CN1994221A - 一种立体影像心电图仪及实现方法 - Google Patents

Abstract

一种三维立体影像心电图仪及实现方法，属于医疗诊断仪器。由16根电极线并行15通道输入Einthoven－Goldberger－Wilson和Frank导联系统；将Frank心电向量导联体系采集到的心电信号通过计算机技术、计算机辅助设计，从时空域中，实现多维、同步、同源、实时转换，24小时存储，1～78导联同步或选择性观察描记心电活动图形；并生成数据库、12导心电图、正交心电图、向量心电图、时间/变向时间/分解/放大心向量图、平面图像、立体图像、立体影像、虚拟心脏、智能诊断，网络传输、专家会诊、教学系统等功能。实现了可视化、智能化、图形化、影像化、自动化诊断心脏的结构与功能。

Description

一种立体影像心电图仪及实现方法

技术领域

本发明涉及一种立体影像心电图仪及实现方法，为一种医学检查诊断方法及仪器，即现代医学诊断心脏生物电活动的立体影像心电图仪(Threedimensional imaging electrocardiograph，3DI-ECG)。属于医疗诊断仪器领域。

背景技术

立体影像心电图(Three dimensional imaging electrocardiogram，3DI-ECG)与传统心电图(Electrocardiogram，ECG)的本质相同，都是从体表描记出的心脏生物电活动图形。只是由于科技发展的阶段不同(即：弦线型→线圈转动型→直接描记型→阴极射线型→计算机)；对同一物体从时/空域观察的角度不同；采用的心电导联体系不同；处理方法不同；表现形式不同；认知不同等，使其结果大不相同。

采用数学中维数论或几何学原理以及Frank校正导联体系，将心脏的传导束功能和心肌电/化学扩布功能所共同形成的立体空间向量图，称为“三维心向量图(Three dimensional vectorcardiogram，3D-VCG)或称三维心电图(Threedimensional electrocardiogram，3D-ECG)”；经过第一次投影(简化)在额、横、侧三个平面后，形成平面心向量图(vectorcardiogram，VCG)，称为“二维心向量图(Two dimensional vectorcardiogram，2D-VCG)或称二维心电图(Twodimensional electrocardiogram，2D-ECG)”；又经过第二次投影(再次简化)，即分别在三个平面环体上的任一角度再做出若干条轴线的投影，就形成了线性心向量图，称为“一维心向量图(One dimensional vectorcardiogram，1D-VCG)或称一维心电图(One dimensional electrocardiogram，1D-ECG)或称向量心电图(z-Vectorelectrocardiogram，z-VECG)”。总之，三种描记方法都是对同一物体进行的不同方式的表达，而每一种方法的优势又各不相同，如：1D-VCG的优势在于时间域，简单方便观测连续心跳的频率和节律；2D-VCG的优势在于对P、QRS、T及U等波形的形态、机理的认知，方便鉴别和诊断；3D-VCG的优势在于空间域，可视化诊断心脏的结构与功能、且直观、准确、数值唯一，可达到一图值千言和一目了然的诊断效果；所以，只有从时、空两域，三维互补的理念出发，认知才能客观、完整、细致、准确和深入。

总之，传统心电图、传统心向量图和立体心电图的区别如下：

1.传统心电图(ECG)——1903年世界第一台心电图机问世至今已百年余。是采用Einthoven-Goldberger-Wilson的导联体系，即由双极肢体导联、加压单极肢体导联和单极胸前导联所构成。其优势为时间域的一维线性表达，简单地表达出连续心跳的频率和节律；但对于P、QRS、T和U波形的形成原理、变化和意义等认知不足，许多现象无法解释清楚，如室上速伴宽QRS波群的鉴别诊断、心肌内扩布径路和区域描述等等。传统心电图一般被认为简单实用和普及，属于经验科学。

2.传统心向量图(VCG)——1957年世界上业内人士公认公知公用由Frank提出的校正心电向量导联体系，即由X轴(左右)、Y轴(上下)和Z轴(前后)垂直相交并增加一个校正电极构成了7电极的立体导联体系。然而，受限于当时的科技发展水平，不可能实现肉眼直观的立体空间环体，至今仍然采用将理论上设计的立体心向量环，投影在额面、横面和侧面上，在形成三个平面环体的基础上进行定性、定量分析。结果：临床上更多注重于对这三个平面环体的方位和旋转方向上的观测和描述；未能发挥出本身具有的、更多更有价值的心电信息，如对心肌电-化学扩布研究的表达等。由于历史上先有心电图后有心向量图，人们对前者更为熟悉；以往的心向量图机设备操作繁复，不象传统心电图机那样简单且可以连续描记心跳；传统心电图和心向量图的导联体系不同，描记的图形不能同源比对等；所以VCG的价值未能得到应有的认知、推广、普及和健康的发展。

