Система анализа электрокардиографических данных

 

Ю. Ф. Вармалов, Ю. М. Айзинов, Э. B. Земцовский »

Ю. Р. Кремер, К. М. Матус, A В. Михайлов, В. В.. Павлов, Б. М, Полонский, А. H. Санкин и П. П. Фомий"

/

t (72) Авторы изобретения (7E) Заявитель (54) СИСТЕМА А НАЛИЗА ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЧЕСКИХ

ДАННЫХ

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системам электрокардиографической циагностики сердечно-са судистых заболеваний.

Известно устройство для анализа электрокардиографических данных, содержащее блок ввода фиксированных отсчетов, блок памяти, блок выделения опорной точки, блоки арифметического и логического сглаживания, блок определения характерных временных и амплитудных соотношений

ЗКГ P).

Наиболее близкой по технической сущности к прецлагаемому является система анализа электрокардиографических данных, !5 содержащая устройство ввода фиксированных отсчетов электрокардиограммы, блок памяти, блок выделения опорных точек, блоки арифметического и логического сглаживания, блок определения характерных

20 временных точек, блок анализа временных и амплитудных соотношений, блок оценки

- помех, блок коррекции изоляции, а также блок морфологической диагностики, причем

2 устройство ввоца 1фикснрованных отсчетов электрокардиограммы подключено к первому входу блока памяти, третий выход которого соединен с первым входом бло- ка арифметического сглаживания, подключенного выходом ко входу блока логического сглаживания, выход которого соединен с первым, входом блока определения характерных временных точек, подключенного выходом к первому входу блока кор рекции изоляции, второй выход блока оценки помех соединен с первым входом блока анализа временных и амплитудных соотношений 2 .

Недостатком известной системы анализа электрокардиографических данных является невозможность проведения диагностики широкого класса заболеваний серпечно-сосудистой системы.

Пель изобретения - обеспечение возможности улучшения диагностики сердечно-сосудистых заболеваний путем выделения и анализа типичного кардиоцикла.

Указанная цель достигается тем, что в систему пля анализа электрокардиографических данных, содержашую устройство ввопв фиксированных отсчетов электрокарпиограммы, блок памяти, блок выделения опорных точек, блоки арифметического и логического сглаживания, блок определения характерных временных точек, блок анализа временных и амплитудных соотношений, блок оценки помех, блок коррекции изоляции, а также блок морфологической диагностики, причем устройство ввода фиксированных отсчетов электрокардиограммы подключено к первому входу блока памяти, третий выход которого соединен с первым входом блока арифметического сглаживанич и входом блока оценки помех, первый выход которого соединен со вторым вхопом блока арифметического сглаживания, подключенного выходом ко входу блока логического сглаживания, выход которого соединен с первым вхопом блока определения характерных временных точек, подключенного выходом к первому входу блока коррекции изолинии, второй выход блока оценки помех соединен с первым выходом блока анализа временных и амплитудных соотношений, введены устройство ,ввода группы отделений, блок определения условных границ комплксов 3 O o, блок выбора типичного кардиоцикла, блок задания режима и устройство анализа ритма, причем выход устройства ввода группы отведений соединен со вторым входом блока памяти и первым вхопом блока определения условных границ комплексов &РЭ,первый выход которого соединен с третьим вхопом блока памяти, второй - со вторым входом блока задания режима, первый выход которого подключен к устройству ввода фиксированных отсчетов электрокардиограммы, четвертый выход - к устройству ввода группы отведений, третий выходк третьему входу блока анализа временных и амплитудных соотношений, а второй выход - к шестому входу блока памяти, первым выходом подключенного к блоку выделения опорных точек, вторым - ко второму входу блока анализа временных и амплитудных соотношений, четвертымко второму входу блока коррекции изоли- ний, пятым - ко второму входу блока определения характерных временных точек, шестым — ко второму входу блока определения условных границ комплексов Я б, третий выхЬд которого соединен со вторым входом устройства, анализа ритма, первый выход блока анализа временных и амплитудных соотношений соединен со

2911

4 входом блока выбора типичного кардиоцикла, второй - с первым входом устрой- ства анализа ритма, второй выход блока выделения опорных точек соединен с четвертым входом блока памяти, à первый выход - с первым входом блока задания режима, третий вход которого соединен с первым выходом блока выбора типичного кардиоцикла, своим вторым выходом соединенного со входом блока морфологи» ческой пиагностики, второй выход блока оценки помех соединен с седьмым входом блока памяти, пятый вход которого соединен с выходом блока определения харак15 терных временных точек, восьмой — с выхопом блока коррекции изоляции, девятый - с выходом блока логического сглаживания.

