专利名称：用于分析和编辑ecg形态和时间序列的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于分析和编辑心电描记(ECG)信号内的形态和时间序列关系的方法和设备。
背景技术：
心脏具有使血液循环到肺部以进行充氧作用和CO2释放的右侧和使充氧的血液循环到身体的全身循环血管区的左侧。每一侧具有在心肌舒张(心舒张)期间接收血液的心房和当心肌收缩(心收缩)时释放血液的心室。
ECG信号数据反映了心脏传导系统和将血液泵送通过受检者的肺部和全身循环区的肌肉的电活动。该信号包含心脏的重复作用或搏动产生的一连串波形。对于每分钟大约60至80次搏动的正常心率，大约每0.75至1秒或大约每750至1000毫秒产生该波形。
典型的ECG波形示于图1。其包含P波，QRS复合，以及T波。该P波由在心房收缩发生之前心脏的心房去极化时产生的电势引起。该QRS复合由在心室收缩之前心室去极化时产生的电势引起，并且其特征为突出的R峰。当产生心脏收缩和泵送作用时，心肌的复极化开始，开始是慢慢的，然后随着ECG波形在T波，在有些情况下在U波中结束而加快。
除了ECG波形(即，形态)的分量的存在和形状之外，该分量的长度、分量之间的间距或间隔在ECG解释中是有用的。图1所示的通常使用的间隔是P-R间隔，QRS持续时间，ST-T片段和QT间隔。也可以使用在ECG波形的S-T片段内微微降低的U波，相信可归因于心脏的某些部分随后的复极化，也可以使用该U波。
某些药品或药品结合的使用可能影响心脏细胞的离子通道并被反映在ECG波形特性的改变中。其实例为诸如某些抗抑郁和抗逆转录病毒(anti-retrovirals)的药品的使用，其导致QT间隔的延长。该延长可能导致威胁生命的被称作“torsade de pointes”的室性心动过速(过快性)形式的心率不齐，常常简称为“torsade”或TdP。QT间隔的使用当前是由制定规章的管理机构批准用于预测在临床药品试验中药品引起的TdP的可能性的唯一技术。
由于这一原因，已经进行了努力以获得QT间隔的正确测量，以及对一个时间序列的ECG波形的QT间隔的校正的精确计算。将该校正，QTc，用于调节心率改变的QT间隔的确定。过去，QT间隔通常根据刚刚在前发生的R-R间隔进行校正。R-R间隔是连续波形的R峰之间的间隔。然而，越来越多的研究已经表明，在R-R间隔改变和QT间隔改变之间存在某些延迟效应。通常被称作“滞后现象”的这个延迟效应在某些情况可能有2分钟长。但是在大多数实际情况下，仅有一段短的ECG信号数据是可用的，例如，10秒的数据。如果在心脏搏动中存在某种类型的心率不齐，那么如果选择不同的ECG搏动用于QTc计算，则可能产生大的差异，这由不规则的R-R间隔来证明。因此，重要的是在可用的、短片段的ECG信号数据内选择用于QTc计算的一组适当ECG搏动。
当前，在进行QT间隔和QT校正(QTc)的测量中，利用ECG分析算法对一定量的ECG信号进行分析，以对那些被认为适合于QT间隔和QTc测量的信号的ECG波形进行标记。然后由心脏病专家或其他临床医生对该信号数据进行检查，该心脏病专家或其他临床医生决定哪些波形用于QT间隔测量和QTc计算。尽管将该选择设计为提高用于计算QT数量的数据质量并提高最终确定精度，但是，现在，对于临床医生来说，这常常是艰巨的任务。
发明内容
在确定QT间隔和QTc中，本发明实施例的方法和设备获取了ECG信号数据并确定了该数据中的波形的R-R间隔和QT间隔。选择显示出相对稳定心率的ECG信号数据的部分。可以根据ECG波形的R特征之间的间隔，即R-R间隔，的标准偏差的比较来选择该稳定的心率波形。也可以使用波形的最大R-R间隔和最小R-R间隔之间的离差(dispersion)。
