Устройство и способ для определения появления комплекса qrs в данных экг

Группа изобретений относится к медицине, а именно к мониторингу ЭЭГ, и может быть использовано для для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ. Устройство и система выполнены для реализации способа, причем устройство содержит: приемный блок, сконфигурированный с возможностью приема первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ, которые собираются соответственно комбинацией трех электродных отведений II, V4 и V5; блок обнаружения, сконфигурированный с возможностью отдельной оценки первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ, чтобы обнаруживать, проявляется ли или нет комплекс QRS в предварительно заданном временном окне в соответствующем наборе данных ЭКГ; выходной блок, сконфигурированный с возможностью вывода сообщения о появлении комплекса QRS в предварительно заданном временном окне, если в ответ на то, что комплекс QRS был обнаружен в предварительно заданном временном окне на основании критерия большинства в по меньшей мере двух из первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ; вычислительный блок, сконфигурированный с возможностью вычисления первого, второго и третьего значений качества сигнала, посредством (а) вычисления отношения (a) (i) стандартного отклонения N последовательных форм сигнала в соответствующем наборе данных ЭКГ к (а) (ii) эталонному стандартному отклонению соответствующего набора данных ЭКГ или (b) посредством вычисления (b) (i) отношения энергетического отношения сигнала (SNR) для N последовательных форм сигнала в соответствующем наборе данных ЭКГ к (b) (ii) эталонному значению SNR соответствующего набора данных ЭКГ, при этом эталонное стандартное отклонение и эталонное значение SNR соответствующего набора данных ЭКГ предварительно определяются из соответственно первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ, которые собираются посредством, соответственно, электродных отведений II, V4 и V5 на стадии до физической нагрузки; и блок интерфейса, сконфигурированный с возможностью вывода предупреждающего сообщения о том, что одно из первого, второго и третьего значений качества сигнала больше, чем предварительно определенный порог. Группа изобретений обеспечивает повышение точности обнаружения QRS. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к мониторингу ЭКГ, в частности, к устройству и способу для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ, собранных от контролируемого субъекта, и к системе мониторинга ЭКГ, использующей упомянутые устройство и способ.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящее время электрокардиограмма (ЭКГ) является одним из наиболее распространенных средств в клинической практике, поскольку дает способ измерения и диагностирования аномальных ритмов сердца и составляет основную часть многих клинических инструментов, например, кардиотахометра и монитора аритмии.

Типичная форма сигнала ЭКГ состоит из зубца P, означающего деполяризацию в предсердиях, комплекса QRS, означающего деполяризацию в желудочках, зубца T, означающего реполяризацию в желудочках, и в некоторых случаях возможного зубца U, означающего продление реполяризации. Доминирующая активность ЭКГ обычно имеет отношение к комплексу QRS в реальном времени, при использовании таких медицинских инструментов, как система мониторинга аритмии, система для съема ЭКГ во время физических упражнений с нагрузкой, кардиографы. Точное обнаружение комплекса QRS на ЭКГ важно для всех упомянутых клинических применений, например, в системе мониторинга аритмии, так как в результате неправильного обнаружения QRS можно получить значительные относительные числа ложно негативных и ложно позитивных заключений.

За последние несколько лет разработано много методов обнаружения комплекса QRS, включая методы анализа спектральной мощности, полосовой фильтрации, дифференцирования, сравнения с эталоном и методы, обусловленные признаками формы сигнала, работающие в режиме реального времени. Разнообразие и сложность выборок определяет сложность точного обнаружения QRS. Однако, обычные алгоритмы обнаружения в режиме реального времени все еще не очень удовлетворительны с точки зрения точности обнаружения.

По традиции, на практике, устройство, используемое для обнаружения QRS, обычно выбирает электродное отведение, которое содержит очевидные признаки комплекса, например, одно из стандартных отведений от конечностей, отведение II из стандартных двенадцати электродов, рекомендованных Американской ассоциацией здравоохранения (AHA). И в некоторых случаях можно использовать методы глобального обнаружения, например, перпендикулярные отведения II, aVF и V5 используют совместно для гарантирования надежности обнаружения.

Однако, в системах тестирования с физической нагрузкой, быстро возрастающая мышечная активность и механические силы, действующие на электродные отведения, обычно, приводят к чрезмерному мышечному шуму, который создает нераспознаваемую форму сигнала. Упомянутые неблагоприятные случайные искажения снижают точность обнаружения QRS.

Недостатки традиционных методов обнаружения QRS может ясно понять из фиг. 1, которая представляет случай с пациентом в системе тестирования с физической нагрузкой в госпитале Hoag, Newport Beach, CA. Высокочастотный, низкочастотный и сетевой шумы в данных ЭКГ отфильтрованы некоторым методом фильтрации при предварительной обработке. Сверху вниз, четыре формы сигналов на фиг. 1 представляют обнаружение пульсации с помощью методов глобального обнаружения, на основании выбранных отведений II, aVF и V5; обнаружение с использованием только отведения II; обнаружение с использованием только отведения aVF; и обнаружение с использованием только отведения V5, соответственно.

Как можно ясно видеть, даже при использовании методов глобального обнаружения, обнаружение QRS является не достаточно точным, и некоторые важные признаки формы сигнала могут теряться, например, расширенный комплекс QRS, подобный преждевременному сокращению желудочков (PVC), в отведениях II, aVF.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следовательно, вследствие недостатков традиционных методов обнаружения QRS существует потребность в обеспечении усовершенствованных способа и устройства для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ с повышенной точностью обнаружения, в частности, в системе тестирования с физической нагрузкой.

