混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法，通過心電混合連續(xù)分析系統(tǒng)中的心電圖信號獲取模塊從心電設(shè)備中獲取心電圖信號，然后通過心電圖探測模塊對心電圖信號進(jìn)行預(yù)處理，處理后的信號通過心電圖探測方法提取出信號特征并制成一個個的基本心率事件以供復(fù)合事件處理心跳識別模塊進(jìn)行分析，復(fù)合事件處理心跳識別模塊通過其中的混合連續(xù)分析模塊將基本心率事件與病人歷史數(shù)據(jù)庫模塊中的信息進(jìn)行對比，識別出異常心率事件，當(dāng)有嚴(yán)重的異常心率事件時向預(yù)診斷輸出模塊傳輸異常心跳警報和預(yù)診斷信息，預(yù)診斷輸出模塊向病人的醫(yī)師和/或家屬發(fā)送警報和求救信息。
【專利說明】
混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種混合連續(xù)信息分析技術(shù)的應(yīng)用方法，特別是一種混合連續(xù)信息分 析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 心動電流圖（electrocardiograms，ECG)是心臟在每個心動周期中心臟跳動時伴 隨的生物電變化，通過心電描記器從體表引出多種形式的電位變化的圖形，它給出了每個 人心臟的功能細(xì)節(jié)并能幫助分析出ECG信號中的異常心跳。心電圖中可觀察到周期性的P， QRS和T波序列，在這個序列中QRS波群是具有最大振幅的，對其的探測有助于計算出其周圍 的P，T波和心跳的其他特征的。
[0003] 心血管疾病一直是危害人類健康、造成人類死亡的主要原因之一，ECG的識別分析 在臨床上具有很重要的意義。目前我國的ECG臨床應(yīng)用主要分為三種形態(tài):一種是病人接受 心電圖的短時測試，如體檢和普通心臟檢測時，通常對病人的心跳的掃描不超過一分鐘，而 病人的ECG信號會直接打印在紙上，由醫(yī)生對其進(jìn)行分析，然后告知病人心電圖有何異常。 第二種是對于住院病人有生命危險或心臟方面疾病時，會提供心電監(jiān)護(hù)儀來檢測病人的心 跳血壓，血氧量等數(shù)據(jù)。這種方式的目的旨在檢測病人出現(xiàn)危及生命的情況時，心電監(jiān)護(hù)儀 會進(jìn)行報警，如病人出現(xiàn)震顫，跳停等情況，大部分的病人ECG信息并不進(jìn)行記錄。這樣便使 得對于病人的進(jìn)一段時間的ECG情況醫(yī)生無法得到很好的掌握。對于在重癥監(jiān)護(hù)室（ICU)的 病人除外。第三種是對于心臟術(shù)后患者或嚴(yán)重的心臟病患者進(jìn)行心電24小時監(jiān)控，俗稱"背 包"。這是將一個便攜的心電記錄儀與接在人體的導(dǎo)聯(lián)連接，讓病人自行活動，以記錄病人 過去24小時的心電數(shù)據(jù)。而后將這些數(shù)據(jù)從記錄儀中取出導(dǎo)入電腦中進(jìn)行分析。
[0004] 對于以上三種形式來說，共同要面對的問題有三個:首先，病人的中長期心電數(shù)據(jù) 都是沒有存檔的，也就是說無法通過對歷史ECG的分析來分析病人的康復(fù)情況或病情惡化 程度。其次，對于心電圖的分析，病人拿到記錄在紙上的心電圖后除了找專業(yè)的醫(yī)師來分 析，沒有實(shí)時性，對于突發(fā)性心臟病的挽救無能為力。第三，只有危重病人可以獲得醫(yī)學(xué)方 面的專業(yè)幫助，對于普遍患有高血壓，冠心病的大量老年人他們沒有途徑了解自己日常的 身體狀況。而且由于人體個體的差異，每個人的正常心跳也不盡相同。我們通過互聯(lián)網(wǎng)檢索 可以發(fā)現(xiàn)人體的正常心跳為60-100次/分，那么這個值就有1個問題，比如說1個人正常心 跳為60次/分，如果他的心跳次數(shù)突然為100次/分，雖然該數(shù)值仍然處于正常心跳的范圍， 但是對于他本人來說已經(jīng)處于心動過速了。還有就是有的人其本身的正常心跳本身偏高或 者偏低，有的人正常心跳110次/分以上，有的人正常心跳在60次/分以下，如果用一個大眾 的數(shù)值對其進(jìn)行評判的話，難免出現(xiàn)錯誤。
[0005] 因此，設(shè)計一個系統(tǒng)結(jié)合病人自身的心跳情況，適時對病人的心跳進(jìn)行檢測，當(dāng)病 人出現(xiàn)異常心跳時，可以對異常心跳進(jìn)行顯示，并將異常心跳的表現(xiàn)與病人的病歷與病人 過去的心跳歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，對嚴(yán)重的異常心跳進(jìn)行報警，給出針對每個病人的輔助預(yù) 診斷，幫助醫(yī)生更好的掌握病人的情況是一個亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于，提供一種混合連續(xù)分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法。該方法可 以結(jié)合病人自身的心跳情況，適時對病人的心跳進(jìn)行檢測，當(dāng)病人出現(xiàn)異常心跳時，可以對 異常心跳進(jìn)行顯示，并將異常心跳的表現(xiàn)與病人的病歷與病人過去的心跳歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比 對，對嚴(yán)重的異常心跳進(jìn)行報警，給出針對每個病人的輔助預(yù)診斷，幫助醫(yī)生更好的掌握病 人的情況。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案:一種混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法，通過心電 混合連續(xù)分析系統(tǒng)中的心電圖信號獲取模塊從心電設(shè)備中獲取心電圖信號，然后通過心電 圖探測模塊對心電圖信號進(jìn)行預(yù)處理，處理后的信號通過心電圖探測方法提取出信號特征 并制成一個個的基本心率事件以供復(fù)合事件處理心跳識別模塊進(jìn)行分析，復(fù)合事件處理心 跳識別模塊通過其中的混合連續(xù)分析模塊將基本心率事件與病人歷史數(shù)據(jù)庫模塊中的信 息進(jìn)行對比，識別出異常心率事件，當(dāng)有嚴(yán)重的異常心率事件時向預(yù)診斷輸出模塊傳輸異 常心跳警報和預(yù)診斷信息，預(yù)診斷輸出模塊向病人的醫(yī)師和/或家屬發(fā)送警報和求救信息。
[0008] 前述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法中，所述心電圖信號獲取模塊 由心電監(jiān)護(hù)儀或便攜式心電儀獲取信號，信號通過藍(lán)牙傳輸給手機(jī)或者PC。
[0009] 前述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法中，所述心電圖探測模塊從心 電圖信號獲取模塊傳輸來的電壓信號序列中識別出每一個心跳，并提取出心跳的心率、RR 波間隔、P波、QRS波群以及T波特性參數(shù)，并將這些特性參數(shù)制作成基本心率事件并傳輸給 復(fù)合事件處理心跳識別模塊供異常心率事件的匹配使用；同時將心電數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫 模塊中。
[0010] 前述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法中，所述心電圖探測模塊包括 有信號預(yù)處理模塊和心電探測模塊；心電探測模塊包括QRS波群檢測模塊和P、T波檢測模 塊;其中信號預(yù)處理模塊將心電圖信號獲取模塊傳輸來的電壓信號首先使用小波變換來去 除工頻干擾并針對基線漂移問題，并用多項(xiàng)式擬合來調(diào)整基線;QRS波群檢測模塊使用動態(tài) 閥值檢測方法對實(shí)時傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行逐點(diǎn)方差、逐點(diǎn)平方以及信號幅度逐點(diǎn)平方操 作，在有R峰處做移動窗口的積分;Ρ、τ波檢測模塊用于對一個完整心跳的窗口期進(jìn)行分析 從QRS波群前后的信號中找到心跳對應(yīng)的Ρ，Τ波的位置和信息。
