Способ получения электрокардиограммы и устройство для его осуществления

 

Способ получения электрокардиограммы и устройство для его осуществления относится к области медицины, а именно в кардиологии. Сущность: способ включает стадию предварительных измерений электрокардиосигналов в течение нескольких секунд и калибровочную обработку полученных электрокардиосигналов путем определения и фиксации энергетической функции E/T/ и нахождения ее максимального значения E_max. Затем осуществляют основной цикл измерений, во время которого также определяют E/T/, сравнивают ее значение с E_max и фильтруют кардиосигнал фильтром с полосой пропускания до 100 гц, если значение E/T/>0,15 E_max, и фильтром с полосой пропускания до 40 гц при E/T/≅0,15 E_max. Способ осуществляют с помощью устройства, которое содержит электроды 1, кардиоблок 2, АЦП 3, ЭВМ 4 и блок предварительной обработки 5, состоящий из первого сумматора 6, первого блока памяти 7, инвертора 8, таймера 9, второго блока памяти 10, арифметического блока 11, третьего блока памяти 12, блока управления 13, блока определения максимума 14, компаратора 15, управляемого фильтра 16. Положительный эффект: ускоряется и повышается точность распознавания характерных элементов ЭКГ. 2 ил.

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии и предназначенного для исследования сердечно-сосудистой системы и последующей оценки состояния сердца, основанной на расшифровке электрокардиограммы (ЭКГ).

Наиболее близким по технической сущности являются способ и устройство, известные из "Автоматизированной системы для ввода и обработки электрофизиологических данных "Ритм", Техническое описание и инструкция по эксплуатации, " 1990 г.

Известный способ включает в себя цикл измерений параметров кардиосигналов для определения функционального состояния сердца, его обработку на ЭВМ и конечную графическую регистрацию ЭКГ.

Известное из указанной системы устройство для получения ЭКГ содержит электроды, соединенные со входом кардиоблока, выполненного в виде усилителя и коммутатора кардиосигналов и соединенного со входом аналого-цифрового преобразователя, который подключен к ЭВМ.

Хотя использование ЭВМ и повышает скорость анализа ЭКГ, однако поступающая на ЭВМ информация содержит большое количество помех, вызванных, например, аппаратными шумами, смещением электродов и т.д. Поэтому распознавание элементов ЭКГ, например, слабых пиков, затруднено, что приводит к низкой точности измерения параметров ЭКГ.

Предложенный способ получения электрокардиограммы включает два цикла измерений электрокардиосигналов: предварительный и основной. Под основным циклом измерений понимают измерение параметров кардиосигналов, проведенных по общепринятым методикам за установленный в медицинской практике период времени, которые необходимы для определения функционального состояния сердца. Стадия предварительных измерений это вспомогательные измерения кардиосигналов, проведенные в течение нескольких секунд для регистрации хотя бы одного кардиоцикла. Эти изменения необходимы для получения реперных нормативных значений сигналов, в частности, для определения максимального значения энергетической функции. Согласно предложенному способу после проведения стадии предварительных измерений в течение нескольких секунд осуществляют калибровочную обработку полученных электрокардиосигналов путем определения и фиксации значений энергетической функции E(T) кардиосигнала из выражения где T текущая координата точки с определенными значением кардиосигнала, Δ эмпирически определенный интервал времени, равный 10 15 мсек при интервале оцифровки 2 мсек, Y(i) амплитуда в точке интервала (T, T+D), и находят максимальное значение E_max энергетической функции.

Затем проводят основной цикл измерений, во время которого фиксируют результаты измерений кардиосигналов, определяют по ним энергетическую функцию E(T), сравнивают полученные значения E(T) с максимальным значением E_max и осуществляют фильтрацию кардиосигнала фильтром с полосой пропускания до 100 гц в точках, в которых значение энергетической функции кардиосигнала E(T) превышает пороговое значение, равное K·E_max, где эмпирически определенный коэффициент K равен 0,15, и фильтром с полосой пропускания до 40 гц для точек со значением энергетической функции E(T)≅K·E_max, при этом значение E используется также для идентификации зубцов комплекса QRS. После обработки осуществляют конечную графическую регистрацию ЭКГ.