3.立体心电图(3D-ECG)——1989年由我国学者赵峰教授首先推出了世界第一台立体心电图仪。是采用Frank校正导联体系，从一维空间(线性)和二维空间(平面)通过计算机技术实现传统心电和心向量导联同步采样、显示、转换，描记出正交心电图、时间/变向时间/连续/分解/放大心向量图；并可与传统12导心电图一起24导联同步观察描记。

3D-ECG意义在于：理论上解决了以往心电检测方法上的时/空域分离、看问题的角度单一片面和主观；奠定了向三维空间发展的理论基础。实际中通过对心电二维平面的信号处理，突显了对传统心电图中的P、QRS、T、ST及U波的认知，使鉴别和诊断更为客观准确；填补了世界上对心肌电-化学扩布领域观察手段的空白；指出了传统心电图经典理论的错误；提高了临床诊断的准确性、特异性和敏感性；提出了心电三维发展观。1998年，赵峰申请了”立体心电图的成像方法及成像仪”专利号98117316.0。该项技术为下一步实现可视化诊断心脏的结构与功能奠定了一些理论基础。

发明内容

为了使立体心电与立体心脏解剖结构融合在一起，更好地发挥出立体可视化诊断效果。本发明通过计算机、计算机辅助设计(CAD)等技术，采用Frank校正导联体系，从时间域、空间域、瞬时间域和瞬时空域，全角度、全方位透视立体心脏电活动，达到多维(一维、二维和三维)、同步、同源、实时转换，24小时心电信息存储，1～78导联同步或选择性描记；并生成数据库、向量心电图、时间向量心电图、平面向量图像、立体向量影像、虚拟心脏、影像处理、图形诊断、影像诊断、各种图形组合打印、智能诊断、网络传输、专家会诊、教学系统等功能；实现了可视化、智能化、图形化、影像化、自动化诊断心脏的结构与功能，提供一种立体影像心电图仪及实现方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种立体影像心电图仪实现方法，步骤为采用16根电极线15通道输入导联系统，即Frank氏7电极体系和传统12导联心电图10根电极线，其中Frank氏的Y轴正极与心电图左踝电极并联；Frank导联与传统心电图导联皆可同时及/或单独使用；将Frank导联提取的X、Y、Z心电信号，通过计算机按数学公式运算处理后生成一维线性表达的“向量心电图(z-VECG)”、二维平面心电图、三维立体心电图和三维立体影像心电图。

将Frank导联提取的X、Y、Z心电信号，通过计算机按数学公式运算处理后生成一维线性表达的“向量心电图(z-VECG)”。在向量心电图中，提供了一套虚拟导联轴系统，每个虚拟导联轴有一个面属性和一个角度属性，根据这两个属性，确定一个导联轴的方向，再由计算机计算出该导联轴产生的心电正负电位差值并显示描记出其心电图形，即：在额面(F)、横面(H)和侧面(S)上，分别生成导联角在0～360度范围内的向量心电图。每个面设定0～18个导联轴，三面共设54个虚拟导联轴，每个导联轴可以根据需要调整其导联轴的角度，每个导联轴移动的最小单位是0.5度，正在调整的导联轴不能超过相临的前、后导联轴。向量心电图中，每个导联图形的左上方皆有面和角度的标志。

将Frank导联提取的X、Y、Z心电信号，经计算机处理后生成3导正交心电图(Orthogonal electrocardiogram，O-ECG)、3导时间心向量图(Timedvectorcardiogram，T-VCG)、3导变向时间心向量图(Direction changing timedvectorcardiogram，DCT-VCG)和3导连续心向量图(Continual vectorcardiogram，C-VCG)；

