CN1694646A - 用于自适应地导出ecg胸导联信号数据的系统 - Google Patents

Abstract

该系统自适应地导出传统的(12)导联ECG信号集的ECG胸导联信号。该系统包括输入处理器，其用于接收包括两个已测量ECG胸导联信号的数据，并且接收识别六个ECG胸导联信号中的两个信号的相关信息。该系统中的数据处理器使用该信息，用于自多个存储的系数中识别和选择系数，并且使用选定的系数，对包括两个已测量ECG胸导联信号的数据应用变换，以导出表示多个未测量ECG胸导联信号的数据。输出处理器处理表示多个未测量ECG胸导联信号的数据，以用于输出。该选定的数据是非特定于患者的。

Description

用于自适应地导出ECG胸导联信号数据的系统

这是B.Tabbara等人在2002年8月12日提交的临时申请Serial No.60/402,791的正式申请。

发明领域

本发明涉及心电图(ECG)系统，特别涉及这样的ECG系统，其能提供合成信号，该合成信号对应于由附装到传统的12导联ECG信号集中使用的标准人体胸部位置的电极提供的信号，并且替换该信号。

发明背景

ECG系统是公知的，并且向医生提供有关患者心脏的生理状态的信息。更具体地，存在所谓的传统的12导联ECG系统，其向医生提供被称为导联(导联信号)的12个波形。为了提供此12导联ECG，十个电极安置在患者身体上，并且通过已知的方式对来自这些电极的信号进行处理，以提供12个导联信号。这十个电极包括，提供经处理以生成六个肢导联信号的信号的四个电极，以及提供经处理以提供心前区导联或胸导联的信号的六个电极。

然而，在某些条件下，优选的或者有利的是，使有限数目个(例如，两个)胸导联电极附装于患者，并且合成(预测)12导联ECG集的六个胸导联信号的剩余(例如，四个)的胸导联信号。该条件包括，例如，在患者身体上的六个标准胸导联位置中的一个或多个位置(其中一个或者多个电极应安置于该标准胸导联位置)可能由于受伤或手术而不能被利用的时候。可替换地，所需的是，为了节约时间(例如，在紧急情况中)，仅附装六个标准胸导联电极中的两个，或者可以存在给出间歇的或者降级的响应于的一个或多个胸联导信号，其所需地用于替换合成信号。在某些情况中，患者的舒适性或者遥测ECG信号的使用使得所需的是通过减少数目的胸电极监视患者，同时产生全部六个胸导联信号的集合。在这些条件下所需的是，通过合成12导联ECG集合的剩余的胸导联信号，提供全部6个胸导联信号的集合。

已知的是，表示各自ECG导联信号的信号包含相互冗余的信息。同样已知的是，如果一个电极缺失或者发生故障，则来自其他电极和/或其他导联(其是可利用的和可操作的)的信号的适当组合可用于产生一个合成信号，其精密近似于自该缺失的或者故障的电极导出的导联信号。为了应用该技术，在分析阶段中，记录了全部的12导联ECG的至少某些部分。然后，处理该记录信号以产生一个函数，该函数可应用于可利用的导联信号，用以合成近似于缺失的或者失真的不可用导联信号的导联信号。在合成阶段中，将此函数应用于可利用的ECG导联信号。使用该技术，可以合成缺失的导联。然而，该技术牵涉执行相对复杂且耗时的缺点。所需的是，提供一种ECG胸导联信号合成系统，其能够相对快速地且简单地合成胸导联信号。

发明概述

一种系统，提供了传统的12导联心电图(ECG)信号集的合成胸导联信号。该系统自适应地导出了关于传统12导联ECG信号集的六个ECG胸导联信号中多个信号的ECG胸导联信号。该系统包括输入处理器，其用于接收包括两个已测量ECG胸导联信号的数据，这两个已测量ECG胸导联信号包括传统12导联ECG信号集的六个ECG胸导联信号中的特定两个信号，并且接收识别六个ECG胸导联信号中的该特定两个信号的相关信息。该系统中的数据处理器使用识别六个ECG胸导联信号中的该特定两个信号的信息，用于自多个存储的系数中识别和选择系数，并且使用该选定的系数，对包括所述两个已测量ECG胸导联信号的所述数据应用变换，以导出表示多个未测量ECG胸导联信号的数据。输出处理器处理表示多个未测量ECG胸导联信号的数据，以用于输出。

