專利名稱：一種基于心音和心電的心臟功能檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種人體心臟功能檢測系統和方法，特別是一種基于心音和心電的心臟功 能檢測系統和方法，屬于醫學電子儀器技術領域。
背景技術：
心音信號是人體最重要的聲信號之一，心音的改變和雜音的出現，往往是器質性心臟 病的最早體征，當心血管疾病尚未發展到足以產生其他癥狀和體征(如病人痛覺、ECG異 常等)之前，可從心音中獲得有效的早期診斷信息。并且大多數心力衰竭病人的主要問題 是心肌收縮力的降低。心電圖檢査是心臟變時性和變傳導性的最佳監測方法，但不能用來 監測心臟的變力性。
心肌的機械泵功能變化先于電功能的變化。臨床上，心電圖不能作為心臟停跳與否的 直接依據。同理，期前興奮不等于期前收縮，憑心電圖只能診斷期前興奮，不能診斷期前 收縮。
心臟驟停是一種因心臟突然喪失泵血功能導致心排血量驟減或停止的緊急臨床事件， 如及時干預(如除顫等)可逆轉恢復，否則就是心性猝死。主要表現為頸動脈、股動脈等 大動脈及橈動脈搏動消失，心音消失，無血壓等。常見的機制為無脈性室速或室顫，無脈 電活動等。
無脈性電活動，過去稱為電機械分離，在心電圖上仍能顯示有規律的代表心肌除極和 復極過程，但心臟卻無有效的收縮，即未完成足夠的機械功。這一結果也被稱為"泵能力的 衰竭"。所以臨床上一旦出現電機械分離者，預后極差，幾乎是終末性結局。《2005年美國 心臟學會心肺復蘇和心血管急救指南》指出，時間決定了心血管急救的所有方面，隨心肺 功能的衰竭，生存機會可能明顯下降；并且救援者不能僅通過觸摸動脈搏動來決定是否進行心肺復蘇。
心臟儲備指的是心臟功能的上調能力，包括心率儲備、舒張期儲備和收縮期儲備等。 心臟儲備還是正常人群和心臟病人運動能力的重要決定因素，而運動能力與生存率密切相 關。心臟衰竭時心臟功能失常的最重要的方面不是在基礎的靜息狀態下觀察到的心臟性能 的抑制，而是心臟儲備的喪失。
從心音信號中提取心肌收縮能力信號和心動周期信號，分析心力變化趨勢和心率變化 趨勢，從而對心臟儲備進行無創的客觀量化評估。
1) 心臟自身供血時間評估指標D/S
D/S指標是心臟舒張期時限與收縮期時限的比值。由于心臟自身供血主要實現于舒張 期，故用該指標來評估舒張期心臟自身供血時間是否充足。若舒張期時限較長，心臟自身 供血時間充足，就能為心臟在收縮期的工作儲備更多的養料和氧氣，此時，心肌收縮力強； 若舒張期時限太短，心室充盈不足，心輸出量低下，心臟自身供血不足，心肌收縮力便會 減弱，并可能引起心肌損傷，甚至導致心臟性猝死。
2) 心臟收縮能力和外周阻力的動態變化指標Sl/S2
Sl/S2指的是心音圖第一心音幅值最大值(maxSl)對第二心音幅值最大值(maxS2) 的比值。第一心音幅值大小與左心室心肌收縮能力強弱高度相關，而第二心音幅值與外周 阻力有關，測Sl/S2可觀察心臟血管代償功能的動態變化。
3) 右心室和左心室的負荷狀態評估指標T1/M1
用劍突下獲得心音圖Sl幅值最大值與心尖獲得心音圖Sl幅值最大值的比值(T1/M1) 來評估右心室和左心室的負荷狀態。
4) 心率變化趨勢HRI
HRI為根據完成7000焦耳和完成1750焦耳運動量，運動前靜息狀態記錄的心音圖和 運動后即時記錄的心音圖分別提取心率，運動后心率/運動前心率，稱為心率變化趨勢指標， 用來評估心肌變時性功能。
靜息心率快于75次/分鐘者猝死危險比低于60次/分鐘者高3.5倍；靜息心率過快而運 動時心率加速慢者(增加少于89次/分鐘)的猝死危險比普通人高4倍；運動后心率不能象 常人恢復者(降低少于25次/分鐘)猝死危險比普通人高2倍。5)心力變化趨勢指標CCCT (1)禾QCCCT (1/4)
不同負荷下運動后Sl最大幅值對安靜時Sl最大幅值增加的倍數定義為CCCT，用于 評估受試者的心力儲備。其中完成7000焦耳的運動量所得CCCT記為CCCT(l)，完成1750 焦耳運動量所得CCCT記為CCCT (1/4)。