С приведенной целью, авторы настоящего изобретения провели большое число клинических исследований и экспериментов и нашли два новых способа для обнаружения комплекса QRS, которые повышают точность обнаружения в режиме реального времени комплекса QRS в данных ЭКГ субъекта.

В частности, вместо использования одного отведения, например, отведения II, или вместо использования отведений II, aVF и V5 в порядке глобального обнаружения в традиционном устройстве, один тип устройства, предлагаемого для обнаружения QRS, использует данные ЭКГ, собранные электродными отведениями II, V4 и V5, поскольку авторы настоящего изобретения обнаружили, что упомянутые три отведения не только являются наиболее подходящими для точного наблюдения желудочковой активности, но также являются дополняющими друг друга с точки зрения обнаружения пиковых значений; поэтому сочетание трех отведений повысит чувствительность обнаружения аномального комплекса QRS, в частности, для пациентов со случаями преждевременного сокращения желудочков (PVC), блокадой левой ножки пучка Гиса (LBBB), блокадой правой ножки пучка Гиса (RBBB) или другими случаями.

Поэтому, в соответствии с аспектом настоящего изобретения предлагается устройство для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ, собранных от контролируемого субъекта, при этом упомянутое устройство содержит приемный блок, сконфигурированный с возможностью приема первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ, которые собираются, соответственно, электродными отведениями II, V4 и V5, прикрепленными к субъекту; блок обнаружения, сконфигурированный с возможностью оценки первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ, чтобы обнаруживать, проявляется ли или нет комплекс QRS в предварительно заданном временном окне в соответствующем наборе данных ЭКГ; и выходной блок, сконфигурированный с возможностью вывода сообщения, указывающего на появление комплекса QRS в предварительно заданном временном окне, если комплекс QRS был обнаружен в предварительно заданном временном окне в, по меньшей мере, двух из первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ.

Таким образом, появление комплекса QRS можно определять точнее, и повышенная точность, с которой определяют комплекс QRS, позволяет улучшить данные ЭКГ в сравнении с традиционным способом использования данных ЭКГ, собранные одним отведением II или отведениями II, aVF и V5 в порядке глобального обнаружения. Следовательно, окончательный отчет по ЭКГ, выводимый системой мониторинга ЭКГ для клинической диагноза, который соответствует результату обнаружения QRS посредством устройства по настоящему изобретению, будет более точным.

Кроме того, в настоящем варианте осуществления, не только три отведения II, V4 и V5, применяемые для обнаружения QRS, отличаются от отведений, применяемых в традиционном методе глобального обнаружения, но также определение появления комплекса QRS в настоящем варианте осуществления основано на критерии большинства, что позволяет исключать ложное определение появления комплекса QRS в случае, если только одно из трех отведений обнаруживает комплекс QRS из-за аномальной ситуации, и позволяет исключать неправильное определение появления истинного комплекса QRS. Следовательно, это может дополнительно повышать точность обнаружения QRS.

Кроме того, в качестве другого типа устройства для обнаружения QRS, авторы настоящего изобретения обнаружили, что использование методов оценки качества сигналов для выбора наиболее подходящих отведений в качестве перспективных отведений может повысить точность обнаружения интеллектуальным образом.

Поэтому, в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается устройство для обнаружения появления комплекса QRS в данных ЭКГ, собранных от контролируемого субъекта, содержащее:

- приемный блок, сконфигурированный с возможностью приема с первого по двенадцатый наборов данных ЭКГ, которые собираются, соответственно, стандартными двенадцатью электродными отведениями, прикрепленными к субъекту;

- блок обнаружения, сконфигурированный с возможностью оценки с первого по двенадцатый наборов данных ЭКГ, чтобы обнаруживать, проявляется ли или нет комплекс QRS в предварительно заданном временном окне в соответствующем наборе данных ЭКГ;

- вычислительный блок, сконфигурированный с возможностью получения с первого по двенадцатое значений V качества сигнала, соответственно, для каждого из с первого по двенадцатый наборов данных ЭКГ посредством вычисления отношения стандартного отклонения N последовательных форм сигнала в соответствующем наборе данных ЭКГ к эталонному стандартному отклонению соответствующего набора данных ЭКГ или посредством вычисления отношения энергетического отношения сигнала (SNR) для N последовательных форм сигнала в соответствующем наборе данных ЭКГ к эталонному значению SNR соответствующего набора данных ЭКГ, при этом эталонное стандартное отклонение и эталонное значение SNR соответствующего набора данных ЭКГ предварительно определяются из, соответственно, с первого по двенадцатый наборов данных ЭКГ, которые собираются посредством, соответственно, стандартных двенадцати электродных отведений на стадии до физической нагрузки;

- блок сравнения, сконфигурированный с возможностью сравнения с первого по двенадцатое значений V качества сигнала и нахождения трех наборов данных ЭКГ, чьи значения V качества сигнала являются наименьшими среди с первого по двенадцатый наборов данных ЭКГ; и

- выходной блок, сконфигурированный с возможностью вывода сообщения, указывающего на появление комплекса QRS в предварительно заданном временном окне, если комплекс QRS был обнаружен в предварительно заданном временном окне в, по меньшей мере, двух из найденных трех наборов данных ЭКГ.

