专利名称：运动心电图中t波交替的检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于医学检测技术领域，特别涉及运动心电图中T波交替的检测装置的设计。
一个典型的心动周期的心电信号由P波，QRS波和T波等组成，形成如
图1所示的心电图波形，其中P波表示心房除极过程，QRS波表示心室的除极过程，T波表示心室的复极过程。
T波交替是指体表心电图上，T波的形状或幅度在隔拍重复的基础上逐拍变化即T波的形状或幅度在连续心拍之间以ABABAB…的形式有规律地出现。图2即为一例出现肉眼可见T波交替的体表心电图。
一些国家的研究已表明，在较高的心率范围90bpm～110bpm，T波交替的出现可以预见恶性室性心律失常的发生。但肉眼可见的T波交替比较罕见，因此通过观察T波交替预见恶性室性心律失常的发生还未能在实际中应用。
本发明提出一种运动心电图中T波交替的检测方法，包括以下步骤1)据心率值的范围划分成四个阶段，分别为调整期其心率在90bpm以下、一级心率期，其心率在90-105bpm，二级心率期，其心率在105bpm以上，恢复期其心率在90bpm以下；2)设定一级心率期与二级心率期的持续时间分别为3-6分钟；3)控制平板的运动速度和坡度使测试者的心率依次进入所说的心率值的四个阶段，并维持该一级心率期与二级心率期设定的持续时间；4)分别记录该一级心率期与二级心率期阶段的心电信号。
所说的对心电信号进行处理的方法可为依次进行放大、滤波、模数转换等步骤。
本发明提出的用于上述方法的运动心电图中T波交替的检测装置，包括以下部分与被测试者相连的导联装置，与该导联装置输出信号相连的输入保护电路，与该保护电路相连的放大器系统，以及连于该放大器系统输出端的模数转换电路，该模数转换电路与一微型计算机相连，与该计算机相连的平板控制接口电路，及与该控制接口电路相连用于被测试者运动的平板；所说的放大器系统由依次相连的前置放大电路、隔直电路、主放大器、50Hz陷波、光电隔离放大器及低通滤波电路构成。
本发明的工作原理说明如下根据目前的临床研究成果，一般认为90至110bpm的心率范围内，T波交替的出现具有诊断价值，其中90至105bpm出现显著T波交替即为出现阳性，而105以上依然不出现显著T波交替则为阴性，根据这一标准心率范围，本发明新创了运动心电图中T波交替的检测方法。
被测试者在平板上，计算机通过平板控制的接口电路，输出控制命令，控制运动平板的运动。程序设定所述的检测方法，程序根据所述方法控制平板的运动，被测者随着平板运动被迫运动，人体运动心电信号(电压)从Mason-Likar导联系统经保护电路(为了病人的安全和系统的可靠工作)后，进入放大系统，由硬件电路隔直、滤波、放大，经过模数转换，变为数字信号，进入计算机。在计算机内，心电信号经过数字滤波，抑制基漂、工频干扰和肌电干扰，消减运动心电的噪声，然后确定QRS复波，从而选取T波，再对T波进行功率谱分析，采用移动窗口对全程12导联T波交替进行分析，得到T波交替检测结果。
本发明的特点及效果本发明根据T波交替的特点，设计了一套检测方法及其装置，采集运动心电信号，可对微伏量级的T波交替进行检测，能用于对T波交替的检测、处理研究，也为相关临床研究提供了可靠的工具。
图2为为一例出现肉眼可见T波交替的体表心电图。
图3为T波交替检测装置结构示意图。
图4为为控制平板运行、T波交替检测的流程图。
图5为前置放大器。
图6为主放大器。
图7为50Hz陷波电路。
图8为光电隔离放大器。
图9为低通滤波电路。
图10为平板控制接口电路。
图11为T波交替检测的结果中的心率变化趋势曲线。
图12为检测结果中的T波交替趋势。
本实施例的隔直电路是用于消除电极与人体接触时产生的极化电压。