[0011] 前述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法中，所述動態(tài)閥值檢測方法包 括有以下步驟：
[0012] Α、建立1個大小為1000個樣本點(diǎn)的窗口，隨著新的信號輸入，老的樣本點(diǎn)移出窗 Ρ;
[0013] Β、.將預(yù)處理過的信號進(jìn)行滑動平均值處理，11個樣本點(diǎn)的滑動窗口取平均；
[0014] C、使用動態(tài)閾值THR1等于滑動窗口中樣本點(diǎn)的平均值與樣本均值的和來過濾掉 低于閾值的信號部分；
[0015] D、使用動態(tài)閾值THR2等于滑動窗口中樣本點(diǎn)的平均值與樣本均值的之差來過濾 掉高于閾值信號部分；
[0016] Ε、對比步驟C與步驟D產(chǎn)生的非零區(qū)間的間隔，當(dāng)間隔非零區(qū)間小于50個樣本點(diǎn) 時，將相鄰的后面一個非零區(qū)間置零，并將步驟C與步驟D的結(jié)果合并；
[0017] F、在步驟E處理之后的部分都是在QRS波群內(nèi)，找到波峰中最值點(diǎn)作為R峰的點(diǎn)； [0018] G、在步驟D處理后，若非零區(qū)間在滑動窗口邊緣沒有回落，則視作QRS波群沒有達(dá) 到最高點(diǎn)，既步驟F所找到的最新一個R峰值存在誤差，將步驟G所分析出的最新一個R峰值 標(biāo)記；
[0019] H、若步驟D處理后的非零區(qū)間在窗口邊緣已經(jīng)回落，則再執(zhí)行一次步驟F將新的結(jié) 果對比滑動窗口中已經(jīng)找到的R峰位置從而確定最新的一個R峰的位置；
[0020] J、計算步驟E處理后不為零的區(qū)間邊緣的兩個大小為20樣本區(qū)間內(nèi)找出二階導(dǎo)數(shù) 的正負(fù)號改變的樣本點(diǎn)作為R波的區(qū)間；
[0021] K、通過前后兩個RR波區(qū)間，算出中間完整心跳的區(qū)間，并對QRS波群前后的窗口進(jìn) 行分析，找出滿足次閾值THR3的區(qū)間來作為P，T波的區(qū)間進(jìn)行分析；
[0022] L、將每個心跳區(qū)間內(nèi)的QRS波群、Ρ波、Τ波的間隔時間，峰值，起始結(jié)束的樣本點(diǎn)位 置信息保存并發(fā)給復(fù)合事件處理心跳識別模塊。
[0023] 前述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法中，所述復(fù)合事件處理心跳識 別模塊通過其中的混合連續(xù)分析模塊對心電圖探測模塊輸出的每一個基本心率事件進(jìn)行 監(jiān)聽，通過復(fù)合事件處理心跳識別模塊中的EPL語句識別每一個基本心率事件是否滿足正 常心跳的條件，對于異常心率事件通過與病人歷史數(shù)據(jù)庫模塊中的異常心率表進(jìn)行匹配判 斷其是哪一種異常心率事件，并根據(jù)異常心率事件處在事件樹或事件圖中的位置來判斷此 異常心率事件能否組成其它的更為復(fù)雜的異常心率事件，并判斷是否移除相應(yīng)的模式匹配 語句，最后將所得新的復(fù)雜事件發(fā)送到復(fù)合事件處理心跳識別模塊;并將每一個心跳的所 有基本心率事件作為歷史數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫模塊中。
[0024] 前述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法中，所述歷史數(shù)據(jù)庫模塊包括 有病人的基本信息表、存儲基礎(chǔ)心率表、異常心率總表、異常心率分表以及心率變異性分析 數(shù)值表;每個表根據(jù)時間不同分為白天和夜晚兩個存儲部分。
[0025] 前述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法中，所述混合連續(xù)分析模塊將 病人心率的中長期指標(biāo)記錄下來，并利用這些指標(biāo)來調(diào)整因個體差異而造成的心臟病理事 件的甄別，并將其運(yùn)用到復(fù)雜心率事件處理中使得復(fù)雜心率事件處理時所使用的匹配模式 可以動態(tài)的進(jìn)行改變和調(diào)整。
[0026] 前述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法中，所述混合連續(xù)分析模塊的 實(shí)現(xiàn)包括有三個部分:混合基本事件、混合復(fù)雜事件以及綜合預(yù)診斷;其中混合基本事件通 過對歷史的正常心跳的分析和統(tǒng)計，得到每個人正常心率中Ρ波和Τ波的相對于QRS波群的 分布位置，而且對過去所有的單個心率進(jìn)行挖掘或分析得到心律的歷史特征值，兩者使用 混合連續(xù)分析方式進(jìn)行比對，從而分析出基本的心率的種類屬性;混合復(fù)雜事件通過在復(fù) 合事件處理心跳識別模塊對異常心率事件的監(jiān)聽過程中，提取出病人歷史數(shù)據(jù)庫模塊中發(fā) 生過的不同異常心率事件的特征值，并將這些特征值用于病人實(shí)時異常心率事件檢測；當(dāng) 實(shí)時探測到異常心律并將其轉(zhuǎn)變成異常心律的復(fù)雜事件時，通過綜合預(yù)診斷快速地判斷是 否有生命危險，并將與癥狀相關(guān)的信息發(fā)送給醫(yī)護(hù)人員。
[0027] 本發(fā)明的有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的應(yīng)用方法結(jié)合病人自身的心跳情 況，適時對病人的心跳進(jìn)行檢測，當(dāng)病人出現(xiàn)異常心跳時，可以對異常心跳進(jìn)行顯示，并將 異常心跳的表現(xiàn)與病人的病歷與病人過去的心跳歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，對嚴(yán)重的異常心跳進(jìn) 行報警，給出針對每個病人的輔助預(yù)診斷，幫助醫(yī)生更好的掌握病人的情況。本發(fā)明結(jié)合了 人們的實(shí)際需求，設(shè)計了心電混合連續(xù)分析系統(tǒng)和相關(guān)的處理方法，提出了心電探測方法 以及復(fù)雜事件處理模塊。提出一種心電圖探測方法對心電圖的基礎(chǔ)心率進(jìn)行探測，并將其 轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)事件流，采用Esper流事件處理引擎來構(gòu)建連續(xù)分析系統(tǒng)，對心電圖探測方法產(chǎn) 生的基礎(chǔ)事件流進(jìn)行模式匹配。將系統(tǒng)產(chǎn)生的實(shí)時心電數(shù)據(jù)及異常心率數(shù)據(jù)存入到歷史數(shù) 據(jù)庫中。同時設(shè)計了針對常見異常心律的EPL語句，以復(fù)雜事件樹的形式將大量的復(fù)雜事件 之間的關(guān)系串聯(lián)起來進(jìn)行動態(tài)模式匹配，降低了系統(tǒng)的壓力。最后，實(shí)現(xiàn)了將心電歷史數(shù)據(jù) 及特征從數(shù)據(jù)庫中取出提供給事件流分析引擎進(jìn)行更加精準(zhǔn)和個性化的模式匹配。在匹配 到預(yù)設(shè)的異常心律事件后及時的預(yù)警，并快速的提供病人的相關(guān)歷史記錄、用藥情況等相 關(guān)資訊，以提高醫(yī)護(hù)人員的救治率?？偨Y(jié)下來主要包括以下幾個方面的優(yōu)點(diǎn)：