心臟性猝死是人類社會與臨床醫學面臨的最大挑戰之一。世界衛生組織關于心臟性猝 死的定義是臨床上有心臟驟停的證據，從突發癥狀到死亡的時間在1小時之內，不明原 因的死亡，之前24小時內病人情況良好。但是這種定義有可能導致錯誤的分類，越來越多 的流行病學研究傾向于支持基于事件發生周圍環境狀況的多指標聯合監測實現明確分類。 目前用于篩選心臟性猝死高危患者的檢測方法和指標都存在一定的局限性，且只能識別高 危人群，還不能識別高危個體。很多危險分層指標(包括LVEF、室性異搏、HRV)都會隨 著時間的推移而變化。關于心臟性猝死的預警主要集中在對臨終時的臨床癥狀，并且研究 指標主要是左室射血分數和臨死時的心律變化，忽略了從心力、心律、心率等幾個方面全 面觀察研究(近年來，對心力衰竭深入研究后發現，大量心臟衰竭患者LVEF正常；心律失 常只是體力過勞或腦力過勞所致猝死的機制的終末環節或中間環節，而不一定是最初環節 或最初表現)。心臟監護室和危重病人監護、麻醉監護項目中關于心臟血管的監測指標沒有 心肌收縮能力指標，忽略了從心力、心律、心率、血壓方面同時觀察研究。在臨床實際監 測中，絕大部份孕產婦處于青壯年，心律失常的發生率極低，需要新的技術和方法應用以 提高孕產婦的心臟安全。國內外學者都意識到婦女在孕期和產程中的心臟安全性評估的重 要性，但缺乏從心臟儲備的角度來進行心臟安全性評估的研究。
關于心音和心電的聯合檢測研究，國內外已經有比較多的嘗試，但以往的心功能檢測 儀，或者僅限于傳統的心臟聽診數字化，未充分利用心音的臨床應用價值，或者利用了心 音和心電之間的一些生理學關系，檢測病人是否處于無脈性電活動狀態，但關于心音和心 電信號分析研究也僅限于傳統臨床應用，未進行應用指標的拓展。如中國專利95214529.4 公開的"無創性綜合心電心音分析儀"，中國專利200410011302.5公開的"家用實時分析心電 心音監測儀"，美國專利No6440082公開的一種基于心音的心臟搏動檢測方法和裝置等。
綜上所述，現有公知的專利和文獻都有一些共同特點，對于心臟功能狀態的檢測都有 一定的局限性(如左室射血分數、室性異搏和心率變異性等指標，會隨著時間的推移而變
6化)，而且都未充分利用心音信號的臨床價值，未從心音中提取心臟儲備指標，并與心電、 無創血壓指標進行綜合分析，實現全面客觀、易普及應用的心臟功能狀態檢測。

發明內容
針對現有技術存在的上述不足，以及臨床心臟功能狀態檢測的需求，本發明的目的在 于針對普通人群、心臟病人，尤其是孕產婦、高危心臟病人、圍麻醉期和圍手術期病人在 心臟功能狀態檢測方面的特殊需要，提供一種基于心音和心電的心臟功能檢測系統，從心 力、心律、心率和血壓四個方面同時檢測心臟功能狀態。
基于本心臟功能檢測系統，本發明實現全面客觀、低成本、易普及應用的心臟功能狀 態檢測，提高孕產婦的心臟安全性、圍麻醉期和圍手術期病人的心臟安全性以及高危心臟 病人的心臟安全性。
本發明的目的是這樣實現的 一種基于心音和心電的心臟功能檢測系統，包括多生理 參數信號硬件采集和處理模塊、USBHUB模塊、計算機處理系統和輸出設備，所述多生理 參數信號硬件采集和處理模塊由相互并聯的具有獨立的A/D轉換和USB通信控制功能的心 音采集模塊、心電采集模塊和無創血壓采集模塊組成，分別用于采集受試者的心音信號、 心電信號和手臂動脈脈搏波信號并將采集得到的上述信號通過USB總線輸入USB HUB模 塊，USB HUB模塊實現人體與計算機之間的電氣安全隔離并將輸入的信號傳輸給計算機處 理系統，由計算機處理系統對上述信號進行處理從而得到受試者的心臟儲備指標、心音圖 和心電圖綜合指標、心電圖指標和無創血壓指標，所述指標通過輸出設備輸出。
所述USB HUB模塊包括DC-DC降壓電路、電氣安全隔離電路、USB HUB控制器、 USB HUB電源控制器和USB總線接口 ；電氣安全隔離電路采用DC-DC隔離電源模塊實現 電源的電氣隔離，采用磁隔離器件實現信號的電氣隔離。
