《用于分析和编辑ECG形态和时间序列的方法和设备.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于分析和编辑ECG形态和时间序列的方法和设备.pdf（15页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)授权公告号 CN 101057781 B (45)授权公告日 2011.11.16 CN 101057781 B *CN101057781B* (21)申请号 200710097082.6 (22)申请日 2007.04.17 11/405150 2006.04.17 US A61B 5/0452(2006.01) G06F 17/00(2006.01) (73)专利权人 通用电气公司 地址 美国纽约州 (72)发明人 JQ薛 PP埃尔科 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 李亚非 王小衡 US 6438409 B1,2002.08.20, 说明书。
2、第 2 栏 第 11 行 - 第 3 栏第 16 行 , 第 14 栏第 28-55 行、 图 1， 2 和 9. US 6324423 B1,2001.11.27, 说明书第 3 栏 第 55 行 - 第 6 栏第 53 行 , 第 9 栏第 40-52 行、 图 3-8. US 2003/0130586 A1,2003.07.10,说明书第 0128-0130,0135-0139,0174-0176 段、 图 4A-4B. (54) 发明名称 用于分析和编辑 ECG 形态和时间序列的方法 和设备 (57) 摘要 一种用于分析 ECG 信号数据的 QT 间隔特性 的方法和设备， 该 ECG 。
3、信号数据具有由心脏的搏 动产生的一连续波形。ECG 信号数据从患者获取。 确定(44)ECG信号数据的波形的R-R间隔和QT间 隔。 选择具有稳定心率的ECG 信号数据(54) 的波 形用于确定 QT 间隔特性。优选地， 所选择的波形 (54) 为具有最小 R-R 间隔标准偏差和最小 R-R 间 隔离差 (62) 的波形。从以前面的方式或根据临 床医生的编辑选择的ECG信号数据波形计算(74) QT 校正 (QTc)。为了分析和诊断的目的显示 (76) 所选择的波形的心脏搏动的 R-R 间隔、 QT 间隔和 QTc。 本发明也可以以模拟的方式用于从ECG波形 获取和显示其他心脏数据。 (30)。
4、优先权数据 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 董西健 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 7 页 CN 101057781 B1/1 页 2 1. 一种用于分析 ECG 信号数据的特性的方法， 该 ECG 信号数据具有由心脏的搏动产生 的连续波形 (54)， 所述方法包含步骤 ： 获取 (104) 包括多个波形的 ECG 信号数据， 每个波形包括去极化特征和复极化特征 ； 从所述多个波形的每个提取所述去极化特征 ； 基于所提取的去极化特征的统计属性从所述多个波形中选择一组稳定波形， 所述统计 属性被限定为最大 R-R。
5、 间隔对最小 R-R 间隔的离差 (60) 并利用该离差和 R-R 间隔的标准 偏差来选择该组稳定波形 ； 从该组稳定波形的每个波形提取所述复极化特征 ； 以及 从所提取的复极化特征确定 QT 校正 (QTc)。 2.根据权利要求1的方法， 进一步包括以关系柱的形式显示(110)每个所述特征， 其伸 长量与用关系柱表示的特征的大小成比例。 3. 根据权利要求 1 的方法， 其中， 所述 QT 校正是心率不齐的指示。 4. 根据权利要求 1 的方法， 进一步包括形成选择特征的数据组， 其中， 该数据组的选择 特征 (106) 包括 R-R 间隔。 5. 根据权利要求 4 的方法， 其进一步限定为。