Как можно видеть из вышеизложенного, устройство второго типа отличается от устройства первого типа тем, что три электродных отведения выбраны не фиксировано, а выбираются соответственно значениям качества сигналов данных ЭКГ, собираемых отведениями. С теоретической точки зрения, характеристики устройства второго типа выше характеристик устройства первого типа благодаря признаку адаптивности. Однако, с точки зрения сложности при практическом применении, первый тип идентификатора является более подходящим, с учетом компромиссного отношения между точностью обнаружения и требованиями к сложности.

Аналогично, в настоящем варианте осуществления, не только три отведения, применяемые для обнаружения QRS, выбираются соответственно качеству сигнала и отличаются от отведений, применяемых в традиционном методе глобального обнаружения, но также определение появления комплекса QRS в настоящем варианте осуществления основано на критерии большинства, что позволяет исключать неправильное определение появления комплекса QRS в случае, если только одно из трех отведений обнаруживает комплекс QRS из-за аномальной ситуации, и позволяет исключать неправильное определение появления истинного комплекса QRS. Следовательно, это может дополнительно повышать точность обнаружения QRS.

Характеристики двух устройств в соответствии с настоящим изобретением были проверены клиническим испытанием на волонтерах и пациентах в госпитале Hoag, Newport Beach, CA. Суммарная частота появления ошибок 0,19 процентов получена из анализа приблизительно 28960 пульсаций, и чувствительность устройств в соответствии с настоящим изобретением при обнаружении QRS составляет 99,81 процентов.

Кроме того, в обоих предложенных устройствах, кроме цели интеллектуального выбора, использованной во втором решении, можно также использовать метод оценки качества сигнала для инициирования предупреждающего сообщения, которое является хорошим указателем для клиницистов на то, что неприемлемое качество сигнала собранных данных ЭКГ требует внимания или вмешательства.

Таким образом, клинический персонал может своевременно извещаться о том, что собраны неудовлетворительные данные ЭКГ, и тогда персонал может своевременно проверить, вызвано ли это потерей контакта между отведениями и субъектом или другими причинами.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения дополнительно предлагается система мониторинга ЭКГ, которая содержит: блок сбора сигналов ЭКГ, сконфигурированный с возможностью сбора и предварительной обработки исходных данных ЭКГ из стандартных двенадцати электродных отведений, прикрепленных к субъекту; блок обработки сигналов ЭКГ, сконфигурированный с возможностью обработки предварительно обработанных данных из блока сбора сигналов ЭКГ, чтобы получать отчет по ЭКГ, содержащий информацию о комплексах QRS и информацию о других признаках ЭКГ, при этом блок обработки сигналов ЭКГ содержит любое из устройств вышеупомянутых двух типов для обнаружения появления комплекса QRS в данных ЭКГ, собранных от контролируемого субъекта; выходной блок, сконфигурированный с возможностью вывода отчета по ЭКГ посредством отображения или печати отчета по ЭКГ; и блок памяти, сконфигурированный с возможностью сохранения предварительно обработанных данных из блока сбора сигналов ЭКГ и отчета по ЭКГ.

Как упоминалось выше, поскольку появление комплекса QRS можно определять точнее, и, соответственно, повышенная точность обнаружения комплекса QRS позволяет повышать качество данных ЭКГ в сравнении с традиционным способом использования данных ЭКГ, собранных одним отведением II alone или отведениями II, aVF и V5 в порядке глобального обнаружения, то окончательный отчет по ЭКГ, выводимый системой мониторинга ЭКГ для клинической диагноза, который создается в соответствии с результатом обнаружения QRS посредством устройства по настоящему изобретению, будет более точным в сравнении с отчетом по ЭКГ, выводимым системой мониторинга ЭКГ, использующей традиционное устройство для обнаружения QRS.

Различные аспекты и признаки изобретения дополнительно подробно описаны в дальнейшем. Приведенные и другие аспекты изобретения будут очевидны из последующего пояснения со ссылкой на нижеописанный(ые) вариант(ы) осуществления.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение подробно описано и поясняется ниже в сочетании с вариантами осуществления и со ссылкой на чертежи, на которых:

Фиг. 1 – случай пациента в системе тестирования с физической нагрузкой, проводимый в госпитале Hoag, Newport Beach, CA;

Фиг. 2 – блок-схема системы мониторинга ЭКГ;

Фиг. 3 – подробная конфигурация блока обработки сигналов ЭКГ, входящего в систему мониторинга ЭКГ, показанную на фиг. 2;

Фиг. 4 - блок-схема устройства для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 5 – блок-схема последовательности операций способа для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ в соответствии с настоящим вариантом осуществления;

Фиг. 6 - блок-схема устройства для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 7 - блок-схема последовательности операций способа для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ в соответствии с настоящим вариантом осуществления; и

Фиг. 8-9 – демонстрация улучшения характеристик, когда устройство в соответствии с настоящим изобретением используется в системе мониторинга ЭКГ.

Одинаковые позиции на фигурах указывают на сходные или соответствующие признаки и/или функции.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Настоящее изобретение описано ниже со ссылкой на конкретные варианты осуществления и со ссылкой на некоторые чертежи, но изобретение не ограничено упомянутыми вариантами осуществления, а ограничено только формулой изобретения. Описанные чертежи являются только схематическими и не ограничивающими. На чертежах, размер некоторых элементов может быть преувеличен и вычерчен не в масштабе с целью иллюстрации.