所述心音采集模塊包括心音傳感器、心音分頻段電路、增益控制電路、電平調理電路、 A/D轉換和USB通信控制電路；心電采集模塊包括體表心電極和三導聯一體式心電導聯線、 前置級安全保護電路、前置放大電路、帶通濾波電路(0.05-100Hz)、 50Hz陷波電路、電平 調理電路、右腿驅動電路、A/D轉換和USB通信控制電路；無創血壓信號采集模塊包括血 壓袖帶、袖帶壓力和脈搏信號檢測電路、氣泵氣閥控制電路、電平調理電路、A/D轉換和USB通信控制電路，氣泵氣閥控制電路和電平調理電路并聯于袖帶壓力和脈搏信號檢測電 路、A/D轉換和USB通信控制電路之間。
所述心音分頻段電路由超低頻電路、極低頻電路、低頻電路、中頻電路和高頻電路組 成;其中，超低頻電路頻段為0.05-5Hz;極低頻電路頻段為5-30Hz;低頻電路頻段為30-80Hz; 中頻電路頻段為80-120Hz;高頻電路頻段為120-1000Hz。
使用上述心臟功能檢測系統對心臟進行檢測的方法，其步驟為
(1) 利用上述基于心音和心電的心臟功能檢測系統，同步采集心音、心電、手臂動脈 脈搏波信號，獲得同步的心音圖、心電圖、脈搏波；
(2) 從同步的心音圖和心電圖提取心臟儲備指標、心音圖和心電圖綜合指標、心電圖 指標，從脈搏波提取無創血壓指標；
(3) 從心力、心律、心率和血壓四個方面，綜合分析心臟儲備指標、心音圖和心電圖 綜合指標、心電圖指標和無創血壓指標。
所述步驟(2)采用自適應提升小波變換對心音信號、心電信號進行去噪預處理，然后 采用希爾-伯特黃變換結合人工修正的方法來進行心音圖成分、心電圖成分的定位，實現心 臟儲備指標、心音圖和心電圖綜合指標、心電圖指標的提取。
所述心臟儲備指標包括心臟儲備靜息指標和心臟儲備運動指標，心臟儲備靜息指標包括 Sl/S2、 D/S、 T1/M1、 Sl和S2倒置和心率；心臟儲備運動指標包括HRI、 ％S3、 ％S4、 CCCT(l) 和CCCT(l/4);所述心電圖指標包括P-P間期、P-R間期和S-T間期；所述心音圖和心電圖綜 合指標包括EMAT、 AAFT禾nPAFT;所述無創血壓指標包括收縮壓、舒張壓和平均動脈壓。
相比現有技術，本發明具有如下有益效果
1、 通過一套系統實現心音、心電和手臂動脈脈搏波信號同時監測，獲得同步的心音圖、 心電圖、脈搏波，提取心臟儲備指標、心音圖和心電圖綜合指標、心電圖指標、無創血壓 指標；進而提出一種基于心音和心電綜合分析人體心臟功能狀態的方法、心律不齊患者的 心臟儲備分析方法，實現心臟性猝死的預警，該方法不僅能識別心臟性猝死高危人群，還 能識別高危個體。
2、 為心臟監護室和危重病人監護、麻醉監護的心臟功能狀態指標補充心肌收縮能力指 標的監測，從心力、心律、心率和血壓四個方面同時檢測心臟功能狀態，達到提高危重病人心臟安全性，圍麻醉期和圍手術期病人心臟安全性的目的。
3、 在臨床實際監測中，絕大部份孕產婦處于青壯年，心律失常的發生率極低。本發明 能通過一套系統實現孕產婦的心力、心電和無創血壓指標的檢測，達到提高孕產婦心臟安 全性的的目的。
4、 提出一種通過一套系統實現心律不齊患者的心臟儲備指標分析的方法；提出一種運
動員心臟功能檢測方法，特別是同時采用D/S、 Sl/S2、 S1和S2倒置、HRI、 CCCT (1)、 CCCT (1/4)指標評估運動員的心臟功能狀態；提出一種無脈性電活動檢測方法，特別是從 心力、心律、心率和血壓四個方面同時檢測分析。
5、 本發明無創安全、簡便快捷、低成本、能在普通條件下廣泛應用。


圖1- 一種基于心音和心電的心功能檢測系統結構圖； 圖2- —種基于心音和心電的心功能檢測系統原理框圖3-心臟聽診區示意圖4-心音圖的四個組成成份示意圖5-心臟儲備指標、心音圖和心電圖綜合指標、心電圖指標提取示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和具體實施例詳細介紹本發明。
