專利名稱：一種動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生理、身體參數(shù)測試領(lǐng)域，具體涉及記錄與使用者日常動態(tài)情景高度 相關(guān)的心電圖信號記錄與分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對于難以通過儀器短時間監(jiān)測捕獲的異常生理信號，醫(yī)生需要一種可以長時間連 續(xù)記錄生理參數(shù)和相關(guān)狀態(tài)的設(shè)備。另外，心律失常等心臟異常事件不但具有偶發(fā)性，而且 往往只在日常生活中伴隨使用者的某種特殊活動發(fā)生，而在醫(yī)院的靜態(tài)環(huán)境下很少發(fā)生， 因此急需一種可長時間記錄生理特征，并同時記錄使用者日?；顒拥尼t(yī)療設(shè)備。Holter作 為一種動態(tài)心電圖記錄系統(tǒng)，記錄使用者M-48小時內(nèi)連續(xù)的心電圖信號，并通過使用者 手工記錄的方式記錄使用者的活動信息。醫(yī)生可以通過回放和分析軟件查看使用者的心臟 異常事件以診斷使用者潛在的心臟疾病。人體的各個器官是相互影響的，心臟的活動是一個不斷與與自主神經(jīng)系統(tǒng) (Autonomic Nervous System ANS)控制和人體運動系統(tǒng)動態(tài)交互過程，心電圖信號與被測 者的活動類型、活動強度、以及心情高度相關(guān)。很多心臟異常事件往往發(fā)生在使用者活動類 型轉(zhuǎn)變或活動強度增強的情景下，而傳統(tǒng)的Holter只是記錄單一的心電圖信號，并要求使 用者記錄當天的活動內(nèi)容。使用者的活動記錄難以與心電圖配準，使用者記錄往往帶有主 觀和模糊因素，更壞的情況是有的甚至不能記錄，或忘記記錄。這樣，在很多情景下，醫(yī)生無 法確定使用者發(fā)生心律失常事件的具體情景，從而無法給出準確的診斷。另一方面，運動信 息本身也是人體一種重要的健康指標。增加了運動信息的檢測、分類和度量，無疑將為醫(yī)生 的診斷提供更有用的信息。例如，運動異常，明顯缺乏運動，各種運動狀態(tài)下的心電圖變化，寸。為了在人們的日常生活中記錄心電圖以及相關(guān)的活動及心情，有不少相應(yīng)的工作 和發(fā)明。例如美國公布的發(fā)明2009(^99207是一種獲取人們心電圖的微型系統(tǒng)。美國專 利5036856則是一種檢測心電圖、活動心情的設(shè)備?；顒雍托那樾盘柕挠涗浛梢耘cHolter 的心電圖信號記錄分別進行，然后把這三種信號相關(guān)，或這三種信號的記錄同時存在于一 個設(shè)備中。中國公布的發(fā)明“具有人體運動狀態(tài)及姿態(tài)檢測功能的動態(tài)心電圖儀”，申請?zhí)?200910232292. O完全與美國專利5036856類似，也提出了檢測運動和姿態(tài)信號。上述專利或公布的發(fā)明，僅僅提出了檢測和記錄心電圖的同時，檢測活動和心情 信號，它們提出了記錄這些信號的電路和記錄設(shè)備的大體的結(jié)構(gòu)，并沒有提出檢測這些信 號的傳感器在人體上的放置位置，也沒有提出如何對這些信號進行處理和分析的方法，更 沒有提出如何相關(guān)、融合和分析這些信號的方法。也就是說，由于心臟的活動是通過與自主 神經(jīng)系統(tǒng)、運動系統(tǒng)交互交互完成的，要研究和診斷心臟的狀態(tài)和疾病，人們必須同時記錄 和分析心臟、運動和心情。要達到這一目標，有四個重要工作1)用什么傳感器、放置在身 體的哪個部位；幻記錄設(shè)備的組成；；3)心電圖、運動和心情信號的處理和分析。這里，不同 的傳感器設(shè)置將要求不同的分析方法。4)多種傳感器數(shù)據(jù)和信息的融合和分析方法。這是把這一醫(yī)療設(shè)備走向應(yīng)用的關(guān)鍵。以上這些發(fā)明和專利，僅僅涉及了上述4點中的第2點， 沒有涉及更為重要的其它3點。中國專利200710119869. 8“一種身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)”，全面地涉及了上述4個 重要方面，提出了實時監(jiān)測人體心電圖和其它生理信息的同時，監(jiān)測當時“情景”的理念。并 定義了“情景”的三個方面，即運動、環(huán)境和心理，提出了有情景多傳感器信息融合的基本方 法，以及從監(jiān)測設(shè)備到提供醫(yī)療服務(wù)的服務(wù)器系統(tǒng)框架。