[0028] 1、針對心電分析的特殊需要提出了一種實(shí)時的心電探測方法，這種方法可以較好 的為心電監(jiān)測分析提供實(shí)時事件支持。
[0029] 2、設(shè)計了基于復(fù)雜事件處理的心電混合連續(xù)分析系統(tǒng)，將復(fù)雜事件處理分析技術(shù) 引入到心電監(jiān)控與分析當(dāng)中來。
[0030] 3、設(shè)計了一種混合連續(xù)分析架構(gòu)，傳統(tǒng)的連續(xù)分析技術(shù)只能提前定好閾值，如果 超過閾值則報警;相對每個人的體質(zhì)和心跳特點(diǎn)各有不同，混合連續(xù)分析技術(shù)就可以一定 程度上較好的解決這個問題。
[0031] 4、心電混合連續(xù)分析系統(tǒng)采用復(fù)雜事件處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)驅(qū)動改為事件驅(qū)動模 式，節(jié)省計算力也節(jié)省了大量原始數(shù)據(jù)存儲空間只存儲相對較小的事件數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0032] 附圖1為本發(fā)明的心電混合連續(xù)分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]附圖2為復(fù)雜事件的層次示意圖；
[0034]附圖3為復(fù)合事件處理心跳識別模塊的流程圖；
[0035] 附圖4為心跳速率混合監(jiān)測流程圖；
[0036]附圖5為室性心動過速事件的事件樹示意圖；
[0037]附圖6為室性二聯(lián)律示意圖；
[0038]附圖7為室性三聯(lián)律示意圖；
[0039]附圖8為MIT心電數(shù)據(jù)庫的錯誤率示意圖；
[0040]附圖9為復(fù)雜事件技術(shù)對異常心律的識別示意圖；
[0041 ]附圖10為混合連續(xù)分析技術(shù)異常心率識別率示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依 據(jù)。
[0043]本發(fā)明的實(shí)施例:本發(fā)明研究與設(shè)計的心電混合連續(xù)分析系統(tǒng)正是通過CEP(復(fù)合 事件處理)技術(shù)對病人每一時刻產(chǎn)生的大量的生物體征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并保存。心電混合連 續(xù)分析系統(tǒng)的研究與設(shè)計可以解決大量的生物體征數(shù)據(jù)直接被丟棄的問題，并將這些數(shù)據(jù) 的分析用于挽救生命和改善身體狀況。
[0044] 心動電流圖（electrocardiograms，ECG)是心臟在每個心動周期中心臟跳動時伴 隨的生物電變化，通過心電描記器從體表引出多種形式的電位變化的圖形，它給出了每個 人心臟的功能細(xì)節(jié)并能幫助分析出ECG信號中的異常心跳。心電圖中可觀察到周期性的P， QRS和T波序列，在這個序列中QRS波群是具有最大振幅的，對其的探測有助于計算出其周圍 的P，T波和心跳的其他特征的。對心動電流圖的分析與混合連續(xù)分析技術(shù)的結(jié)合的研究和 嘗試是本發(fā)明的主要目的。下面將介紹針對醫(yī)學(xué)ECG進(jìn)行混合連續(xù)分析的系統(tǒng)的框架設(shè)計 和模塊設(shè)計。
[0045] 心電混合連續(xù)分析系統(tǒng)框架設(shè)計
[0046] 心電混合連續(xù)分析系統(tǒng)需要從各種心電設(shè)備中獲取ECG信號，對于這些信號CEP (復(fù)合事件處理)技術(shù)是無法直接進(jìn)行處理獲取信息的，而且可能信號源還有噪音等影響判 斷質(zhì)量的因素，所以第一步就是需要對ECG信號進(jìn)行一系列的預(yù)處理使得信號的質(zhì)量符合 檢測方法的要求。接下來才能夠通過ECG檢測方法提取出心電的信號特征以供CEP系統(tǒng)分 析。CEP系統(tǒng)對送來的心電數(shù)據(jù)分析后找出異常心跳，對嚴(yán)重的異常心跳進(jìn)行報警。并將異 常心跳的表現(xiàn)與病人的病歷與病人過去的心跳歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，給出針對每個病人的輔 助預(yù)診斷，幫助醫(yī)生更好的掌握病人的情況。
[0047]根據(jù)以上的分析，基于CEP的ECG實(shí)時監(jiān)測分析系統(tǒng)可以有效的對ECG信號進(jìn)行處 理，識別出非正常心跳的事件，將心跳事件與病人的病歷等歷史信息進(jìn)行比對并給出預(yù)診 斷信息。對于幫助普通的病人了解自己的身體狀況并及時作出就醫(yī)的決定提供支持。心電 混合連續(xù)分析系統(tǒng)框架如附圖1所示。該系統(tǒng)由分為五個模塊，分別是心電圖信號獲取模 塊，心電圖探測模塊，CEP心跳識別模塊，歷史數(shù)據(jù)庫模塊，預(yù)診斷輸出模塊。下面將分別對 系統(tǒng)的主要功能模塊及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行介紹。
[0048]心電圖信號獲取模塊設(shè)計
[0049] ECG信號獲取由心電監(jiān)護(hù)儀、便攜式心電儀等完成，這些信號通過藍(lán)牙傳輸?shù)绞謾C(jī) 或pc，在手機(jī)端或pc端進(jìn)行ECG的探測，為了節(jié)省帶寬并不會將360HZ的心電信號實(shí)時傳輸 到服務(wù)器端，而是由手機(jī)端或pc端的程序探測出每個心跳的特征信息后并壓縮后，以每分 鐘或更長一個周期上傳一次這個周期的ECG特征信號到服務(wù)器端進(jìn)行處理;如果在終端的 探測中發(fā)現(xiàn)非正常心跳則立刻傳輸現(xiàn)有的這個周期內(nèi)的ECG壓縮數(shù)據(jù)到服務(wù)器端進(jìn)行分 析。通過PC端的監(jiān)聽程序?qū)⒂纱诮邮盏降男畔⒂米飨乱徊叫盘栴A(yù)處理的數(shù)據(jù)源。監(jiān)聽程 序可以記錄信號源的頻率以及每次信號的強(qiáng)弱值以供預(yù)處理模塊使用。
[0050] 心電數(shù)據(jù)庫中一般存放的是一條或多條導(dǎo)聯(lián)的心電數(shù)據(jù)，包含的信號源需要按照 不同的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行解碼，一般心電數(shù)據(jù)庫會包含頭文件和診斷文件，頭文件一般給出心電 相關(guān)的信息，如心電采用的信號頻率、信號基點(diǎn)位置、單位、導(dǎo)聯(lián)的數(shù)量及部位以及病人的 一些相關(guān)信息:年齡，性別，用藥情況等。而診斷文件將標(biāo)明異常心跳的類型和發(fā)生時間， 將具體異常心跳發(fā)生的信號點(diǎn)與相關(guān)值進(jìn)行了標(biāo)注。讀取標(biāo)注信息將極大的幫助開發(fā)者驗(yàn) 證自己的心電監(jiān)測算法或程序。
[0051] 心電圖探測模塊設(shè)計
[0052] 心電圖探測模塊的功能是從心臟的電壓信號序列中識別出一個個的心跳，并提取 出其中的一些特性參數(shù)如心率，RR波間隔，P波、QRS波群、T波。將這些特性參數(shù)構(gòu)成基本心 律事件并傳輸給復(fù)合事件處理心跳識別模塊供異常心律事件的匹配使用。心電圖探測模塊 主要由兩部分組成:信號預(yù)處理模塊和心電探測模塊。心電探測模塊包含QRS波群探測識別 和P，T波探測識別兩部分。以下將分別對這三部分的功能與設(shè)計進(jìn)行闡述。
[0053]信號預(yù)處理模塊設(shè)計：對于ECG信號的識別率有著重要影響的是ECG錄制的質(zhì)量， 通常實(shí)際得到的心電信號是有著各種各樣的干擾和漂移的，所以對于信號進(jìn)行預(yù)處理是很 有必要的行為。ECG信號有兩個重要的干擾源，一個是50Ηζ/60Ηζ及其諧波的工頻干擾;另一 個是小于1Hz的些基線漂移。首先使用小波變換來去除工頻干擾并針對基線漂移問題，選用 多項(xiàng)式擬合(polynomial fitting)來調(diào)整基線。