本發明通過采用基于USB HUB的模塊化醫療儀器構建方法，構建一種基于心音和心電 的心臟功能檢測系統，通過該系統同步采集心音、心電和手臂動脈脈搏波信號；獲得同步 的心音圖、心電圖、脈搏波；提取心臟儲備指標、心音圖和心電圖綜合指標、心電圖指標、 無創血壓指標；從心力、心律、心率和血壓四個方面同時檢測分析心臟功能狀態；進而提 出一種基于心音和心電的心功能檢測方法。
下面對檢測系統進行詳細介紹。如圖1所示，本發明基于心音和心電的心功能檢測系 統，包括多生理參數信號硬件采集和處理模塊、USBHUB模塊、電源模塊、計算機處理系 統(內含基于PC的軟件平臺)和輸出設備。其中，多生理參數信號硬件采集和處理模塊包括心音信號采集模塊、心電信號采集模塊和無創血壓采集模塊。
見圖2，其中心音信號采集模塊按信號走向包括心音傳感器、心音分頻段電路、信號 調理電路(增益控制電路、電平調理電路)，A/D轉換和USB通信控制電路。心音分頻段電
路包括超低頻電路(0.05-5Hz)、極低頻電路(5-30Hz)、低頻電路(30-80Hz)、中頻電路 (80-120Hz)、高頻電路(120-1000Hz);增益控制電路由運算放大器，電阻網絡，多路模 擬開關器件構成，通過微處理器控制增益選擇；心音傳感器選擇有源心音傳感器(如北京 航天醫學工程研究所的JXH-5型心音傳感器)，其內部包含有預放大電路，具有良好的抗干 擾性能，靈敏度高等特點；A/D轉換和USB通信控制電路，可由內部集成ADC和USB控 制器的微處理器(如SILAB公司的C8051F32X/34X系列產品)，或者采用獨立的A/D轉換 芯片、微控制器、USB接口芯片的方式實現。
其中，心電信號采集模塊按信號走向包括體表心電極和三導聯一體式心電導聯線、 前置級安全保護電路、信號調理電路(前置放大電路、帶通濾波電路(0.05-100Hz)、 50Hz 陷波電路、電平調理電路)、右腿驅動電路、A/D轉換和USB通信控制電路。50Hz陷波電 路采用集成開關電容濾波器來構建(如采用美國凌力爾特公司的LTC1068-200實現了一個 八階巴特沃茲50Hz陷波器)；A/D轉換和USB通信控制電路，可由內部集成ADC和USB 控制器的微處理器(如Silicon Laboratories公司的C8051F32X/34X系列產品)，或者采用 獨立的A/D轉換芯片、微控制器、USB接口芯片的方式實現；其它電路釆用現有常用的設 計方式實現。
其中，無創血壓信號采集模塊按信號走向包括血壓袖帶、袖帶壓力和脈搏信號檢測 電路、氣泵氣閥控制電路、電平調理電路、A/D轉換和USB通信控制電路。氣泵氣閥控制 電路和電平調理電路并聯于袖帶壓力和脈搏信號檢測電路、A/D轉換和USB通信控制電路 之間，袖帶壓力和脈搏信號檢測電路包括壓力傳感器和差分放大電路、高通濾波放大電 路、二階低通濾波電路構成(壓力傳感器采用德利康公司的BP01型壓力傳感器，該傳感器 采用內部標定和溫度補償方式，從而提高了測量的精度、穩定性以及可重復性；高通濾波 放大電路設計兩級RC高通濾波電路和運放電路，用于將微弱的脈搏波信號和袖帶壓力信號 分開，以提取純凈的脈搏波信號；二階低通濾波電路去除脈搏波信號中的高頻干擾)；A/D 轉換和USB通信控制電路，可單片由內部集成ADC和USB控制器的微處理器(如美國Silicon Laboratories公司的C8051F32X/34X系列產品)，或者采用獨立的A/D轉換芯片、微 控制器、USB接口芯片的方式實現；其它電路采用現有常用的設計方式實現。 上述三個模塊具有各自獨立的A/D轉換和USB通信功能。
其中，USB HUB模塊為具有電氣安全隔離功能的四口 USB HUB模塊，它包括DC-DC 降壓電路、電氣安全隔離電路、USBHUB控制器、USB總線接口。電氣安全隔離電路采用 DC-DC隔離電源模塊實現電源的電氣隔離(如金升陽公司G0505D-2W),采用磁隔離器件 實現信號的電氣隔離(如ADuM1250)，實現人體和計算機之間的電氣安全隔離和數據傳輸； USB HUB控制器采用美國TI公司的TUSB2046B實現；其它電路采用現有常用的設計方式 實現。