На чертеже изображена структурная схема системй анализа электрокардиогразо фических данных.

Система анализа электрокардиографиIBcKBK данных содержит устройство 1 ввода фиксированных отсчетов электрокар

I диограммы, блок 2 памяти, блок 3 выделения опорных точек, блоки 4 и 5 арифметического и логического сглаживания, блок 6 определения характерных временных точек, блок 7 анализа временных и зо амплитудных соотношений, блок 8 оценки помех, блок 9 коррекции изоляции, блок

10 морфологической диагностики, причем устройство 1 ввода фиксированных отсчетов электрокардиограммы подключено к первому входу блока 2 памяти, третий

35 выход которого соепинен с первым входом блока 4 арифметического сглаживания и входом блока 8 оценки помех, первый выход которого соединен со вторым входом блока 4 арифметического сглаживания, 40 подключенного выходом ко входу блока 5 логического сглаживания, выход которого соединен с первым входом блока 6 определении характерных временных точек, подключенного выходом к первому входу

45 блока 9 коррекции изолинии, второй выход блока 8 оценки помех соединен с первым входом блока 7 анализа временных и амплитудных соотношений. Кроме того, система имеет устройство 11 ввода группы отведений, блок 12 определения условных. границ комплексов 8<8, блок 13 выбора типичного кардиоцикла, блок 14 задания режима, устройство 15 анализа ритма, причем выход устройства 11 вво55 да группы отведений соединен со вторым входом блока 2 памяти и первым входом, блока 1 2 определения условных границ комплексов QQS первый выход которого

5 862911 6 соединен с третьим входом блока 2 памяти, второй - со вторым вхопом блока

14 задания режима, первый выхоп которого подключен к устройству 1 ввода фиксированнык отсчетов электрокарпиограммы, четвертый выход — к устройству 11 ввода группы отведений, третий выход - к третьему входу блока 7 анализа временных и амплитупных соотношений, а второй выход — к шестому sxony блока 2 памяти, первым выходом подключенного к блоку

3 выделения опорных точек, вторым — ко второму Вхоау блока 7 анализа временных и амплитудных соотношений, четвертымко второму входу блока 9 коррекции изолинии, пятым - ко второму входу блока 6 определения характернык временных точек, шестым — ко второму вкоцу.блока 12 определения условных границ комплексов

QR5 третий выход которого соединен сс вторым входом устройства 15 анализа ритма, первый выкоп блока 7 анализа временнык и амплитупнык соотношений соепинен со входом блока 13 выбора типичного кардиоцикла, второй - с первым вко- > пом устройства 15 анализа ритма, второй выход блока 3 выделения опорных точек соепинен с четвертым вхопом блока 2 памяти, а первый выкоп - с первым вкопом блока 14 запания режима, третий вход которого соепинен с первым выхопом блока

13 выбора типичного карпиоцикла, своим вторым выходом соепиненного со входом блока 10 морфологической диагностики, второй выход блока 8 оценки помек соепинен с седьмым входом блока 2 памяти, пятый вход которого соединен с выхопом блока 6 опрепеления характерных временHbIx точек, восьмой — с BblxogoM блока 9 коррекции изолинии, девятый — с выхопом блока 5 логического сглаживания.

55

Система работает следующим образом.

В первом режиме система работает с данными, препставленными на ее входе в виде графической записи. По сигналам, поступающим с первого выхода блока 14 задания режима на вход устройства 11 на цврвый вход блока 2 с выхопа устройства 1 заносятся отсчеты одного отведения

ЭКГ. Шаг дискретизации соответствует частоте дискретизации 250 Гц (в масштабе графика). Поступление отсчетов в блок

2 прекращается по сигналу с блока 14, К этому моменту в блок 2 поступает и отсчетов отведения. С первого выхода блока 2 эти отсчеты поступают на вход блока 3 пля опрепеления опорных точек в начале и в конце каждого комплекса

ROS данного отведения. За опорную точку в начале комплекса Я Ю .принимается номер j отсчета Х цля которого Х +

1+1 3 ,„- X Х; -ф ., превосхопят заданный порог, После определения опорной точки с третьего выхопа блока 3 на четвертый вхоп блока 2 поступает сигнал, по которому запрещается ввод отсчетов из блока 2 в блок 3. Затем отсчеты вновь начинают поступать из блока 2

I в блок 3 пля определения слепующей опорной точки. Найденные значения

1 1 со второго выхода блока 3 заносятся в блок 2. На участке записи одного отведения ЭКГ должно быть найдено не менее

0 опорных точек, иначе отвепение считается низковольтным и с первого выкопа блока 3 на первый вхоп блока 14 поступает сигнал запрета анализа данного отведения. При поступлении трех таких сигналов обработка пенной ЭКГ прекращается.

