CN1640357A - 全息心电向量三维影像显示仪 - Google Patents

Abstract

一种全息心电向量三维影像显示仪属于医疗仪器技术领域。有三种结构方式：其一，它主要由探测电极、前置放大器、模数转换器、存贮器、数模转换器、显示器、电脑及打印机组成，数据处理是由软件运作完成；其二是由一个心电功能部件心电工作站与电脑及相应软件组成；其三是多个心电功能部件心电工作站与电脑及相应软件组成。该仪器主要是通过对常规Frank导联标准层面的上下多层面扩展，创建出心电向量三维影像的向量棒或向量筒，并能全方位性旋转，游动、缩放等，不仅大幅提高心电观察的信息量，而且使既往的心电参数的点、线显示变为类似CT、B超显像那样的影像显示。它不仅能对当时的探测进行诊断，而且能从向量棒或向量筒的趋势走向上对人的病症做出前瞻性预示。它还对现有常规导联及各种频谱的检测有兼容性。

Description

全息心电向量三维影像显示仪

技术领域

本发明是心电分析诊断装置，特别是属于对心电向量能以全息三维影像方式显示的分析诊断系统的技术领域。

背景技术

各种心电检查诊断仪器，实际上都属于一种测量、检定用装置，不论这些仪器包括不包括智能化部件，以及仪器本身的性能有多全、多精确，但以临床应用来说，其检测的精确度或可靠性，与其它领域的同性质仪器相比，是最差的。其原因，不是仪器本身的精度够不够，而是检测方法上有缺欠，以致于严重的情况是重症心脏病患者在死亡前几分钟的心电图显示仍为正常范围。

此前人们一直努力寻求办法克服这种弊端，所以出现有几十种导联方式、面阵式体表心电标测、胸内心脏直接标测等等。这些方式不是相关性差，就是繁锁、昂贵、有创伤性等问题，因此难以广泛应用。更重要的是照样难以明显改善。

存在这样问题的因素是多方面的，但从根本上说，作为广泛应用的心电检测仪器，有这样三个问题：

一是常规使用的心电检测仪器的信息量太少。它表现在几乎所有导联都是“点测、线描”，且都是在一个层面上。比如常用的额面导联和横面导联中，后者都限位于四肋间的断面。这种缺乏上、下各区间的心电信号，在信息量上的局限性是显而易见的。

二是缺乏直观的三维性。心电行为的理论基础及实际表现都是三维的，但现在的检测都是间接的，或者是由医生用三个相互垂直的面上的投影，在头脑中“综合加工”的。这就存在局限性。目前仪器尚不能显示真实测量的数据的三维影像。至于目前已有的十二导心电波形搭组的“立体”地形图，并不是对应的体位心电立体图。更严重的所谓模拟心电立体图形，则更间接、更虚拟，误差更大。

三是没有以原本具有的立体影像形式来展现其本质。既往心电检测仪器之所以在临床上独自做出诊断的可靠机率低，且在重症性疑难性确诊，存在对其它诊科或检测方式，如对B超、X摄像或CT、冠状动脉的血管照影等的依赖性或相关性，就是因为对在本来是三维形态的参数的采集远远不足，从而不能按三维方式展现出来。而CT及B超的独自诊断的可靠性和准确性就大得多。CT、B超成像是外加信号在人体内的衰减或反射变化，经数据处理而获得的，但心电信号是人体自身产生的，且强度不低，应更易于用立体形式显示出来，但现有仪器做不到。

发明内容

本发明的目的正是为了克服在心血管诊断中，心电参数检测的上述弊端及症结而创造的新形结构。它具有如下特点：

1.它能扩充对心电检测信息量的7～16倍，并且不仅仅是数量上的增加，更重要的是还能展示心电在身体各区间的走向或趋势，这比直接的数据更重要：正是由于展示出以前所不可能观察到的趋势、走向，才能将一些常规检测中的心电表现不明显的患者做前瞻性预报。正是得益于新结构及方法，才能更大限度、更宽广范围里获取信息，有效提高临床的即时的可靠性和预后的警示性；

