TW202108076A

TW202108076A - 判斷心電圖的r波波峰點的方法

Info

Publication number: TW202108076A
Application number: TW109128206A
Authority: TW
Inventors: 王韜維; 洪志文; 井民全; 藍士承
Original assignee: 美商維托臣股份有限公司
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2021-03-01
Also published as: US20210052179A1; EP3782540A1; CN112401904A; JP2021030080A

Abstract

本發明提供一種判斷心電圖的R波波峰點的方法。首先，提供一心電圖波組，隨後獲得心電圖波組的一最大波峰點。將最大波峰點的最大電壓的一半定義為一臨界電壓，接著進行一R波波峰點的數量估算程序，以獲得心電圖波組所有R波波峰點的一估算數量以及心電圖波組的複數個波峰點，其中波峰點具有大於臨界電壓的電壓。然後，判斷波峰點的數量是否等於所有R波波峰點的估算數量。當波峰點的數量等於所有R波波峰點的估算數量時，將波峰點視為所有R波波峰點。

Description

判斷心電圖的R波波峰點的方法

本發明有關於一種判斷心電圖(ELECTROCARDIOGRAM, ECG/EKG)的R波波峰點的方法。

心電圖為一種最普遍使用於監控心臟電氣活動的工具，其不具侵入性，還可提供立即的結果，因此透過心電圖，可發現某些心臟的疾病。

因為不同的心臟疾病會獲得各種不同的心電圖訊號圖形，例如在右束支傳導阻滯(right bundle branch block, RBBB)的情況下會產生兩個R波，而在ST上升型心肌梗塞(ST-elevation myocardial infarction, STEMI)的情況下，則會產生具有高振幅電壓且低斜率的T波，因此並不容易尋找或定位心電圖訊號的R波波峰點的位置。此外，在震動的環境下，偵測到的心電圖訊號可能不均勻，以致於難以找尋或定位心電圖訊號的R波波峰點的位置。

目前有提出一些方式用以找尋R波波峰點位置，例如利用複雜的小型波(wavelet-based)計算心電圖訊號的多個解析度特徵，以判斷R波波峰點，利用一階或二階微分的方式擷取心電圖變化率並標記R波波峰點的位置，或者利用機器學習(machine learning)的方式。

然而，小型波方法需要多次的頻率轉換計算，導致計算複雜度高；深度機器學習方法需要大量資料作為訓練集，且高品質的訓練集的資料不易取得，因此複雜化此方式；並且，使用一階或二階微分的方式不容易精確地偵測到具有大起伏或大形狀變化的波形的R波波峰點，以致於影響自動診斷的準確度。因此，提供簡單用於判斷R波波峰點的方法實為業界的目標。

根據本發明的一實施例，提供一種判斷心電圖的R波波峰點的方法。首先，提供一心電圖波組，隨後獲得心電圖波組的一最大波峰點。將最大波峰點的最大電壓的一半定義為一臨界電壓，接著進行一R波波峰點的數量估算程序，以獲得心電圖波組所有R波波峰點的一估算數量以及心電圖波組的複數個波峰點，其中波峰點具有大於臨界電壓的電壓。然後，判斷波峰點的數量是否等於所有R波波峰點的估算數量。當波峰點的數量等於所有R波波峰點的估算數量時，將波峰點視為所有R波波峰點。

本發明提供一種自動判斷R波波峰點的方法，其中所述方法利用心臟的心動週期不會突然改變以及相鄰R波波峰點相似的特性以及包括自動調整心電圖的臨界電壓，使得R波波峰點的數量可輕易且精確地找到，藉此定位出R波波峰點的位置。再者，所述方法不需小型波方式的複雜計算，而可容易地在可攜式裝置(portable device)中執行，並且還可因簡單的計算而提供節能的效果。並且，所述方法也不需預先標記心電圖。

第1圖根據本發明一實施例繪示判斷心電圖(ELECTROCARDIOGRAM, ECG/EKG)的R波波峰點的系統示意圖，其中R波波峰點也可稱為R點。系統1包括複數個心電圖電極，用以偵測與接收心電圖訊號，以及心電圖系統12，用以判斷心電圖的R波波峰點。心電圖系統12可透過將10個心電圖電極連接到病人身體上來有效地操作耦接到病人身上，進而偵測到心電圖的12導程(lead)(例如，導程I、II、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5和V6)的訊號，其中心電圖電極可例如為電極V1、V2、V3、V4、V5、V6、RA、LA、RL以及LL。在本發明中，心電圖電極會偵測這些訊號並將這些訊號傳送到心電圖系統12，作進一步處理，以判斷出R波波峰點。心電圖電極例如可應用到穿戴式裝置中，例如手錶、移動式心電圖儀器、或其他適合的裝置。