具体地，所选择的ECG信号数据的波形是那些具有最小R-R间隔标准偏差和最小R-R间隔离差的波形。通过用图形关联波形的R-R间隔和QT间隔的新颖显示可以帮助进行人工选择。根据所选择的ECG信号数据，计算QTc。
此后，对ECG信号数据的每个所选择的心脏搏动显示R-R间隔、QT间隔和QTc以根据其分析Q-T特性并进行诊断。
尽管已经将ECG信号数据描述为对较长的QT间隔进行分析，但是作为TdP的预测器，应当理解，也可以将该分析用于确定异常短的QT间隔的存在。短的QT间隔还与威胁生命的心率不齐有关。
更一般地，可以将本发明的技术用于获得和显示数据组，该数据组以对诊断目的有用的方式比较两个或更多个与心脏相关的状况。
根据下面的详细描述并结合附图，将进一步理解本发明的实施例。
图1示出了心电描记波形；图2是示出本发明设备的简化示意图；图3是示出本发明的方法的步骤的流程图；图4A、4B和4C示出了用于本发明的数据显示；图5A、5B和5C与图4类似并且用图形示出了选择用于本发明以确定Q-T间隔的特性的一部分ECG信号数据的特性；图6示出了本发明的进一步显示；图7是示出本发明的方法的进一步实施例的流程图；图8A和8B是示出可以用于图7所示的方法的心电描记特征的表格；以及图8C与图4B和5B相类似地图形示出了本发明的显示。
具体实施例方式
为了用在本发明中，如图2所示，通过将电极10加到受检者12的身体的传统方式获取ECG信号数据。在本发明的设备中，电极10中的电信号在前置放大器14内被放大并且为如图1所示的包含一系列连续波形的模拟形式。使该模拟信号在模拟/数字转换器16中进行模数转换并存储在计算机20的存储器18内，其操作利用包含执行本发明方法的算法的中央处理器单元19进行。计算机20包括用于以图形和/或文字形式显示信息的屏幕22。
本发明的方法的实施例示于图3的流程图中。在步骤40，该方法开始之后，获取一系列连续波形形式的ECG信号数据，其或者从受检者12处接收，或者更典型地来自于存储在计算机20的存储器18中的数据。这在步骤42发生。如此获得的该数据示于图4A中，对于大约10秒的典型采样周期，其包含ECG信号数据的两个导程(lead)。在图4A中，用数字顺次标记了心脏搏动。
然后对该数据进行分析以选择具有相对稳定心率的ECG信号数据波形。优选地，这通过分析ECG信号数据以确定连续ECG波形的R峰之间的间隔，即R-R间隔，的大小来完成。也可以获得存在于每个波形中的QT间隔。这在图3所示的步骤44中完成。给定波形的R峰和在前波形的R峰之间的R-R间隔与给定波形的QT间隔相匹配。可以在步骤46中将ECG信号数据显示在屏幕22上，并且R-R间隔以毫秒为单位示于图4A中。
为了提供该数据的图形表示，可以以图4B所示按照时间序列关系图的方式将其显示在屏幕22上，该关系图将该匹配的刚刚在先的R-R间隔和Q-T间隔数据对示出为关系柱(relational bar)。该间隔的大小用垂直线的高度表示。对于R-R间隔，其为线46，而对于Q-T间隔，其为线48。R-R间隔线46的高度的均匀性是受检者的心率相对稳定性的可视化表示。线46上的水平线或记号50表示线46的长度的某个部分，例如，R-R间隔的一半或50％。这在使R-R间隔和相关QT间隔的大小形象化方面对临床医生而言是有帮助的。例如，比在先R-R间隔的一半更长的Q-T间隔是可能延长的Q-T间隔的警告标志。
图4A示出了产生图4B的关系图或显示的ECG波形。对于搏动2至5，R-R间隔的宽度和线46的高度通常是一致的，R-R间隔从858延伸至888毫秒。搏动5和6之间的R-R间隔较短，为690毫秒，而搏动6和7之间的R-R间隔较长，为1072毫秒。这分别反映为图4B中的线46-6和46-7的不同高度。