将Frank导联提取的X、Y、Z心电信号，经计算机处理后生成综合/分解/放大的平面心向量图(Divided and amplified vectorcardiogram，D/A-VCG)，即可针对额、横、侧三个平面的P、QRS、T、U环图形进行综合/分解/放大的处理；同时，瞬间向量的时标点(泪点)可以随意增大变小，泪点的变化方式可在点状、泪点状和“＞”状中选择；

或将Frank导联提取的X、Y、Z心电信号，经计算机和计算机辅助设计(CAD)处理后生成肉眼直观的立体空间心向量环体并可以全方位全角度旋转观察；P、QRS、T和U环的大小、颜色、瞬间动/静态变化、计时、各参数测量选择、显示及打印等皆可随意设定；

或以立体向量环原点为中心，配以“立体坐标衬”包括：线条状、包罗线状、透明/半透明状和不同颜色变化可调的十字交叉板及/或方形、圆形、棱形、椭圆形和不规则形状的立体等方式供选择使用；

或在立体向量环体中心点处套以带有方位角度的、有坐标系的、中间镂空的、明暗色彩变化可调的十字交叉板、及/或方形、圆形、棱形、椭圆形和不规则形状的立体方式，同时可与立体心电同步实时全方位全角度随意旋转观察；

或采用外购的立体的“虚拟心脏”模型为衬，按规则套在立体空间心向量环体上，再进一步处理成可以调整“虚拟心脏1”的色彩明暗透明度；调整组合心脏的各个部位如：左/右心房、左/右心室、心包膜、冠状动/静脉等；以及调整计算“虚拟心脏”整体、局部的大小、形态、心轴和空间位置等。

立体影像心电图仪(3DI-ECG)在立体心电图仪(3D-ECG)基础上，融入的创新发明点：

(1)一种立体影像心电图仪，包含有16根电极线，并行15通道输入Einthoven-Goldberger-Wilson和Frank导联系统；15个隔离级；电阻网络；15导联系统；前置放大器；滤波器；二级放大器；光电隔离器；采样保持器；模数转换(A/D)；USB接口；PC计算机；绘图仪或热敏记录仪。

(2)功能与结构的融合：指心电功能与心脏解剖结构相融合。是将“虚拟心脏”按规则套入立体空间向量环体上，这在以往的心电检测设备中从未有过。其意义在于：不仅显示直观的立体三维心电效果；而且同时显示出直观的立体三维心脏解剖结构的形态学效果；同时又将心电和结构的病、生理变化结合一致后，以影像及/或图形的方式再次表达出来。例如判断心肌梗死的部位时，通过心电变化和心脏影像变化结合后再显示出来，即可达到诊断一目了然、一图值千言。

(3)立体坐标衬的建立：如采用的线条、平板、颜色、光线等构成的十字交叉板作为“立体衬”，以及标有空间方位角度的“立体坐标衬”等。皆可随意选择或组合各种“立体衬”，并按规则套入立体心向量环中，不仅具备直观的立体空间视觉效果，而且可以随意全方位全角度地同步旋转、放大观察，以提高分辨率，排视角盲区以及对异位激动点空间准确定位等等。

(4)建立立体人体上半身坐标像与空间心向量保持同步旋转以便于比对。

(5)虚拟心脏衬的建立：将立体虚拟心脏进一步处理成明暗、透明和色彩可调；按规则将其套入立体心向量环中；可以随意组合心脏的各个部位如：左/右心房、左/右心室、心包膜、冠状动/静脉等；“虚拟心脏”的整体、局部、大小、形态、心轴、空间位置等处理成随意可调整的状况。

(6)利用现代医学心脏影像技术对比调整虚拟心脏：通过X光胸片(心脏各角度的X光片)、磁共振(MRI)、心血管造影、心脏超声心动图、核医学、介入放射学和心脏电生理等检查结果，随意矫正虚拟心脏的解剖形态学位置，达到与实际病人心脏结构和功能变化的统一，进一步提高心电学临床、科研和教学的诊断水平。

(7)向量心电图(z-VECG)的建立：向量心电图与传统心电图都是从时间域中以一维线性方式表达心跳的频率和节律。二者区别在于：

1)导联体系不同。

2)向量心电图由于采用Frank导联体系，可以生成二维平面和三维立体图像。而传统心电图由于采用Einthoven-Goldberger-Wilson的导联体系，即由双极肢体导联、加压单极肢体导联和单极胸前导联所构成，非X轴(左右)、Y轴(上下)和Z轴(前后)垂直相交所构成，所以不能称其为立体导联，也就不能生成二维和三维图像。