После опрепеления опорных точек в началах комплексов Q k5 в блоке 3 проиэвоФ пится поиск опорных точек j в концак комплексов, пля чего отсчеты отведения из блока 2 поступают в блок 3 в обратном поряпке, т.е. начиная с Й -ro отсчега. Найпенные номера отсчетов

41 также заносятся в блок 2. Для дальнейшего анализа выбирается первый от начала отведения комплекс. Отсчеты, начиная с номера 4„,, гце х= COnet (т.е. с отсчета, отстоя:лего на % отсчетов о опорной точки в начале 1-го комплекса), посту- ° пают с третьего выхопа блока 2 на первый вкоп блока 4 и вхоп блока 8, гпе производится скользящее усреднение по

rl текущим отсчетам, опрепеление максимальных значений разностей íà ич участках по Р отсчетов кажпый и определение амплитуаы помехи А . Отсчеты, прошедшие скользящее усреднение, с выкопа блока 8 поступают в блок 4, туда же поступает найденное значение А . Амплитуда A„ c snnsee on s 6noxe 8 с заданным порогом, и при его превышении со второго выхода блока 8 íà Bxoabl блоков

; 2 и 7 поступает сигнал, свидетельствующий о непригодности панного комплекса пля анализа, после чего из блока 2 пля пальнейшей обработки выбираются отсчеты, соответствующие слепующему комплексу отделения, В блоке 4 производится арифметическое сглаживание, т.е. опрепеление разностей 5 между отсчета1 ми, поступающими из блока 2, и сравнение разностей ф с порогом, При

1 этом, если ) - f < q„o ne X присваивается значение усредненного отсчета к . если@4,проверяется принадлежность

20 первому зубцу комплекса QQ5 или случайному выбросу. Условия нахождения зубца следующие: амплитуда зубца не менее 4 > его длительность не менее T до

1 опорной точки не может быть более двух зубцов. Отсчеты после блока 4 поступают на вход блока 5 для логического сглаживания. В блоке 5 производится устранение одиночных выбросов, оставшихся после арифмети ческогo сглаживания: :при выполнении ycllDBH5f (Х Х. х(Х -)С. )со отсчету Х „»„ присваивается значение Х; 4, С выхода блока 5 обработанные отсчеты поступают на девятый выход блока 2 и первый вход блока 6, где для определения начала комплекса QQS (отсчет с номером

Ч,„определяется путем сравнения отсчетов участок наибольшей длительности, на котором значения отсчетов равны между собой. Значение с „ равно номеру крайнего справа отсчета найценного участка.

Найденное значение с,„ поступает на пятый вход блока 2 и первый вход блока 9.

Для определения номера отсчета, соответствующего концу 1-го комплекса ЯРб (точка Ф „ ), определяется начало 2-го комплекса QQ5 (точка g ) и производится коррекция изолинии в блоке 9. Начало 2-го комплекса определяется так же, как определялось начало 1-го комплекса (точка g< ), но обработку в блоках 4, 8, 6 и 5 проходят отсчеты, начиная с номера g„+4 где к=СООМ,Арифметическое сглаживание прекращается в точке ) найденное значение с, поступает на входы блоков 2 и 9. В блоке 9 производится коррекция изоляции, для чего с четвертого выхода блока 2 на второй вход блока

9 поступают отсчеты, номера которых заключены между найденными ранее значениями „и фg . Скорректированные значения отсчетов с выхода блока 9 поступают на восьмой вход блока 2. После коррекции изолинии производится определение номера отсчета, соответствующего концу

1-го комплекса R . Конец комплекса определяется так же, как определялось его начало, на обработку в блоках 4, 8, 6 и

5 проходят отсчеты, начиная с номера а + и в направлении к отсчету с номе 1 ром j< (опорная точка в конце 1-го комплекса ЯЮ ). Наденное в блоке 6 значение 1 „ поступает на пятый вход блока 2, на девятый вход блока 2 с выхода блока 5 поступают обработанные отсчеты. Аналогично определяютса начала и концы следующих комплексов QNS ° Поиск конца последнего комплекса 913 не производится, и из дальнейшего анализа

t0

45 он исключается. Для определения остальных карактернык точек комплекса ЯЙВ (точек пересечения зубцов ЯЯ и B с изолинией) на второй вход блока 6 с пятого выхода блока 2 поступают отсчеты, номера которых заключены между значениями ф и и . Номера отсчетов, соответствующйе точкам нересечения зубцов QQ u заносятся с выхода блока 6 в блок