Фиг. 2 представляет блок-схему системы 20 мониторинга ЭКГ, которая включает в себя блок 21 сбора сигналов ЭКГ, блок 22 обработки сигнала ЭКГ и выходной блок 23.

Как показано на фиг. 2, множество электродных отведений, например, 12 отведений, рекомендованных Американской ассоциацией здравоохранения (AHA), одновременно применяют и прикрепляют к субъекту, например, пациенту, для сбора электрической активности сердца через поверхность кожи. Блок 21 сбора сигналов ЭКГ обычно выполняет предварительную обработку, например, усиление и оцифровывание, электрических сигналов, собранных с тела с помощью электродных отведений.

Система 20 может дополнительно содержать блок 24 памяти, и предварительно обработанные данные ЭКГ из блока 21 сбора сигналов ЭКГ могут в цифровой форме сохраняться в блоке 24 памяти, а также выводиться в блок 22 обработки сигналов ЭКГ, где предварительно обработанный сигнал ЭКГ может обрабатываться путем соответствующей фильтрации, идентификации доминирующей активности, анализа и измерений признаков, чтобы формировать комплекс QRS и другую информацию о признаках ЭКГ, которые будут в заключение отображаться или распечатываться в автоматическом отчете о ритмах ЭКГ посредством выходного блока 23.

Фиг. 3 изображает подробную конфигурацию блока 22 обработки сигналов ЭКГ, содержащегося в системе 20 мониторинга ЭКГ, показанной на фиг. 2.

Как показано на фиг. 3, в дополнение к устройству 224 для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ, собираемых от контролируемого субъекта, и блоку 225 вывода для получения другой информации о признаках ЭКГ, блок 22 обработки сигналов ЭКГ может дополнительно содержать несколько блоков для подавления шума предварительно обработанных данных ЭКГ до того, как данные вводят в устройство 224 и блок 225 вывода.

Причина, как может быть ясно специалисту в данной области техники, состоит в том, что биологические сигналы могут включать в себя значительное количество шумов, что обычно приводит к качеству сигнала, сниженному или даже недопустимому для анализа пульсации, классификации и клинического диагноза, в частности, во время эргометрического теста, например, физического упражнения на бегущей дорожке и теста на велосипедном эргометре. Артефакты в ЭКГ имеют характеристики разных видов, например, низкочастотный шум и высокочастотный шум. С другой точки зрения, искажения можно классифицировать на искажения с фиксированными частотными характеристиками и искажения со случайными характеристиками.

Соответственно, для подавления упомянутых шумов, блок 22 обработки сигналов ЭКГ может дополнительно содержать блок 221 анализа частоты сети питания, блок 222 полосовой фильтрации, сконфигурированный с возможностью фильтрации низкочастотных и высокочастотных шумов в данных ЭКГ, и блок 223 фильтрации переменного тока, сконфигурированный с возможностью фильтрации влияния помех сети питания в соответствии с результатом идентификации блока 221 анализа частоты сети питания.

Как известно в данной области техники, хотя помехи сети питания обычно классифицируются как искажение с фиксированной частотой 50/60 Гц, условия окружающей среды могут нарушать установившийся режим или даже вызывать образование составляющих гармоник. Поэтому, блок 221 анализа частоты сети питания используется для идентификации составляющей основной частоты и существования соответствующих составляющих гармоник для блока 223 фильтрации переменного тока, чтобы ослаблять отрицательное влияние помех сети питания. Блок 222 полосовой фильтрации обеспечивает традиционное средство для подавления низкочастотных и высокочастотных шумов. В соответствии с разными эксплуатационными требованиями, можно рассматривать рекомендуемую полосу частот, которая содержит значимую информацию сигнала ЭКГ, например, диапазон от 0,05 Гц до 150 Гц для подростков, и для пациентов педиатра требуется полоса частот до 250 Гц. После того, как сигнал ЭКГ проходит этапы полосовой фильтрации и фильтрации переменного тока, его отношение сигнала к шуму повышается, что определенно повышает общую чувствительность устройства 224 для обнаружения QRS и характеристики блока 225 вывода для получения другой информации о признаках ЭКГ.

В последующем, предложены и подробно поясняются в связи с чертежами два типа устройств 224 в соответствии с настоящим изобретением, которые повышают точность обнаружения комплекса QRS в данных ЭКГ.

Фиг. 4 является блок-схемой устройства 224 для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. В последующем, устройство 224 подробно описано в связи с фиг. 5, которая представляет блок-схему последовательности операций способа 50, выполняемого устройством 224 в соответствии с настоящим изобретением.

Как можно видеть из фиг. 4, устройство 224 по настоящему варианту осуществления содержит приемный блок 41, блок 42 обнаружения и выходной блок 43.

Во-первых, из 12 наборов данных ЭКГ, собранных, соответственно, стандартными двенадцатью электродными отведениями, прикрепленными к субъекту, приемный блок 41 устройства 224 по настоящему варианту осуществления принимает три набора данных ЭКГ, которые собираются, соответственно, электродными отведениями II, V4 и V5 (этап 51 блок-схемы последовательности операций способа на фиг. 5).