3)基于业内人士公认心电图是由心向量图的二次投影所产生的原理，所以向量心电图可以替代传统心电图；也能弥补传统心电图导联轴的夹角盲区；

4)20世纪40年代Wilson提出横面的胸前导联(V1～V6)后，由于能反映出心电活动的前后变化，心电图才大有发展，得到极广泛的应用。然而，传统心电图只能反映出额面和横面，向量心电图则可同时反映出额、横、侧三个平面的线性心电变化，使得心电信息更为丰富。

5)向量心电图因电极放置简单而固定，受个体差异较传统心电图影响小，故便于国际上诊断指标的标准化和统一化。

6)向量心电图只用7根导联线即可替代传统心电图＞10根的导联线。而且以最小为0.5度的夹角，随意设定若干条导联轴线。

(8)真正意义上的三维心电图转换：有助于对心脏电活动的信息，从时、空域中去观察，即从一维线性、二维平面和三维立体空间领域中，进行实时、同源、同步的转换和影像透视性观察。

(9)1～78导联同步或选择性采样、显示、观察、编辑和描记。

(10)专家智能自动诊断系统：即有一维线性、二维平面和三维立体空间各自的定性定量诊断，又有三者综合性的诊断，使诊断结果更为客观、全面、细致、早期和准确。

(11)人工干预识别诊断系统：针对正交心电图及/或其他心电活动图的P、QRS、T和U波(环)的起止点分别设有2、6、8点的识别线选择，即2点是针对心电任意时段或波形起止点的选择；6点是针对心电P、QRS、T波形起止点的选择；8点是针对心电P、QRS、T和U波形起止点的选择。同时，人工拖动任意一个识别线时可以同时或分别在一维、二维和三维心电图中显示出图形和数值的变化。亦可分别或综合性打印出各自的正常值、检测值及诊断报告。亦可将所有选择的心电周期同时叠加在平面和立体图形中。

(12)立体心电观测指标的建立：是一套全新的检测指标，同传统指标相比更加客观、全面、细致、准确、精练、实用和唯一。

(13)随意性选择、组合、打印各种图形。

(14)一维、二维和三维心电图产生原理的教学演示。

本发明——立体影像心电图(3DI-ECG)的意义在于：

1.有助于建立起三维心电发展观，从时空域，全方位、全角度、整体全面细致客观地观察心脏生物电活动；

2.指出传统心电学的错误理念，如：心肌为合体细胞等概念；

3.提出并填补了世界上业内人士对心肌电-化学扩布领域的研究空白；

4.利用医学影像学技术，将虚拟心脏及/或实际心脏的结构与功能有机地结合起来，达到可视化、人工智能化、图形化、影像化和自动化诊断心血管疾病。

5.通过临床验证，明显了提高心电学诊断的敏感性、特异性和准确性；

6.使医疗、教学和科研的整体性提高；有助于明确今后心电学发展的方向，带动多学科向纵横方向深入发展。

附图说明

图1.本发明的结构原理框图；

图2.软件总体逻辑框图；

图3.正交心电图(0-ECG)；

图4.向量心电图(z-VECG)[额面]；

图5.向量心电图(z-VECG)[横面]；

图6.向量心电图(z-VECG)[侧面]；

图7.时间心向量图(T-VCG)[额面]；

图8.时间心向量图(T-VCG)[横面]；

图9.时间心向量图(T-VCG)[侧面]；

图10.分解/放大心向量图(D/A-VCG)；

图11.立体心电图(3D-ECG)；

图12.立体影像心电图(3DI-ECG)；

图13.为立体心向量环、平面心向量环和向量心电图的三者互换关系。

下面结合附图和实施例对发明进一步说明。

具体实施方式

实施例1：

1.空间心向量环的形成：

心脏是一个立体的、中空的、实体器官。心脏生物电的产生是来自于心脏的传导系统和心肌电-化学扩布。其形成的无数个瞬间心向量分布在三维空间领域，若将各瞬间向量的最远端处相互连接起来就形成了一个空间轨迹的立体环体，称为空间心向量环或立体心向量环(附图13)。图13中的中间环体表示立体心向量环，F、H、S表示经过第一次投影后产生的额、横、侧三个平面心向量环，V1、V5表示经过第二次投影后产生的两个导联轴的心电图。