2 по пятому входу, Затем со второго выкода блока 2 на второй вход блока 7 поступают номера отсчетов, соответствующих карактерным точкам всех анализируемых комплексов, и значения отсчетов, прошедших обработку. В блоке 7 в зависимости от сигнала с блока 14, задающего режим работы, вычисляются те или иные временные и амплитудные параметры кардиоциклов. В первом режиме определяют врачебные признаки для последующего морфологического анализа. Измеренные признаки всех кардиоциклов с первого выхода блока 7 поступают в блок

13, где производится выбор "типичного" кардиоцикла (для морфологического анализа достаточно иметь врачебные признаки лишь одного кардиоцикла в отведении).

Для этого каждому кардиоциклу в зависимости от его структуры, т.е. образующих его зубцов, присваивают соответствующий код. Затем определяют число комплексов с одинаковым кодом и выбирают группу, образованную из наибольшего числа комплексов с одинаковым кодом. Значения признаков "типичного" кардиоцикла вычисляют путем усреднения соответствующик признаков этой группы. Полученные значения признаков поступают со второго выкода блока 13 в блок 10. После проведения этик вычислений с первого выхода блока 13 в блок 14 поступает признак конца обработки данного отведения, и по сигналу с блока 14 в устройство 1 начинается ввод и анализ следующего отведения. По окончании обработки всех отведе ний ЭКГ найденные значения признаков типичных кардиоциклов анализируются в бпоке 10, где производится морфологический анализ и выноситса соответствующее диагностическое заключение. Во втором режиме система работает с электрокардиографическими данными, представленными на выходе устройства 11 синхронно взятыми отсчетами трех отведений. По сигналу с четвертого выкода блока 14, поступающему на устройство 11, в блок

2 по второму входу заносятса синхронно взятые отсчеты трех отведений. Частота взятия отсчетов в каждом отведении

8629 составляет 250 Гц. Одновременно эти же отсчеты поступают на первый вход блока

12 цля определения условных границ комплексов ®QS -отсчетов с номерами rn << и п1; .При этом в блоке 12 сначала с це-

Яvаале увеличения отношения сигнал-шум строится обобщенное отведение. Значения . отчетов отведения я 4 с первого выхода блока 12 поступают на третий вход блока 2. В блоке 12 строится гистро- 10 грамма распределения значений отсчетов обобщенного отведения и определяется мода гистрограммы И, которая характеризует амплитуду помехи на обобщенном отведении. Далее вычисляются два порога

Р.1=И+И.,и Р,,=И+И,, где И„и И,1— постоянные величины. После этого отсчеты обобщенного отведения с шестого выхода блока 2 поступают на второй вход блока 12, при этом производится ик срав- 20 некие с порогом Р, В регистре блока запоминается номер m первого отсчета на отвецении, такого, что S «>R. Далее среци отсчетов в интервале (1ПО„-М4, п 0,1), гдеМ4=СОпЖ,устанавливается левая условная граница первого комплекса Я Q9 — устанавливается номер отсчета, начиная с которого значение 5„ больше Р . Правая условная граница первого комплекса определяется в интервале (п101, п1 + % 1, гце

01 11 5 1 30

R C0n8$r.å, определяется номер отсчета

Ю 1 как номер последнего отсчета такого чтоб )РgEcëè П1 -П1 (k ипи А1 -щ <4:

9 01 1 b 21 0 где 4(g и ф,7 - постоянные, то найценные значения 1т1,,„ и Ф „ определяют границы случайного выброса, а не комплекса 6 .

B этом случае запомненные в регистрах блока значения юр, m4 сбрасываются и поиск условных границ продолжается. Аналогичным образом ищутся границы остальных комплексов QQB. Найденные значения услов40 ных границ с первого выкоца блока 12 поступают в блок 2. После нахождения условных границ всех комплексов в блоке

1 2 вычисляется среднее значение Р 1 интервала (A.R -интервал — интервал меж45 цу соседними комплексами 8RS, характеризующий, ритм сердечных сокращений) по, формуле:

11 10 сигнал поступает со второго выхода блока 12 на второй вход блока 14. Если значение И лежит в пределах, соответствующих частоте сердечных. сокращений

150-250 ударов в мин. возможен лишь частичный анализ ритма. В этоМ случае параметры ритма, определенные, в блоке

