專利名稱：讀取并分析心電圖信號的計算機方法及系統的制作方法
背景技術：
心電圖(ECG或有時稱為EKG)是被全世界的心臟病專家廣泛使用的一種有價值的診斷工具。ECG通過放置在病人胸部、腕關節、踝關節上的小電極(引線)記錄檢測到的心臟脈動。醫務室中的體檢一般會從12個電極中采集數據并且通常僅僅持續到半個小時。對于醫生另一個可選的方法是發給病人一個監視設備，他們可以帶回家并穿戴上一到兩天。在這種情況中，一般僅僅從一或兩個引線采集數據。
來自ECG引線的數據通常被記錄在紙上或存儲在監視設備的存儲器中。在醫務室體檢的情況下，由于采集到較少的數據，醫生或護士手動掃描并打印輸出。對于家用監視的請況，再次掃描主要通過手動執行。這對于24小時的數據采集是可行的。然而，許多心臟狀況是瞬時和不常見的，僅僅是一周出現一次或更少。對于這些情況就需要監視幾天或幾周，產生大量的必須被由機器或由訓練的職業人員掃描的數據，以便揭示心臟的異常狀況。
因此，大部分現代ECG機器仍舊依賴醫生或技術人員打印出信號數據并通過手動瀏覽。這不僅花費時間而且可能導致重要的癥狀被忽略。此外，一些ECG機器提供有限的信號分析，例如，心率，心室纖維顫動檢測等。

發明內容
醫生通常想要或需要僅僅查閱ECG信號的“有趣”部分。本發明對于專業人員可減輕手動掃描所有的數據的需要，允許快速瀏覽ECG信號。另外，本發明與不切實際通過手動掃描所有生成數據的現有技術相比可以進行長時間ECG數據采集并評論可行性。而這又使得能夠檢測到非常罕見但卻嚴重的癥狀的心臟狀況。
在一實施例中，本發明讀取并分析ECG信號的方法包括計算機執行的以下步驟(a)接收主體的主體ECG信號；
(b)將多個心臟狀況檢測器應用于主體ECG信號(15)并由此產生某種存在于主體中的心臟狀況的可能性的指示；以及(c)從產生的指示中形成具有注釋的陣點，該陣點能夠使人們瀏覽主體ECG信號。


如附圖所示，從下面優選實施例的描述中，本發明前述的和其他目的、特征和優點將顯而易見，在所有不同圖中相似的附圖標記表示相同的部分。附圖不必按比例繪出，而其重點是放在說明本發明的原理上。
圖1是本發明陣點結構的示意圖。
圖2是通過應用圖1陣點結構的示例進行查詢的示意圖。
圖3a和3b是采用本發明的計算機系統的示意和方框圖。
具體實施例方式
本發明可減輕專業人員手動掃描所有數據的需要，允快速瀏覽主體ECG信號。通過概述的方式，本發明將主體ECG信號隨著時間從電壓轉換成符號字母。每個符號對應于已知的心臟圖像。為了自動將ECG信號轉換成符號表示，使用ECG文獻中公開的許多算法。例如，為了檢測心肌缺血，在心肌不能接受足夠氧氣的情況中，在IEEE Transactions on Biomedical Engineering于2000年9月出版的第9期第47卷中由J.Garcia、S.Olmos和P.Laguna發表的“Automatic Detection of ST-T Complex Changes on the ECG Using Filtered RMSDifference SeriesApplication to Ambulatory Ischemia Monitoring”中的算法可以應用于ECG信號。
在本發明中，檢測器被實現用于許多理想的心臟狀況。目前，超過80種綜合病征由心臟病專家從ECG中檢測出來(見Francis Morrus發表的“ABC ofClinical Electrocardiography”，BMJ Publishing Group，01-2003，ISBN 0727915363以及Jenkings和Gerred發表的“ECGs by Example”，1997，ISBN 0443056978)。對于許多這些狀況，已經公開了自動分析ECG并且返回關于該狀況是否在時間t存在的二元“是/否”判決或描述確信該算法關于檢測該信號的程度的置信度的算法(檢測器)。