[0054]心電探測模塊設(shè)計:其包括有信號QRS波群檢測，因?qū)?shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析無法對完 整的心率記錄的特征進(jìn)行提取，故使用一種動態(tài)閾值檢測方法，對實(shí)時傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn) 行逐點(diǎn)方差、逐點(diǎn)平方，信號幅度逐點(diǎn)平方等操作，使得輸出后的數(shù)據(jù)都有為正，且非線性 的放大了微分輸出的信號，突出信號的高頻部分，更加突出了 R峰，并減少了 T波引起的假陽 性;在有R峰處做移動窗口的積分，抽取出R波的其他信息，如斜率、寬度、以及提高QRS綜合 波檢測的準(zhǔn)確率。還包括有P、T波檢測，通過對QRS波群的檢測，以及RR波間隔的計算，可以 很容易的大致計算出一個完整心跳的窗口期。對這個窗口期進(jìn)行分析從QRS波群前后的信 號中找到這個心跳對應(yīng)的Ρ、Τ波可能的位置和其他信息;但并非所有的Ρ，Τ信號都可以被用 這樣的方式識別出來，諸如心動過速，震顫，以及其他的Ρ、Τ波與其他波重疊的情況就難以 被加以識別了，但是通常Ρ、Τ波無法識別也能成為一種標(biāo)識，也可以用來對異常心電做判 斷。
[0055]針對本系統(tǒng)需要將心跳的基本信息細(xì)節(jié)從幾百個樣本點(diǎn)的電壓值壓縮成對每個 心跳的基本數(shù)據(jù)信息，動態(tài)閾值檢測方法的主要描述如下。
[0056] Stepl.建立在一個大小為1000個樣本點(diǎn)的窗口中，隨著新的信號輸入，老的樣本 點(diǎn)移出窗口。
[0057] Step2.將預(yù)處理過的信號進(jìn)行滑動平均值處理，11個樣本點(diǎn)的滑動窗口取平均。 滑動平均值的取得可以有效的降低動態(tài)閾值錯誤過濾掉低于其均值的信號部分。
[0058]
[0059] n = l，2…….1000
[0060] Step3.動態(tài)閾值THR1等于滑動窗口中樣本點(diǎn)的平均值與樣本均值的和來過濾掉 低于閾值的信號部分。
[0061]
[0062] n = l，2…….1000
[0063] Step4.動態(tài)閾值THR2等于滑動窗口中樣本點(diǎn)的平均值與樣本均值的之差來過濾 掉高于閾值信號部分?？梢远ㄎ籖波的位置。
[0064]
[0065] n = l,2…….1000
[0066] Step5.對比Step3與Step4中產(chǎn)生的非零區(qū)間的間隔，當(dāng)間隔非零區(qū)間小于50個樣 本點(diǎn)時，將相鄰的后面一個非零區(qū)間置零，并將Step3與Step4中的結(jié)果合并。這樣做的主要 目的是將實(shí)際QRS波群抽象化，能快速的定位到QRS波群的位置。為下一步對P波的位置進(jìn) 行估計做準(zhǔn)備。
[0067] Step6.在Step5處理之后的部分都是在QRS波群內(nèi)，找到波峰中最值點(diǎn)作為R峰的 點(diǎn)。
[0068] Step7 .在Step4處理后，如果非零區(qū)間在滑動窗口邊緣沒有回落，則視作QRS波群 可能沒有達(dá)到最高點(diǎn)，既Step6所找到的最新一個R峰值可能存在誤差，將第七步所分析出 的最新一個R峰值標(biāo)記。
[0069] StepS.若Step4處理后的非零區(qū)間在窗口邊緣已經(jīng)回落，則再執(zhí)行一次Step6將新 的結(jié)果對比滑動窗口中已經(jīng)找到的R峰位置從而確定最新的一個R峰的位置。
[0070] Step9.計算Step5處理后不為零的區(qū)間邊緣的兩個大小為20樣本區(qū)間內(nèi)找出二階 導(dǎo)數(shù)的正負(fù)號改變的樣本點(diǎn)作為R波的區(qū)間。
[0071] SteplO.通過前后兩個RR區(qū)間的算出中間這個完整心跳的區(qū)間，并對QRS波群前后 的窗口進(jìn)行分析，找出滿足次閾值THR3的區(qū)間來作為P，T波的區(qū)間進(jìn)行分析。
[0072] Stepl 1.將每個心跳區(qū)間內(nèi)的QRS波群、Ρ波、Τ波（如果Ρ波、Τ波可探測）的詳細(xì)數(shù) 據(jù)，如間隔時間，峰值，起始結(jié)束的樣本點(diǎn)位置信息保存并發(fā)給識別模塊。
[0073]心電圖檢測模塊是系統(tǒng)對心跳類型分析準(zhǔn)確性的基石，起著至關(guān)重要的作用。 [0074]復(fù)合事件處理心跳識別模塊設(shè)計
[0075]復(fù)合事件處理(CEP)心跳識別模塊是心電混合連續(xù)分析系統(tǒng)的核心也是混合分析 的基礎(chǔ)。本模塊利用了 CEP技術(shù)來處理和分析實(shí)時心率中的異常事件，單個的心率異常事件 會引起一連串的異常心律的復(fù)雜事件。通過對心電圖探測模塊監(jiān)測識別得到的基本事件的 監(jiān)聽，可以監(jiān)聽到各種異常心律事件，而多個特定規(guī)律出現(xiàn)的異常心律事件的發(fā)生可被認(rèn) 為是符合EPL語句中表達(dá)模式的異常心律復(fù)雜事件。系統(tǒng)對于這些復(fù)雜事件的監(jiān)測可以及 時的通知醫(yī)護(hù)人員和第一時間提供病人癥狀數(shù)據(jù)以在一定程度上幫助挽救病人的生命。 附圖2所示為系統(tǒng)中所使用到的復(fù)雜事件的層次示意圖。首先由系統(tǒng)中的心電圖探測模塊 來產(chǎn)生基本心跳事件用方框表示;所有的橢圓形表示復(fù)雜事件，圖中經(jīng)過EPL語句進(jìn)行模式 匹配，某些特定基本事件的發(fā)生將會觸發(fā)EPL語句產(chǎn)生復(fù)雜事件，由基本事件產(chǎn)生的復(fù)雜事 件我們定位一級復(fù)雜事件，也就是層次圖中復(fù)雜事件的第一層。產(chǎn)生的復(fù)雜事件也會流入 到系統(tǒng)中，當(dāng)某EPL語句監(jiān)聽到符合模式的復(fù)雜事件發(fā)生了，則產(chǎn)生更高層級的復(fù)雜事件。 [0076]復(fù)雜事件的層級越高，表明心臟異常癥狀越明確以及這個事件的發(fā)生對病患來說 更加性命攸關(guān)。例如一名普通的冠心病患者，也許每天會發(fā)生上千次的室性期前收縮即俗 稱的早搏，這樣的情況太過頻繁不足以判斷病人是否出現(xiàn)嚴(yán)重的癥狀。但若期前收縮的發(fā) 生頻率和模式誘發(fā)了一個二級事件如VT心動過速事件，臨床上意味著病人有不可預(yù)知的潛 在致命性情況可能發(fā)生;若VT事件持續(xù)的時間達(dá)到一定程度便會發(fā)生第三級的復(fù)雜事件， 如心肌缺血事件那便意味著病人需要馬上進(jìn)行急救，若不采取措施便會危及性命。
[0077]復(fù)合事件處理心跳識別模塊的流程如附圖3所示，CEP是對連續(xù)信號源的實(shí)時分 析，所以流程圖并沒有辦法標(biāo)出識別流程的終點(diǎn)。當(dāng)任意心電監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)源接入系統(tǒng)后，心電 圖探測模塊便會對采樣的信號進(jìn)行預(yù)處理和波形檢測。隨后將每一個檢測到的心跳信息封 裝成一個個基本心律事件，并將其存入基本心跳。當(dāng)基本心律事件產(chǎn)生時，系統(tǒng)負(fù)責(zé)識別基 本心律事件的EPL語句將會識別是否滿足正常心跳的條件，如果沒有異常則監(jiān)聽下一次的 心跳事件。若CEP監(jiān)聽本次心律的數(shù)據(jù)并不符合正常心律的定義，則會根據(jù)現(xiàn)有的一些匹配 規(guī)則來匹配本次心跳是哪一種異常心律，并被存入異常心律表中。復(fù)雜事件系統(tǒng)會根據(jù)異 常心率事件處在事件樹或事件圖中的位置來判斷此異常心律能否組成其他的更為復(fù)雜的 異常心律事件。若此事件并沒有到達(dá)事件樹的頂層，則在CEP監(jiān)聽的模式中加入上一層的異 常心律模式。而如果已經(jīng)到達(dá)事件樹最高層，則說明事件已經(jīng)被監(jiān)聽到，則需要移除相應(yīng)的 模式匹配語句。最后將所得新的復(fù)雜事件發(fā)送到復(fù)合事件處理心跳識別模塊。之后復(fù)合事 件處理心跳識別模塊將會不停的循環(huán)執(zhí)行流程圖中的步驟。