12, поступают с третьего выхода блока на второй вход устройства 15 для частичного анализа. После определения условных границ комплексов производится определение их точных границ н измерение параметров карди они к лов по отдельным отделениям. При этом для каждого отведения выполняется вся послецовательность операций, описанных для перво го режима. Основным отличием является то, что за счет использования обобщенного отведения повышается нацежность определения комплексов Ййя и при этом сужается область поиска точек на комцлексах ВЯ6: в блок 3 из блока 2 поступают орцинаты, начиная с номера rn,1„ цля поиска опорнык точек в начале k -го комплекса QRs и с а п цля поиска опорных точек в конце 4с -го комплекса 898, После обработки очередного отведения группы со второго выхода блока 14 на шестой вкоц блока 2 поступает сигнал начала анализа следующего отведения этой же группы. Во втором режиме в блоке 7, помимо вычисления признаков для морфологического анализа, определяются дополнительные параметры, необходмые для анализа ритма. Определенные в блоке 7 дополнительные признаки поступают со второго выхода блоке 7 на первый вход устройства 15, гце проводится диагностика ритма.

Система анализа электрокарциографических данных обеспечивает возможность улучшения диагностики сердечно-сосу- :: цистык заболеваний путем выделения и анализа типичного карциоцикла, что позволяет расширить класс диагносцируемых нарушений сердечной деятельности и производить обработку электрокарциографических данных, представленных в виде графической записи и в форме электрического сигнала. гце Я% -N -п1

Ъ 01 О -

- число комплексов в отведении.

Обработка цанных в блоке 12 может быть прервана, если значение И превышает заданный порог (слу ай большой помехи) или если величина QQ превышает заданный порог. При этом соответствующий

Формула изобретения

Система анализа электрокардиографических данных, содержащая устройство ввода фиксированнык отсчетов электрокардиограммы, блок памяти, блок вьщеления опорных точек, блоки арифметического и

11 &e логического сглаживания, блок определения, характерных временных точек, блок анализа временных и амплитудных соотношений, блок оценки помех, блок коррекции изолинии, а также блок морфологической диагностики, причем устройство ввода фиксированных отсчетов электрокарциограммы подключено к первому входу блока памяти, третий выход которого соединен с первым sxoaoM блока арифметического сглаживания и входом блока оценки помек, первый выход которого соединен со вторым входом блока арифметического сглаживания, подключенного выходом ко входу блока логического сглаживания, вы« ход которого соецинен с первым входом блока определения характерных временных точек, подключенного выходом к первому входу блока коррекции изоляции, второй выход блока оценки пси4ек соединен с первым вкодом блока анализа временных и амплитуцных соотношений, о т л и ч аю ш а я с я тем, что, с целью улучшения диагностики сердечно-сосудистых заболеваний путем выделения и анализа типичного кардиоцикла, в систему ввецены устройство ввода группы отведений, блок

O определения условных границ комплексов

9ЯЯ, блок выбора типичного кардиоцикла, блок задания режима и устройство анализа ритма, причем выкоц устройства ввода группы отведений соединен со вторым входом блока памяти и первым входом блока определения условнык границ комплексов QRS, первый выкоц которого соединен. с третьим вкоцом блока памяти, второй — со вторым вкоцом блока задания режима, первый samoa которого подключен к устройству ввода фиксированных отсчетов електрокардиограммы, четвертый выход - к устройству ввода группы отведеотношений, а второй выход - к шестому входу блока памяти, первым выходом подключенного к блоку выделения опорных точек, вторым - ко второму входу блока анализа временных и амплитуцных соотношений, четвертым - ко второму входу блока коррекции изолинии, пятым — ко второму входу блока определения характерных

10 временнык точек, шестым - ко второму входу блока определения условнык границ комплексов д, третий выход которого соединен со вторым входом устройства анализа ритма, первый выход блока анализа временнык и амплитудных соотношений соединен co sxoaoM блока выбора типично

1S го кардиоцикла, второй - с первым входом устройства анализа ритма, второй выхоц блока выцелени» опорных точек соединен с четвертым входом блока памяти, а первый выход - с первым входом блока эацания режима, третий вход которого соединен с первым выходом блока выбора д типичного кардиоцикла, своим Вторым вы» кодом соединенного со входом блока морфологической диагностики, второй выход блока оценки помех соединен с седьмым входом блока памяти, пятый вход которого соецинен с выхоцом блока определения карактерных временных точек, восьмой— за с вымщом блока коррекции изолинии, цевятый - с выходом блока логического сглаживания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 516399, кл. А 61 В 5/04, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Q 598604, кл. А 61 В 5/04, 1976 (прототип) .

29j1 12 ний, третий выход — к третьему входу блока анализа временных и амплитудных соСоставитель Ю. Алмазов

Редактор Л. Повхан Техред Д.Пекарь Корректор Я. щарон

Заказ 7619/4 Тираж 690 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4