本發明的目的不是為了檢測異常的心臟狀態狀況而是為了方便專業人員在大量數據中發現它們。為此，本發明構造了ECG信號上的陣點并且使用這些陣點來幫助瀏覽數據。一個陣點是一個定向的圖形(從左到右)，示出了通過假定曲徑的多種可能選擇的路徑。該陣點是由對應于時間點的節點和對應于節點之間過渡的弧組成。
圖1示出了從ECG信號中構造陣點的本發明處理11。該步驟如下文描述。首先，主體ECG信號15通過開窗步驟100被分段成塊27(數據段)。每個塊27的長度是任意的但必須足夠長使得檢測算法能夠為那個塊作出判決。特征提取步驟102有助于確定塊27的邊界(即，塊的長度)。特征提取的舉例技術包括檢測信號圖像中的變化，檢測全部信號振幅中的變化，和檢測0線交叉中的頻率變化。見上述引證的由Francis Morrus發表的“ABC of Clinical ElectroCardiography”。塊27也可以按時間潛在地重疊。典型塊長度可以是十五分鐘的有效數據。
于是(前述的)各種心臟狀況監測器12或其他分類器在步驟110被應用于每個塊。優選地引導每個分類器/檢測器12在給定輸入ECG信號上檢測相應的具體心臟狀況。每個分類器/檢測器12在輸出端上提供一個數(例如，僅僅是1或0)或描述存在于塊27中的具體心臟狀況的可能性的分值。每個檢測器12還可以生成一個置信度級別或其計分結果的錯誤率。通過使用檢測器12的數字結果(分值)，N×M陣點112被構造，其中N是塊27的數量，M是字母表中心臟狀況的數量。該字母表可以包括“正常”狀況。如果一個以上的檢測器12被實現用于相同的心臟狀況，這些或者被單獨地包括在陣點112中或者使用投票或另一種合并技術來合并它們的分值。
需要標準化或加權來自不同分類器12的分值使得它們能夠彼此比較。該加權可以根據經驗的或它能夠反映一般人群或根據他/她的病史的具體情況而關于對那些狀況的在先看法。
在優選實施例中，陣點112最初包括主體ECG信號15的每采樣(塊27)一個節點或要被表示的序列。該節點由時間(或順序)來標記。在實踐中，當沒有信息丟失時，許多節點能夠被移除。通過按時間鏈接每個節點到其后續點，初始時間弧被生成。該弧能夠清楚地被表示或默示。
通過計算多個分類器或特征檢測器12相對于主體ECG信號15的得分，附加的弧生成。這些分類器可以串行地或并行地運行。每個分類器12確定主體信號15的段27何時匹配其內部圖像。當這種情況發生時，生成一個弧，橫跨所匹配的段27，并且用被檢測的類或特征(例如，“心房顫動”，“梗塞”，“缺血”，等)標示。如圖1所示，該標識也可以表示所檢測特征的置信度等級(P＝0.x)。同樣的，該標識有助于用于醫學職業者的注釋。
通過陣點112的每個路徑對應于ECG信號15的可選的分割。時間軸或時間的其他表示能夠啟動陣點112和原始ECG信號15之間的通信。
接下來，生成的陣點112通過處理步驟被處理并且按多種方法顯示引擎114以幫助ECG分析。首先，通過陣點112的“最佳路徑”通過使用Viterbi算法來確定。這為每個塊27產生了最可能的心臟狀況，包括正常的。例如，這應當由醫師使用來顯示所有可能出現狀況A的塊(主體ECG信號15的段)。對于很少發生的狀況，這允許職業人員對展示具體情況的ECG讀取15的段進行快速“變焦”(過濾和集中)。
在陣點112上進行Viterbi搜索的輸出還可以被用于使ECG信號15可見。這里，不同的色彩被分配給字母表中每個心臟狀況并且時間線通過使用更可能狀況的顏色示出的每個塊27來顯示。而且，這允許職業人員“變焦”到(快速看/瀏覽)示出異常心跳的區域。
陣點112也可以以更多的方式進行處理。例如，更深的挖掘而不僅僅是最佳路徑，醫師能夠詢問各種相當復雜的問題。例如，他會要求觀察狀況A的可能性大于x并且狀況B的可能性大于y的所有塊27。或者觀察狀況C的可能性(P值)大于z達n秒的塊。
可能搜索的另一種類型是事件的順序。例如，醫師能夠搜索狀況A，緊接著狀況B和C。這是通過陣點112搜索的標準類型。無論是通過特定圖像的陣點進行掃描，還是在已知例如通常被搜索的三種狀況的順序時所有可行的三種情況順序的索引能夠被建立和利用，它都能夠被執行。