其中，電源模塊對系統進行電源供給；電源模塊采用電源適配器和Li電池供電的方式 實現，多生理參數信號硬件采集和處理模塊直接從USB總線獲取電源，包括220V交流適 配器(輸出15V， 1A直流電源)，Li電池充電電路(直接采用PC機USB端口電源為Li電 池供電，充電器采用Maxim公司的Maxl8U)， DC-DC升壓電路和DC-DC降壓電路(獲取 +3.3￥和+5.0￥，例如Maxim公司的Maxl797和Max1837)，電壓反向電路(所采用的反向 電荷泵如Maxim公司的MAX889)。
計算機處理系統通過USB驅動程序，實現對各個模塊的識別、通信連接和數據傳輸， 實現信號采集、處理、同屏顯示、數據庫存儲，通過信號處理算法從心音圖中提取心臟儲 備指標、心音圖和心電圖綜合指標、心電圖指標和無創血壓指標。它包括計算機操作系統、 驅動程序、信號分析處理算法、用戶界面、數據庫等，數據庫實現對所采集數據的存儲。
輸出設備實現分析報告的打印輸出、心音的音頻輸出，包括打印機和音箱等。
使用上述心臟功能檢測系統對心臟進行檢測的方法，其步驟為
(1) 利用上述心功能檢測系統，同步采集心音、心電、手臂動脈脈搏波信號，獲得同 步的心音圖、心電圖、脈搏波；
(2) 從同步的心音圖和心電圖中提取心臟儲備指標、心音圖和心電圖綜合指標、心電 圖指標，從脈搏波提取無創血壓指標；
(3) 從心力、心律、心率和血壓四個方面，對上述心臟儲備指標、心音圖和心電圖綜 合指標、心電圖指標和無創血壓指標進行綜合分析。下面對上述四種類型指標下的具體指標的定義及醫學意義進行說明。 如圖4所示，每一個心動周期都包括第一心音(Sl)，第二心音(S2)，第三心音(S3)， 第四心音(S4)。正常人都可以記錄到S1和S2，有時可以記錄到S3和S4。 第一心音Sl的二尖瓣成分表示為Ml; 第一心音Sl的三尖瓣成分表示為Tl; 第二心音S2的主動脈瓣關閉成分表示為A2; 第二心音S2的肺動脈瓣關閉成分表示為P2。
其中心臟儲備指標包括心臟儲備靜息指標和心臟儲備運動指標，心臟儲備靜息指標包 括Sl/S2、 D/S、 T1/M1、心率、S1和S2倒置(Sl和S2倒置定義進行24秒的心音圖 屏氣檢測，分析所記錄的心音圖，開始檢測時的5個連續心動周期中Sl和S2的最大幅值 比值S1/S2S1，并且檢測結束時最后的5個連續心動周期中Sl和S2的最大幅值比值Sl/S2 <1 =;
心臟儲備運動指標包括HRI、 ％S3 (%S3計算公式為%S3=aS3-bS3xl00%，其中
N
aS3為受試者完成1750 7000焦耳運動后，30秒記錄時間內，S3出現的總次數，N為運動 后30秒內總心動周期數，bS3為運動前靜息狀態，30秒記錄時間內，S3出現的總次數)、
%S4 (%S4計算公式為%S4=d。,腦％，其中aS4為受試者完成1750 7000焦耳
N
運動后，30秒記錄時間內，S4出現的總次數，N為運動后30秒內總心動周期數，bS4為運 動前靜息狀態，30秒記錄時間內，S4出現的總次數)、CCCT(l)、 CCCT(1/4)。
其中心電圖指標包括P-P間期、P-R間期、S-T間期。
心音圖和心電圖綜合指標EMAT (Q波的起點到S1幅值最大點的時間間隔)、AAFT (P波的起點到S1的時間間隔)、PAFT (S2到P波的時間間隔)。 血壓指標收縮壓、舒張壓、平均動脈壓。 主要指標分級方法和醫學意義
D/S比的臨界值選作1.5。孕婦D/S逐漸降低，提示心臟自身供血時間逐漸縮短。本系 統將D/S分為五級1級21.50、 2級1.49-1.40、 3級1.39-1.30、 4級1.29-1.20、 5級<1.20。
1級表示舒張期心臟供血時間充足，2級表示舒張期心臟供血時間輕度縮短，3級表示舒張 期心臟供血時間中度縮短，4級表示舒張期心臟供血時間中度縮短，5級表示舒張期心臟供血時間重度縮短。