[0078]心電圖探測模塊將心跳的基本信息制成基本心率事件發(fā)往復(fù)合事件處理心跳識 別模塊，并將心電數(shù)據(jù)壓縮存入歷史數(shù)據(jù)庫模塊以備以后查找;復(fù)合事件處理心跳識別模 塊在接收到傳來的心跳事件以后將進(jìn)行模式匹配，將每一個心跳的所有基本心律事件作為 歷史數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，如果符合異常心跳的特征將會把異常心跳的特征存入異常特征數(shù)據(jù) 庫以備稍后預(yù)診斷輸出模塊進(jìn)行調(diào)用。
[0079]心跳事件構(gòu)成:從心電監(jiān)護(hù)儀等中所讀取出的數(shù)據(jù)在進(jìn)行預(yù)處理后經(jīng)心電圖探測 方法可以探測出一個心跳的詳細(xì)特征值，如QRS波群、P波、T波的詳細(xì)信息作為基本心律事 件，基本心律事件僅僅是能夠反映實(shí)時探測到的當(dāng)前心跳的一些參數(shù)，盡管它也能提供許 多相關(guān)的細(xì)節(jié)信息，但是這些信息與要自動探測到心跳異常的目標(biāo)還有很大的距離，無法 表達(dá)一個完整的含義。因此需要將基本心律事件聚合成一個個具備實(shí)際醫(yī)學(xué)含義的復(fù)雜事 件。下面是對事件的基本描述。
[0080]基本心律事件:每一個基本心律事件都有一個唯一可用的名字，這里由病人Uid+ BeatPart+BeatID組成。來源列表表明ECG信號源來自于移動設(shè)備還是心電監(jiān)護(hù)儀，以及設(shè) 備號;還有病歷數(shù)據(jù)庫名表明病歷存儲的位置。屬性列表包括:ecg_id是表明是哪一條導(dǎo)聯(lián) 的信息;Beat_ID用于標(biāo)記是哪一個心跳的屬性事件；strat_time and end_time表示事件 的開始時間和結(jié)束事件，如果事件沒有持續(xù)的時間end_t ime可以為空。
[0081 ] 復(fù)雜事件:與基本事件相比多了subevent子事件和constraint list約束條件，復(fù) 雜事件是由多個子事件和其約束關(guān)系構(gòu)成的。復(fù)雜事件主要用來表示一些特有的非正常心 率事件，如VT室性心動過速、室性二聯(lián)律、室性三聯(lián)律等。
[0082]復(fù)合事件處理心跳識別模塊中的混合連續(xù)分析模塊的功能是將病人的歷史數(shù)據(jù) 的信息進(jìn)行提取用于實(shí)時數(shù)據(jù)的連續(xù)分析?；旌线B續(xù)分析模塊將病人心率的中長期指標(biāo)記 錄下來，并利用這些指標(biāo)來調(diào)整因個體差異而造成的心臟病理事件的甄別，并將其運(yùn)用到 復(fù)雜事件處理中使得復(fù)雜事件處理時所使用的匹配模式可以動態(tài)的進(jìn)行改變和調(diào)整。 [0083]歷史數(shù)據(jù)庫模塊設(shè)計
[0084] 分析系統(tǒng)若要與歷史心電數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，需要加入心電歷史數(shù)據(jù)庫模塊來存儲歷 史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)庫模塊主要分為五類數(shù)據(jù)表。
[0085] 第一類為病人的基本息表，病人基本信息表中包含了病人的病人編號，姓名，年 齡，性別，以及用藥史等基本資料。日常行為信息備注，如是否有大體力運(yùn)動或勞動的行為。 基本心率表中存放的是由心電圖探測方法識別后發(fā)往復(fù)合事件處理心跳識別模塊的每一 次心跳的基本信息參數(shù)。
[0086] 第二類為存儲基礎(chǔ)心率表，既每一次心跳的相關(guān)數(shù)據(jù)，如日期、心率ID、RR間隔、P 波、QRS波群、T波的詳細(xì)參數(shù)等;而這類基礎(chǔ)心率存儲表有可以分為兩類一類是當(dāng)天當(dāng)月的 數(shù)據(jù)存儲表，另一類是歷史心電數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲表。存儲基礎(chǔ)心率表里存儲的為每個月的 基本心率，表字段結(jié)構(gòu)與基本心率表示一致的，每月系統(tǒng)將把本月的基本心率表復(fù)制到存 儲基礎(chǔ)心率表中，并將基本心率表清空以存儲本月的所有心率信息。
[0087] 第三類為異常心率總表，存儲所有的不正常心率，既不正常心跳的ID、異常心率類 型、持續(xù)時間及異常心率ID等；同樣也可分為兩類，一類存儲當(dāng)月不正常心率，另一類存儲 歷史不正常心率。
[0088] 第四類為異常心率分表，既按心室、心房、交界區(qū)三個區(qū)域來劃分并存儲不同的異 常心率，如室性心動過速、房性早搏、交界區(qū)逸博等異常心跳類型。分表數(shù)據(jù)庫分為三個，分 別為室性異常心律數(shù)據(jù)庫、房性異常心律數(shù)據(jù)及交界區(qū)心率異常數(shù)據(jù)庫。
[0089] 第五類為HRV分析數(shù)值表，是以心電圖為數(shù)據(jù)源的一種心率分析數(shù)值，這些通過計 算得出的數(shù)值可以很好的表示出所測心臟的一些特征，這些特征可以被用來分析被測者患 有慢性心衰竭的可能性及程度。HRV(心率變異性)反應(yīng)的是自主神經(jīng)系統(tǒng)活性和定量評估 心臟交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)張力及平衡性，從而判斷其對心血管疾病的病情及預(yù)后。是預(yù)測 心臟性猝死和心律失常性事件的一個極為有價值的指標(biāo)。
[0090] 預(yù)診斷輸出模塊設(shè)計
[0091] 當(dāng)復(fù)合事件處理心跳識別模塊識別出異常心律之后，會啟動混合查詢，同時對歷 史ECG數(shù)據(jù)、異常心率模式庫、病歷查詢并與實(shí)時ECG情況比對。當(dāng)對比找到病人的病歷中與 之相關(guān)的部分，且有高危險等級時向預(yù)診斷輸出模塊傳輸異常心跳警報和預(yù)診斷信息，預(yù) 診斷輸出模塊會對病人病歷設(shè)定的醫(yī)師和病人家屬發(fā)送警報或求救信息，待他人收到信息 進(jìn)行救治。
[0092] 要想了解一個人的心率情況，中長期的心電數(shù)據(jù)將會帶來極大的幫助和益處。一 個人的中長期心率的變化情況可以直接的體現(xiàn)出病人心臟的變化規(guī)律及病變情況。并且可 以作為此人的心率基準(zhǔn)指標(biāo)來運(yùn)用于個體的心率監(jiān)控當(dāng)中。
[0093] 如附圖4所示，為心跳速率混合監(jiān)測流程圖，圖中當(dāng)基本心律事件由心電圖探測模 塊生成之后會被復(fù)合事件處理心跳識別模塊進(jìn)行監(jiān)測，白天和夜晚的心率略有不同所以經(jīng) 判斷后會分別從夜晚或白天的歷史數(shù)據(jù)中取出相應(yīng)的中長期歷史平均值。實(shí)時基本心律事 件與歷史數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)混合后進(jìn)行判斷，當(dāng)小于平均歷史心率65%時被視為心動過緩；當(dāng)心 率為歷史心率的200~250 %時被視為是心動過速;而當(dāng)大于歷史心率的250 %時則視為是 心臟發(fā)生了震顫。在技術(shù)水平不斷發(fā)展的今天，傳統(tǒng)教科書中介紹的正常人的心率范圍以 及發(fā)生心動過速、震顫以及心臟逸搏的界定范圍已經(jīng)不再適用于對個體監(jiān)護(hù)的需求。對于 中長期心率指標(biāo)的掌握將能有助于進(jìn)行個性化心率監(jiān)控。歷史數(shù)據(jù)可以針對每個人的心率 基準(zhǔn)來進(jìn)行個體化的閾值設(shè)置和事件分析。
