1、第三部分第三部分 生物医学信号数字处理生物医学信号数字处理技术的应用技术的应用（ Applications of Biomedical Digital Signal Processing Techniques）docin/sundae_meng第十二章第十二章 心血管系统电信号处理心血管系统电信号处理(Processing Electro-signal from Cardiaovascular System) 心血管系统电信号简称心电信号（心血管系统电信号简称心电信号（ ECS: electrocardiosignal）。）。 ECS处理的目的是根据心电处理的目的是根据心电信号的特征推断心血管
2、系统的状态（正常或异常）信号的特征推断心血管系统的状态（正常或异常），并据之作出医学决策：药物治疗，还是外科治疗，并据之作出医学决策：药物治疗，还是外科治疗，还是介入治疗（如射频消融、起搏、除颤等）。，还是介入治疗（如射频消融、起搏、除颤等）。docin/sundae_meng 从从 1901年荷兰莱顿大学的年荷兰莱顿大学的 Einthoven用弦线式电用弦线式电流计（流计（ string galvanometer）记录心电信号，并）记录心电信号，并将正常心电波的主要波形命名为将正常心电波的主要波形命名为 P、 Q、 R、 S、 T算起，对心电信号的记录和处理的历史已跨过了算起，对心电信号的记
3、录和处理的历史已跨过了100年。在生物医学信号处理中，对心电信号中年。在生物医学信号处理中，对心电信号中所含信息的挖掘是最为深入的，并使用了种类繁所含信息的挖掘是最为深入的，并使用了种类繁多的信号处理技术。最近出版的专著多的信号处理技术。最近出版的专著 临床心电临床心电信息学信息学 对所涉及的技术范围，从临床的角度，对所涉及的技术范围，从临床的角度，进行了比较全面的收集。现在心血管疾病是发病进行了比较全面的收集。现在心血管疾病是发病和死亡率最高，对人类生命威胁最大的疾病，因和死亡率最高，对人类生命威胁最大的疾病，因此在临床工作中，县级以上的医院都普遍利用心此在临床工作中，县级以上的医院都普遍利
4、用心电信号中所含的信息，普遍使用记录心电信号的电信号中所含的信息，普遍使用记录心电信号的心电图机。心电图机。docin/sundae_meng 对心电信号的显示和记录技术也是多种多样的。对心电信号的显示和记录技术也是多种多样的。目前对于普通系统（以常规诊断为目的的短时记目前对于普通系统（以常规诊断为目的的短时记录），临床上最常用的是纸记录。模拟心电记录录），临床上最常用的是纸记录。模拟心电记录设备（一般称为心电图机）用的是模拟方式进行设备（一般称为心电图机）用的是模拟方式进行纸记录。数字心电图机可以数字打印输出，也可纸记录。数字心电图机可以数字打印输出，也可经过数模转换技术用模拟方式进行纸记录
5、。对于经过数模转换技术用模拟方式进行纸记录。对于动态心电系统（常称为动态心电系统（常称为 Holter系统），先用特制系统），先用特制慢速磁带（早期）或半导体（近期）记录系统，慢速磁带（早期）或半导体（近期）记录系统，然后（一天）读入计算机进行分析。对于监护设然后（一天）读入计算机进行分析。对于监护设备一般用电子显示（波形和数字）报警技术。备一般用电子显示（波形和数字）报警技术。对心电信号的获取技术分为无创（体表）技术、对心电信号的获取技术分为无创（体表）技术、微创技术（经由心导管记录心内心电信号）、有微创技术（经由心导管记录心内心电信号）、有创技术（心脏手术时体内记录）。创技术（心脏手术时体
6、内记录）。docin/sundae_meng 记录在纸上的心电信号称为记录在纸上的心电信号称为 “心电图心电图 ”，因此临床，因此临床上有上有 “时域心电图时域心电图 ”， “频域心电图频域心电图 ”， “高频心电图高频心电图 ”， “平静心电图平静心电图 ”， “运动心电图运动心电图 ”（如活动平板心电（如活动平板心电图），图）， “普通心电图普通心电图 ”， “向量心电图向量心电图 ”， “立体心电立体心电图图 ”等术语。对记录在纸上的各种各样的心电信息等术语。对记录在纸上的各种各样的心电信息而论，这是比较准确的。在大量文献中，常把用而论，这是比较准确的。在大量文献中，常把用计算机技术对心