Например, приемный блок 41 принимает первый набор данных ЭКГ, который собирается электродным отведением II, второй набор данных ЭКГ, собираемых электродным отведением V4, и, дополнительно, третий набор данных ЭКГ, собираемых электродным отведением V5. Как показано на фиг. 3, в варианте осуществления, фильтрованные данные ЭКГ из блока 223 фильтрации переменного тока можно использовать как входные данные устройства 224, чтобы точность обнаружения комплекса QRS можно было повысить в сравнении со случаем, в котором используют исходные данные ЭКГ.

Затем, блок 42 обнаружения оценивает первый, второй и третий наборы ЭКГ, чтобы обнаруживать, проявляется ли или нет комплекс QRS в предварительно заданном временном окне в соответствующем наборе данных ЭКГ (этап 52 на фиг. 5). В варианте осуществления предварительно заданное временное окно может быть выбрано, например, 80 мс и может регулироваться в соответствии с конкретными обстоятельствами субъекта.

Более подробно, блок 42 обнаружения может использовать детектор QRS для обнаружения фильтрованных данных из каждого из трех отведений, после чего предварительно заданное временное окно можно применить для обработки обнаруженного комплекса QRS. Если в предварительно заданное временное окно попадают, по меньшей мере, два отведения, которые успешно обнаружили комплекс QRS, то выходной блок 43 устройства может выдать сообщение, указывающее на появление комплекса QRS в предварительно заданном временном окне (этап 53 на фиг. 5).

Таким образом, устройство 224 может подтверждать надежность обнаруженных пульсаций QRS и может дополнительно определять местоположение импульса, соответственно.

В данном варианте осуществления, в отличие от традиционного способа обнаружения QRS, отведения II, V4 и V5 от конечностей и груди выбраны в качестве перспективных отведений для динамической идентификации пульсаций; упомянутые три отведения являются не только более подходящими для точного наблюдения желудочковой активности, но также являются дополняющими друг друга с точки зрения обнаружения пиковых значений, поэтому сочетание трех отведений повысит чувствительность обнаружения аномального комплекса QRS, в частности, для пациентов со случаями преждевременного сокращения желудочков (PVC), блокадой левой ножки пучка Гиса (LBBB), блокадой правой ножки пучка Гиса (RBBB) или другими случаями.

Кроме того, в настоящем изобретении, не только три отведения, применяемые для обнаружения QRS, отличаются от отведений, применяемых в традиционном методе глобального обнаружения, но также определение появления комплекса QRS основано на критерии большинства, что позволяет исключать ложное определение появления комплекса QRS в случае, если только одно из трех отведений обнаруживает комплекс QRS из-за аномальной ситуации. Следовательно, можно дополнительно повысить точность обнаружения QRS.

Как показано на фиг. 4, при желании, устройство 224 может дополнительно содержать вычислительный блок 44, сконфигурированный с возможностью получения первого, второго и третьего значений V качества сигнала, соответственно, для каждого из первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ.

Данные, фильтрованные от переменного тока, и информация о местоположении обнаруженного комплекса QRS параллельно подаются в вычислительный блок 44, который выполняет статистическую оценку качества сигнала.

В частности, в одном варианте осуществления вычислительный блок 44 может сначала вычислить стандартное отклонение N последовательных форм сигнала в соответствующем наборе данных ЭКГ. Аналогичным образом, эталонное стандартное отклонение соответствующего набора данных ЭКГ можно предварительно определить из, соответственно, первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ, которые собираются, соответственно, электродными отведениями II, V4 и V5 на стадии до физической нагрузки, например, стадии, во время которой субъект находится в состоянии отдыха, так что эталонное стандартное отклонение может представлять нормальное состояние данных ЭКГ, собираемых каждым отведением, и может служить основой для определения флуктуации данных ЭКГ, собираемых во время реального тестирования в нормальном состоянии.

С использованием упомянутого стандартного отклонения и эталонного стандартного отклонения соответствующих наборов данных ЭКГ, значение качества сигнала для каждого набора можно вывести вычислением отношения стандартного отклонения N последовательных форм сигнала в соответствующих наборах данных ЭКГ к эталонному стандартному отклонению соответствующих наборов данных ЭКГ (этап 54 на фиг. 5).

Как несложно понять специалисту в данной области техники, хотя стандартное отклонение собранных данных ЭКГ можно использовать для вычисления значения качества их сигнала, подход не ограничен стандартным отклонением. Например, для получения значения качества сигнала можно также воспользоваться дисперсией собранных данных ЭКГ.

Кроме того, другой пример оценки качества сигнала можно реализовать с использованием анализа спектра ЭКГ, так как стандартный сигнал ЭКГ для клинического применения обычно имеет ширину полосы в диапазоне от 0,05 до 100 Гц, и энергия комплекса QRS находится в диапазоне от 5 до 40 Гц. Поэтому, энергетическое отношение сигнала (SNR) можно вычислить следующим образом:

.

И, аналогично, эталонное значение SNR можно определить с помощью средней дисперсии на стадии до физической нагрузки или в режиме обучения. И наконец, с использованием полученного значения SNR и эталонного значения SNR, можно определить отношение значений SNR, соответственно:

.

Устройство 224 может дополнительно содержать блок 45 интерфейса, который будет выводить предупреждающее сообщение, когда одно из первого, второго и третьего значений V качества сигналов оказывается больше, чем предварительно определенный порог (этап 55 на фиг. 5).