2.空间心电向量振幅的计算公式：

$\mathrm{SE}=\sqrt{{\mathrm{EX}}^2+{\mathrm{EY}}^2+{\mathrm{EZ}}^2}$

注：SE为空间向量图的振幅；EX²EY²EZ²为P、QRS、T、U或ST向量分别在X、Y、Z轴的投影。

3.空间心电向量图的软件计算：

Frank导联体系中的X、Y、Z正交心电信号，通过计算机计算出三个导联P、QRS、ST、T及U波心电信息在各自不同角度(方向)上相应的振幅和时间的 $\mathrm{SE}=\sqrt{{\mathrm{EX}}^2+{\mathrm{EY}}^2+{\mathrm{EZ}}^2}$ 值，按角度的先后顺序通过计算机依次按对应的空间座标点计算并绘制出空间心向量图的图形。

4.实施本发明的结构原理框图(见图1)

该仪器是由16根电极线，并行15通道输入Einthoven-Goldberger-Wilson和Frank导联系统1；15个隔离级2；电阻网络3；15导联系统4；前置放大器5；滤波器6；二级放大器7；光电隔离器8；采样保持器9；模数转换(A/D)10；USB接口11；PC计算机12；绘图仪或热敏记录仪13。

15路导联系统1取到信号，分别通过各自的隔离级2送到电阻导联网络3，输出含有12导联心电图信号及3导正交心电图信号4，并送各自的前置放大器5(该前置放大器具有高输入阻抗、高增益、高共模抑制比的特点，可将微伏级信号不失真地放大1000倍以上)，滤波器6用于滤掉高频噪声和50Hz噪声，信号经二级增益调节7可满足不同的使用需要，然后送光电隔离器8，使隔离级前的“地”与微机的“地”隔离开来，可减小地回路、降低干扰噪声，同时将前置级与电源隔离，信号通过光电隔离级传送至采样保持器9，模数变换器10对采样保持器9输出的各路信号轮番进行A/D变换10，经USB接口11，送入计算机12。送至绘图仪或热敏记录仪13。

5.总体逻辑框图(图2)

采用微软视窗应用程序开发，运行于Window2000操作系统之上，界面具有典型的微软视窗风格，开发语言采用VC++系列语言工具，开发平台采用国际通用和流行的VS.NET开发工具包。

应用程序的程序框架结构采用基于MFC类库的标准单文档模板类结构，主流函数为MFC类函数，并结合标准的API函数以及运行时间库函数实现绝大部分功能。二维图形显示采用GDI和GDI+接口实现，三维模型显示采用OpenGL模块实现。应用到的其他软件模块库还有界面开发工具模块，采集卡驱动模块，加密锁应用模块。在功能实现上，实时心电数据通过DMA传输方式的USB接口调用完成，心电数据采用软件滤波，专家智能诊断采用自主开发的诊断模型进行。用户界面采用了多视口切换技术，除了常用的菜单、按钮工具条外，应用了较多窗口工具条和许多模式和无模式话框，加强用户的控制能力。三维心向量图采用透视法进行作图成像，并提供多种可供选择的坐标立体线、面和立体虚拟心脏模型作为背景衬，可用键盘鼠标随机进行观测变换。文档管理采用由应用程序直接管理。软件支持多种打印机配置。本软件引入网络技术和数据库技术，实现资源共享和规模化管理。在三维模型表现上通过开发三维模型实现可变形态三维模型控制技术。

立体影像心电图仪由主应用程序实现，其软件总体逻辑框图如图2所示。图中方块表示软件执行模块，圆形表示数据介质，单线箭头表示程序控制逻辑，双线箭头表示数据流向。上层的用户界面管理控制和窗口管理、打印管理、档案管理是面向人员的模块，其它模块是支持模块。为了区分不同性质的心电图数据操作，模块划分为实时数据处理部分和静态数据处理部分，具有特色的立体心电图分析处理功能，处于静态数据处理阶段。

实施例2：

一种立体影像心电图实现方法，步骤包括有：建立立体坐标衬，由线条、平板、颜色、光线等构成的十字交叉板作为“立体衬”；以及标有空间方位角度的立体坐标衬；将虚拟心脏衬套入立体空间向量环体上。采用1～78导联同步或选择性采样、显示、观察、编辑和描记。“立体衬”为现有技术，专利号98117316.0名称为”立体心电图的成像方法及成像仪”，该项专利有“立体衬”的特征描述。