Способ реализуется с помощью предложенного устройства для получения ЭКГ.

На фиг. 1 исходная ЭКГ(А) и ЭКГ после фильтрации (Б), на фиг. 2 электрическая схема устройства структурная.

Устройство содержит электроды 1, соединенные со входом кардиоблока 2, который содержит усилители и коммутатор биопотенциалов. Кардиоблок 2 соединен с первыми входом аналого-цифрового преобразователя 3, соединенного с ЭВМ 4 через блок предварительной обработки 5.

Блок предварительной обработки 5 состоит из первого сумматора 6 первого блока памяти 7, инвертора 8, таймера 9 второго блока памяти 10, арифметического блока 11, содержащего умножитель и второй сумматор, третьего блока памяти 12, блока управления 13, блока определения максимума 14, компаратора 15, управляемого фильтра 16.

При регистрации ЭКГ в соответствующих точках на теле пациента по общепринятым методикам размещают электроды 1, соединенные со входом кардиоблока 2.

После начала регистрации ЭКГ проводят стадию предварительного измерения в течение 2 сек времени, достаточного для измерения по крайней мере одного кардиоцикла. Во время регистрации ЭКГ кардиограмм различных отведений через входящий в состав кардиоблока 2 коммутатора поступают на вход АЦП 3. Временный интервал между двумя последовательными точками оцифровки задается таймером 9. Текущее значение кардиосигнала запоминается в первом блоке памяти 7 и по сигналу от таймера на первый сумматор 6 одновременно поступает текущее значение кардиосигнала от АЦП 3 и через инвертор 8 хранящееся в первом блоке памяти 7 предыдущее значение кардиосигнала с обратным знаком. Разница амплитуд Y(i)-Y(i-1), полученная на выходе первого сумматора 6 запоминается во втором блоке памяти 10. Арифметическое устройство 11 по сигналу от управляющего блока 13 осуществляет выборку из второго блока памяти 10 N-1 предыдущих значений разности кардиосигналов и вычисляет энергетическую функцию E(T), значение которой запоминается в третьем блоке памяти 12. После окончания стадии предварительного измерения длительностью 2 сек. блок управления 13 посылает сигнал блоку определения максимума 14, который осуществляет последовательную выборку из третьего блока памяти 12 значений функции E(T) и определяет максимальное значение этой функции, которое передает в блок сравнения 15 и затем выдает сигнал блоку управления 13, который после этого запускает основную стадию измерения. После окончания основной стадии измерения блок сравнения 15 осуществляет последовательную выборку значений E(T) из третьего блока памяти 12, сравнивают текущее значение E(T) с максимальным значением, определенным на стадии предварительных измерений и при E(T)>0,15·E_max посылает сигнал на блок цифровой фильтрации 16, изменяющий параметры сглаживающего фильтра таким образом, что при E(T)>0,15·E_max полоса пропускания фильтра составляет 100 гц, а при E(T)≅0,15·E_max уменьшается до 40 гц. Кроме того при E(T)>0,8·E_max блок сравнения посылает значение Т в ЭВМ 4, где оно запоминается и используется при дальнейшей обработке для вычисления интервалов PР и идентификации зубцов комплекса QRS. Коэффициенты 0,8 и 0,15 определены эмпирически. Сглаженный кардиосигнал от управляемого фильтра поступает на ЭВМ 4, которая осуществляет обработку кардиосигналов, отображает на экране дисплея сглаженную ЭКГ и определяет ее параметры.

