用于确定ecg数据中的qrs复合波的出现的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及ECG监测，更具体地涉及用于确定从正被监测的对象采集的ECG数据 中的QRS复合波（QRS complex)的出现的装置和方法，并且涉及利用所述装置和方法的ECG 监测系统。
【背景技术】
[0002] 现今，心电图（ECG)是临床实践中最常用的工具之一，这是因为它是用于测量和 诊断心脏的异常节律的方式，并且它是诸如心率计和心律失常监测器的许多临床仪器的基 本部分。
[0003] 典型的ECG波形包括指示动脉去极化的P波、指示心室去极化的QRS复合波、指示 心室复极化的T波以及在一些情况下指示复极化的延伸的可能的U波。ECG的主要活动通 常涉及实时的QRS复合波，使用诸如心律失常监测系统的医学仪器、ECG压力测试系统、心 电图。对ECG的QRS复合波的准确检测对于所有这些临床应用是重要的，例如，在心律失常 监测系统中，显著的假阴性和假阳性率能够来自于错误的QRS检测。
[0004] 在过去几年中，许多技术已经被开发用于检测QRS复合波，所述技术包括功率谱 分析、带通滤波、差分、模板匹配以及波形特征依赖的实时技术。样本的多样性和复杂性确 定准确QRS检测的难度。然而，常规实时检测算法在检测的准确性方面仍然不是非常令人 满意的。
[0005] 常规地，在实际应用中，用于QRS检测的装置通常选择包含明显复杂特征的电极 导联，例如，标准肢体导联、由美国心脏协会（AHA)推荐的标准十二电极的导联II中的一 个。并且在一些情况下，可以使用全局检测技术，例如，垂直的导联II、aVF和V5-起用于 保证检测可靠性。
[0006] 然而，在压力测试系统中，作用在电极导联上的快速增加的肌肉活动和机械力通 常导致过多的肌肉噪声，该过多的肌肉噪声引起不能识别的波形。这些不利的随机伪影降 低QRS检测的准确性。
[0007]可以从图1清楚地理解用于QRS检测的常规技术的缺陷，图1示出了在加州的纽 波特比奇的Hoag医院进行的压力测试系统中的病例。已经通过某些预处理滤除技术来滤 除出ECG数据的高频率、低频率和AC噪声。从上到下，图1中的四个波形分别是通过使用 全局检测技术基于所选择的导联II、aVF和V5的搏动检测；仅使用导联II的检测；仅使用导 联aVF的检测；以及仅使用导联V5的检测。
[0008] 能够清楚地看到，甚至在使用全局检测技术的情况下，QRS检测也不够准确并且可 能丢失一些重要的波形特征，例如，导联II、aVF中的PVC状加宽的QRS复合波。
【发明内容】
[0009] 因此，归因于用于QRS检测的常规技术的缺陷，需要提供一种用于尤其在压力测 试系统中以改进的检测准确性来确定ECG数据中的QRS复合波的出现的改进的方法和装 置。
[0010] 为了这个目的，本发明的发明人已经进行了大量的临床研究和实验，并且找到两 种用于QRS复合波检测的新颖方式，其改进对象的ECG数据中的QRS复合波的实时检测准 确性。
[0011] 特别地，代替使用一种导联（例如，导联II )或代替使用导联II、aVF和V5作为常 规装置中的全局检测，提出的一种类型的用于QRS检测的装置使用由电极导联II、V4和V5 采集的ECG数据，这是因为发明人已经发现这三种导联不仅更加适合于对心室活动的准确 观察而且在峰值检测方面彼此互补；因此，这三种导联的组合将改进针对异常QRS复合波 的检测灵敏度，尤其对于PVC、LBBB、RBBB或其他的病例。
[0012] 因此，根据本发明的方面，提出了一种用于确定从正被监测的对象采集的ECG数 据中的QRS复合波的出现的装置，所述装置包括：接收单元，其被配置为接收分别由被附接 到所述对象的电极导联II、V4和V5采集的第一 ECG数据集、第二ECG数据集和第三ECG数据 集；检测单元，其被配置为评价所述第一 ECG数据集、所述第二ECG数据集和所述第三ECG 数据集，以便在各自的ECG数据集中检测QRS复合波是否出现在预定义的时间窗口之内；以 及输出部，其被配置为当在所述第一 ECG数据集、所述第二ECG数据集和所述第三ECG数据 集中的至少两个中已经检测到QRS复合波在所述预定义的时间窗口之内的情况下输出指 示QRS复合波出现在所述预定义的时间窗口之内的消息。
