，并包括一电路，用来：
从用户界面接收与若干可用电极相关的信息；
从该数据库检索条目用来进行配置，其中，电极数与可用电极数相同；及
提供代表该检索条目的数据，包括该精确性量度，给用户界面；
从该用户界面接收代表一个所选择的检索条目的数据；及
合成器，与该ECG导联信号源，该控制器，和用户界面耦连，以便接收所选条目中的合成数据，从按所选配置附着在该患者身上的电极合成12导联ECG，并将代表该合成的12导联ECG的数据和该精确性量度提供给该用户界面。
23.权利要求22的心电图系统，其中不可用电极附着在患者身上的非标准位置上，代表来自这些电极的ECG导联信号的数据被提供给该用户界面。
24.权利要求22的心电图系统，其中，该数据库条目包括特定于该患者的条目。
25.权利要求22的心电图系统，其中，该数据库条目包括从一般的患者群体得出的条目。
26.权利要求25的心电图系统，其中，该数据库条目包括从按患者特征划分的一般患者群体部分推导的条目。
27.权利要求26的心电图系统，其中，该患者特征是从由年龄，性别，重量，心脏状态构成的组中选择的。
28.权利要求22的心电图系统，其中，
该用户界面包括能显示图形信息的显示屏；及
该控制器给用户提供信息，以图形形式显示所选择的配置。
29.权利要求22的心电图系统，其中，
该用户界面包括能显示图形信息的显示屏；及
该控制器在从该用户界面接收数据后给用户提供信息，以图形形式显示所选择的配置。
30.一种操作心电(ECG)系统的方法，包括下述步骤：
检测患者体位；
从数据库检索一条目，该条目包括用来从最接近该检测体位的体位上的12导联ECG合成一基准体位的12导联ECG的数据；
从该患者接收12导联ECG；
从该接收的12导联ECG合成该基准体位的12导联ECG。
31.一种操作心电(ECG)系统的方法，包括下述步骤：
从用户要求代表若干可用电极的信息；
从数据库检索相应的条目，每个条目包含有用来从所述数目的可用电极合成12导联ECG的数据和精确性量度；
选择具有最高精确性量度的条目；
根据在所选条目中的合成数据，从该可用电极合成12导联ECG；及
显示出该合成的12导联ECG和该精确性量度。
32.权利要求31的方法，其中：
该信息要求步骤还包括从用户要求代表在患者身上不可用的电极位置的信息的步骤；
该检索步骤还包括从该数据库检索在患者身上可用位置上的可用电极的数目的条目的步骤。
33.一种操作心电图(ECG)系统的方法，包括下述步骤：
从用户处要求代表若干可用电极的信息；
从数据库检索相应的条目，每个条目都包含有用来从所述数目可用电极合成12导联ECG的数据和精确性量度；
为用户显示代表检索的包括该精确性量度的条目的信息；
由用户选择一个显示的条目；
根据在所选条目中的合成数据从该可用电极合成12导联ECG；
显示出该合成的12导联ECG和该精确性量度。
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