2.新的仪器对常规常用的Frank向量导联系统，展示的不只是单面的向量环，而主要的是扩展而成的同轴多环的“向量棒”或“向量筒”等。能以真正三维方式展示多方位心电参数及其形态。由于它包括上身体位的各部的额面、横面、右侧面，所以能展现和预示病症的性质和部位；

3.有导联的融合及兼容性。其“向量棒”为能对既往导联有兼容性，采用了Frank导联方式的上下层位扩充，但这种扩充涵盖了近半个世纪的习惯用法。除此之外，仍同时能做常规12导联，各参数频谱等。

4.实现了心电参数的影像性质表现。做到了类似B超、CT、核磁共振的影像学那样，将心电参数以图像、画面形式展现出来，且由源于实际的被测数据组成，不是模拟，更非虚拟。显示出的是形象、生动、真实、具体的“实物”，且能随意仰俯、旋转、游动、缩放等等。这种能随意改变视角的活生生的图像不只是灵便、快捷、而且更重要的是将传统的心电的线式图，一改常态变成摸得着看得见，随意形变的实体，将既往经典的心电图学发展而变成观察全面、准确地心电的影像学。

本发明的工作原理及结构概述如下：常规的12导联，一如既往，故在图中略去电极的位置，和略去了四肢电极，只重点描述常规的Frank导联体系，如图1中所示。在总共7个电极中，水平轴x轴A、I点，C点为其矫正点，与A组成正极；垂直轴y轴H、F左足；前后轴Z轴C和E、I组成正极，A和M组成负极。这里，把在四肋间这种检测称为：四肋间单层面Frank导联向量环，或简记为常规单层面向量环。

在四肋间环用共5个电极：A₀、I₀、C₀、M₀、E₀，以此5个电极为始点，沿平行于y轴的方向，上下连线后分别得到A-A`、I-I`、C-C`、M-M`、E-E`共5条纵线，其后分别在各自的纵线上向上每移一个肋间定位一点，再向下每移一个肋间定位一点，这样就得到y轴向的5条线上各自的7个点，如果按照Frank导联的检测方法上、下平移，在各自的同层面点布置电极，则可得到原来常规层面所增加的上面3个层面和下面3个层面，这就是Frank导联的层面扩展。亦即是说这种方法可多增加上、下各3个层面的Frank导联的共七组向量导联的图组信息。

这是本发明的新的技术特点之一。其二是将七组分别的三类层面：额面、横面、右侧面的向量环，以等距方式重叠起来。即：额面按Z轴排列，横面按y轴排列、右侧面按X排列，最后得到3个由向量环组成的向量棒，使各自的七个单面线状环，组合成相对应于上部身体整体的立体的实体。环与环之间的连线为等电位线或等高线。这种组合、处理和成图的工作主要由计算机软件运作来实现。七环图和组成多层的立体图形如图6、图7、图8所示。

本发明新技术特点之三是，分析向量棒的形态以获得心脏或心电的诊断或预报。正常人的向量棒形态呈纺锤形，如果两端大中间小如图6所示，则属一种病症表现。

具体实施方式

图2所示为一个完整的独立功能的实施例。探测电极2-1，从被检人体上检测的心电信号，通过前置放大器2-2做预放大，经带通滤波器2-3滤波消除干扰，经模拟/数字信号转换器2-4，将模拟量的心电信号转换为数字信号，其后送入数字存贮器2-5中予以存贮。在电脑2-20的控制下，经数据选通器2-6依次选取不同导联的数据，并经数字/模拟信号转换器2-7，将信号的数字量转换为模拟量后，经显示器的x、y偏转驱动系统2-8、2-9，驱动显像管2-11的偏转控制部件2-10，实现在屏幕上2-11显现心电向量棒或向量筒的图形。