Таким образом, клинический персонал может своевременно извещаться о том, что собраны неудовлетворительные данные ЭКГ, и тогда персонал может своевременно проверить, вызвано ли это потерей контакта между отведениями и субъектом или другими причинами.

Фиг. 6 является блок-схемой устройства 224 для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

В последующем, устройство 224 подробно описано в связи с фиг. 7, которая представляет блок-схему последовательности операций способа 70 для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

Как можно видеть из фиг. 6, устройство 224 для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ в соответствии с настоящим вариантом осуществления содержит приемный блок 61, блок 22 обнаружения, вычислительный блок 63, блок 64 сравнения и выходной блок 65.

Во-первых, приемный блок 61 принимает с первого двенадцатый наборы данных ЭКГ, которые собираются, соответственно, стандартными двенадцатью электродными отведениями (этап 71 на блок-схеме последовательности операций способа на фиг. 7).

Затем, подобно этапу 52 на фиг. 5, блок 62 обнаружения оценивает с первого по двенадцатый наборы данных ЭКГ, чтобы обнаруживать, проявляется ли или нет комплекс QRS в предварительно заданном временном окне в соответствующих наборах данных ЭКГ (этап 72 на блок-схеме последовательности операций способа на фиг. 7).

Затем, вычислительный блок 63 получает с первого по двенадцатое значения V качества сигнала, соответственно, для каждого из с первого по двенадцатый наборов данных ЭКГ (этап 73 на блок-схеме последовательности операций способа на фиг. 7). Поскольку этап получения значений качества сигнала подобен получению, описанному в связи с этапом 54 на фиг. 5, то его подробное описание не приводится здесь для краткости.

После того, как с первого по двенадцатое значения качества сигнала выведены, блок 64 сравнения сравнивает с первого по двенадцатое значения V качества сигнала друг с другом и находит три набора данных ЭКГ, чьи значения V качества сигнала являются наименьшими среди с первого по двенадцатый наборов данных ЭКГ (этап 74 на блок-схеме последовательности операций способа на фиг. 7).

Другими словами, в зависимости от значений отношений выбираются три отведения, имеющие наименьшие отношения, в качестве перспективных отведений для обнаружения QRS. Аналогичным образом, если комплекс QRS обнаружен в предварительно заданном временном окне в, по меньшей мере, двух из найденных трех наборов данных ЭКГ, то выходной блок 65 выведет сообщение, указывающее на появление комплекса QRS в предварительно заданном временном окне (этап 75 на блок-схеме последовательности операций способа на фиг. 7), так что устройство 224 подтверждает надежность обнаруженных пульсаций и, после этого, может дополнительно определять местонахождение пульсации, соответственно.

Другими словами, устройство 224, показанное на фиг. 6, отличается от устройства, показанного на фиг. 4, тем, что электродные отведения, подлежащие использованию для обнаружения QRS, выбраны не фиксировано, а выбираются соответственно значениям качества сигналов данных ЭКГ, собираемых отведениями. С теоретической точки зрения, характеристики устройства 224 данного типа выше, чем характеристики устройства первого типа благодаря признаку адаптивности. Однако, с точки зрения сложности при практическом применении, первый тип идентификатора является более подходящим, поскольку он намного проще алгоритмически.

Аналогичным образом, устройство 224, показанное на фиг. 6, может дополнительно содержать в виде дополнительного компонента блок 66 интерфейса, который сконфигурирован с возможностью вывода предупреждающего сообщения, когда одно из с первого по двенадцатое значений V качества сигнала больше, чем предварительно определенный порог (этап 76 на блок-схеме последовательности операций способа на фиг. 7).

Таким образом, клинический персонал может своевременно извещаться о том, что собраны неудовлетворительные данные ЭКГ, и тогда персонал может своевременно проверить, вызвано ли это потерей контакта между отведениями и субъектом или другими причинами.

Фиг. 8 и 9 показывают улучшение характеристик вследствие настоящего изобретения, например, когда выбраны отведения II, V4 и V5 в качестве отведений для обнаружения комплекса QRS, что подтверждается клиническими испытаниями на волонтерах и пациентах в госпитале Hoag Hospital, Newport Beach, CA.

На фиг. 8 и 9 показаны, сверху вниз, усовершенствованное обнаружение пульсаций на основании выбранных отведений II, V4 и V5; обнаружение зубца R только в отведении II; обнаружение зубца R только в отведении V4; и обнаружение зубца R только в отведении V5.

Из фиг. 8 и 9 можно ясно видеть, что, при использовании устройства по изобретению, можно исключить ложно обнаруженную пульсацию в отведении II (фиг. 8) и, в то же время, можно обнаружить потерянную настоящую пульсацию (фиг. 8 и 9). В сравнении с традиционным способом использования отведений II, aVF и V5 в качестве фиксированных отведений для обнаружения пульсации QRS, можно обнаружить пропущенную пульсацию, подобную преждевременному сокращению желудочков (PVC), когда применяют идентификатор с зависимостью от качества сигнала в соответствии с настоящим изобретением (смотри фиг. 1 и фиг. 9).