但該專利并沒有具體涉及本發(fā)明 所涉及的具體內(nèi)容，即傳感器設(shè)置和穿戴方法、運動分類和分析，以及和以運動為條件的 心電圖分析方法和系統(tǒng)軟件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)包括心電圖和運動傳感器單元， 數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸單元，還包括分析和軟件單元；其中所述心電圖和運動傳感器單元 (100)包括心電圖傳感器電極(101)和運動傳感器(102)。進一步，所述心電圖和運動傳感器單元的心電圖傳感器電極可以為金質(zhì)、銀質(zhì)、貼 片、導(dǎo)電布；所述心電圖和運動傳感器單元的運動傳感器可以是加速度計、陀螺儀、磁力計、 計步器、肌電傳感器。作為本發(fā)明的一個顯著特征，所述運動傳感器與心電圖傳感器電極可以封裝在一 起，也可以單獨使用；運動傳感器放置位置可以在軀干和兩個大腿、兩個小腿上；心電圖傳 感器電極可按常規(guī)心電圖電極位置放置，也可根據(jù)需要放在其它位置。所述數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸單元包括信號放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、時鐘、微處理器、存 儲裝置和數(shù)據(jù)傳輸模塊。所述分析方法和軟件單元包括心電自動分析模塊、運動分類和強 度分析模塊、活動情景下綜合分析模塊，以及評估和報告模塊。上述動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)所使用的一種分析方法，包括心電信號分 析、運動狀態(tài)分析和運動情景的心電綜合分析三部分。所述心電信號分析包括以下步驟(1).對心電圖信號進行去噪聲和去基線漂移處理，然后進行QRS波形結(jié)構(gòu)的檢 測，獲得心率信號；(2).基于QRS波結(jié)構(gòu)，進一步檢測ST段、ρ波、T波等典型心電圖子波，對心電圖 波形的形態(tài)進行分析，從而檢測到早搏、ST段上抬和下移等異常波形。所述運動狀態(tài)分析包含對運動類型間時間相關(guān)的分類和運動速度的估計，包括以 下步驟(1).首先使用HR低通濾波器將從三維加速計數(shù)據(jù)中分離重力加速度和被測者 活動加速度；(2).用三種特征分別描述被測者活動強度，身體姿態(tài)和過渡活動，這些特征分別 為信號幅度面積，加速計軸與重力方向的夾角和累積變化量；(3).構(gòu)建活動類型時間相關(guān)性模型，表現(xiàn)為類型間轉(zhuǎn)移圖，對人體躺、起身、坐、躺 下、起立、站、坐下、走、跑9種最為常見的活動采用狀態(tài)轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)，并通過概率決策模型來 進行活動分類決策。分析方法和軟件單元進一步提出了兩個以運動為條件的心電分析方法一是考慮了運動的心率變異性分析。這種新型的心率變異性度量，可以直接應(yīng)用于一些疾病，如心肌 缺血等的預(yù)測。另一個是運動情景下心率和心電圖形態(tài)變化監(jiān)測方法。使用它，我們可以 提高有氧運動的效率，警示運動中可能導(dǎo)致猝死的心律失常的出現(xiàn)。這種“動態(tài)心電和運動 記錄與分析系統(tǒng)”提供了全新的日常情景下心電監(jiān)測和狀態(tài)分析方法，將分析結(jié)果自動提 供給醫(yī)生，家人或使用者本人，使得醫(yī)生能夠進行更為準確的進行診斷，使用者能夠及時了 解自己的身體狀況。同時，動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)體積小，重量輕，能夠滿足長時 間記錄過程中佩帶舒適的要求。動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)還包括運行于計算裝置的分析方法和軟件單元。 該軟件用于錄入使用者個人信息，讀取和回放記錄裝置的心電圖信號，分析使用者心電圖 信號的基本參數(shù)和異常事件，并自動檢測某個特殊時間點對應(yīng)的用戶運動類型和強度，檢 測運動異常，如摔倒，以及異常時的心電圖信號反映，計算各種運動強度下的心電圖參數(shù)以 及它們隨運動強度的變化。該軟件還提供用戶操作接口，供醫(yī)生查看、修改、更正檢測結(jié)果， 同時顯示和打印最終檢測報告。