为实现信号显示中有标准幅度比较，在电脑2-20的控制下，经通道控制器2-23，控制标准信号源2-24在心电波形显示的始端插入1毫伏的标准脉冲电压。

人机对话通过操作键盘2-21来实现。

实施例之二，图3所示是另一种结构，是用一个心电数据采集、分析、处理的专用功能部件3-3，即“心电工作站”、“心电综合分析系统”，有很多种。如市场出售的“ECGlab心电工作站”，即为其一。这是一种与电脑3-4搭组的组合式结构。虽功能上有局限性，但简单而廉价。

这种心电工作站如只用一台相配，则探测电极3-1只需9个，如果同时测七层Frank导联向量则需37个，并须配有选通开关3-2。实际上若共9个探测器时，Frank胸、背、肋的5个导联，需每测一层做一次移位。如果有37个探测电极，则可一次采集完成。

这种单层式检测结构的临床应用问题是，对多层面的多次分别探测、采集，将不具有各心电导联、层面上时间的同步性。为克服这个缺欠，在搭组式结构中应配备多组心电工作站，且型号性能相同。实际组成如图4所示。这是第三种实施例。

关于软件

心电参数的三维显示，采用了图形硬件接口OpenGL以及该系统的开发环境C++Builder，并充分利用了图形显示卡的加速功能，从而实现了将心电参数影像化的目的。相应开发的程序流程框图如图6所示。

综上所述，本发明的主要特点是以简单的单纯增设Frank导联的多个层位检测及相应电极，即应用同种Frank导联系统进行多层面扩展的方法，达到了这样目的：扩展检测信息量，包括多层面向量环和各层面演绎的12导联心电图；使向量环的平面显示进展为立体形态表现；使三维理论的单面观测进展为科学便捷的影像技术。

附图说明

图1Frank导联层位扩展示意图；

图2硬件原理图；

图3由一个功能部件搭组的组合式结构示意图；

图4由多个功能部件搭组的组合式结构示意图；

图5程序框图；

图6额面向量棒各个方向正位视图及标准层位向量环；

图7横面向量棒各个方向正位视图及标准层位向量环；

图8右侧面向量棒各个方向正位视图及标准层位向量环。

图1Frank导联层位扩展示意图：

X-X`：水平轴，Y-Y`：垂直轴，Z-Z`：纵向轴，C-C`：左腋中线与胸骨中线的中线，A₀：与4肋间在一个水平面上的左腋中线，I₀：与4肋间在一个水平面上的右腋中线，E₀：与4肋间在一个水平面上的胸骨中线，M₀：与4肋间在一个水平面上的脊柱中线，C₀：与4肋间在一个水平面上的左腋中线与胸骨中线的中线，A₊₃：与1肋间在一个水平面上的左腋中线，I₊₃：与1肋间在一个水平面上的右腋中线，E₊₃：与1肋间在一个水平面上的胸骨中线，M₊₃：与1肋间在一个水平面上的脊柱中线，C₊₃：与1肋间在一个水平面上的左腋中线与胸骨中线的中线，A₊₂：与2肋间在一个水平面上的左腋中线，I₊₂：与2肋间在一个水平面上的右腋中线，E₊₂：与2肋间在一个水平面上的胸骨中线，M₊₂：与2肋间在一个水平面上的脊柱中线，C₊₂：与2肋间在一个水平面上的左腋中线与胸骨中线的中线，A₊₁：与3肋间在一个水平面上的左腋中线，I₊₁：与3肋间在一个水平面上的右腋中线，E₊₁：与3肋间在一个水平面上的胸骨中线，M₊₁：与3肋间在一个水平面上的脊柱中线，C₊₁：与3肋间在一个水平面上的左腋中线与胸骨中线的中线，A_-1：与5肋间在一个水平面上的左腋中线，I_-1：与5肋间在一个水平面上的右腋中线，E_-1：与5肋间在一个水平面上的胸骨中线，M_-1：与5肋间在一个水平面上的脊柱中线，C_-1：与5肋间在一个水平面上的左腋中线与胸骨中线的中线，A_-2：与6肋间在一个水平面上的左腋中线，L₂：与6肋间在一个水平面上的右腋中线，E_-2：与6肋间在一个水平面上的胸骨中线，M_-2：与6肋间在一个水平面上的脊柱中线，C_-2：与6肋间在一个水平面上的左腋中线与胸骨中线的中线，A_-3：与7肋间在一个水平面上的左腋中线，I_-3与7肋间在一个水平面上的右腋中线，E_-3：与7肋间在一个水平面上的胸骨中线，M_-3：与7肋间在一个水平面上的脊柱中线，C_-3：与7肋间在一个水平面上的左腋中线与胸骨中线的中线。