6、在 R-R 间隔柱上设置指示符来指示该柱的 伸长量的所选择部分。 6. 根据权利要求 1 的方法， 其中从该组稳定波形的每个波形提取所述复极化特征被进 一步限定为从具有稳定心率的 ECG 信号的选定部分提取 QT 间隔。 7. 根据权利要求 1 的方法， 其中所述统计属性进一步被限定为 R-R 间隔的最小离差 (60) 和 R-R 间隔的最小标准偏差。 8. 根据权利要求 1 的方法， 其中从该组稳定波形的每个波形提取所述复极化特征被进 一步限定为从一部分 ECG 数据提取 QT 间隔， 并且人工编辑 (66) 该 ECG 信号数据以至少部 分地确定其中提取 QT 间隔的那部分 ECG 信号数。
7、据。 9.根据权利要求2的方法， 其中， 以关系柱的形式显示(110)的数据的特征为心室相关 特征和心房相关特征。 权 利 要 求 书 CN 101057781 B1/6 页 3 用于分析和编辑 ECG 形态和时间序列的方法和设备 技术领域 0001 本发明涉及一种用于分析和编辑心电描记 (ECG) 信号内的形态和时间序列关系 的方法和设备。 背景技术 0002 心脏具有使血液循环到肺部以进行充氧作用和 CO2释放的右侧和使充氧的血液循 环到身体的全身循环血管区的左侧。每一侧具有在心肌舒张 ( 心舒张 ) 期间接收血液的心 房和当心肌收缩 ( 心收缩 ) 时释放血液的心室。 0003 ECG 。
8、信号数据反映了心脏传导系统和将血液泵送通过受检者的肺部和全身循环区 的肌肉的电活动。该信号包含心脏的重复作用或搏动产生的一连串波形。对于每分钟大约 60 至 80 次搏动的正常心率， 大约每 0.75 至 1 秒或大约每 750 至 1000 毫秒产生该波形。 0004 典型的 ECG 波形示于图 1。其包含 P 波， QRS 复合， 以及 T 波。该 P 波由在心房收 缩发生之前心脏的心房去极化时产生的电势引起。该 QRS 复合由在心室收缩之前心室去极 化时产生的电势引起， 并且其特征为突出的 R 峰。当产生心脏收缩和泵送作用时， 心肌的复 极化开始， 开始是慢慢的， 然后随着 ECG 波形。
9、在 T 波， 在有些情况下在 U 波中结束而加快。 0005 除了 ECG 波形 ( 即， 形态 ) 的分量的存在和形状之外， 该分量的长度、 分量之间的 间距或间隔在 ECG 解释中是有用的。图 1 所示的通常使用的间隔是 P-R 间隔， QRS 持续时 间， ST-T 片段和 QT 间隔。也可以使用在 ECG 波形的 S-T 片段内微微降低的 U 波， 相信可归 因于心脏的某些部分随后的复极化， 也可以使用该 U 波。 0006 某些药品或药品结合的使用可能影响心脏细胞的离子通道并被反映在 ECG 波形 特性的改变中。其实例为诸如某些抗抑郁和抗逆转录病毒 (anti-retrovirals。
10、) 的药品的 使用， 其导致 QT 间隔的延长。该延长可能导致威胁生命的被称作 “torsade de pointes” 的室性心动过速 ( 过快性 ) 形式的心率不齐， 常常简称为 “torsade” 或 TdP。QT 间隔的使 用当前是由制定规章的管理机构批准用于预测在临床药品试验中药品引起的 TdP 的可能 性的唯一技术。 0007 由于这一原因， 已经进行了努力以获得 QT 间隔的正确测量， 以及对一个时间序列 的 ECG 波形的 QT 间隔的校正的精确计算。将该校正， QTc， 用于调节心率改变的 QT 间隔的 确定。过去， QT 间隔通常根据刚刚在前发生的 R-R 间隔进行校正。R。
11、-R 间隔是连续波形的 R峰之间的间隔。 然而， 越来越多的研究已经表明， 在R-R间隔改变和QT间隔改变之间存在 某些延迟效应。通常被称作 “滞后现象” 的这个延迟效应在某些情况可能有 2 分钟长。但 是在大多数实际情况下， 仅有一段短的 ECG 信号数据是可用的， 例如， 10 秒的数据。如果在 心脏搏动中存在某种类型的心率不齐， 那么如果选择不同的ECG搏动用于QTc计算， 则可能 产生大的差异， 这由不规则的 R-R 间隔来证明。因此， 重要的是在可用的、 短片段的 ECG 信 号数据内选择用于 QTc 计算的一组适当 ECG 搏动。 0008 当前， 在进行 QT 间隔和 QT 校正。