[0094] 復(fù)雜事件--CEP心跳識別
[0095]復(fù)合事件處理心跳識別模塊的數(shù)據(jù)源，心電監(jiān)護(hù)儀每個導(dǎo)聯(lián)的電信號在經(jīng)過ECGD 探測模塊之后會封裝成基本心律事件。復(fù)雜事件是由一個或多個基本心律事件或復(fù)雜事件 構(gòu)成的。復(fù)雜事件的產(chǎn)生是CEP系統(tǒng)解析EPL語句中的模式并在基本事件流中匹配到相應(yīng)的 模式而產(chǎn)生的，復(fù)雜事件產(chǎn)生之后同樣也會被一事件流的形式發(fā)送到CEP系統(tǒng)當(dāng)中，并可 能被其他的模式檢測和匹配；
[0096]附圖5為室性心動過速事件的事件樹示意圖，圖示所示為復(fù)雜事件VT室性心動過 速的基本構(gòu)成情況以及下一級的事件的情況。室性心動過速(ventricular tachycardia, VT):簡稱室速，是指起源于心室、自發(fā)、連續(xù)3個或3個以上、頻率大于100次/分的期前收縮 組成的心律。
[0097]首先復(fù)合事件處理心跳識別模塊檢測到基本心律事件的各項(xiàng)特征以匹配到室性 期前收縮，并將次異常心律事件加入到事件流當(dāng)中。室性期前收縮的異常心率事件被加入 事件流的同時將動態(tài)的激活與之相關(guān)EPL語句，即增加后續(xù)與室性期前收縮相關(guān)的匹配模 式監(jiān)聽。如附圖5所示的VT室性心動過速、附圖6所示的室性二聯(lián)律、附圖7所示的室性三聯(lián) 律的模式監(jiān)聽。
[0098]此后復(fù)合事件處理心跳識別模塊會繼續(xù)的監(jiān)聽線上的所有的EPL語句所含模式。 若此后繼續(xù)有連續(xù)兩個的基本事件被識別為室性期前收縮，并且這連續(xù)的三個心跳事件的 RR波間隔的平均頻率都高過100每分鐘的即RR波間隔的平均值小于216就匹配時VT室性心 動過速的特征了。這事系統(tǒng)會生成VT復(fù)雜事件加入到當(dāng)前時間流當(dāng)中。若有更復(fù)雜的基于 VT室性心動過速的模式，CEP將會激活相關(guān)模式的監(jiān)聽。
[0099] 由于每個病人的心臟特性是各異的，通常不會將所有的心律事件都進(jìn)行監(jiān)聽，只 會對事件樹中可以由單一基本心律事件監(jiān)聽得來的事件進(jìn)行監(jiān)聽。當(dāng)特定的心率異常事件 被激活了之后，在含有此異常心律事件的各事件樹的父節(jié)點(diǎn)EPL語句將會被激活，并在CEP 中進(jìn)行監(jiān)聽。這樣可以有效的節(jié)約資源和減輕系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。
[0100] VT的復(fù)雜事件只需要如下信息，病人ID、病人心跳編號、日期以及異常心律事件開 始的時間和結(jié)束的時間。即可作為VT事件開始的時間，而后當(dāng)心率事件不再匹配此復(fù)雜事 件時給此事件記錄結(jié)束時間。之后將此異常心律復(fù)雜事件存入異常心律對應(yīng)數(shù)據(jù)庫中。
[0101] 室性期前收縮的特征是:QRS波群提早出現(xiàn)，其形態(tài)異常，時限大多>0.12秒，T波 與QRS波主波方向相反，ST隨T波移位，其前無 P波。發(fā)生束支近端處的室性早搏，其QRS波群 可不增寬。室性期前收縮后大多有完全代償間歇?；拘穆奢^慢時，室性期前收縮可插入于 兩次竇性心搏之間，形成插入型室性期前收縮。偶見逆?zhèn)髦列姆康哪嫘蠵波，常出現(xiàn)于ST段 上。
[0102] 通常隨著研究的深入，事件樹的層數(shù)是會逐漸增加或者說事件樹會長大，同時事 件樹的數(shù)目也會增加。這樣可以使得在不對系統(tǒng)進(jìn)行改動的同時繼續(xù)支持更多的復(fù)雜事 件，這也是CEP技術(shù)靈活之處。
[0103] 混合連續(xù)分析
[0104] 上一節(jié)中對于心電監(jiān)控的復(fù)雜事件分析實(shí)現(xiàn)已經(jīng)做出了描述。這對于普遍心率不 齊的病人是十分有幫助的，但是實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中每個人的心率基準(zhǔn)指標(biāo)以及同樣的心率異常 現(xiàn)象所產(chǎn)生的心電圖圖樣是不同的，這無形中給系統(tǒng)對個體的準(zhǔn)確匹配帶來了挑戰(zhàn)?；旌?連續(xù)分析的應(yīng)用的初衷正是為了能夠使得這套基于復(fù)雜事件處理的心電分析系統(tǒng)能夠具 有更強(qiáng)的個體兼容性和準(zhǔn)確度。并且能夠?qū)崿F(xiàn)針對不同病人自己的身體狀況來進(jìn)行分析和 預(yù)測。
[0105] 以復(fù)雜事件為基礎(chǔ)，對混合連續(xù)分析模塊的實(shí)現(xiàn)將分為三個部分:混合基本事件、 混合復(fù)雜事件及綜合預(yù)診斷。
[0106] 基本心率的檢測是由心電圖探測方法來完成的，該方法對于QRS波群的檢測是有 較高的準(zhǔn)確度的；但是對于P波和T波的準(zhǔn)確檢測至今仍然是一個醫(yī)學(xué)難題，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情 況下，病人的心臟病理特點(diǎn)的不同導(dǎo)致不同病人的Ρ波和Τ波的相對于QRS波群的相對位置 有很大差異的，用固定檢測方法是很難將其準(zhǔn)確定位并提供給CEP進(jìn)行分析，所以混合連續(xù) 分析將可在一定程度上解決這一問題。
[0107] 每個人的單次正常完整心跳的心電圖是最容易定位出Ρ波和τ波的，對歷史的正常 心跳的分析和統(tǒng)計可以得到每個人正常心率中特定的Ρ波和Τ波的相對于QRS波群的分布位 置。利用這個更每個人獨(dú)有的精確的分布位置區(qū)間，從而在很大程度上解決Ρ波和Τ波的定 位問題。
[0108] 進(jìn)一步的，每個人的單次完整心跳的心電圖可以提取出，對應(yīng)心跳類型的特征 值。若對過去所有的單個心率進(jìn)行挖掘或分析則可以得到特定種類的心律的歷史特征值， 兩者進(jìn)行比對便可以使用混合連續(xù)分析方式分析出基本的心率的種類等屬性。
[0109] 對于每個人的基本心率情況以及呈現(xiàn)的心電圖圖樣是有獨(dú)立的特征的，對于病人 每一個完整的心跳特征值的提取是可以將醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中針對大眾的相對固定的異常心律的 標(biāo)準(zhǔn)更加個體化。
[0110] 在原有復(fù)雜事件處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)下提取出病人歷史記錄中發(fā)生過的不同異常心 律的特征值，并將這些特征值用于病人實(shí)時異常心律檢測。病人的歷史記錄在數(shù)據(jù)庫中是 按天進(jìn)行保存的。白天人的心跳速率會比夜晚更高，更興奮。所以歷史記錄需要將白天和夜 晚分開了分析特征值。醫(yī)學(xué)上將白天的區(qū)間定義為9ΑΜ到8ΡΜ，及當(dāng)天上午9點(diǎn)到晚上八點(diǎn)； 夜間的時間區(qū)間定義為9ΡΜ到次日8ΑΜ。所以可見，雖然數(shù)據(jù)是按天進(jìn)行存儲的，但是要對歷 史數(shù)據(jù)分析時，卻要參考日期和白天與黑夜的區(qū)間。所以需要對CEP系統(tǒng)的EPL語句進(jìn)行修 改并在系統(tǒng)中加入對歷史數(shù)據(jù)庫的訪問模塊。