图2中部件：

2-1：探测电极，2-2：前置放大器，2-3：通道滤波器，2-4：模拟/数字信号转换器，2-5：数据存贮器，2-6：数据选通器，2-7：数字/模拟信号转换器，2-8：显示器的水平x轴偏转驱动系统，2-9：显示器的垂直y轴偏转驱动系统，2-10：显像管的偏转控制部件，2-11：显像管显示屏，2-12：时标发生器(辉度调制器)，2-20：电脑主机，2-21：操作键盘，2-22：打印机，2-23：通道控制器，2-24：幅标发生器，2-0：被检者

图3中部件：

3-1：探测电极，3-2：选通开关，3-3：心电工作站，3-4：电脑主机，3-5：操作键盘，3-6：显示器，3-7：打印机

图4中部件：

4-1.1～4-1.7：探测电极，4-2.1～4-2.7：选通开关，4-3.1～4.3.7：心电工作站，4-4：电脑主机，4-5：操作键盘，4-6：显示器，4-7：打印机

图5中部件：

5-1：开始运行，5-2：Form初始化，5-3：12导联或向量显示，5-4：心电向量显示选择，5-5：12导联显示选择，5-6：读入文件数据，5-7：是否12导联动态显示，5-8：串口接收数据，5-9：将数据显示成三维图像，5-10：将数据显示成三维图像并可以旋转，5-11：是否三维图像中的某一层分离出来显示，5-12：截取单层数据在极坐标系中显示。

Claims (5)

1、一种全息心电向量三维影像显示仪，其特征在于通过对Frank导联向量探测常规层面沿y轴做上下多层面扩展，由此获得多层向量图，并分别将额面沿z轴排列、横面沿y轴排列、侧面沿x轴排列，得到三个面的向量棒或向量筒，它是对心电参数做影像性描述的实物三维体。

2、根据权利要求1所述的全息心电向量三维影像显示仪，其特征在于心电影像的向量棒或向量筒，它可以在任意旋转、游动、缩放；对心电向量的各分部组成的向量环、向量棒，可全显示：P环、QRS环、T环，也可显示其单独各自的向量环、向量棒。

3、根据权利要求1所述的全息心电向量三维影像显示仪，其特征在于其结构组成，可以是完全独立完整的检测、数据处理、显示等的结构方式，也可以是由心电工作站一类市场出售的专用功能部件与电脑、相应的专用软件组成的结构方式，或者是由多个此种专用功能部件与电脑、相应的专用软件组成的结构方式；

4、根据权利要求1所述的全息心电向量三维影像显示仪，其特征在于对多层面的信号采集可以是分层面逐层采集，也可以是多层面一次性同步采集。同步采集心电信息时，将按层面多少同时置位设布所增加的探测电极。

5、根据权利要求3所述的全息心电向量三维影像显示仪，其特征在于该结构的功能上兼容或具备除向量棒或向量环的影像显示外，还有其它的常规功能，以及由其排列而引出的立体图形。

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