Таблица 1 дополнительно поясняет оценку устройства в соответствии с изобретением с помощью клинических данных, собранных в госпитале Hoag. Отсчеты сигнала ЭКГ брались с частотой 1000 отсчетов в секунду и с разрешающей способностью по амплитуде 5 мкВ на наименьший значащий бит. Субъекты были в возрасте от 24 до 82 лет. Тесты охватывали 4 стадии физической нагрузки и стадии восстановления, при этом длительность изменялась от 312 до 1091 минут в зависимости от состояний субъектов. При визуальном анализе всего 28960 пульсаций, полученная ошибка обнаружения составляет 0,19 процентов, и чувствительность идентификатора пульсаций по изобретению равна 99,81 процентов.

Таблица 1
Проверка на субъекта: данные на 23 пациентов из госпиталя Hoag
Идентификатор пациента	Сумма пульсаций	Ложные и пропущенные пульсации	Отношение (ложные и пропущенные пульсации/сумма пульсаций)	Отношение (истинные пульсации/сумма пульсаций)
HH_01	952	3	0,32%	99,68%
HH_02	1381	5	0,36%	99,64%
HH_03	556	0	0%	100%
HH_04	783	2	0,26%	99,74%
HH_05	703	0	0%	100%
HH_06	1164	0	0%	100%
HH_07	1635	2	0,12%	99,88%
HH_08	1244	13	1,05%	98,95%
HH_09	1447	0	0%	100%
HH_10	881	1	0,11%	99,89%
HH_11	1612	0	0%	100%
HH_12	1184	1	0,08%	99,92%
HH_13	1696	0	0%	100%
HH_14	709	0	0%	100%
HH_15	1577	0	0%	100%
HH_P01	554	12	2,17%	97,83%
HH_P02	1655	5	0,3%	99,7%
HH_P03	1465	3	0,2%	99,8%
HH_P04	2273	0	0%	100%
HH_P05	905	4	0,44%	99,56%
HH_P06	1795	5	0,28%	99,72%
HH_P07	1502	0	0%	100%
HH_P08	1287	0	0%	100%
В сумме	28960	56
Среднее			0,19%	99,81%

Как широко известно в данной области техники, хотя настоящее изобретение относится к повышению точности обнаружения для доминирующей электрической активности, т.е., комплекса QRS, на электрокардиограммах («ЭКГ»), в частности, в системе тестирования с физической нагрузкой, включая системы физической нагрузки на беговой дорожке и физической нагрузки на велоэргометре, настоящее изобретение можно также применять в медицинских системах, выполняющих анализ ЭКГ, анализ записи холтеровского мониторирования и мониторинг пациента в режиме реального времени.

Следует отметить, что этапы способов, представленных в настоящем изобретении нельзя рассматривать в смысле ограничения, так как возможны также другие этапы. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что различные аспекты заявленного изобретения можно применить в других примерах, которые отличаются от приведенных конкретных подробных примеров.

Кроме того, как можно легко понять специалисту в данной области техники, в формуле изобретения в пункте на устройство, перечисляющем несколько средств, несколько из упомянутых средств могут быть осуществлены посредством одного и того же элемента аппаратного обеспечения. Очевидное обстоятельство, что некоторые признаки упомянуты во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает невозможность применения комбинации упомянутых признаков в подходящем случае.

Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления поясняют, а не ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники смогут спроектировать альтернативные варианты осуществления, не выходящие за пределы объема охраны прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, позиции в скобках нельзя истолковывать в смысле ограничения пункта формулы изобретения. Формулировка «содержащий» не исключает присутствия элементов или этапов, не перечисленных в пункте формулы изобретения или в описании. Упоминание элемента в единственном числе в не исключает присутствия множества данных элементов. В формуле изобретения в пунктах на систему, перечисляющих несколько блоков, несколько из упомянутых блоков могут быть осуществлены посредством одного и того же элемента программного обеспечения и/или аппаратного обеспечения. Применение определений первый, второй и третий и т.п. не указывает на какой-либо порядок. Данные определения следует интерпретировать как названия.

1. Устройство (224) для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ, собранных от контролируемого субъекта, при этом упомянутое устройство содержит:

- приемный блок (41), сконфигурированный с возможностью приема первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ, которые собираются соответственно комбинацией трех электродных отведений II, V4 и V5, прикрепленных к субъекту, причем комбинация трех электродных отведений II, V4 и V5 обеспечивает точное наблюдение желудочковой активности, и они являются дополняющими друг друга с точки зрения обнаружения пиковых значений;

- блок (42) обнаружения, сконфигурированный с возможностью отдельной оценки первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ, чтобы обнаруживать, проявляется ли или нет комплекс QRS в предварительно заданном временном окне в соответствующем наборе данных ЭКГ;

- выходной блок (43), сконфигурированный с возможностью вывода сообщения, указывающего на появление комплекса QRS в предварительно заданном временном окне, если в ответ на то, что комплекс QRS был обнаружен в предварительно заданном временном окне на основании критерия большинства в по меньшей мере двух из первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ;

- вычислительный блок (44), сконфигурированный с возможностью вычисления первого, второго и третьего значений качества сигнала посредством (а) вычисления отношения (a) (i) стандартного отклонения N последовательных форм сигнала в соответствующем наборе данных ЭКГ к (а) (ii) эталонному стандартному отклонению соответствующего набора данных ЭКГ или посредством (b) вычисления (b) (i) отношения энергетического отношения сигнала (SNR) для N последовательных форм сигнала в соответствующем наборе данных ЭКГ к (b) (ii) эталонному значению SNR соответствующего набора данных ЭКГ, при этом эталонное стандартное отклонение и эталонное значение SNR соответствующего набора данных ЭКГ предварительно определяются из соответственно первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ, которые собираются посредством соответственно электродных отведений II, V4 и V5 на стадии до физической нагрузки; и

- блок (45) интерфейса, сконфигурированный с возможностью вывода предупреждающего сообщения в ответ на то, что одно из первого, второго и третьего значений качества сигнала больше, чем предварительно определенный порог.