附图简述

在附图中：

图1是示出根据本发明的原理的患者监视设备中的ECG合成系统的示图。

图2是示出根据本发明的原理的用于自适应地导出图1设备中使用的ECG胸导联信号的处理的流程图。

图3是示出根据本发明的原理的用于合成ECG胸导联信号的变换的示图。

图4a～4e是示出根据本发明的原理的用于图3的变换的非特定于患者的系数。

发明详述

图1是示出了患者监视设备中的ECG合成系统的示图。在图1中，多个电极102用于附装到患者身体上的各自位置。多个电极102联接到预处理器104的各自的输入端子。预处理器104的各自输出端子联接到合成器306和控制器308的相应的输入端子。合成器306的各自输出端子联接到显示设备310的相应的数据输入端子。控制器308的合成器控制输出端子联接到合成器306的控制输入端子，而控制器308的显示设备控制输出端子联接到显示设备310的控制输入端子。该显示设备包括显示屏幕312以及用户控制组314。此外，这些用户控制314可以包括用圆形说明的旋钮以及用圆角方形说明的按钮，等等。显示设备310的用户控制输出端子联接到控制器308的用户控制输入端子。控制器308的双向端子联接到数据库110的相应端子。

在操作中，多个电极102是用于附装到患者上的预定位置的ECG电极。在所说明的实施例中，多个电极102包括六个电极，其包括，左臂(LA)、右臂(RA)、左腿(LL)、右腿(RL)、胸电极1(导联信号V)和胸电极2(导联信号V+)。电极信号使用已知遥测技术，以无线方式传输到预处理器104。相反地，传统的12导联ECG集使用10个电极，其包括，四个肢电极LA、RA、LL、RL以及六个胸电极V1、V2、V3、V4、V5和V6，并且这些电极用于提供12个传统的ECG导联信号，其标注为I、II、III、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5和V6。导联信号I和II由LA、RA、LL和RL电极的原始数据求出，接下来信号I和II用于数学导出III、aAR、aVL和aVF，如已知的。在所说明的实施例中，肢导联信号的导出与本发明无密切关系，在本申请的剩余内容中不进行讨论。

此处提出的系统有利地自适应地由联接到标准胸导联电极位置中的两个(即，标准的V1、V2、V3、V4、V5和V6电极位置中的两个)的两个已测量ECG胸导联信号，导出传统的12导联ECG信号集中的高达四个的ECG胸导联信号。该系统基于预定的存储数据，有利地针对任何患者完成此操作，而不需要积累和分析特定患者的ECG数据，用于合成特定于患者的胸导联信号数据。在图1的系统中，有利地使用了包括信号LA、RA、LL、RL、V(胸电极1导联信号)和V+(胸电极2导联信号)的六个输入电极102，以提供传统的12导联ECG信号集(包括被表示为I、II、III、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5和V6的导联信号)。

在图1的所说明的实施例中，预处理器104包括模数转换器，用于将六个输入的模拟电极信号转换成多比特数字形式。预处理器104通过已知的方式，进一步处理数字化的ECG信号数据，以识别每个ECG复合体的特性，并且，时间调整和聚合(即平均、中值滤波等)关于每个导联的一定数目的连续的ECG复合体。独立的ECG复合体包括接收自患者附装电极的占据预定的时间周期和带宽的信号数据。表示六个任选地求平均的输入的ECG导联复合体的数字数据通过已知的方式存储到合成器306的存储器中的各自的位置。合成器306、控制器308以及数据库110一起处理存储在单元306存储器的输入的ECG导联复合体，用以提供表示ECG波形的数据，用于显示在显示设备310的显示屏幕312上。

如图1中所说明的，显示设备310通过针对ECG波形的常用方式，在显示屏幕312上显示来自合成器306的12导联ECG波形。此外，控制器308可以响应于来自显示设备310上的用户控制314的用户输入，并且可以调节显示设备310，以在显示屏幕312上显示信息。通过下文中详细描述的方式，控制器308还响应于来自预处理器104的导联信号，控制合成器306的操作。合成器306处理六个输入电极信号102(LA、RA、LL、RL、V和V+)，以提供包括高达四个的合成胸联导信号的传统的12导联ECG信号集(I、II、III、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5和V6)，用于在设备310上显示。

由用户将多个电极102附装到患者上的预定位置。如前文所描述的，这些导联中的两个导联(对应于导联V和V+)附装到位于传统的12导联ECG信号集中的六个标准位置V1、V2、V3、V4、V5和V6的六个胸电极中的两个胸电极。合成器306响应于用户将标准位置中六个胸电极中的两个胸电极选择为测量电极导联信号V和V+，计算剩余的四个胸导联信号。例如，在操作中，用户将两个测量胸导联V和V+连接到患者上的位置VI和V2处的胸电极。用户使用显示设备310上的用户控制314，输入有关监视所需的信息，其包括，例如，识别被测量患者的信息。用户还使用用户控制314，选择胸导联识别图像窗口，并且使两个测量胸导联V和V+同胸电极V1和V2相关联。