根據(jù)本發(fā)明該方面的一個實施例，新一代動態(tài)心電記錄與分析系統(tǒng)中的分析方法 和軟件單元通過USB通信口讀取數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸單元的信號，也可以通過無線通信， 實時從數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸單元中取得信號，對檢測到的心電圖和運動數(shù)據(jù)進行實時分 析，實現(xiàn)用戶心臟系統(tǒng)的實時監(jiān)測、分析、預(yù)警和建議。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在傳感器設(shè)置和穿戴方法、運動分 類和分析，以及以運動為條件的心電圖分析方法上等發(fā)明實現(xiàn)了創(chuàng)新，由此產(chǎn)生了 “動態(tài)心 電和運動記錄與分析系統(tǒng)”或稱“新一代Holter”。具體來說有以下幾點(1).傳感器設(shè)置和穿戴方式靈活，運動傳感器與心電圖傳感器電極可以封裝在一 起，也可以單獨使用，心電圖傳感器電極可按常規(guī)心電圖電極位置放置也可按需要放置。(2).考慮了人體運動前后關(guān)聯(lián)的特性，對人體躺、起身、坐、躺下、起立、站、坐下、 走、跑9種最為常見的活動進行高精度的運動分類。(3).增加考慮了運動情景下的心率變異性分析，及相應(yīng)的度量，可以直接應(yīng)用于 診斷。(4)提出了一種運動情景下心率和心電圖形態(tài)變化分析方法，可用于有氧運動的 監(jiān)測、優(yōu)化和異常狀態(tài)預(yù)警。


圖1是本發(fā)明的邏輯方框圖。其中，100為心電圖和運動傳感器單元，200為數(shù)據(jù) 獲取、存儲和傳輸單元，300為分析方法和軟件單元，301為300中的心電圖自動分析模塊， 302為運動分類和運動強度估計模塊，303為基于運動情景的綜合分析模塊。圖2是本發(fā)明的一個實施例中的心電電極的佩戴位置圖。其中101為心電電極， 102為加速度傳感器等運動傳感器，210為帶子。圖3是本發(fā)明的另一個實施例中的心電電極的佩戴位置圖。其中101為心電電極， 102為加速度傳感器等運動傳感器，210為帶子。圖4是為運動分類處理流程圖。圖5是人體9種最為常見的活動(躺，起身，坐，躺下，起立，站，坐下，走，跑)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變拓撲結(jié)構(gòu)。圖6是對圖1的方框圖進一步細化后的系統(tǒng)組成框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步的說明。圖2示出了用于在日常生活中記錄動態(tài)心電圖信號與運動信號的分析系統(tǒng)的佩 帶圖。動態(tài)心電圖記錄裝置包括兩個以上的諸如電極101之類連接到人體體表的心電圖電 極傳感器、附屬在至少一個心電電極101上的運動傳感器102，數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸單元 200以及一條方便長時間穿戴的佩帶210。這里，三個心電圖電極分別安放在如圖中的胸部 位置，以測量常規(guī)心電圖的Vl和V4導(dǎo)聯(lián)。其中右肩胛位置是參考點。心電圖電極使用常 規(guī)的電極片，并貼到相應(yīng)的位置。人體姿態(tài)和運動往往表現(xiàn)在軀干的方位和運動上。因此， 我們把運動傳感器附著在Vl電極上，可以測量軀干的方位和運動。為了小型、重量輕、宜穿 戴，將運動傳感器與心電電極一起封裝，以便方便和牢固地貼到胸前。這樣，數(shù)據(jù)獲取、存儲 和傳輸單元200用帶子210掛在胸前，也可以別在腰間。圖3示出用于在日常生活中記錄動態(tài)心電圖信號和運動信號的另一種結(jié)構(gòu)和佩 戴圖。圖中以Vl和V5兩個導(dǎo)聯(lián)為例，心電電極分別附著在胸前的Vl和V5位置，以及右肩 胛參考點位置。這里，運動傳感器直接放置在數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸單元200之中。為了使 運動傳感器能測量軀干的方位和運動，把獲取、存儲和傳輸單元200以一條方便長時間穿 戴的佩帶210束在胸前。圖2和圖3中所示的結(jié)構(gòu)示出了 Vl和V5兩個導(dǎo)聯(lián)情況。按照常規(guī)心電圖電極位 置的結(jié)構(gòu)或其它合理的結(jié)構(gòu)，我們完全可以根據(jù)需要，方便地實現(xiàn)1到12個導(dǎo)聯(lián)的結(jié)構(gòu)。圖2和圖3分別示出了把運動傳感器與心電圖電極一起貼在胸前，和將運動傳感 器放入數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸單元200之中束在胸前的兩種結(jié)構(gòu)和方法，來采集人體軀干 的方位和運動，從而推導(dǎo)人體運動類型和運動強度。