Sl/S2的統計值為1.89±0.94，分為以下三種情況
1. Sl/S2生理性代償性增高(Sl/S2>3.7):見于體力活動、第l-2產程、情緒激動等情 況，會自然復原。Sl/S2比值可用來無創評估孕期和產程中心臟儲備動態變化和產程中產婦 的安全性。
2. Sl/S2病理性代償性增高(Sl/S2>3.7):見于多種心肺和血管疾病以及對心血管功能 有重大影響的疾病，如高血壓、慢性阻塞性肺疾病、甲亢、糖尿病等。
3.Sl/S2降低當血壓偏低時，若S1/S2比值〈，提示血壓偏低可能由心力減弱所致。 T1/M1分級
Tl/M1^3時，提示右心負荷過重，有右心衰竭危險。這時可用T1/M1監測整個診療過 程，以期對慢性肺原性心臟病右心室肥大的診斷依據中的敘述"劍突下心音較心尖區心音強" 給以客觀量化的指標。 S1和S2倒置提示心肌處于缺氧狀態，心臟微調現象出現，即心力調節與心率調節之 間的差異現象。例如，在運動應激過程中，心力變異性與心率變異性是不同向的，在運動 應激的恢復過程中，心力恢復趨勢與心率恢復趨勢是不同步的。
%S3和。/oS4:
%S3:受試者。/。S3^5。/。，提示心臟負擔加重，左心室舒張末期壓力增加和順應性下降， 用于普通人群心臟功能檢測、冠心病的診斷及冠心病患者心臟功能檢測。
%S4:受試者e/。S4^5Q/。，提示心臟負擔加重，左心室舒張末期壓力增加和順應性下降，
用于普通人群心臟功能檢測、冠心病的診斷及冠心病患者心臟功能檢測。
CCCT分級
CCCT (1)的臨界值選作5; CCCT (1/4)的臨界值選作"3"。六分鐘步行試驗后心力 變化趨勢CCCK3，提示心力儲備降低，指導臨床具體分析原因。 心音圖和心電圖綜合指標
EMAT心臟衰竭評估指標；PAFT、 AAFT急性心肌梗死和心肌缺血評估指標。 獲取各檢測分析指標的方法
將心音傳感器固定在受試者各指標獲取對應的聽診區(如圖3所示)，將體表心電極固腳踝，血壓袖帶固定在受試者左手上臂；心音、心電、 血壓信號經信號調理后輸入到計算機；計算機處理系統，通過USB驅動程序及各模塊中儲 存的特征信息，實現對各模塊的識別，建立與硬件系統的通信連接，完成對心音、心電、 血壓信號的記錄、預處理、數據分析、顯示，數據存儲。其中信號記錄、預處理、顯示由 圖形化編程系統設計平臺Labview8.20編程實現；數據庫存儲采用MySQL Server5.0.67數據 庫，由圖形化編程系統設計平臺Labview8.20編程實現；數據分析處理算法采用Matlab7.0 編程，并通過labviewMathScript節點無縫的嵌入軟件系統，對記錄的數據進行處理，提取 相關波形的特征點，并計算出相關指標。
心臟儲備指標、心音圖和心電圖綜合指標、心電圖指標提取如圖5所示
其中，心臟儲備指標的獲取首先，對采集得到的心音信號采用自適應提升小波變換 進行去噪預處理；然后，對預處理后的信號采用希爾伯特-黃變換，獲取各階固有模態函數 (IMF)。選取第一和第二階固有模態函數進行希爾伯特變換，得到心音的包絡；最后，采用 希爾-伯特黃變換結合人工修正的方法，對第一心音(S1)和第二心音(S2)進行了定位，獲取 Sl/S2， D/S，心率指標、S1和S2倒置。
T1/M1:通過對劍突和心尖兩次記錄的心音信號Sl定位，取兩次S1幅值最大值，相除 得到T1/M1的指標值。
按上述規則計算的特征點一般來說是準確的，可以正確處理數據文件。但當病人之間 的個體差異比較嚴重，或信號受到干擾造成波形改變而影響識別算法識別，或出現大量的 心臟雜音，需要在特征識別上增加人工修正，以得到準確的指標值。
其中，心電圖指標的獲取先對采集的心電信號采用自適應提升小波變換進行去噪預 處理，然后采用希爾-伯特黃變換結合人工修正的方法，對心電信號進行實時分析、識別病 人心電圖的P波、QRS波、T波、ST段(首先識別R波，然后在QRS波附近，按照P波、 T波與R波在心臟電生理上的時間間隔搜索P波和T波)，確定P、 QRS、 T波分界點后， 進行各種參數測量和計算，并顯示在計算機屏幕上。測量參數包括P-P間期、P-R間期、S-T 間期指標值。