如果用户未能使两个测量胸导联V和V+同任何胸电极和相关的导联标志相关联，则该系统操作于全通过模式。在该模式中，控制器308检测到，胸导联V和V+未与任何胸电极相关联，并且调节合成器306，用以将V和V+导联信号无变化地传递到输出端子。在该模式中，对于所考虑的特定患者，使合成器306的操作停用，并且合成器306不导出剩余四个胸导联信号V3、V4、V5和V6中的任何一个。相反地，两个测量胸导联V和V+波形以及相关的V和V+标志显示在屏幕312上。如果用户使两个测量胸导联V和V+同不正确的胸电极和相关的导联标志相关联，则该系统可能显示无效数据。

在正常操作中，并且响应于用户使两个测量胸导联V和V+同正确的胸电极V1和V2相关联，合成器306导出剩余的四个胸导联信号V3、V4、V5和V6。为此，控制器308获取用户输入信息，该信息识别在联接到胸电极V1和V2时的两个测量胸导联V和V+。控制器308使用该识别信息自多个存储系数集中识别并选择系数。该系数有利地用于任何患者，因此其是非特定于患者。这意味着，合成器306能够快速地合成胸导联，而不需要之前的时间消耗，也不需要用于导出合成胸导联信号中使用的特定于患者的变换数据而进行复杂的特定于患者的数据积累。相反地，在分析阶段，可替换的技术将牵涉记录关于特定患者的全部12导联ECG的至少某部分。对记录信号进行处理，以产生特定于患者的函数，其可应用到可利用的导联信号，用以合成近似于缺失的或失真的不可用的导联信号的导联信号。在合成阶段，该特定于患者的函数被应用到可利用的ECG导联信号。该可替换的技术使得能够合成关于特定患者的缺失导联，但是牵涉执行相对复杂且耗时的缺点。

控制器308自数据库110选择同识别的测量导联分配(此处V＝VI，且V+＝V2)相关联的系数(例如，具有矩阵的配置)。用户能够使两个测量胸导联V和V+以任何顺序同六个胸电极V1～V6的任何两个胸电极相关联，即V和V+可分别同V1和V2或者V2和V1相关联。因此，存在使V和V+同六个胸电极V1～V6的两个胸电极相关联的三十种不同的方式，并且在数据库110中存储了三十个相应的系数集(例如，矩阵)，以备由合成器306使用，用于合成剩余的四个胸电极信号。图4a～4e以矩阵的形式示出了三十个非特定于患者的系数集，以备由合成器306使用，用于合成剩余的四个胸电极信号。该三十个非特定于患者的系数集包括三十个不同的4×4矩阵，每个矩阵包含16个系数。

在该示例性操作描述中，用户能够针对不同的一个或者不同的一对胸电极，分别由V1和V2重新安置这两个测量胸导联的任何一个或者两个。结果，两个测量电极联接到选定的不同的胸电极对组合。用户使用控制314，经由屏幕312上显示的菜单，使两个测量胸导联V和V+同选定的不同的胸电极对组合相关联。作为响应，控制器308自数据库110动态地选择同选定的不同的胸电极对组合相对应的系数矩阵。

控制器308自数据库110检索同识别的测量导联分配(此处V＝VI，且V+＝V2)相关的选定的系数矩阵。控制器308将选定的矩阵系数插入到合成器306中的矩阵307的存储位置。合成器306使用该选定的系数矩阵307，合成剩余的四个胸导联信号V3、V4、V5和V6。为此，合成器306使用选定的系数矩阵307执行矩阵乘法，其包括图3中标出的线性变换。由合成器306执行的矩阵乘法导出了表示剩余的四个胸导联信号V3、V4、V5和V6的数据值。这是通过使选定的系数矩阵307乘以包括(传统的12导联ECG信号集的)导联信号I和II的数据值以及两个测量胸导联V和V+的数据值的输入矩阵来实现的，如图3所示。如前文所描述的且是已知的，导联信号I和II自肢电极LA、RA、LL和RL的原始数据计算。例如，如图3所指出的，V3的计算如下：