[0111]對混合復(fù)雜事件的處理需要使得EPL語句能夠支持對歷史數(shù)據(jù)的獲取;Nesper中 支持在EPL語句中引入自定義函數(shù)，使用自定義函數(shù)通過ODBC開放數(shù)據(jù)庫互連或JDBC即 Java數(shù)據(jù)庫連接來鏈接相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，取出數(shù)據(jù)庫中種類的相應(yīng)異常心律的平均特征值并 使用作為EPL與劇中的閾值進(jìn)行模式匹配。
[0112] 預(yù)診斷輸出模塊要完成的任務(wù)其實(shí)就是針對實(shí)時探測到異常心律將其轉(zhuǎn)變成異 常心律的復(fù)雜事件時，快速的判斷是否有生命危險，并將與癥狀相關(guān)的信息發(fā)送給醫(yī)護(hù)人 員。如果病人基本信息中，加裝起搏器，和之前的歷史數(shù)據(jù)則失去了參考價值，以及病人一 直在服用哪些藥物可以幫助醫(yī)務(wù)人員快速的判斷診治方法以及處方的安全問題。
[0113] 系統(tǒng)效果及性能測試
[0114] 數(shù)據(jù)庫選?。簢H上主流的標(biāo)準(zhǔn)心電數(shù)據(jù)庫主要有3個:歐洲AT-T心電數(shù)據(jù)庫、美 國心臟學(xué)會提供的AHA數(shù)據(jù)庫以及麻省理工學(xué)院提供的MIT-BIH數(shù)據(jù)庫，其中MIT的BIH數(shù) 據(jù)庫中有包括心率失常、ST段改變、房顫等多個的數(shù)據(jù)庫。
[0115] 心電探測方法的評估
[0116] 表1 MIT數(shù)據(jù)庫QRS波群檢測結(jié)果
[0117]
[0118] 心電探測方法對MIT-BIH心率數(shù)據(jù)庫的檢測結(jié)果如表1所示，其中錯誤率由以下公 式得出。從結(jié)果中不難看出對于大部分的患者心率是可以進(jìn)行檢測的，然而對于心率補(bǔ)齊 較為嚴(yán)重并伴有P波、t波消失的心率來說錯誤率則會出現(xiàn)一定程度的提升。同時對于室性 期前收縮較為頻繁的病人的心電探測準(zhǔn)確性需要進(jìn)一步的提升。
[0119]
[0120]附圖8表示的是選取MIT-BIH心電數(shù)據(jù)庫中的十段心電記錄的檢測錯誤統(tǒng)計情況。 左圖為漏檢數(shù)及誤檢數(shù)統(tǒng)計，圖中分別為每條記錄的漏檢數(shù)和誤檢數(shù)，漏檢數(shù)是錯過心跳 沒有識別的數(shù)量，誤檢數(shù)是將R波峰正負(fù)5個信號點(diǎn)之外的信號點(diǎn)識別為R波峰的數(shù)量;右圖 是總的錯誤率統(tǒng)計，錯誤率有漏報率與誤報率之和除以心跳總數(shù)得來。
[0121] 從附圖8中可以看到，探測方法在對記錄200和記錄223的識別上是存在著比較多 大的誤差的，分別達(dá)到了4%以上。所以特別針對的分析了記錄200和記錄223的特點(diǎn)，記錄 200的心電記錄中存在長達(dá)十二分鐘的室性二聯(lián)律癥狀并伴隨著嚴(yán)重的肌電干擾。對于30 分鐘長度的心電記錄，十二分鐘的二聯(lián)律已經(jīng)占據(jù)了很大一部分時間。記錄223中有著長達(dá) 1分50秒的VT心動過速，期間的心率的檢測準(zhǔn)確率會受到比較大的影響。從這兩條記錄的分 析來看，目前心電探測方法對于比較惡劣的信號環(huán)境和較快的連續(xù)異常心律的識別還存在 一些問題。心率的識別方法的成功率及正確率是心率分析軟件的基石，也決定了系統(tǒng)的準(zhǔn) 確性和可用性。本方法的性能及效果可以達(dá)到滿足系統(tǒng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。
[0122] 心電復(fù)雜事件分析系統(tǒng)評估
[0123] CEP復(fù)雜事件探測結(jié)果:為了驗(yàn)證CEP技術(shù)在心跳監(jiān)測分析中的作用，針對MIT-BIH 的心跳記錄進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后得到以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對記錄200、記錄208、記錄223分別統(tǒng)計了異常 室性心跳的發(fā)生次數(shù)，如表2所示。從表中可以看出，200號心率記錄中存在有室性早搏826 次，系統(tǒng)識別為719次，其中二聯(lián)律發(fā)生的次數(shù)71次，實(shí)際識別63次，室性心動過速7次，實(shí)際 識別6次。
[0124] 表2室性異常心率識別統(tǒng)計
[0125]
[0126] 如附圖9所示，左圖為分別對三條心跳記錄中的室性早搏的總數(shù)和CEP系統(tǒng)識別 數(shù)。右圖表示的是記錄200與記錄223中對室性早搏、室性二聯(lián)律、室性心動過速的的識別錯 誤率。從附圖9中可以看出，對于記錄200和記錄223中室性早搏的識別錯誤率分別達(dá)到了 13 %和7.6 %，而在心電探測方法的錯誤率是4%及4.18%。這說明CEP系統(tǒng)的檢測準(zhǔn)確度受 到心電探測方法的影響，對于比較惡劣的信號環(huán)境和較快的連續(xù)異常心律的識別還存在一 些問題。
[0127] 針對MIT異常心率的三組記錄的平均識別率都分別高于85%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好的說 明了 CEP技術(shù)的適用性。
[0128] 混合連續(xù)分析結(jié)果評估
[0129] 心電混合連續(xù)分析系統(tǒng)中加入對歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，可以得到基于歷史數(shù)據(jù)的異常 心律的基本特性統(tǒng)計值，通過這些統(tǒng)計值可以修改負(fù)責(zé)對異常心律進(jìn)行模式匹配的EPL語 句中的匹配屬性值，從而提高識別的精確性。
[0130] 如附圖10所示，左圖為分別對三條心跳記錄中的室性早搏的總數(shù)和混合連續(xù)分析 系統(tǒng)的識別數(shù)。右圖表示的是記錄200、記錄208和記錄223的CEP和混合連續(xù)分析對室性早 搏心率識別的錯誤率對比。
[0131] 從附圖10中可以看出，較CEP系統(tǒng)而言混合連續(xù)分析技術(shù)對于異常心率的識別正 確率更高，對記錄200的識別錯誤率從12.95%降低到了6.77% ;記錄208與223相應(yīng)的錯誤 率也分別從3.12%和6.71%降低到了2.72%和5.07%。錯誤率的降低是明顯的，主要原因 在于如記錄200中存在著大量的二聯(lián)律現(xiàn)象，二聯(lián)律現(xiàn)象的交替發(fā)生將會干擾CEP尋找早搏 心律事件的現(xiàn)象。通過混合連續(xù)技術(shù)可以對病人歷史心率的統(tǒng)計找到合適的屬性匹配范 圍，使得對心律的識別更加準(zhǔn)確。