7、电信号的处理称为心电图计算机技术对心电信号的处理称为心电图(electrocardiogram)处理，本书则称为对心电信处理，本书则称为对心电信号（号（ ECS:electrocardiosignal）的处理，如心电）的处理，如心电信号的傅立叶变换（信号的傅立叶变换（ the Fourier transformation of ECS），因为这里处理的是数字化的心电信号），因为这里处理的是数字化的心电信号，而不是处理描在记录纸上的，而不是处理描在记录纸上的 “图图 ”。docin/sundae_meng 本章将分别介绍常规心电信号数字处理、心电监本章将分别介绍常规心电信号数字处理、心电监测（测
8、（ electrocardiosignal monitoring）、高频心电）、高频心电信号处理信号处理 (high frequency eletrocardiosignal processiing)、运动心电信号处理、运动心电信号处理 (exercise eletrocardiosignal processiing)、心房和心室晚电、心房和心室晚电位（位（ atrial and ventricular late potential）检测、）检测、房颤波分析房颤波分析 (atrial fibrillation wave analysis )和多和多点电位标测点电位标测 (multiple el
9、ectrocardiac potential mapping)等技术。等技术。docin/sundae_meng第一节第一节 常规心电信号数字处理常规心电信号数字处理（ Routine Digital Processing for ECS） 一、概述一、概述 常规心电信号处理系统有分时常规心电信号处理系统有分时 12导联单道记录式、导联单道记录式、分时分时 12导联三道记录式、同时导联三道记录式、同时 12导联导联 3道记录式、道记录式、 6道记录式、道记录式、 12道记录式。同时（临床上多称为同步道记录式。同时（临床上多称为同步） 12导联系统（导联系统（ 12 lead simultane
10、ous electrocardiograph）又分为真实）又分为真实 12导联和计算导联和计算 12导联（实际导联（实际 8导联：导联： 2个双极标准导联，个双极标准导联， 6个单极胸个单极胸导联）。现代心电图机，几乎都是计算机化的数字导联）。现代心电图机，几乎都是计算机化的数字系统，国际标准推荐系统，国际标准推荐 500Hz采样频率，因此，所谓采样频率，因此，所谓同时（或同步）也是相对的，因为同时（或同步）也是相对的，因为 AD转换器是单道转换器是单道的，道间时差的，道间时差 2ms。如果采用真实。如果采用真实 12导联技术，则导联技术，则第一道与最后第一道与最后 1道间相差道间相差 24m
11、s。docin/sundae_meng 为了尽可能保持同时性，都采用采样保持技术。为了尽可能保持同时性，都采用采样保持技术。但是采样保持电路有有限的时间常数（时间常数但是采样保持电路有有限的时间常数（时间常数过大，不利于信号清除）因而采样保持信号也会过大，不利于信号清除）因而采样保持信号也会随时间而衰减，因此难于达到真正的随时间而衰减，因此难于达到真正的 12导联的同导联的同时性。可考虑的提高同时性的措施是采用更高的时性。可考虑的提高同时性的措施是采用更高的采样频率（如采样频率（如 20KHz），然后以），然后以 500Hz的采样率的采样率二次抽取二次抽取 (40抽抽 1)。 docin/su
12、ndae_mengdocin/sundae_meng 配合配合 500Hz的采样率，心电信号放大系统应有最的采样率，心电信号放大系统应有最高高 250Hz的高端截止频率。时间常数的高端截止频率。时间常数 3s（相当于（相当于0.05Hz的低端截止频率）。对于描笔式心电图机的低端截止频率）。对于描笔式心电图机，由于描笔的响应频率，由于描笔的响应频率 80100Hz，因此，更高的，因此，更高的频率成分会被描笔这种机械滤波器滤掉，所以对频率成分会被描笔这种机械滤波器滤掉，所以对于这种系统，采用的采样频率为于这种系统，采用的采样频率为 100Hz。当放大。当放大系统的通带为系统的通带为 .0.05250Hz时，这样的采样率获时，这样的采样率获得的数字信号不宜做频域分析。得的数字信号不宜做频域分析。计算机化心电信号数字处理系统，又称为心电工计算机化心电信号数字处理系统，又称为心电工作站（作站（ electrocardiac work station），其框图如），其框图如图图 12-1。它有模拟和数字部分。它有模拟和数字部分。 docin/sundae_meng