本实施例的微型计算机奔腾III通过平板控制的接口电路，输出控制命令，控制运动平板的运动。程序设定检测T波交替的运动方案，程序根据运动方案控制平板的运动，被测者随着平板运动被迫运动，他运动中的心电信号由电极经导联进入放大系统、计算机。计算机控制运动平板、检测T波交替的流程如图4所示。
首先，系统初始化，设定电子病历、放大器放大倍数、启动模数转换等准备工作。计算机通过平板控制接口，复位平板初始状态，平板处于水平、静止状态，采集2分钟的静息期心电数据。然后，控制平板开始运动，进入调整期，采集该段心电数据，当心率达到90bpm为止。控制平板运动速度和坡度，进入一级心率期，采集5分钟的心电数据。继续控制平板运动速度和坡度，当心率达到105bpm以上，进入二级心率期，采集5分钟的心电数据，尔后，停止运动平板，进入恢复期，继续记录心电数据，直到心率降至90bpm以下。最后，对所获得的心电数据进行分析、处理，得到T波交替的分析结果。
本实施例的输入保护电路，由两级限幅保护电路组成，第一级用氖泡把电压限制在60～70V内，第二级用双向串联二极管进而使输入端电压不超过7V。
本实施例的前置放大器如图5，由仪用放大器INA118和电阻R2、R3、Rg电容CN1、CN2组成。该前置放大器具有高共模抑制比、高输入阻抗，噪声小，抗干扰能力强的特点。
为了能适应不同的心电信号幅度，本实施例的主放大器采用了图6所示的程序控制的可变增益放大电路，以适应幅度大小不同的运动心电信号。该主放大器由7650运算放大器、模拟多路开关4051和多个电阻R8-R14、R22以及多个电容C12-C14、CN3、CN4组成。模拟多路开关4051选择不同的电阻，以选择不同的放大倍数。
本实施例的50Hz陷波电路，是一个带阻滤波器，主要用于滤除工频干扰。采用了由两个运算放大器A1、A2及三个电阻R1 R2、R3和三个电容C1、C2、C3组成的典型的双T网络，如图7所示，其幅频特性为H(ω)=1-(ω/ω0)2[1-(ω/ω0)2]2+16(1-k)2(ω/ω0)2]]>式中的k为电位器W的分压比。
本实施例的光电隔离放大器是为了确保病人的安全，采用浮地技术，实现人体与电气上的完全隔离。利用互补形式的光电耦合器件TLP-521构成该电路，如图8所示，采用两级运算放大器A1、A2，通过工作在线性区的光电耦合器PH1、PH2实现耦合，其中W1、W2为电位器，用于调整放大器工作点和增益。
本实施例的低通滤波电路，用于抑制由电路产生的高频干扰，包括由运算放大器A1，电阻R1、R2、R4，电容C1、C2组成的二阶压控电压源低通滤波器，和一个由R3、C3组成的无源RC低通滤波电路，如图9所示。
本实施例的模数转换电路，使用模数转换芯片为MAX122，采样率为12×500Hz，采样精度为12位。
本实施例的平板采用公知市售产品。
本实施例的平板控制接口电路，如图10所示，由模拟多路开关4051、计数器74LS169组成，模拟多路开关接通或断开运动平板的各个控制按键，而计数器的计数值确定具体的按键。例如，DOWN开关的操作，开始模拟开关断开，然后给计数器一个脉冲，使其清零，接着计数3，对应DOWN的模拟开关闭合，保持50毫秒，相当于DOWN开关闭合一次，再断开模拟开关，计数器清零。
本实施例的T波交替检测的方法说明如下设计运动方案分为调整期(含缓冲时间)、一级心率期，二级心率期和恢复期等四个阶段。
运动前记录2分钟的静息期心电数据，而运动后则记录3分钟的恢复期心电数据。由于受试者的个体差异比较大，如有的受试者在运动前期会有心率加快的现象，为避免影响后续的分级反馈，故安排了一分钟的缓冲时间，这段时间活动平板以最低速运行，操作者根据受试者的具体情况如运动姿势是否正确或心率是否恢复平稳来调节这一时间并给受试者以具体的指导。之后，程序开始根据受试者的心率来调整活动平板的运动参数，由于基础心率及心率变化率的个体差异较大，因而调整期的时间将在个体之间有较大的波动。在受试者心率超过90bpm以后，调整期结束。