在本實施例中，心電圖系統12可包括數位訊號處理單元14，用於依據下述的判斷方法判斷R波波峰點。舉例來說，數位訊號處理單元14可包括圖形辨識單元141，用以判斷包含有複數個R波波峰點的PQRST波組(complex)的波形。其中一個PQRST波組的波形可為12導程中的任一個的訊號的一個心動週期(cardiac cycle)，例如可為導程V2或導程V3的一個心動週期，但不限於此。一般PQRST波組的波形可例如包括代表心房去極化的P波、代表心室去極化的QRS波組、以及代表心室再極化的T波，因此可例如包括P點、Q點、R點、S點與T點。在一些實施例中，心電圖電極可收集類比心電圖訊號，在此情況下，心電圖系統1還可包括類比訊號處理單元16與類比/數位轉換單元18，用以將類比心電圖訊號處理轉換為數位心電圖訊號，以進一步搜尋R波波峰點。在一些實施例中，類比訊號處理單元16可選擇性包括濾波器(filter)、放大器(amplifier)、移位暫存器(level shifter)或整流器(rectifier)，但不以此為限。在判斷R波波峰點之後，包括R波波峰點的PQRST波組波形可進一步透過數位訊號處理單元14(例如，圖形辨識單元141)分析，以辨識出PQRST波組波形的圖形並擷取出其中的特徵(例如，J點)。藉此，醫生、病人或人工智慧(AI)資料分析器可透過所述處理過資料的輔助，以作為進一步臨床判斷的證明。

在一些實施例中，心電圖系統12可另包括輸入/輸出單元20，其中輸入/輸出單元20可例如為顯示面板或印表機，用以顯示出心電圖，藉此輔助醫生進行診斷。

在一些實施例中，心電圖電極也可收集數位訊號，因此數位訊號可直接傳送到數位訊號處理單元14。下文中判斷R波波峰點的方法不限於應用到上述系統1的數位訊號處理單元14中。

第2圖根據本發明一實施例繪示判斷心電圖波組的R波波峰點的方法流程圖，第3圖繪示心電圖波組的一範例。本實施例的方法可包括步驟S502至步驟S514，且步驟S502到S514可透過第1圖所示的系統1自動進行。如第2圖所示，方法可從步驟S502開始。在步驟S502中，心電圖波組100(如第3圖所示)可例如由心電圖電極提供。舉例來說，透過利用心電圖電極從病人身上接收心電圖訊號持續例如約60秒的時間，可量測並記錄心電圖波組100。心電圖波組100可包括12導程訊號中的至少一個。在步驟S504中，在提供心電圖波組100之後，可透過例如數位訊號處理單元獲得心電圖100的最大波峰點MPK。舉例來說，最大波峰點MPK可透過尋找心電圖波組100中具有最大電壓VT1的一點而獲得。

在步驟S506中，可透過例如數位訊號處理單元計算出最大波峰點MPK的最大電壓的一半(例如電壓VT2)，並將其定義為臨界電壓。在步驟S508中，可進行R波波峰點的數量估算程序，以獲得心電圖波組100的所有R波波峰點的估算數量(例如N個)以及心電圖波組100的複數個波峰點PK，其中波峰點PK具有大於臨界電壓(例如，電壓VT2)的電壓，且最大波峰點MPK為波峰點PK中的一個。舉例來說，波峰點PK可透過搜尋心電圖波組100中具有大於最大電壓VT1的電壓的波峰點找到。

第4圖根據本發明的實施例繪示R波波峰點的數量估算程序的流程圖。如第4圖所示，R波波峰點的數量估算程序(R peak number estimating process)可包括步驟S602到步驟S610。在步驟S602中，依據臨界電壓(例如電壓VT2)的大小，可獲得心電圖波組100中具有大於臨界電壓的電壓的波峰點PK。例如，透過利用數位訊號處理單元中的比較器來搜尋心電圖100中具有大於臨界電壓的電壓的波峰點，可找到波峰點PK。在步驟S604中，可計算出並獲得複數個時間區間TI，其中每個時間區間TI可分別介於相鄰的兩個波峰點PK之間。舉例來說，時間區間TI可為對應的相鄰波峰點PK的時間點之間的間隔。所獲得的時間區間TI中的兩個可彼此相同或不同。在步驟S606中，當時間區間TI中的至少一個大於時間區間TI的標準差(standard deviation)的兩倍時，需移除所述至少一個時間區間TI，以確保剩餘時間區間TI的資料可接近預期的相鄰R波波峰點之間的時間區間。標準差可為時間區間TI的變化量(amount of variation)或離散(dispersion)程度的量測。具體來說，標準差可透過下面公式(1)計算出。

(1)，其中sd為標準差，n為波峰點PK的數量，x₁ 、x₂ … x_n 分別為每個波峰點PK的電壓，以及

為所有波峰點PK的電壓的均值(average)。在步驟S608中，可計算出並獲得剩餘時間區間TI的均值。在步驟S610中，R波波峰點的估算數量(N)可根據剩餘時間區間TI的均值以及心電圖波組100的持續時間算出並獲得。舉例來說，R波波峰點的估算數量(N)可透過將持續時間除以剩餘時間區間TI的均值而獲得。均值可例如為剩餘時間區間TI的平均值(mean)、中位數(median)或眾數(mode)，但不限於此。