一种立体影像心电图实现方法，步骤包括有提供了一套导联，即16根电极线(15通道)输入导联系统包括Frank氏7电极体系和传统12导联心电图10根电极线，其中Frank氏的Y轴正极与心电图左踝电极并联。

如图3所示，将Frank导联提取的X、Y、Z心电信号，经计算机按数学公式运算处理后生成一维线性表达的“向量心电图(z-VECG)”。向量心电图的导联不是实际存在的导联，而是一组用软件设定的虚拟导联轴。为方便理解，可将传统心电图和心向量图的导联体系称为“硬导联”，是由物理导联线和采集系统构成的有形导联；将由软件设定的虚拟导联称为“软导联”，是由计算机软件实现的虚拟导联轴。每个虚拟导联有一个面属性，确定该导联属于哪个观测面，还有一个角度属性，规定其在该面内的角度是多少。根据这两个属性，就可以确定其导联轴的方向，通过计算机计算出该导联轴产生的心电正负电位差值并显示描记出其心电图形。

理论上可以设定无限个虚拟导联，目前本系统提供的一套虚拟导联(轴)，允许在额面(F)、横面(H)和侧面(S)上，分别生成导联角在0～360度范围内的向量心电图。每个面设定0～18个导联轴，三面共设54个虚拟导联轴，每个导联轴皆可根据需要调整其导联轴角度，导联轴之间最小的夹角为0.5度，正在调整的导联轴不能跨越前后的导联轴。向量心电图的用途是多方面的，即可以单独描记，也可以在综合心电图窗口中与其它心电图一道同步显示、描记和比对，或者在1D、2D和3D-ECG中同源同步转换观察和描记等。(如图4、5、6所示)

如图7、8、9所示，将Frank导联提取的X、Y、Z心电信号，经计算机处理后生成3导正交心电图(O-ECG)、3导时间心向量图(T-VCG)、3导变向时间心向量图(CT-VCG)和3导连续心向量图(C-VCG)。

将Frank导联提取的X、Y、Z心电信号，经计算机处理后生成综合/分解/放大的平面心向量图，即针对额、横、侧三个平面的P、QRS、T、U环进行综合/分解/放大后的观察和描记；瞬间向量的时标点(泪点)可以随意增大变小，泪点的变化方式可在点状、泪点状和“＞”形状中选则；瞬间向量的时标点(泪点)可按1、1.5、2、2.5、4、5、10(ms/dot)标记。

将Frank导联提取的X、Y、Z心电信号，经计算机和计算机辅助设计(CAD)处理后生成肉眼直观的立体空间心向量环体并可以全方位全角度旋转观察。瞬间向量的时标点(泪点)可以随意增大变小，泪点的变化方式可在点状、泪点状和“＞”形状中选则；瞬间向量的时标点标记(ms/dot)与二维平面图形一致；P、QRS、T和U环的大小、颜色、瞬间动/静态观察、计时、各参数测量、显示及打印等皆可随意选择、设定。

如图11、12所示，为使立体空间心向量环体有可视直观的效果，以立体向量环原点为中心，套以不同的“立体坐标衬”包括：线条状、包罗线状、球形、椭圆形、方形、不规则形、十字交叉板等方式，同时具备颜色、灯光、透明、半透明状可调的功能选择。

为使立体空间心向量环体具有空间经纬度的可以测量和可视化效果，在环体中心点处套以带有方位角度的、有坐标系的、中间镂空的、明暗色彩变化可调的十字交叉板、及/或圆形、方形、棱形、椭圆形状的交叉板，亦可全方位全角度随意旋转观察和空间定位。

为使立体空间心向量环体具有心脏解剖形态学的直观可视化诊断效果，采用外购的立体的“虚拟心脏”为衬，按规则套在立体空间心向量环体上。同时进一步改进处理成：对“虚拟心脏”的色彩明暗透明度可调；可以随意组合心脏的各个部位如：左/右心房、左/右心室、心包膜、冠状动/静脉等；“虚拟心脏”的大小、整体、局部、形态、心轴、空间位置随意可调；