目前国外认可的阳性心率为110bpm，即在110bpm以下，如果出现T波交替，则为病征，而在110bpm以上，出现的T波交替不具有诊断价值，因为在该心率以上，即使正常人群也时有T波交替出现。阴性心率为105bpm，即在该心率以上仍未出现T波交替，可以考虑为T波交替阴性。根据上述标准，本发明采用了两级心率的控制策略，一级心率为90-105bpm，二级心率为105bpm以上。一级心率考虑为检测T波交替阳性，而二级心率则考虑为检测T波交替阴性。在调整期结束后，将受试者心率控制在一级心率范围内5分钟，如果心率过低则增加运动量。如果过高则减少运动量。一级心率期结束后，直接进入二级心率期，在期内，通过增加运动量使受试者心率达到二级心率，持续时间也是5分钟。二级心率期结束后，终止活动平板，结束运动状态。
在经由T波交替检测分析、判定后，结果显示在显示屏上，由实验过程中的心率变化趋势曲线和十二导联的T波交替幅度曲线及相应的噪声水平估计曲线组成。
以16拍为基本时间单位，各时刻与相对应的平均心率画成曲线，以了解整个实验过程中心率的大致变化趋势曲线，如图11所示，其中纵坐标为心率值，单位为bpm(次/分钟)，横坐标为时间，2小格为1分钟，竖虚线分割不同的运动阶段。
每一导联的分析结果均有两条曲线，一条曲线反映了运动试验过程中，噪声水平的变化；另一条曲线则为T波交替幅度的变化曲线。图12为某一测试者的V5导联的T波交替趋势图，图中，竖虚线分割不同的运动阶段，横坐标为时间，2小格为1分钟，上半部分为噪声，纵坐标为噪声电平，单位为微伏，下半部分为T波交替趋势，黑色部分表示T波交替检测结果为显著，灰色表示T波交替检测为未决，空白表示T波交替检测阴性，纵坐标单位为微伏。
权利要求
1.一种运动心电图中T波交替的检测方法，包括以下步骤1)根据心率值的范围划分成四个阶段，分别为调整期其心率在9bpm以下、一级心率期，其心率在90-105bpm，二级心率期，其心率在105bpm以上，恢复期其心率在90bpm以下；2)设定一级心率期与二级心率期的持续时间分别为3-6分钟；3)控制平板的运动速度和坡度使测试者的心率依次进入所说的心率值的四个阶段，并维持该一级心率期与二级心率期设定的持续时间；4)分别对该一心率期与二级心率期阶段的心电信号进行处理并记录。
2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所说的对心电信号进行处理的方法为依次进行放大、滤波、模数转换。
3.一种运动心电图中T波交替的检测装置，其特征在于，包括以下部分与被测试者相连的导联装置，与该导联装置输出信号相连的输入保护电路，与该保护电路相连的放大器系统，以及连于该放大器系统输出端的模数转换电路，该模数转换电路与一微型计算机相连，与该计算机相连的平板控制接口电路，及与该控制接口电路相连用于被测试者运动的平板；所说的放大器系统由依次相连的前置放大电路、隔直电路、主放大器、50Hz陷波、光电隔离放大器及低通滤波电路构成。
全文摘要
本发明属于医学检测技术领域,涉及一种运动心电图中T波交替的检测方法及其装置。其方法为:根据心率值的范围划分成调整期、一级心率期、二级心率期、恢复期;设定各阶段一定持续时间,控制平板的运动速度和坡度使测试者的心率依次进入所说的心率值的四个阶段,分别记录该一级心率期与二级心率期阶段的心电信号。其装置包括:导联装置、输入保护电路,由前置放大电路、隔直电路、主放大器、50Hz陷波、光电隔离放大器及低通滤波电路构成放大器系统,以及模数转换电路、微型计算机、平板及平板控制接口电路。本发明可用于检测肉眼不可见也即微伏量级的T波交替,能用于对T波交替的检测、处理研究,也为相关临床研究提供了可靠的工具。
文档编号A61B5/0402GK1387824SQ0212564
公开日2003年1月1日 申请日期2002年7月26日 优先权日2002年7月26日
发明者沈永林, 孙阳 申请人:清华大学