[0132] 實(shí)驗(yàn)證明，通過對歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析對于實(shí)時心率的識別分析是有幫助的，不 但可以針對個人的身體素質(zhì)情況進(jìn)行識別，而且可以提高識別的精度，從而證明了混合連 續(xù)分析技術(shù)的可取性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法，其特征在于:通過心電混合連續(xù) 分析系統(tǒng)中的心電圖信號獲取模塊從心電設(shè)備中獲取心電圖信號，然后通過心電圖探測模 塊對心電圖信號進(jìn)行預(yù)處理，處理后的信號通過心電圖探測方法提取出信號特征并制成一 個個的基本心率事件以供復(fù)合事件處理心跳識別模塊進(jìn)行分析，復(fù)合事件處理心跳識別模 塊通過其中的混合連續(xù)分析模塊將基本心率事件與病人歷史數(shù)據(jù)庫模塊中的信息進(jìn)行對 比，識別出異常心率事件，當(dāng)有嚴(yán)重的異常心率事件時向預(yù)診斷輸出模塊傳輸異常心跳警 報和預(yù)診斷信息，預(yù)診斷輸出模塊向病人的醫(yī)師和/或家屬發(fā)送警報和求救信息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法，其特征在于:所 述心電圖信號獲取模塊由心電監(jiān)護(hù)儀或便攜式心電儀獲取信號，信號通過藍(lán)牙傳輸給手機(jī) 或者PC。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法，其特征在于:所 述心電圖探測模塊從心電圖信號獲取模塊傳輸來的電壓信號序列中識別出每一個心跳，并 提取出心跳的心率、RR波間隔、P波、QRS波群以及T波特性參數(shù)，并將這些特性參數(shù)制作成基 本心率事件并傳輸給復(fù)合事件處理心跳識別模塊供異常心率事件的匹配使用；同時將心電 數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫模塊中。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法，其特征在于:所 述心電圖探測模塊包括有信號預(yù)處理模塊和心電探測模塊;心電探測模塊包括QRS波群檢 測模塊和P、T波檢測模塊;其中信號預(yù)處理模塊將心電圖信號獲取模塊傳輸來的電壓信號 首先使用小波變換來去除工頻干擾并針對基線漂移問題，并用多項(xiàng)式擬合來調(diào)整基線;QRS 波群檢測模塊使用動態(tài)閥值檢測方法對實(shí)時傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行逐點(diǎn)方差、逐點(diǎn)平方以及 信號幅度逐點(diǎn)平方操作，在有R峰處做移動窗口的積分;Ρ、Τ波檢測模塊用于對一個完整心 跳的窗口期進(jìn)行分析從QRS波群前后的信號中找到心跳對應(yīng)的Ρ，Τ波的位置和信息。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法，其特征在于:所 述動態(tài)閥值檢測方法包括有以下步驟： Α、建立1個大小為1000個樣本點(diǎn)的窗口，隨著新的信號輸入，老的樣本點(diǎn)移出窗口； Β、.將預(yù)處理過的信號進(jìn)行滑動平均值處理，11個樣本點(diǎn)的滑動窗口取平均； C、 使用動態(tài)閾值THR1等于滑動窗口中樣本點(diǎn)的平均值與樣本均值的和來過濾掉低于 閾值的信號部分； D、 使用動態(tài)閾值THR2等于滑動窗口中樣本點(diǎn)的平均值與樣本均值的之差來過濾掉高 于閾值信號部分； Ε、對比步驟C與步驟D產(chǎn)生的非零區(qū)間的間隔，當(dāng)間隔非零區(qū)間小于50個樣本點(diǎn)時，將 相鄰的后面一個非零區(qū)間置零，并將步驟C與步驟D的結(jié)果合并； F、 在步驟Ε處理之后的部分都是在QRS波群內(nèi)，找到波峰中最值點(diǎn)作為R峰的點(diǎn)； G、 在步驟D處理后，若非零區(qū)間在滑動窗口邊緣沒有回落，則視作QRS波群沒有達(dá)到最 高點(diǎn)，既步驟F所找到的最新一個R峰值存在誤差，將步驟G所分析出的最新一個R峰值標(biāo)記； Η、若步驟D處理后的非零區(qū)間在窗口邊緣已經(jīng)回落，則再執(zhí)行一次步驟F將新的結(jié)果對 比滑動窗口中已經(jīng)找到的R峰位置從而確定最新的一個R峰的位置； J、計算步驟Ε處理后不為零的區(qū)間邊緣的兩個大小為20樣本區(qū)間內(nèi)找出二階導(dǎo)數(shù)的正 負(fù)號改變的樣本點(diǎn)作為R波的區(qū)間； K、 通過前后兩個RR波區(qū)間，算出中間完整心跳的區(qū)間，并對QRS波群前后的窗口進(jìn)行分 析，找出滿足次閾值THR3的區(qū)間來作為P，T波的區(qū)間進(jìn)行分析； L、 將每個心跳區(qū)間內(nèi)的QRS波群、P波、T波的間隔時間，峰值，起始結(jié)束的樣本點(diǎn)位置信 息保存并發(fā)給復(fù)合事件處理心跳識別模塊。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法，其特征在于:所 述復(fù)合事件處理心跳識別模塊通過其中的混合連續(xù)分析模塊對心電圖探測模塊輸出的每 一個基本心率事件進(jìn)行監(jiān)聽，通過復(fù)合事件處理心跳識別模塊中的EPL語句識別每一個基 本心率事件是否滿足正常心跳的條件，對于異常心率事件通過與病人歷史數(shù)據(jù)庫模塊中的 異常心率表進(jìn)行匹配判斷其是哪一種異常心率事件，并根據(jù)異常心率事件處在事件樹或事 件圖中的位置來判斷此異常心率事件能否組成其它的更為復(fù)雜的異常心率事件，并判斷是 否移除相應(yīng)的模式匹配語句，最后將所得新的復(fù)雜事件發(fā)送到復(fù)合事件處理心跳識別模 塊;并將每一個心跳的所有基本心率事件作為歷史數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫模塊中。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法，其特征在于:所 述歷史數(shù)據(jù)庫模塊包括有病人的基本信息表、存儲基礎(chǔ)心率表、異常心率總表、異常心率分 表以及心率變異性分析數(shù)值表;每個表根據(jù)時間不同分為白天和夜晚兩個存儲部分。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法， 其特征在于:所述混合連續(xù)分析模塊將病人心率的中長期指標(biāo)記錄下來，并利用這些指標(biāo) 來調(diào)整因個體差異而造成的心臟病理事件的甄別，并將其運(yùn)用到復(fù)雜心率事件處理中使得 復(fù)雜心率事件處理時所使用的匹配模式可以動態(tài)的進(jìn)行改變和調(diào)整。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合連續(xù)信息分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用方法，其特征在于:所 述混合連續(xù)分析模塊的實(shí)現(xiàn)包括有三個部分:混合基本事件、混合復(fù)雜事件以及綜合預(yù)診 斷;其中混合基本事件通過對歷史的正常心跳的分析和統(tǒng)計，得到每個人正常心率中P波和 T波的相對于QRS波群的分布位置，而且對過去所有的單個心率進(jìn)行挖掘或分析得到心律的 歷史特征值，兩者使用混合連續(xù)分析方式進(jìn)行比對，從而分析出基本的心率的種類屬性;混 合復(fù)雜事件通過在復(fù)合事件處理心跳識別模塊對異常心率事件的監(jiān)聽過程中，提取出病人 歷史數(shù)據(jù)庫模塊中發(fā)生過的不同異常心率事件的特征值，并將這些特征值用于病人實(shí)時異 常心率事件檢測；當(dāng)實(shí)時探測到異常心律并將其轉(zhuǎn)變成異常心律的復(fù)雜事件時，通過綜合 預(yù)診斷快速地判斷是否有生命危險，并將與癥狀相關(guān)的信息發(fā)送給醫(yī)護(hù)人員。
【文檔編號】A61B5/0452GK106037720SQ201510880861
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年12月4日
【發(fā)明人】李暉, 陳梅, 戴震宇
【申請人】貴州大學(xué), 貴州優(yōu)聯(lián)博?？萍加邢薰?br>