“虚拟心脏”为现有技术。将“虚拟心脏”与三维心向量图采用透视法按规则进行作图成像，三维模型显示采用软件OpenGL模块实现。

实施例3：

如图1所示，以往心脏的解剖形态学与心电学分属两大各自的研究领域，如B超与心电生理。而本发明目的是将心脏的立体解剖结构与立体心电机能还原成一体化，将三维空间的立体心电和三维空间虚拟心脏的解剖形态结构紧密结合起来，以影像及/或图像方式观察诊断心脏疾病。所谓可视化、智能化、图形化、影像化、自动化诊断心脏的结构与功能。其意义在于一目了然，一图值千言。即立体、全方位、直观地反映出心脏生物电活动与实际心脏位置间的位相关系；心脏传导系统的顺逆时相关系；心电瞬时间变化与心肌结构中局部心肌除/复极扩布的对应关系等等；达到客观、全面、直观、细致、准确地诊断心脏的疾病。

本发明通过16根导联线和15路通道，同时输入心电图和心向量图信号，通过计算机、计算机辅助设计和三维立体成像技术，使得心电信号可以在一维(直线)、二维(平面)和三维(立体)中同源同步转换描记；同时衬以立体的“虚拟心脏”，从时间域、空间域和瞬时空域，全方位、全角度、多层次、立体观察心脏的生物电活动。

特有的“专家智能图形/影像诊断”是一种创新的诊断表现形式。是融合了对心脏生物电功能的定性、定量诊断和心脏解剖、形态学病/生理性的改变。并且直接在立体的“虚拟心脏”上显示，例如：下壁心肌梗死时，可从屏幕上直接看到和描记出心脏梗死的部位，所谓一目了然、一图值千言。

通过Frank心向量导联体系，将采集到的心电信号通过计算机技术应用扩展，可进行一维线性、二维平面和三维立体的同步、同源、实时转换、观察和组合性描记。

具备立体心电图的专家智能自动解析诊断和人工干预识别诊断。人工干预识别诊断中对P、QRS、T和U环的起止点分别设有2、6、8点的识别线选择，即2点是针对心电任意时段或波形起止点的选择；6点是针对心电P、QRS、T波形起止点的选择；8点是针对心电P、QRS、T和U波形起止点的选择。同时，人工拖动任意一个识别线时可以同时或分别在一维、二维和三维心电图中实时显示出图形和数值的变化。亦可分别或综合性打印出各自的正常值、检测值及诊断报告。亦可将所有选择的心电周期同时叠加在平面和立体图形中。

具备立体心电图的教学功能，不仅能了解到一维、二维和三维心电图的产生原理；而且对心电学的教学、科研和临床以及今后的发展方向都带来了新的思维和课题。

按Einthoven-Goldberger-Wilson导联提取心电信号，生成12导心电图(ECG)。本身可以单独或组合导联描记，也可以与由Frank导联派生出来的1D、2D、3D-ECG图形组合描记。

图形打印模块：该仪器可以在1～78导联中任意选择、组合、同步或分项打印各种生物电活动图形，包括各种直线、平面、立体和立体影像图形。亦可采用各种输出设备描记。可供描记的图形如下：

(1)12导联心电图(ECG)

(2)正交心电图(0-ECG)

(3)向量心电图(z-VECG)

(4)时间心向量图(T-VCG)[三个面]

(5)变向时间心向量图(CT-VCG)[三个面]

(6)连续心向量图(C-VCG)[三个面]

(7)分解/放大心向量图(D/A-VCG)[三个面]

(8)立体心向量图(3D-VCG)

(9)立体影像心电图(3DI-ECG)

(10)1D、2D、3D-ECG综合图。

(11)图解立体心电图。是将3DI-ECG的诊断结果在“虚拟心脏”中以图形方式打印出来。

有诊断报告模块。分别就以上图形打印出相应的自动解析诊断报告。

有所有立体影像心电图的诊断指标。

有心电导视图模块。指24小时内存储的心电信号，可以通过“心电导视图”窗口浏览，选择所需的图形进行详细的观察和打印。

有心电监护模块。该功能块可选择性使用。是针对心跳的频率和节律而设计的，当心率(HR)<60或>100次/分，以及节律不整齐时会自动报警。

有界面显示模块：显示功能、图象。

Claims (10)