12、 (QTc) 的测量中， 利用 ECG 分析算法对一定量的 ECG信号进行分析， 以对那些被认为适合于QT间隔和QTc测量的信号的ECG波形进行标记。 说 明 书 CN 101057781 B2/6 页 4 然后由心脏病专家或其他临床医生对该信号数据进行检查， 该心脏病专家或其他临床医生 决定哪些波形用于 QT 间隔测量和 QTc 计算。尽管将该选择设计为提高用于计算 QT 数量的 数据质量并提高最终确定精度， 但是， 现在， 对于临床医生来说， 这常常是艰巨的任务。 发明内容 0009 在确定 QT 间隔和 QTc 中， 本发明实施例的方法和设备获取了 ECG 信号数据并确定 了该数据中的波。
13、形的 R-R 间隔和 QT 间隔。选择显示出相对稳定心率的 ECG 信号数据的部 分。可以根据 ECG 波形的 R 特征之间的间隔， 即 R-R 间隔， 的标准偏差的比较来选择该稳定 的心率波形。也可以使用波形的最大 R-R 间隔和最小 R-R 间隔之间的离差 (dispersion)。 0010 具体地， 所选择的 ECG 信号数据的波形是那些具有最小 R-R 间隔标准偏差和最小 R-R间隔离差的波形。 通过用图形关联波形的R-R间隔和QT间隔的新颖显示可以帮助进行 人工选择。根据所选择的 ECG 信号数据， 计算 QTc。 0011 此后， 对 ECG 信号数据的每个所选择的心脏搏动显示 。
14、R-R 间隔、 QT 间隔和 QTc 以 根据其分析 Q-T 特性并进行诊断。 0012 尽管已经将 ECG 信号数据描述为对较长的 QT 间隔进行分析， 但是作为 TdP 的预测 器， 应当理解， 也可以将该分析用于确定异常短的 QT 间隔的存在。短的 QT 间隔还与威胁生 命的心率不齐有关。 0013 更一般地， 可以将本发明的技术用于获得和显示数据组， 该数据组以对诊断目的 有用的方式比较两个或更多个与心脏相关的状况。 0014 根据下面的详细描述并结合附图， 将进一步理解本发明的实施例。 附图说明 0015 图 1 示出了心电描记波形 ； 0016 图 2 是示出本发明设备的简化示意图。
15、 ； 0017 图 3 是示出本发明的方法的步骤的流程图 ； 0018 图 4A、 4B 和 4C 示出了用于本发明的数据显示 ； 0019 图 5A、 5B 和 5C 与图 4 类似并且用图形示出了选择用于本发明以确定 Q-T 间隔的 特性的一部分 ECG 信号数据的特性 ； 0020 图 6 示出了本发明的进一步显示 ； 0021 图 7 是示出本发明的方法的进一步实施例的流程图 ； 0022 图 8A 和 8B 是示出可以用于图 7 所示的方法的心电描记特征的表格 ； 以及 0023 图 8C 与图 4B 和 5B 相类似地图形示出了本发明的显示。 具体实施方式 0024 为了用在本发明。
16、中， 如图 2 所示， 通过将电极 10 加到受检者 12 的身体的传统方式 获取 ECG 信号数据。在本发明的设备中， 电极 10 中的电信号在前置放大器 14 内被放大并 且为如图1所示的包含一系列连续波形的模拟形式。 使该模拟信号在模拟/数字转换器16 中进行模数转换并存储在计算机 20 的存储器 18 内， 其操作利用包含执行本发明方法的算 法的中央处理器单元 19 进行。计算机 20 包括用于以图形和 / 或文字形式显示信息的屏幕 说 明 书 CN 101057781 B3/6 页 5 22。 0025 本发明的方法的实施例示于图3的流程图中。 在步骤40， 该方法开始之后， 获取一。
17、 系列连续波形形式的 ECG 信号数据， 其或者从受检者 12 处接收， 或者更典型地来自于存储 在计算机 20 的存储器 18 中的数据。这在步骤 42 发生。如此获得的该数据示于图 4A 中， 对于大约 10 秒的典型采样周期， 其包含 ECG 信号数据的两个导程 (lead)。在图 4A 中， 用数 字顺次标记了心脏搏动。 0026 然后对该数据进行分析以选择具有相对稳定心率的 ECG 信号数据波形。优选地， 这通过分析 ECG 信号数据以确定连续 ECG 波形的 R 峰之间的间隔， 即 R-R 间隔， 的大小来完 成。也可以获得存在于每个波形中的 QT 间隔。这在图 3 所示的步骤 4。
18、4 中完成。给定波形 的 R 峰和在前波形的 R 峰之间的 R-R 间隔与给定波形的 QT 间隔相匹配。可以在步骤 46 中 将 ECG 信号数据显示在屏幕 22 上， 并且 R-R 间隔以毫秒为单位示于图 4A 中。 0027 为了提供该数据的图形表示， 可以以图 4B 所示按照时间序列关系图的方式将其 显示在屏幕 22 上， 该关系图将该匹配的刚刚在先的 R-R 间隔和 Q-T 间隔数据对示出为关系 柱 (relational bar)。该间隔的大小用垂直线的高度表示。对于 R-R 间隔， 其为线 46， 而 对于 Q-T 间隔， 其为线 48。R-R 间隔线 46 的高度的均匀性是受检者。