[0013] 以这种方式，可以更加准确地确定QRS复合波的出现，并且以其检测QRS复合波的 提高的准确性使得ECG数据与利用单独由导联II或在全局检测时由导联II、aVF和V5采集 ECG数据的常规方式相比能够得到改进。因此，由所述ECG监测系统输出以用于临床诊断的 最终ECG报告将更加准确，所述最终ECG报告是根据来自于本发明的所述装置的QRS检测 的。
[0014] 此外，在本实施例中，不仅用于QRS检测的三种导联II、V4和V5不同于在常规全 局检测技术中使用的导联，而且在本实施例中对QRS复合波的出现的确定是基于多数判据 的，从而使得能够避免在归因于异常情形而只有三种导联中的一种检测到QRS复合波时对 QRS复合波的出现的错误确定，并且使得能够避免对真实QRS复合波的出现的错误确定。因 此，本实施例可以进一步改进QRS检测的准确性。
[0015] 此外，作为用于QRS检测的另一类型的装置，本发明的发明人发现，利用信号质量 估计技术来选择最适当的导联作为有希望的导联可以以智能的方式增强检测准确性。
[0016] 因此，根据本发明的另一方面，提出了一种用于检测从正被监测的对象采集的ECG 数据中的QRS复合波的出现的装置，包括：
[0017] -接收单元，其被配置为接收分别由被附接到所述对象的标准十二电极导联采集 的第一 ECG数据集到第十二ECG数据集；
[0018] -检测单元，其被配置为评价所述第一 ECG数据集到所述第十二ECG数据集，以便 在各自的ECG数据集中检测QRS复合波是否出现在预定义的时间窗口之内；
[0019] -计算单元，其被配置为通过计算所述各自的ECG数据集中的N个连续的波形的 标准差与所述各自的ECG数据集的参考标准差的比率或通过计算所述各自的ECG数据集中 的N个连续的波形的信号能量比（SNR)与所述各自的ECG数据集的参考SNR的比率来导出 分别针对所述第一 ECG数据集到所述第十二ECG数据集中的每个的第一信号质量值V到第 十二信号质量值V，其中，所述各自的ECG数据集的所述参考标准差和所述参考SNR是分别 根据分别由标准十二电极导联在运动前阶段处采集的第一 ECG数据集到第十二ECG数据集 来预确定的；
[0020] -比较单元，其被配置为将所述第一信号质量值V到所述第十二信号质量值V进行 比较并且确定三个ECG数据集，所述三个ECG数据集的信号质量值V是所述第一 ECG数据 集到所述第十二ECG数据集之中最小的；以及
[0021] -输出部，其被配置为当在所确定的三个ECG数据集中的至少两个中已经检测到 QRS复合波在所述预定义的时间窗口之内的情况下输出指示QRS复合波出现在所述预定义 的时间窗口之内的消息。
[0022] 如能够从以上看出的，第二种类型的装置与第一种类型的装置的不同在于三个电 极导联不是被固定选择的，而是根据由导联采集的ECG数据的信号质量来选择的。从理论 角度来看，归因于自适应特征，第二种类型的装置的性能比第一种类型的装置的性能更好。 然而，从实际应用的复杂角度来看，第一种类型的识别器更加合适，考虑了检测准确性与复 杂要求之间的折衷。
[0023] 类似地，在本实施例中，不仅用于QRS检测的三种导联是根据信号质量来选择的 并不同于在常规全局检测技术中使用的导联，而且在本实施例中对QRS复合波的出现的 确定是基于多数判据的，使得能够避免在归因于异常情形而只有三种导联中的一种检测到 QRS复合波时对QRS复合波的出现的错误确定，并且使得能够避免对真实QRS复合波的出现 的错误确定。因此，本实施例可以进一步改进QRS检测的准确性。
[0024] 所发明的两种装置的性能已经通过对在加州的纽波特比奇的Hoag医院的志愿者 案例和患者案例的临床测试得到证实。通过使用大约28. 960次搏动来分析的总错误率为 0. 19%，并且所发明的用于QRS检测的装置的灵敏度为99. 81%。
[0025] 此外，在两种所提出的装置中，除了在第二种解决方案中利用的智能选择目的之 外，信号质量估计技术还可以用于触发收集的ECG数据的不可接受的信号质量要求注意或 采取动作的警告消息，所述警告消息是针对临床医生的良好指示器。
[0026] 以这种方式，可以及时提醒临床工作人员已经收集了不令人满意的ECG数据并且 他们可以然后及时地核查这是否归因于导联与对象之间的接触的缺失或归因于其他原因。
[0027] 根据本发明的又另一方面，还提出了一种ECG监测系统，所述ECG监测系统包括： ECG信号采集单元，其被配