運動傳感器也可以放置于軀干的其它 部位，或放置于頭上。也可以同時放置多組運動傳感器于身體的不同的部位，共同推導(dǎo)出人 體運動類型和強度。為了推導(dǎo)人體運動，運動傳感器的放置有如下幾種形式1)單組運動傳感器，放置于軀干或頭上。若置于軀干，使用測量出的方位，則可推 導(dǎo)出人體的各種姿態(tài)，如坐、躺、走、跑、摔等。使用運動傳感器的動態(tài)變化水平，可以推導(dǎo)出 人體運動的某些參數(shù)，如運動強度，步行與跑步的步頻。2)多組運動傳感器分別放置在軀干、兩個大腿上，或在軀干和兩個大腿、兩個小 腿、和兩個腳上放置運動傳感器。從測量到的運動信息，推導(dǎo)出人體各種姿態(tài)和步態(tài)。由于 信息比較齊全，推導(dǎo)出的姿態(tài)種類比較多，也比較精確。3)進行上述運動分類和運動強度估計所用的運動傳感器102可以使用單一種類 的加速計或陀螺儀，也可以同時使用加速計和陀螺儀，也可以同時使用加速計、陀螺儀和磁 力計。有時候，也使用計步器、肌電傳感器等等。在本發(fā)明的一個實施例中，運動傳感器102是一個微機電(MEMQ的小型集成加速 計。它在圖2中與1個電極一起貼在胸前，在圖3中放在數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸單元200之 中佩戴在胸前。該傳感器能夠同時感應(yīng)人體運動產(chǎn)生的加速度和地球重力加速度，并將感 應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換為電信號傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器以轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)供分析軟件讀取和檢測使用者的運動類型和活動水平。圖2中的數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸單元200掛在使用者胸部，，數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸 單元200也可以根據(jù)實際需要佩帶在人體的其他部位。在本發(fā)明的實際應(yīng)用中可以采用多種心電圖信號采集電極傳感器，如金質(zhì)、銀質(zhì)、 貼片、導(dǎo)電布、等，通過多種方式與人體連接。連接的位置按照心電圖測量標準，記錄1到12 導(dǎo)聯(lián)的心電圖參數(shù)。一種動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)的方框圖示于圖6。其中心電圖和運動傳感 器單元100中的心電電極傳感器101和運動信號傳感器102分別將心電信號和運動信號轉(zhuǎn) 換為模擬電信號，輸入數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸單元200中。經(jīng)信號放大器201的去噪和放大 后，被模數(shù)轉(zhuǎn)換器202轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)輸入到微處理器204。微處理器204將數(shù)字數(shù)據(jù)存 儲到存儲裝置205中。時鐘203用于提供存儲時間和產(chǎn)生數(shù)據(jù)采樣時間間隔。輸入數(shù)據(jù)獲 取、存儲和傳輸單元200的供電由電池或其他便攜電源提供。有的情況下，運動傳感器102的輸出已經(jīng)是數(shù)字信號。在這樣的情況下，運動傳感 器102的數(shù)字信號可以直接輸入到微處理器204中。輸入數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸單元200的數(shù)據(jù)傳輸206有兩種形式一種是諸如USB 等標準有線數(shù)據(jù)接口。當與主計算機的主USB 口連接時，存儲裝置205中的數(shù)據(jù)被讀入心電 圖和運動分析方法和軟件單元300中。另一種形式是無線通信，如藍牙。微處理器204將 數(shù)字數(shù)據(jù)存儲到存儲裝置205中的同時，也將數(shù)據(jù)打上時間標記，送往無線傳輸模塊206， 并由無線傳輸模塊送往心電圖和運動分析方法和軟件單元300，進行實時分析和處理。心電圖和運動分析方法和軟件單元300存在于主計算機中，如通常的動態(tài)心電圖 機的主機。