19、的心率相对稳定性的可 视化表示。线 46 上的水平线或记号 50 表示线 46 的长度的某个部分， 例如， R-R 间隔的一 半或50。 这在使R-R间隔和相关QT间隔的大小形象化方面对临床医生而言是有帮助的。 例如， 比在先 R-R 间隔的一半更长的 Q-T 间隔是可能延长的 Q-T 间隔的警告标志。 0028 图 4A 示出了产生图 4B 的关系图或显示的 ECG 波形。对于搏动 2 至 5， R-R 间隔 的宽度和线 46 的高度通常是一致的， R-R 间隔从 858 延伸至 888 毫秒。搏动 5 和 6 之间的 R-R 间隔较短， 为 690 毫秒， 而搏动 6 和 7 之间的 R-。
20、R 间隔较长， 为 1072 毫秒。这分别反映 为图 4B 中的线 46-6 和 46-7 的不同高度。 0029 图 4C 示出了显示表现了其形态和时间上差异的波形的另一种方式。在图 4C 中， 将来自连续心脏搏动的ECG波形数据用于产生中间或平均波形， 其如较黑线52那样显示在 屏幕 22 上。每次心脏搏动的波形 54 在中间波形 52 上重叠， 从而非典型波形更明显， 并由 此使心脏搏动更明显。 0030 在本发明方法的实施例中， 用于确定 QT 间隔和 QTc 的 ECG 信号数据波形的选择利 用 R-R 间隔的标准偏差， 以及最大 R-R 间隔到最小 R-R 间隔的离差。 0031 。
21、该标准偏差是数据围绕中心或平均值聚集得有多近的度量。 离差的最简单度量是 这样的范围， 即在一部分ECG信号数据内发现的最大R-R间隔和最小R-R间隔之间的差。 离 差的其他表示也是可用的。 0032 在本发明的实施例中， 所选择的 ECG 信号数据波形是那些具有 R-R 间隔的最小标 准偏差 STD 和 R-R 间隔的最小离差的波形。最小标准偏差意味着所选择部分的信号数据的 R-R 间隔大小围绕中心值紧密聚集。最小离差意味着最大和最小值之间的差小。在图 4 的 实例中， 所选择的波形为包含心脏搏动波形 1 至 5 的部分。 0033 R-R 间隔的标准偏差和 R-R 间隔最大 - 最小离差的。
22、确定以及具有最小 R-R 间隔标 准偏差和最小 R-R 间隔离差的一部分 ECG 信号数据的选择在方法的步骤 60 和 62 中执行。 该数据的所选择的部分在图 5A、 B 和 C 中特别示出为心跳波形 2-4， 如在图 3 的步骤 64 中 所表示的。 说 明 书 CN 101057781 B4/6 页 6 0034 在步骤 66 中， 利用以图 4 或图 5 形式的任一显示或两者显示， 临床医生可以根据 所要使用的 ECG 信号数据波形人工编辑 ECG 信号数据。在该方法的进一步的步骤中所要使 用的那部分 ECG 数据 ( 通过步骤 60 和 62 的准则选择和 / 或在步骤 66 中人工。
23、选择 ) 在步 骤 68 中建立并在步骤 70 中显示。 0035 在步骤 72 中， 对信号数据的每个选择波形计算 QT 间隔或者该 QT 间隔从先前在步 骤 44 中进行的确定获得。 0036 在步骤 74 中， 对于所选择部分的 ECG 信号数据的波形确定 QTc， QTc 表示在 QT 间 隔上的心率的效果。通常将多个公式用于此目的。其包括 Bazett 公式 (QTc QT/RR1/2)， Friderica 公式 (QTcF QT/RR1/3) 和线性回归方程 (QTcL QT+0.154x1-RR)。该线性 回归方程公式常常被称作 Framingham 公式， 参考 Framin。
24、gham， Massachusetts， 纵向心脏研 究(longitudinal heart study)。 对于所选择部分的ECG信号数据内的每个心脏搏动波形 进行 QTc 的计算。 0037 在步骤 76 中， 对于 ECG 信号数据的所选择的心脏搏动波形， 将数据以图 6 所示的 方式显示。如图 6 所示， 该数据优选在纵坐标上用图形显示为对于以毫秒为单位的时间的 多个垂直柱。所显示的数据包括 R-R 间隔 76-1， QT 间隔 76-2 以及通过各种公式确定的 QT 校正 76-4、 76-6 和 76-8。图 6 的显示允许 RR/QT/QTc 趋势 (trending) 以便以。
