数字心电图机计量发展
卞昕何昭
(中国计量科学研究院信息电子所。100013)
摘要:心电监测仪器是在临床上广泛采用的心脏疾病相关检测设备。其检测结果的安全性、
准确性关系人民生命安全、生活质量。随着数字信号处理技术和
的发展,心电监测仪
器中也引入了多种数字信号处理方法,并提供多种自动检测结果,为临床诊断提供依据。
针对心电检测设备技术发展的需要,原有的计量
已经不能全面的对其计量性能做出评
测。因此,发展新的数字心电监护设备计量标准已经是国际计量科学发展的一项重要任务。
数字心电检测设备的计量检测与临床疾病的诊断关系越来越密切。其中,波形一致性、波
形失真度参数成为新的计量检定规程和工作标准考虑的主要内容。本文介绍了数字心电图
机计量的发展,探讨了数字心电标准波形的评价方法,以进一步推进我国数字心电图机计
量领域的发展。
关键词:数字心电图机计量性能评价总失真度
1. 引言
心电信号(EcG)是可以在体表记录到的心脏生理电活动,心电信息是人体最重要的生
物电信息之一。心电信号的变异能够反映心脏器质性病变和功能性改变,在临床上,广泛
应用心电监护仪、心电图机等心电监测仪器(electro-cardio-instrument,ECI)作为心
脏内科常规检测项目,辅助诊断心脏疾病。依靠相关的国家计量标准和检定规程对心电监
测仪器的安全性、准确性等性能进行计量检定,是关系人民生命安全、生活质量的重要措
旅。
体表检测到的心电信号比较微弱,仅为毫伏(mv)级,极易受环境的影响。增强心电信
号中的有效成分,抑制噪声和伪迹,提高波形检测准确率,一直是心电信号检测和分析的
根本任务。在早期的仪器中,干扰的抑制主要采用优化硬件电路的
及采用特殊电路结
构来进行。随着数字信号处理技术和方法的发展,越来越多的数字滤波器、信号提取和增
强算法应用到了心电监测仪器中。同时,现代ECI还能够通过参数辨识,实现波形检测识
别和参数提取,对心电进行自动分析,为临床提供辅助诊断的建议。因此,ECI的准确性和
可靠性决定着诊断的效果,乃至涉及挽救病人生命的成败。
数字化后的心电设备,其信号处理方法多种多样,不同算法对原始信号的影响作用也
各不相同。要全面评价各种数字心电设备,需要有统一的计量方法。这也是对现代医学计
量的一个挑战。
2. 计量法规的发展
针对模拟ECI的计量检定规程包括
规范中,将周期实际波形与其期望波形间残差
的有效值和最优期望波形交流分量有效值之比定义为总失真度。即,对于周期为丁的已知
信号工(f),其实际波形函数为y(t),存在G、a、fo∈R,gf(t)=G·x(t-to)+Q,
使得
P=
=肌n
若歹=jIff(r)出;z=J{Fr而,则y(r)相对于其最优期望波形的
总失真度叻定义为:TD2手。
其中,to是y(f)-gx(t)之间的时间延迟;G为波形比例因子;Q为波形位置偏移量;
x(t)为期望波形;厂(f)为最优期望波形;歹为最优期望波形的均值;Z为最优期望波形
交流分量的有效值;P是y(f)与,(f)之间残差的有效值,表述波形失真。
心电信号是周期信号,因此可以用总失真度参数来评价标准心电波形质量。
4.实验结果
人体正常心率在60BPM’IOOBPM之间,心电图机通常要求能够记录15BPM’300BPM的心
电信号。
本文使用lIATLAB分析了15BPM和300BPM的频谱特性。图3所示为300BPM时的标准心
电信号时域波形,图4和图5所示分别为线性坐标和归一化对数坐标频谱。从图4可以看
出,当频率超过500Hz后,对波形的影响已经很小。
固3 300B刚标准心电信号时域波形
L.~。 :
图4标准心电信号频谱(线性坐标)
口 ’00 200㈩ 蜘 700mO如 10a:
图5标准心电信号频谱(对教坐标)
使用深存储示波器记录的标准心电信譬波形如图G所示,该信号频率为1.25Hz,对应
的心率为75BPW。
_Fro[dt忡0 H9出∞ I■ 脚目 如捕s H剐Ml,^r_uaoUL‘融 H咖
圈G标准心电信号波形
使用记录的采样数据计算数字心电波形总失真度,得其总失真度为TI):-O2%
。
加
}j
l}
{i
卸
啪
5. 结束语
数字心电图机的计量检定工作在国内已经取得了长足进步,不仅制定了国家检定规程,
有关工作标准也结合新的检定规程进行了完善。
根据《JJGl041-2008数字心电图机》检定规程采用标准心电波形对数字心电图机进行
测试,虽然更符合计量要求,但也存在测试工作量增加,项目琐碎容易出错的问题。如果
被检数字心电图机能够提供数据输出端口,则有利于进行自动化测量。
在讨论失真度时,不可避免的要涉及到D/A量化误差,这是由于使用任意波形发生器
所带来的固有误差,这会直接影响到对后继设备的测试精度。同时,需要注意在进行数据
分析时,采用的数据精度要高于AD或者DA量化精度(位数),否则计算误差将导致无法正
确真实地反映测试精度。
参考文献
1.梁志国,孙璨宇,波形测量中的基本问题讨论,计量技术,2004,12:13’17
2.苏皖生,郭允晟,关于正弦波失真表示方法的讨论,计量学报,1986,7(2):123’127
3.梁志国,孙瞩宇,周期性任意波形总失真度的精确评价,计量学报,2005,26(2):176’180
4.卞昕,李咏雪,《JJGl041—2008数字心电图机》,2008
5.梁志国,缪京元,(JJFl152~2006任意波发生器》,2006
6.卞听,<数字心电图机>检定规程制定说明与解释,中国计量,2008,153:120’121
571
数字心电图机量发展
作者: 卞昕, 何昭
作者单位: 中国计量科学研究院信息电子所,100013
本文读者也读过(10条)
1. 韩春生.杨庆忠.韩煦 医用心电图机[期刊论文]-医疗装备2010,23(11)
2. 陈广飞.Chen Guangfei 无线移动数字心电图机的设计[期刊论文]-北京生物医学
2005,24(3)
3. 王朔 家用数字心电图机[学位论文]2004
4. 高剑明.李刚.谌雅琴 微型智能心电图机[期刊论文]-电子测量技术2006,29(1)
5. 张磊 基于临床心电图标准数据库的心电图仪性能分析系统[学位论文]2006
6. 成品颖.吴广辉.曹永华.张鹏飞 自制心电图机导联线摆放装置[期刊论文]-医疗设备信息2004,19(7)
7. 贾建革.李咏雪.庞庆范.张世真.JIA Jian-ge.LI Yong-xue.PANG Qing-fan.ZHANG Shi-zhen 心电图机检查仪的
研制[期刊论文]-医疗设备信息2005,20(1)
8. 飞利浦最新TC系列心电图机——简单操作从启动开始[期刊论文]-中国医疗设备2010,25(6)
9. 徐晓宏.李延斌.刘祥富.XU Xiao-hong.LI Yan-bin.LIU Xiang-fu 动态心电图机的发展、选购及临床应用探讨
[期刊论文]-医疗卫生装备2007,28(10)
10. 李素芬.李刚.相韶霞.孟亚丽 微型军用心电图机--生命探测仪[期刊论文]-医疗卫生装备2001,22(5)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7079944.aspx