V3＝C0，0*Lead I+C0，1*Lead II+C0，2*Lead V+C0，3*Lead V+

相似地，可以计算表示胸导联信号V4、V5和V6的数据值，如图3所示。

合成器306将图3的变换应用于导联信号I和II以及V和V+的数据值，用以导出表示V3、V4、V5和V6的数据值。由此，所导出的表示信号V3～V6的数据，连同表示V1和V2的测量数据(来自测量导联V和V+)一起，可用于在显示设备310的显示屏幕312上提供全部的胸导联信号V1～V6集合的波形显示。胸导联信号V1～V6连同导联信号I和II以及信号III、aAR、aVL、和aVF(如已知的，由导联信号I和II计算)一起显示在屏幕312上。结果，屏幕312显示全部的传统的12导联ECG信号集。

经由屏幕312，将两个测量胸导联V和V+的任何一个或两个重新安置到选定的不同的胸电极对组合，并且通过用户使两个测量胸导联V和V+同选定的不同对的组合相关联，自动地触发了控制器308开始刷新的合成周期。具体地，控制器308自动地自数据库110选择与选定的不同的电极对组合(例如，V2和V5)相对应的系数矩阵，用于并入到位置307中，并且开始由合成器306使用图3的变换合成相应的剩余的电极信号(例如，V1、V3、V4和V6)。

图2是用于自适应地导出图1系统中使用的ECG胸导联信号的处理的流程图。在步骤200中开始之后，预处理器104在步骤203中向合成器306提供表示两个测量胸导联V和V+的数字数据，以及表示传统的12导联ECG信号集的导联信号I和II的数字数据。在步骤205中，控制器308自多个存储的非特定于患者的系数集(其独立地同相应的特定电极对相关联)识别和选择系数集。这些系数集(其在优选实施例中是矩阵)用于(针对任何患者)合成传统的12导联ECG集的六个ECG胸导联信号中的高达四个的胸导联信号。控制器308响应于识别由用户经由用户控制314(图1)输入的六个传统的ECG胸联导信号中的特定两个信号的信息，选择同相应的特定电极对相关联的系数集。在步骤207中，合成器306使用选定的系数，将变换应用到表示两个测量胸导联信号V和V+以及导联信号I和II的数字数据。完成该操作，用以导出表示传统的12导联ECG集的六个ECG胸导联信号的四个剩余的未测量ECG胸导联信号的数据。

在步骤209中，控制器308处理导出的和测得的胸导联信号数据以及表示导联信号I、II、以及信号III、aAR、aVL和aVF的数据(如已知的，由导联信号I和II计算)，用于在屏幕312上显示。由此，显示设备310的屏幕312显示全部的传统的12导联ECG信号集。控制器308还调节显示设备310，用以在显示屏幕312上显示指示，用于通知用户正在合成显示ECG胸导联信号中的四个。通过将测量导联信号符号V和V+安置在相邻于未合成ECG胸波形以及它们的相关胸导联信号识别符号(例如，符号V1和V2)，提供该指示。没有V和V+相邻于剩余的四个胸导联信号和识别符号(例如，符号V3、V4、V5和V6)指出了这些是合成波形。可替换地，在其他的实施例中，利用某些方法，诸如通过改变合成导联波形相对于其他导联波形的亮度或色彩，或者通过在显示屏幕312上显示合成波形的文本识别信息，使合成导联波形或者合成导联波形的背景高亮，由此可以表示合成波形。在另一实施例中，可替换的指示符号安置在合成波形附近。图2的处理终止于步骤213。

图1～4中提出的系统、系数和处理不是唯一的。为了实现相同的目的，根据本发明的原理，可以得到其他的系统、系数和处理。而且，在其他的实施例中，此处描述的本发明的系统可以除线性变换以外的变换，其可以包括，例如，多项式函数或者三角函数。尽管通过参考具体的实施例描述了本发明，但是将显而易见的是，在不偏离附属权利要求中阐述的本发明的精神和范围的前提下，可以采取许多变化方案。例如，此处所用的术语“控制器”或“合成器”应被广泛地解释为，包括任何能够接收、发射和/或使用信息的设备，其包括，但不限于，处理器、微处理器或类似设备、个人计算机，诸如膝上型计算机、掌上PC、台式机、工作站、或者文字处理器、网络服务器、大型计算机，电子有线或无线设备，诸如例如，电话、交互式电视，诸如例如，适于连接到互联网的电视机或者适于同电视机一起使用的电子设备、蜂窝电话、个人数字助理、电子寻呼机、数字手表等等。而且，本发明的控制器可以在通信网络上，诸如例如，互联网、内部网、或外部网上同其他系统通信，或者可以作为单独的系统进行操作。