ЭВМ 4 вычитает из ЭКГ изоэлектрическую линию, определенную методом наименьших квадратов по точкам, расположенным на участках, прилегающих к границам выбранного кардиоцикла и затем на этих же участках определяет S-среднеквадратичное отклонение от среднего разности Y(i)-Y(i-1). Граница зубцов ЭКГ определяются как границы участков, на которых производная, полученная при помощи кубических сплайнов, больше порогового значения, равного 2S. На участках, где производная больше порогового значения определяются положения экстремумов, как точки, в которых производная меняет знак. Экстремумы, расположенные между двумя экстремумами одного знака, идентифицируются как провал между двумя пиками и отбрасываются. На сегменте ST определяется среднее значение кардиосигнала и определяется угол наклона прямой линии, проведенной методом наименьших квадратов по точкам, лежащим на этом участке ЭКГ.

Техническим результатом предложенного способа и устройства является ускорение и повышение точности распознавания характерных элементов ЭКГ, используемых для целей медицинской диагностики.

В предлагаемом способе предварительная обработка полученного кардиосигнала дает значительное улучшение соотношения сигнал/шум без искажения исходной информации, что ускоряет процесс анализа ЭКГ и увеличивает точность измерения ее параметров.

Формула изобретения

1. Способ получения электрокардиограммы, включающий основной цикл измерений электрокардиосигнала, его обработку и регистрацию ЭКГ, отличающийся тем, что осуществляют стадию предварительных измерений в течение нескольких секунд и калибровочную обработку полученных электрокардиосигналов путем определения и фиксации значений энергетических функций Е(Т) кардиосигнала из выражения где Т текущая координата точки с определенным значением кардиосигнала; Δ эмпирически определенный интервал времени, равный 10-15 мс при интервале оцифровки 2 мс; Y(i) амплитуда кардиосигнала в точке интервала [T,T+Δ] и нахождения максимального значения E_max,
а в процессе осуществления основного цикла измерений фиксируют результаты измерений кардиосигналов, определяют по ним энергетическую функцию Е(Т), сравнивают полученные значения Е(Т) с максимальным значением Е_max и осуществляют фильтрацию кардиосигналов фильтром с полосой пропускания до 100 Гц для значений кардиосигналов, энергетическая функция Е(Т) которых превышает пороговое значение, равное К·Е_max, где К эмпирически определенный коэффициент, равный 0,15, и фильтром с полосой пропускания до 40 Гц для со значением энергетической функции Е(Т)<K·E_max, а значение Е_max используют для идентификации зубцов комплекса QRS.

2. Устройство для получения электрокардиограммы, содержащее электроды для контактирования с определенными точками тела пациента, соединенные с входом кардиоблока, выполненного в виде усилителя и коммутатора кардиосигналов и соединенного с первым входом аналого-цифрового преобразователя, который соединен с ЭВМ, отличающееся тем, что соединение аналого-цифрового преобразователя с ЭВМ осуществлено через блок предварительной обработки кардиосигнала, выполненный в виде первого сумматора, первый вход которого соединен с первым выходом АЦП, второй выход которого соединен с первым входом первого блока памяти, выход которого через инвертор соединен с вторым входом первого сумматора, а второй вход с первым выходом таймера, причем второй выход таймера соединен с вторым входом АЦП, при этом первый и второй выходы первого сумматора соединены соответственно с первым входом второго блока памяти и с первым входом арифметического блока, содержащего умножитель и второй сумматор, первый выход арифметического блока соединен с входом третьего блока памяти, а второй и третий входы соединены соответственно с первым выходом второго блока памяти и с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входом таймера и с первым входом блока определения максимума, при этом второй вход блока определения максимума соединен с первым выходом третьего блока памяти, второй выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом блока определения максимума, а первый и второй выходы компаратора соединены с первым выходом управляемого фильтра и с одним из входов ЭВМ, при этом второй выход второго блока памяти соединен с вторым входом управляемого фильтра, выход которого соединен с ЭВМ, соединенной с входом блока управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2