图4C示出了显示表现了其形态和时间上差异的波形的另一种方式。在图4C中，将来自连续心脏搏动的ECG波形数据用于产生中间或平均波形，其如较黑线52那样显示在屏幕22上。每次心脏搏动的波形54在中间波形52上重叠，从而非典型波形更明显，并由此使心脏搏动更明显。
在本发明方法的实施例中，用于确定QT间隔和QTc的ECG信号数据波形的选择利用R-R间隔的标准偏差，以及最大R-R间隔到最小R-R间隔的离差。
该标准偏差是数据围绕中心或平均值聚集得有多近的度量。离差的最简单度量是这样的范围，即在一部分ECG信号数据内发现的最大R-R间隔和最小R-R间隔之间的差。离差的其他表示也是可用的。
在本发明的实施例中，所选择的ECG信号数据波形是那些具有R-R间隔的最小标准偏差STD和R-R间隔的最小离差的波形。最小标准偏差意味着所选择部分的信号数据的R-R间隔大小围绕中心值紧密聚集。最小离差意味着最大和最小值之间的差小。在图4的实例中，所选择的波形为包含心脏搏动波形1至5的部分。
R-R间隔的标准偏差和R-R间隔最大-最小离差的确定以及具有最小R-R间隔标准偏差和最小R-R间隔离差的一部分ECG信号数据的选择在方法的步骤60和62中执行。该数据的所选择的部分在图5A、B和C中特别示出为心跳波形2-4，如在图3的步骤64中所表示的。
在步骤66中，利用以图4或图5形式的任一显示或两者显示，临床医生可以根据所要使用的ECG信号数据波形人工编辑ECG信号数据。在该方法的进一步的步骤中所要使用的那部分ECG数据(通过步骤60和62的准则选择和/或在步骤66中人工选择)在步骤68中建立并在步骤70中显示。
在步骤72中，对信号数据的每个选择波形计算QT间隔或者该QT间隔从先前在步骤44中进行的确定获得。
在步骤74中，对于所选择部分的ECG信号数据的波形确定QTc，QTc表示在QT间隔上的心率的效果。通常将多个公式用于此目的。其包括Bazett公式(QTc＝QT/RR1/2)，Friderica公式(QTcF＝QT/RR1/3)和线性回归方程(QTcL＝QT+0.154×[1-RR])。该线性回归方程公式常常被称作Framingham公式，参考Framingham，Massachusetts，纵向心脏研究(longitudinal heart study)。对于所选择部分的ECG信号数据内的每个心脏搏动波形进行QTc的计算。
在步骤76中，对于ECG信号数据的所选择的心脏搏动波形，将数据以图6所示的方式显示。如图6所示，该数据优选在纵坐标上用图形显示为对于以毫秒为单位的时间的多个垂直柱。所显示的数据包括R-R间隔76-1，QT间隔76-2以及通过各种公式确定的QT校正76-4、76-6和76-8。图6的显示允许RR/QT/QTc趋势(trending)以便以识别QT间隔特性的改变为目的监测QTc值的实时动态改变，该QT间隔特性表示对受检者12潜在不利的状况。
在本发明的另一方面，图4和5所示类型的图形显示可以延伸到更一般的时间序列关系图显示，以用图形示出和比较在临床医生所用的时间序列基础上的ECG波形信号数据的两个或更多方面。例如，该图形显示可以是伴随心脏复极化特征的心脏去极化相关特征的图形显示。或者，所显示的方面可以都与去极化现象相关，但是一个可以为心室去极化相关特征，而另一个为心房去极化相关特征。
为了实现本发明的这一方面，在图7的步骤100开始之后，在步骤102确定将要显示的期望特征。例如，图8A示出了可以成对地产生显示的典型的心脏去极化相关特征和复极化特征，例如示于图8C那样。图8B示出了可以配对的心室去极化相关特征和心房去极化特征的类似表格。例如，与QRS波的轴或P波的轴相关的特征通过公知的心电图矢量分析原理来确定。