按上述規則計算的特征點一般來說是準確的，可以正確處理數據文件。但當病人之間 的個體差異比較嚴重，或信號受到干擾造成波形改變而影響識別算法識別，需要在特征識別上增加人工修正，以得到準確的指標值。
心音圖和心電圖綜合指標在S1， S2， P波，QRS波識別的基礎上，加入人工修正， 提取EMAT、 AAFT、 PAFT指標值。
無創血壓指標獲取基于測振法的基本原理，通過分析壓力階梯的脈搏信號實現對泵 和閥的控制，進而實現循環的階梯壓力檢測，同時對每一階梯上的信號進行調理、分析， 通過曲線擬合計算平均動脈壓，通過對階梯放氣后的脈搏波包絡拐點檢測，實現收縮壓、 舒張壓指標提取。
利用基于心音和心電的心臟功能檢測系統可以獲得上述系統的、全面的指標，了解不 同的指標及其組合即可實現不同類型受試者的身體狀況檢測，具體來講包含下述幾種但不 局限于以下幾種情況
1、 無脈性電活動檢測方法，通過采用一種基于心音和心電的心功能檢測系統，對病人 同時進行心音、心電和無創血壓檢測，提取心臟儲備靜息指標、心電圖指標、無創血壓指 標實現無脈性電活動檢測；其中，當心臟儲備指標D/S， Sl/S2，心率開始下降，提示心臟 儲備降低，心臟泵功能開始減弱；當QRS波群出現之后，在20 40mS間隔內沒有出現Sl， 同時血壓指標值降低，提示心臟處于無脈性電活動狀態。
2、 心律不齊患者的心臟功能檢測方法，通過采用一種基于心音和心電的心功能檢測系 統，進行心電圖檢測，當獲取的心電圖指標異常，顯示受試者為心律不齊患者時，同時進 行心音、心電、無創血壓的檢測，提取心臟儲備指標、心音圖和心電圖綜合指標、心電圖 指標、無創血壓指標，從心力、心律、心率、血壓四個方面，同時全面評估心律不齊患者 的心臟功能狀態。
3、 孕產婦心臟功能檢測方法，通過采用一種基于心音和心電的心功能檢測系統，對孕 產婦同時進行心音、心電、無創血壓的檢測，獲取心臟儲備靜息指標、心音圖和心電圖綜 合指標、心電圖指標、無創血壓指標，從心力、心律、心率、血壓四個方面，同時全面評 估孕產婦的心臟功能狀態；特別是同時采用D/S、 Sl/S2、 HR、 Sl和S2倒置指標評估孕產 婦的心臟功能狀態。
4、 圍麻醉期和圍手術期病人或危重病人心臟功能檢測方法，通過采用一種基于心音和 心電的心功能檢測系統，對圍麻醉期和圍手術期病人或危重病人同時進行心音、心電、無創血壓的檢測，獲取心臟儲備靜息指標、心音圖和心電圖綜合指標、心電圖指標、無創血 壓指標，從心力、心律、心率、血壓四個方面，同時全面評估圍麻醉期和圍手術期病人或 危重病人的心臟功能狀態；特別是同時采用D/S、 Sl/S2、 HR心臟儲備指標評估圍麻醉期和 圍手術期病人或危重病人的心臟功能狀態；其中，心臟儲備靜息指標S1和S2倒置不檢測。
5、運動員心臟功能檢測方法，通過采用一種基于心音和心電的心功能檢測系統，對運 動員同時進行心音、心電、無創血壓的檢測，獲取心臟儲備指標、心音圖和心電圖綜合指 標、心電圖指標、無創血壓指標，從心力、心律、心率、血壓四個方面同時全面評估運動 員的心臟功能狀態；特別是同時采用D/S、 Sl/S2、 S1和S2倒置、HRI、 CCCT (1)、 CCCT (1/4)指標評估運動員的心臟功能狀態。
本發明不限于本說明書所例舉的實施方式。本領域普通技術人員采用公知的技術，作 出不脫離本發明的各種變化或改型均屬于本發明保護的范圍。
權利要求
1、一種基于心音和心電的心臟功能檢測系統，包括多生理參數信號硬件采集和處理模塊、USB HUB模塊、計算機處理系統和輸出設備，其特征在于所述多生理參數信號硬件采集和處理模塊由相互并聯的具有獨立的A/D轉換和USB通信控制功能的心音采集模塊、心電采集模塊和無創血壓采集模塊組成，分別用于采集受試者的心音信號、心電信號和手臂動脈脈搏波信號，并將采集得到的上述信號通過USB總線輸入USB HUB模塊，USB HUB模塊實現人體與計算機之間的電氣安全隔離并將輸入的信號傳輸給計算機處理系統，由計算機處理系統對上述信號進行處理從而得到受試者的心臟儲備指標、心音圖和心電圖綜合指標、心電圖指標和無創血壓指標，所述指標通過輸出設備輸出。