在步驟S510中，在獲得R波波峰點的估算數量(N)與波峰點PK的數量(n)之後，可透過例如數位訊號處理單元判斷波峰點PK的數量(n)是否等於R波峰點的估算數量。當波峰點PK的數量(n)等於R波波峰點的估算數量(N)時，方法可進行步驟S512，將所述波峰點PK視為所有R波波峰點。因此，可找到所有的R波波峰點，並且結束所述方法。

當波峰點PK的數量(n)不等於R波波峰點的估算數量(N)時，方法可進行步驟S514，其包括將臨界電壓增加或降低一預定電壓，而為另一臨界電壓。臨界電壓可例如透過數位訊號處理單元增加或降低。預定電壓可預設或儲存於數位訊號處理單元中，但不限於此。然後，所述方法回到步驟S508，以根據所述另一臨界電壓，再次進行R波波峰點的數量估算程序，找尋波峰點PK，直到所找到的波峰點PK的數量(n)等於R波波峰點的估算數量(N)。具體來說，當波峰點PK的數量(n)小於R波波峰點的估算數量(N)時，可降低臨界電壓至另一臨界電壓，且再次進行R波波峰點的數量估算程序。相對地，當波峰點PK的數量(n)大於R波波峰點的估算數量(N)時，可增加臨界電壓至另一臨界電壓，且再次進行R波波峰點的數量估算程序。

值得一提的是，由於心臟的心動週期不會突然改變，因此R波波峰點之間的時間區間TI可幾乎相同。並且，相鄰R波波峰點的電壓相近且足夠大，因此透過調整臨界電壓，可找到波峰點，且估算出時間區間TI。因此，透過調整臨界電壓的循環，可輕易並精確地找到R波波峰點的數量，進而定位出所有R波波峰點。

由上述可知，在本發明判斷R波波峰點的方法中，由於判斷R波波峰點的計算簡單且容易，不需小型波方法的複雜計算，因此本發明的方法可容易地在可攜式裝置中執行。再者，本發明的方法由於具有簡單的計算及/或不需預先標記心電圖還可達到節能的效果。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1:系統 12:心電圖系統 14:數位訊號處理單元 141:圖形辨識單元 16:類比訊號處理單元 18:類比/數位轉換單元 20:輸入/輸出單元 100:心電圖波組 PK:波峰點 MPK:最大波峰點 S502~S514,S602~S610:步驟 TI:時間區間 V1,V2,V3,V4,V5,V6,RA,LA,RL,LL:電極 VT1:最大電壓 VT2:電壓

第1圖根據本發明一實施例繪示判斷心電圖的R波波峰點的系統示意圖。第2圖根據本發明一實施例繪示判斷心電圖波組的R波波峰點的方法流程圖。第3圖繪示心電圖波組的一範例。第4圖根據本發明的實施例繪示R波波峰點數量估算程序的流程圖。

S502~S514:步驟

Claims

一種判斷心電圖的R波波峰點的方法，包括：提供一心電圖波組；獲得該心電圖波組的一最大波峰點；將該最大波峰點的最大電壓的一半定義為一臨界電壓；進行一R波波峰點的數量估算程序，以獲得該心電圖波組所有R波波峰點的一估算數量以及該心電圖波組的複數個波峰點，其中該複數個波峰點具有大於該臨界電壓的電壓；判斷該複數個波峰點的數量是否等於該所有R波波峰點的該估算數量；以及當該複數個波峰點的數量等於該所有R波波峰點的該估算數量時，將該複數個波峰點視為該所有R波波峰點。
如請求項1所述的判斷心電圖的R波波峰點的方法，其中當該複數個波峰點的數量小於該所有R波波峰點的該估算數量時，該方法另包括降低該臨界電壓，以及再次進行該R波波峰點的數量估算程序。
如請求項1所述的判斷心電圖的R波波峰點的方法，其中當該複數個波峰點的數量大於該所有R波波峰點的該估算數量時，該方法另包括增加該臨界電壓，以及再次進行該R波波峰點的數量估算程序。
如請求項1所述的判斷心電圖的R波波峰點的方法，其中該R波波峰點的數量估算程序包括：依據該臨界電壓獲得該心電圖波組中具有大於該臨界電壓的電壓的該複數個波峰點；獲得複數個時間區間，其中該複數個時間區間中的一個介於該複數個波峰點中的相鄰兩波峰點之間；當該複數個時間區間中的至少一個大於該複數個時間區間的標準差的兩倍時，移除該複數個時間區間中的該至少一個；獲得該複數個時間區間中的複數個剩餘時間區間的一均值；以及依據該複數個剩餘時間區間的該均值以及該心電圖波組的一持續時間，獲得該所有R波波峰點的該估算數量。
如請求項4所述的判斷心電圖的R波波峰點的方法，其中該均值為該複數個剩餘時間區間的平均值、中位數或眾數。
如請求項4所述的判斷心電圖的R波波峰點的方法，其中該所有R波波峰點的該估算數量係透過將該心電圖波組的該持續時間除以該複數個剩餘時間區間的該均值獲得。