2. Устройство (224) по п. 1, в котором стандартное отклонение N последовательных форм сигнала в соответствующем наборе данных ЭКГ равно корню квадратному из дисперсии N последовательных форм сигнала и эталонное стандартное отклонение соответствующего набора данных ЭКГ равно среднему стандартному отклонению в соответствующем наборе данных ЭКГ субъекта, собранных на стадии до физической нагрузки; и

при этом энергетическое отношение сигнала для N последовательных форм сигнала в соответствующем наборе данных ЭКГ получают вычислением отношения (i) значения {5 Гц, 40 Гц} для Энергия N последовательных форм сигнала к (Н) значению {0,05 Гц, 100 Гц} Энергия для N последовательных форм сигнала, причем значение {5 Гц, 40 Гц} Энергия представляет суммарную энергию в диапазоне от 5 до 40 Гц, и значение {0,05 Гц, 100 Гц} представляет суммарную энергию в Энергия диапазоне от 0,05 Гц до 100 Гц, и эталонное энергетическое отношение сигнала соответствующего набора данных ЭКГ равно среднему энергетическому отношению сигнала в соответствующем наборе данных ЭКГ субъекта, собранных на стадии до физической нагрузки.

3. Устройство (224) по п. 1, в котором

предварительно заданное временное окно является 80 мс временным окном.

4. Система (20) мониторинга ЭКГ, содержащая:

- блок (21) сбора сигналов ЭКГ, сконфигурированный с возможностью сбора и предварительной обработки исходных данных ЭКГ из стандартных двенадцати электродных отведений, прикрепленных к субъекту;

- блок (22) обработки сигналов ЭКГ, сконфигурированный с возможностью обработки предварительно обработанных данных из блока (21) сбора сигналов ЭКГ, чтобы получать отчет по ЭКГ, который содержит информацию о комплексах QRS и информацию о других признаках ЭКГ, при этом блок (22) обработки сигналов ЭКГ содержит устройство (224) по любому из пп. 1-3;

- выходной блок (23), сконфигурированный с возможностью вывода отчета по ЭКГ посредством отображения или печати отчета по ЭКГ; и

- блок (24) памяти, сконфигурированный с возможностью сохранения предварительно обработанных данных из блока (21) сбора сигналов ЭКГ и отчета по ЭКГ.

5. Система (20) по п. 4, в которой блок (22) обработки сигналов ЭКГ дополнительно содержит:

- блок (221) анализа частоты сети питания, сконфигурированный с возможностью идентификации составляющей основной частоты и составляющих гармоник в данных ЭКГ;

- блок (222) полосовой фильтрации, сконфигурированный с возможностью фильтрации низкочастотных и высокочастотных шумов в данных ЭКГ;

- блок (223) фильтрации переменного тока, сконфигурированный с возможностью фильтрации влияния помех сети питания в соответствии с результатом идентификации блока анализа частоты сети питания; и

- блок (225) вывода, сконфигурированный с возможностью получения другой информации о признаках ЭКГ.

6. Способ (50) для определения появления комплекса QRS в данных ЭКГ, собранных от контролируемого субъекта, содержащий следующие этапы:

- принимают (51) приемным блоком первый, второй и третий наборы данных ЭКГ, которые собираются соответственно комбинацией трех электродных отведений II, V4 и V5, прикрепленных к субъекту, причем комбинация трех электродных отведений II, V4 и V5 обеспечивает точное наблюдение желудочковой активности, и они являются дополняющими друг друга с точки зрения обнаружения пиковых значений;

- оценивают (52) блоком обнаружения отдельно первый, второй и третий наборы данных ЭКГ, чтобы обнаруживать, проявляется ли или нет комплекс QRS в предварительно заданном временном окне в соответствующем наборе данных ЭКГ;

- выводят (53) выходным блоком сообщение, указывающее на появление комплекса QRS в предварительно заданном временном окне, если комплекс QRS был обнаружен в предварительно заданном временном окне в по меньшей мере двух из первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ;

- вычисляют (54) вычислительным блоком первое, второе и третье значения качества сигнала посредством (a) вычисления отношения (a) (i) стандартного отклонения N последовательных форм сигнала в соответствующем наборе данных ЭКГ к (a) (ii) эталонному стандартному отклонению соответствующего набора данных ЭКГ или посредством (b) вычисления отношения (b) (i) энергетического отношения сигнала (SNR) для N последовательных форм сигнала в соответствующем наборе данных ЭКГ к (b) (ii) эталонному значению SNR соответствующего набора данных ЭКГ, при этом эталонное стандартное отклонение и эталонное значение SNR соответствующего набора данных ЭКГ предварительно определяются из соответственно первого, второго и третьего наборов данных ЭКГ, которые собираются посредством соответственно электродных отведений II, V4 и V5 на стадии до физической нагрузки; и

- выводят (55) блоком интерфейса предупреждающее сообщение, в ответ на то, что одно из первого, второго и третьего значений качества сигнала больше, чем предварительно определенный порог.