整個陣點112還可以被用于構造另一種類型的有用的數據可視化。這里，全部格子被顯示為具有反映該數量是大或小的每個點的顏色的2-D圖。例如，數量大的可以被指定為紅色，數量小的被指定為綠色，中間的數量被指定為色譜中介于紅和藍之間的顏色(或反之亦然)。該顯示類似于具有指示具體狀況出現或可能出現的紅和橙部分的棋盤圖案。醫師能夠再次使用這種可視化來變焦到(集中他的注意力)初始ECG信號15的異常部分。
在另一個實施例中，發明系統11被用于研究從一個以上病人采集的ECG15之間的關系。可以使用Viterbi最佳路徑或全部陣點112。
為了實現上述內容，處理和顯示引擎114采用基于用戶指定標準來選擇路徑以及對路徑部分或整體地進行分類、顏色編碼、突出、縮放等公知的技術。
同樣的，如果醫生具有不能識別的ECG記錄15，他會在預先記錄的記錄的陣點中搜索該記錄。這樣的一個例子在圖2中示出。這里詢問陣點112(從病人的ECG 15通過圖1的處理11形成)和陣點的數據存儲31相比較，并且最接近的匹配33被返回。這些匹配通過病人的年齡、病史、體重等被進一步過濾。最接近的匹配給出主體病人的ECG 15的初始或預診斷。
數據存儲31被實現為維持先前生成陣點37及各種病人產生的那些陣點的對應ECG 39的數據庫。于是數據庫管理系統的詢問引擎35使用當前病人的(主體)陣點112(“詢問”陣點)作為輸入。該詢問引擎35確定最接近匹配輸入主體陣點112的預定陣點37。與最匹配的預定陣點37相關聯的心臟狀況提供對主體ECG 15的分析。
此外，代替生成陣點112，每個ECG信號15可以被轉換成“簽名”矢量。矢量的每個分量是每個塊27的分類器12輸出的總和或另一種組合。從而時間信息被舍棄，而ECG信號15用簡單的形式來表示(使用簽名矢量)。這不允許放大原始ECG信號15的重要部分，然而有助于病人ECG之間的快速比較并且會加快診斷。
同樣的，具有心臟狀況歷史的一些病人會具有永久的異常ECG(由于永久性的組織傷害)。對于這些病人，期望僅發現ECG信號15顯著不同于通常異常狀態中的那些部分。在這個例子中，發明裝置11允許職業人員修改閾值和分類器12的設置或完全忽略來自某些分類器12的輸出。
最后，盡管該公開內容已經通過在腦中對目標編索引/可視化來寫入，應當清楚實時分析該陣點112的程序能夠被用于提供各種綜合病癥的警告。
圖3a和3b示出了表示本發明的計算機系統。ECG裝置41連接到病人(主體)43。來自ECG裝置41的讀取(信號)45被輸入(例如，下載或以別的方式傳送)到實現本發明的計算機系統47。特別地，計算機系統47(i)構造相應于主體ECG信號45的陣點112(包括標識、注解等)并且(ii)提供顯示陣點112的處理和詢問以有助于醫師瀏覽和更直接地觀察如上述圖1和2中描述的ECG數據。同樣的，計算機系統47充當協助讀取和分析ECG信號/數據的工具。
如圖3b所示，每個計算機系統47優選地包括系統總線79，其中一條總線是一組用于計算機部件之間數據傳送的一組硬件線路。總線79本質上是一條連接計算機系統不同部件(例如，處理器、盤存儲、存儲器、輸入/輸出端口、網絡端口等)的共享電路，使得信息在部件之間傳送。連接到系統總線79的是用于連接各種輸入和輸出設備(例如，顯示器、打印機、揚聲器等)到計算機系統的I/O設備接口82。主體ECG信號45通過I/O設備接口82被接收。網絡接口86允許計算機系統連接各種接到網絡的其他設備。存儲器90為用于實現本發明實施例的計算機軟件指令(例如，例程92和數據94)提供易失性存儲。例程92包括例如圖1和2的發明處理11，心臟檢測器/分類器12和詢問引擎35和數據庫子系統。數據94包括已存儲陣點37和相關的ECG信號39的全集31。盤存儲95為用于實現本發明一個實施例的計算機軟件指令和數據提供非易失性存儲。中央處理單元84也連接到系統總線79并且用于計算機指令的執行。