在步骤104中获取ECG信号波形数据。应当理解，如果需要，步骤104和102的顺序可以反转。
如果对于正在分析的特征需要的话，可以在步骤106中选择ECG信号数据的所需要部分或波形。该选择可以以上述方式或其他合适的方式进行。
此后，在步骤108中，从ECG信号波形数据中提取所需要的特征，诸如图8A所示的所选择的去极化相关特征之一和所选择的复极化特征之一。此后，在步骤110中以图8C所示的方式显示该数据。
对于ECG特征时间序列分析，以图8C所示方式的数据显示的结果为一拍一拍的关系图。该关系图可以以与上述结合利用图3至5所述的R-R间隔和Q-T间隔分析相同的方式使用。
各种替换和实施例被认为是在下面的权利要求的范围内，该权利要求特别指出以及清楚声明了认为是本发明的主题。
部件列表用于分析和编辑ECG形态和时间序列的方法和设备
权利要求
1.一种用于分析ECG信号数据的特性的方法，该ECG信号数据具有由心脏的搏动产生的连续波形(54)，所述方法包含步骤获取(104)ECG信号数据；选择(106)要被呈出为ECG信号的心脏搏动的数据组的ECG信号数据波形的至少两个特征；从该信号数据的波形中提取所选择的特征(108)；以及将该特征显示(110)为该心脏搏动的数据组。
2.根据权利要求1的方法，其中，显示该特征(110)的步骤被进一步限定为以关系柱的形式显示该数据组，其伸长量与用关系柱表示的特征的大小成比例。
3.根据权利要求2的方法，其中，该提取步骤(108)被进一步限定为从所选择部分的ECG信号数据提取该特征。
4.根据权利要求3的方法，其中，该数据组的选择特征(106)包括R-R间隔和ECG信号数据的波形的QT间隔与计算的QT校正(QTc)中的至少一个。
5.根据权利要求4的方法，其进一步限定为在R-R间隔柱上设置指示符来指示该柱的伸长量的所选择部分。
6.根据权利要求4的方法，其中，该提取步骤(108)被进一步限定为从具有稳定心率的ECG信号的选定部分提取该特征。
7.根据权利要求6的方法，其进一步被限定为确定最大R-R间隔对最小R-R间隔的离差(60)并利用该离差和标准偏差来选择一部分ECG信号(62)。
8.根据权利要求2的方法，其中，该提取步骤(108)被进一步限定为从一部分ECG数据提取该特征，并且人工编辑(66)该ECG信号数据以至少部分地确定其中提取该特征的那部分ECG信号数据。
9.根据权利要求2的方法，其中，以关系柱的形式显示(110)的数据的所选择特征为去极化相关特征和复极化相关特征。
10.根据权利要求2的方法，其中，以关系柱的形式显示(110)的ECG信号数据的所选择特征为心室相关特征和心房相关特征。
全文摘要
一种用于分析ECG信号数据的QT间隔特性的方法和设备，该ECG信号数据具有由心脏的搏动产生的一连续波形。ECG信号数据从患者获取。确定(44)ECG信号数据的波形的R－R间隔和QT间隔。选择具有稳定心率的ECG信号数据(54)的波形用于确定QT间隔特性。优选地，所选择的波形(54)为具有最小R－R间隔标准偏差和最小R－R间隔离差(62)的波形。从以前面的方式或根据临床医生的编辑选择的ECG信号数据波形计算(74)QT校正(QTc)。为了分析和诊断的目的显示(76)所选择的波形的心脏搏动的R－R间隔、QT间隔和QTc。本发明也可以以模拟的方式用于从ECG波形获取和显示其他心脏数据。
文档编号G06F17/00GK101057781SQ20071009708
公开日2007年10月24日 申请日期2007年4月17日 优先权日2006年4月17日
发明者J·Q·薛, P·P·埃尔科 申请人:通用电气公司