Claims (13)

1.一种系统，其自适应地导出了关于传统12导联ECG信号集的六个ECG胸导联信号中多个信号的ECG胸导联信号，该系统包括：

输入处理器，用于接收包括两个已测量ECG胸导联信号的数据，这两个已测量ECG胸导联信号包括传统12导联ECG信号集的六个ECG胸导联信号中的特定两个信号，并且接收识别所述六个ECG胸导联信号中的所述特定两个信号的相关信息；

数据处理器，用于使用识别所述六个ECG胸导联信号中的所述特定两个信号的所述信息，用于自多个存储的系数中识别和选择系数，并且使用所述选定的系数，对包括所述两个已测量ECG胸导联信号的所述数据应用变换，以导出表示多个未测量ECG胸导联信号的数据；和

输出处理器，用于处理表示所述多个未测量ECG胸导联信号的所述数据，以用于输出。

2.权利要求1的系统，其中

所述输入处理器也接收表示传统12导联ECG信号集的信号I和II的数据，并且

所述数据处理器在导出表示多个未测量的剩余ECG胸导联信号的所述数据时，使用所述选定的系数，对所述信号I和II应用所述变换。

3.权利要求1的系统，其中

所述多个未测量ECG胸导联信号包括所述六个传统的ECG胸导联信号中的四个剩余的未测量ECG胸导联信号。

4.权利要求1的系统，其中

所述多个存储的系数包括多个系数集，并且独立的系数集同对六个传统的ECG胸导联信号中的两个信号的相应特定选择相关联。

5.权利要求4的系统，其中

所述多个系数集包括三十个系数集，其同在六个传统的ECG胸导联信号中选择两个信号的三十种可利用的方式相关联。

6.权利要求5的系统，其中

所述多个系数集包括三十个系数矩阵。

7.权利要求1的系统，其中

所述数据处理器针对任何患者，使用识别六个传统的ECG胸导联信号中的特定两个信号的所述信息，识别和选择系数。

8.权利要求1的系统，其中

所述变换为线性变换。

9.权利要求8的系统，其中

所述选定的系数包括系数矩阵，并且

所述数据处理器在执行所述线性变换时执行矩阵乘法运算。

10.一种系统，其自适应地导出了关于传统12导联ECG信号集的六个ECG胸导联信号中多个信号的ECG胸导联信号，该系统包括：

输入处理器，用于接收包括两个已测量ECG胸导联信号的数据，这两个已测量ECG胸导联信号包括传统12导联ECG信号集的六个ECG胸导联信号中的特定两个信号，并且接收识别所述六个ECG胸导联信号中的所述特定两个信号的相关信息；

数据处理器，用于使用识别所述六个ECG胸导联信号中的所述特定两个信号的所述信息，用于自多个存储的系数中识别和选择非特定于患者的系数，并且使用所述选定的系数，对包括所述两个已测量ECG胸导联信号的所述数据应用线性变换，以导出表示多个未测量ECG胸导联信号的数据；和

输出处理器，用于处理表示所述多个未测量ECG胸导联信号的所述数据，以用于输出。

11.权利要求10的系统，其中

所述选定的非特定于患者的系数包括系数矩阵，并且

所述数据处理器在执行所述线性变换时执行矩阵乘法操作。

12.权利要求11的系统，其中所述选定的系数矩阵包括对应于下列值的系数，其具有20％的公差，

{{0.124276，0.528647，-0.470581，0.959203}，

{0.366777，0.646839，-0.419272，0.439137}，

{0.243609，0.612888，-0.240065，0.063791}，

{0.051211，0.525849，-0.166559，-0.064981}}。

13.一种方法，其自适应地导出了关于传统12导联ECG信号集的六个ECG胸导联信号中多个信号的ECG胸导联信号，该方法包括以下步骤：

接收包括两个已测量ECG胸导联信号的数据，这两个已测量ECG胸导联信号包括传统12导联ECG信号集的六个ECG胸导联信号中的特定两个信号，并且接收识别所述六个ECG胸导联信号中的所述特定两个信号的相关信息；

使用识别所述六个ECG胸导联信号中的所述特定两个信号的所述信息，用于自多个存储的系数中识别和选择系数；

使用所述选定的系数，对包括所述两个已测量ECG胸导联信号的所述数据应用变换，以导出表示多个未测量ECG胸导联信号的数据；

处理表示所述多个未测量ECG胸导联信号的所述数据，以用于输出。

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