2、 根據權利要求1所述的基于心音和心電的心臟功能檢測系統，其特征在于所述 USB HUB模塊包括電氣安全隔離電路、USB HUB控制器和USB總線接口 ；電氣安全隔離 電路采用DC-DC隔離電源模塊實現電源的電氣隔離，采用磁隔離器件實現信號的電氣隔離。
3、 根據權利要求1或2所述的基于心音和心電的心臟功能檢測系統，其特征在于所 述心音采集模塊包括心音傳感器、心音分頻段電路、增益控制電路、電平調理電路、A/D 轉換和USB通信控制電路；心電釆集模塊包括體表心電極和三導聯一體式心電導聯線、前 置級安全保護電路、前置放大電路、帶通濾波電路、50Hz陷波電路、電平調理電路、右腿 驅動電路、A/D轉換和USB通信控制電路；手臂動脈脈搏波信號采集模塊包括血壓袖帶、 袖帶壓力和脈搏信號檢測電路、氣泵氣閥控制電路、電平調理電路、A/D轉換和USB通信 控制電路，氣泵氣閥控制電路和電平調理電路并聯于袖帶壓力和脈搏信號檢測電路、A/D 轉換和USB通信控制電路之間。
4、 根據權利要求3所述的基于心音和心電的心臟功能檢測系統，其特征在于所述心 音分頻段電路由超低頻電路、極低頻電路、低頻電路、中頻電路和高頻電路組成；其中， 超低頻電路頻段為0.05-5Hz;極低頻電路頻段為5-30Hz;低頻電路頻段為30-80Hz;中頻 電路頻段為80-120Hz;高頻電路頻段為120-1000Hz。
5、 根據權利要求1所述的基于心音和心電的心臟功能檢測系統，其特征在于所述心 臟儲備指標、心音圖和心電圖綜合指標、心電圖指標以及無創血壓指標同步采集而得。
6、根據權利要求1或5所述的心臟功能檢測系統，其特征在于所述心臟儲備指標包括心臟儲備靜息指標和心臟儲備運動指標，心臟儲備靜息指標包括Sl/S2、 D/S、 T1/M1、 S1和S2倒置和心率；心臟儲備運動指標包括HRI、 ％S3、 ％S4、 CCCT(1)禾Q CCCT(l/4);所述心電圖指標包括P-P間期、P-R間期和S-T間期；所述心音圖和心電圖綜合指標包括EMAT、 AAFT和PAFT;所述無創血壓指標包括收縮壓、舒張壓和平均動脈壓；其中，％S3計算公式為%S3=aS3-bS3xlOO%，其中aS3為受試者完成1750 7000N焦耳運動后，30秒記錄時間內，S3出現的總次數；N為運動后30秒內總心動周期數；bS3 為運動前靜息狀態，30秒記錄時間內，S3出現的總次數；%S4計算公式為%S4=d ,100% ，其中aS4為受試者完成1750 7000焦耳運N動后，30秒記錄時間內，S4出現的總次數；N為運動后30秒內總心動周期數；bS4為運動 前靜息狀態，30秒記錄時間內，S4出現的總次數。
全文摘要
本發明涉及一種基于心音和心電的心臟功能檢測系統，包括多生理參數信號硬件采集和處理模塊、USB HUB模塊和計算機處理系統，多生理參數信號硬件采集和處理模塊由具有獨立的A/D轉換和USB通信控制功能的心音采集模塊、心電采集模塊和無創血壓采集模塊組成，USB HUB模塊實現人體與計算機之間的電氣安全隔離并將輸入的信號傳輸給計算機處理系統。本系統從心力、心律、心率、血壓四個方面同時分析心臟功能狀態，能夠實現心肌缺氧檢測、無脈性電活動檢測、心律不齊患者的心臟儲備檢測等，有助于提早發現心臟異常及時采取相應的醫療措施；提高心臟疾病診斷的準確性，以及心臟病患者的生存率；有助于降低患者的醫療負擔。
文檔編號A61B5/024GK101518439SQ20091010343
公開日2009年9月2日 申請日期2009年3月24日 優先權日2009年3月24日
發明者林輝杰, 東 王, 肖守中, 郭興明 申請人:重慶大學