25、识别 QT 间隔 特性的改变为目的监测 QTc 值的实时动态改变， 该 QT 间隔特性表示对受检者 12 潜在不利 的状况。 0038 在本发明的另一方面， 图 4 和 5 所示类型的图形显示可以延伸到更一般的时间序 列关系图显示， 以用图形示出和比较在临床医生所用的时间序列基础上的 ECG 波形信号数 据的两个或更多方面。例如， 该图形显示可以是伴随心脏复极化特征的心脏去极化相关特 征的图形显示。 或者， 所显示的方面可以都与去极化现象相关， 但是一个可以为心室去极化 相关特征， 而另一个为心房去极化相关特征。 0039 为了实现本发明的这一方面， 在图 7 的步骤 100 开始之后， 在步。
26、骤 102 确定将要显 示的期望特征。例如， 图 8A 示出了可以成对地产生显示的典型的心脏去极化相关特征和复 极化特征， 例如示于图 8C 那样。图 8B 示出了可以配对的心室去极化相关特征和心房去极 化特征的类似表格。例如， 与 QRS 波的轴或 P 波的轴相关的特征通过公知的心电图矢量分 析原理来确定。 0040 在步骤 104 中获取 ECG 信号波形数据。应当理解， 如果需要， 步骤 104 和 102 的顺 序可以反转。 0041 如果对于正在分析的特征需要的话， 可以在步骤 106 中选择 ECG 信号数据的所需 要部分或波形。该选择可以以上述方式或其他合适的方式进行。 0042。
27、 此后， 在步骤 108 中， 从 ECG 信号波形数据中提取所需要的特征， 诸如图 8A 所示的 所选择的去极化相关特征之一和所选择的复极化特征之一。此后， 在步骤 110 中以图 8C 所 示的方式显示该数据。 0043 对于ECG特征时间序列分析， 以图8C所示方式的数据显示的结果为一拍一拍的关 系图。该关系图可以以与上述结合利用图 3 至 5 所述的 R-R 间隔和 Q-T 间隔分析相同的方 式使用。 0044 各种替换和实施例被认为是在下面的权利要求的范围内， 该权利要求特别指出以 说 明 书 CN 101057781 B5/6 页 7 及清楚声明了认为是本发明的主题。 0045 部。
28、件列表 0046 用于分析和编辑 ECG 形态和时间序列的方法和设备 0047 部件 # 部件名称 部件 # 部件名称 10 电极 74 确定 QTc 12 受检者 76 显示数据 (76-2、 76-4、 76-6、 76-8) 14 前置放大器 100 方法的开始 16 模拟 / 数字转换器 102 确定所需要的特征 18 存储器 104 获取 ECG 信号数据 19 中央处理器单元 106 选择部分 ECG 信号数据 20 计算机 108 提取特征 22 屏幕 110 显示数据组 36 显示数据 40 方法的开始 42 获取信号数据 44 确定 R-R 和 Q-T 间隔 46 R-R 间。
29、隔曲线 48 Q-T 间隔曲线 50 曲线 46、 48 上的标记 52 中间值波形 54 心脏搏动波形 60 确定标准和离差 62 选择数据 w/ 最小标准 & 离 差 说 明 书 CN 101057781 B6/6 页 8 64 显示数据 66 人工编辑数据 68 选择 ECG 数据部分 70 显示数据 72 计算 Q-T 间隔 说 明 书 CN 101057781 B1/7 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 101057781 B2/7 页 10 说 明 书 附 图 CN 101057781 B3/7 页 11 图 3 说 明 书 附 图 CN 101057781 B4/7 页 12 图 4A 图 4B 图 4C 说 明 书 附 图 CN 101057781 B5/7 页 13 图 5A 图 5B 图 5C 说 明 书 附 图 CN 101057781 B6/7 页 14 说 明 书 附 图 CN 101057781 B7/7 页 15 图 7 图 8A 图 8B 图 8C 说 明 书 附 图 。