1.一种立体影像心电图仪实现方法，其特征是：采用16根电极线15通道输入导联系统，即Frank氏7电极体系和传统12导联心电图10根电极线，其中Frank氏的Y轴正极与心电图左踝电极并联；Frank导联与传统心电图导联皆可同步及/或单独选择性使用，将Frank导联提取的X、Y、Z心电信号，通过计算机经数学公式运算处理后生成一维线性表达的“向量心电图(z-VECG)”；二维平面心电图、三维立体心电图和三维立体影像心电图。

2.根据权利要求1所述的一种立体影像心电图实现方法，其特征是：在向量心电图(z-VECG)中，提供了一套虚拟导联轴系统，每个虚拟导联轴有一个面属性和一个角度属性，根据这两个属性，确定一个导联轴的方向，通过计算机计算出在该导联轴产生的心电正负电位差值并显示描记出其心电图形，即：在额面(F)、横面(H)和侧面(S)上分别生成导联角在0～360度范围内的向量心电图，每个面设定0～18个导联轴，三面共设54个虚拟导联轴，每个导联轴可以根据需要设置其导联轴的角度，每个导联轴移动的最小单位是0.5度，正在调整的导联轴不能超过相临的前、后导联轴。

3.根据权利要求1所述的一种立体影像心电图实现方法，其特征是：将Frank导联提取的X、Y、Z心电信号，通过计算机处理后生成3导正交心电图O-ECG、3导时间心向量图T-VCG、3导变向时间心向量图CT-VCG、3导连续心向量图C-VCG。

4.根据权利要求1所述的一种立体影像心电图实现方法，其特征是：将Frank导联提取的X、Y、Z心电信号，经计算机处理后生成综合/分解/放大的平面心向量图，即可针对额、横、侧三个平面的P、QRS、T、U波(环)形进行综合/分解/放大的动/静态观察和描记。

5.根据权利要求1所述的一种立体影像心电图实现方法，其特征是：将瞬间向量的时标点，设有以下三种变化：①粗细可调；②在点状、泪点状和“＞”状中选则；③按1、1.5、2、2.5、4、5、10(ms/dot)标记中选择。

6.根据权利要求3或4所述的一种立体影像心电图实现方法，其特征是：将Frank导联提取的X、Y、Z心电信号，经计算机和计算机辅助设计(CAD)处理后生成立体空间心向量环体全方位全角度旋转、放大缩小观察，设定P、QRS、T和U环的大小、颜色、计时、瞬间动/静态观察、各参数测量。

7.根据权利要求3或4所述的一种立体影像心电图实现方法，其特征是：以立体向量环原点为中心，配以“立体坐标衬”包括：线条状、包罗线状、透明/半透明状和不同颜色变化可调的十字交叉板、方形板、圆形板、椭圆形板、棱形板及不规则形，该“立体坐标衬”与立体心电同步全方位全角度、放大缩小、旋转。

8.根据权利要求3或4所述的一种立体影像心电图实现方法，其特征是：在立体心电处套以带有方位角度的、有坐标系的、有各空间度数显示的、中间镂空的、明暗色彩变化可调的十字交叉板、及/或圆形、方形、椭圆形、棱形板及不规则形状的交叉板，同步全方位全角度、放大缩小、旋转。

9.根据权利要求1、3或4所述的一种立体影像心电图实现方法，其特征是：采用立体的“虚拟心脏”为衬，按规则套在立体空间心向量环体上；调整“虚拟心脏”的色彩明暗透明度；调整组合心脏的各个部位如：左/右心房、左/右心室、心包膜、冠状动/静脉等；调整“虚拟心脏”的局部、整体、大小、形态、心轴、空间位置；或直接在立体的“虚拟心脏”上显示出心电学的定性、定量诊断和心脏病/生理性的解剖、形态学改变的综合性影像诊断。

10.一种立体影像心电图仪，其特征是：由16根电极线，并行15通道输入Einthoven-Goldberger-Wilson和Frank导联系统；15个隔离级；电阻网络；15导联系统；前置放大器；滤波器；二级放大器；光电隔离器；采样保持器；模数转换；USB接口；PC计算机；绘图仪或热敏记录仪；15路导联系统取到信号，分别通过各自的隔离级送到电阻导联网络，输出含有12导联心电图信号及3导正交心电图信号，并送各自的前置放大器，滤波器，然后送光电隔离器，信号通过光电隔离级传送至采样保持器，模数变换器对采样保持器输出的各路信号轮番进行A/D变换，经USB接口，送入计算机，送至绘图仪或热敏记录仪。

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