網絡接口86使發明程序(例行程序)11經由網絡(即，局域網、廣域網或全球網)被下載或上傳。I/O設備接口82使發明處理11端接在計算機磁盤或其他計算機可讀媒體(CID-ROM等等)之間。計算機之間全部或部分的處理11的其他傳送是在本領于技術人員熟知的范圍之內。因此，發明處理11可以在獨立的計算機，分布式的計算機網絡上運行，或在客戶機-服務器方式或其他裝置中執行。
盡管本發明通過參考其優選實施例已經被具體說明和描述了，本領域的技術人員應當理解不脫離所附權利要求涵蓋的本發明范圍的前提下可以進行各種形式和細節上的變化。
例如，本發明系統可以應用于人或其他主體。同樣的，再聲明，本發明提供了用于索引或注解ECG信號(讀取)的方法和系統。生成陣點112的標識提供心臟狀況和檢測情況置信度級別的指示。ECG信號和這些標號(陣點112)一起(被覆蓋或相關)將索引或注解的ECG版本提供給醫師-用戶。
權利要求
1.一種讀取并分析ECG信號的方法，包括計算機執行的以下步驟接收主體的主體ECG信號；將多個心臟狀況檢測器應用于所述主體ECG信號并從那里產生存在于所述主體中的某種心臟狀況可能性的指示；以及從所產生的指示中形成具有注釋的陣點，所述陣點能夠使人們瀏覽所述主體ECG信號。
2.根據權利要求1的方法進一步包括步驟以一種示出在主體ECG信號中檢測到的最可能的心臟狀況的方式遍歷陣點。
3.根據權利要求1的方法進一步包括步驟基于用戶指定標準確定通過陣點的路徑，該標準包括心臟狀況的類型、某種心臟狀況的可能性閾值、表示某種心臟狀況的ECG信號的時間長度、心臟狀況的順序和表示心臟狀況的ECG信號之間的相似性的任何組合。
4.根據權利要求1的方法進一步包括提供具有相應的相關心臟狀況的預定陣點的數據庫；以及相對于數據庫中的那些陣點比較所形成的陣點來確定所述主體的心臟狀況。
5.根據權利要求1的方法進一步包括步驟突出通過所述陣點的一條或多條路徑使得所述用戶能夠集中和/或過濾查看所述主體ECG符號。
6.用于讀取和分析ECG符號的計算機裝置，包括用于接收主體的主體ECG信號(15)的輸入單元；多個心臟狀況檢測器(12)；以及耦接在所述輸入單元和所述多個檢測器之間的計分模塊(110)，用于將每個檢測器(12)應用于所述主體ECG信號(15)，從而產生存在于所述主體的某種心臟狀況的可能性指示；其中所述計分模塊(110)形成來自所產生的指示符的陣點(112)，所述陣點(112)提供所述主體ECG信號(15)的索引或注解視圖，從而使人們能夠瀏覽所述主體ECG信號(15)。
7.如權利要求6的計算機裝置進一步包括處理和顯示引擎(114)，使得能以示出在所述主體ECG信號中檢測到的最可能的心臟狀況的方式遍歷所述陣點(112)。
8.如權利要求6的計算機裝置進一步包括處理和顯示引擎(114)，基于用戶指定的標準來確定通過所述陣點(112)的路徑。
9.如權利要求6的計算機裝置進一步包括數據庫(31)，存儲具有相應的確定的心臟狀況的預定陣點(37)；以及詢問引擎(35)，用于相對于存儲在所述數據庫(31)中的預定陣點(37)比較所形成的陣點(112)來確定所述主體的心臟狀況。
10.如權利要求6的計算機裝置進一步包括處理和顯示引擎(114)，突出通過所述陣點(112)的一條或多條路徑，使得所述用戶能夠聚焦和/或過濾查看所述主體ECG信號(15)。
全文摘要
讀取并分析ECG信號的計算機的方法及其系統，包括將多數心臟狀況檢測器(12)應用于主體ECG信號(15)。每個檢測器(12)產生存在于主體中的某種心臟狀況可能性的相應指示。從檢測器指示中形成具有不同的檢測器心臟狀況注釋的陣點(112)。陣點(112)能夠使醫生瀏覽并因此更容易讀取ECG信號數據(15)。陣點(112)能有效地提供索引或注釋的主體ECG信號形式。
文檔編號A61B5/044GK1961310SQ200580011903
公開日2007年5月9日 申請日期2005年3月31日 優先權日2004年4月5日
發明者B·羅甘, P·莫雷諾, D·戈多 申請人:惠普開發有限公司