此時，心電圖和運動分析方法和軟件單元300通過USB標準接口讀入M-48小 時記錄的所有數(shù)據(jù)，進行批處理和分析，產(chǎn)生檢測報告。心電圖和運動分析方法和軟件單元300也可以通過無線傳輸方式，自數(shù)據(jù)獲取、 存儲和傳輸單元200不斷獲得數(shù)據(jù)，進行實時處理和分析。檢測可能的異常，向本人、家屬、 或醫(yī)生報警。心電圖和運動分析方法和軟件單元300包括心電圖自動分析模塊301，運動分類 和度量模塊302，綜合分析模塊303，評估和報告模塊304。心電圖自動分析模塊301首先對心電圖信號進行去噪聲和去基線漂移處理。其后 進行QRS波形結(jié)構(gòu)的檢測。由此，獲得了心率。基于QRS波結(jié)構(gòu)，進一步檢測ST段、ρ波、T 波等典型心電圖子波，對心電圖波形的形態(tài)進行分析。從而檢測到早搏、ST段上抬和下移 等異常波形。運動分類和強度模塊302獲得運動傳感器數(shù)據(jù)后，從運動數(shù)據(jù)中提取方位、強度、 和變化特征度量，并經(jīng)過分類器作運動分類。運動強度表現(xiàn)為運動傳感器數(shù)據(jù)的波動。波 動的程度和頻率即為運動強度的度量。心電圖和運動信息的綜合分析模塊303，以運動類型和強度為條件，對心電圖參數(shù) 進行各種分析。這包括靜態(tài)和各種運動強度下的心率變異性，心率變異性隨運動強度和時 間的變化；心率和心電圖形態(tài)隨運動的變化的監(jiān)測，特別是ST段隨運動強度的上抬或下移 量的監(jiān)測，對運動猝死的預(yù)防具有重要意義。評估和報告模塊304根據(jù)應(yīng)用要求，對多方面的指標和場景進行評估。例如，當發(fā)現(xiàn)摔到時，能否自己起來，有無伴隨心電圖異常，等，都是綜合評估的重點。又例如，將心率 變異性(HRV)在幾個月甚至幾年的時間區(qū)間的變化進行評估。如果心率變異性突然變小， 可能預(yù)示某種疾病。按照動態(tài)心電圖診斷要求，生成報告。報告內(nèi)容包括心電圖和運動的 主要參數(shù)，典型的波形和參數(shù)，異常波形檢測結(jié)果和典型的異常數(shù)據(jù)，心率變異性，心電圖 參數(shù)隨運動強度的變化曲線和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，等。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一個示范性實施例為用于記錄和分析使用者心電圖和運 動情景的方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)記錄使用者的1到12個導(dǎo)聯(lián)的心電圖信號，也可以記錄血氧 飽和度、呼吸、血壓、等生理參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明該方面的一個實施例，動態(tài)心電圖記錄與分析系統(tǒng)包括響應(yīng)用戶身體 運動類型和強度的傳感器，例如加速計、陀螺儀等慣性感應(yīng)裝置，或感應(yīng)肌肉活動電信號的 傳感器。本發(fā)明同時提出了一種心電圖自動分析方法，該方法包括了心電圖中的噪聲去 除，QRS波定位，R-R間期和心率計算和室性早搏的自動檢測。由于動態(tài)心電圖伴隨著被測者的日?；顒?，而日常活動在一定程度上會給心電圖 帶來干擾，為了準確分析被測者心電圖，本發(fā)明在自動檢測心電圖之前，對被測者的心電圖 信號進行了噪聲去除處理。噪聲去除處理采用了心電圖自動處理領(lǐng)域廣泛使用的離散小波 變換方法。離散小波變換將不需要的基線漂移和高頻率噪聲移除后，可以使得心電信號的 分析更為準確可靠。考慮到心電信號的多樣性和動態(tài)變化性，本發(fā)明中的QRS波定位方法采用了自適 應(yīng)門限檢測方法，對長時間記錄的被測者心電圖數(shù)據(jù)分成小的時間段依次處理。該方法不 依賴于被測者自身的心電圖特征而能夠準確定位其QRS波位置。同時，在噪聲去除后的心 電圖信號做了進一步處理，以抑制心電圖復(fù)波中幅值較大的P波和T波，并凸顯QRS波中的 R波，進一步提高檢測的正確率。自適應(yīng)門限的門限定義如(1)式所示。PS = TP_PN X RPeakVa lue+TP_PS X PSPN = FP_ PN X noi sePeakValue+FP_PN X PNTh = PN+ λ (PS-PN)(1)其中，PS為QRS波的R波峰值更新量，PN為其他雜波峰值更新量；TP_PN，TP_PS, FP_PN，F(xiàn)P_PN和λ均為常數(shù)；RPeakValue為當前檢測得到的R波峰值，noisePeakValue為 當前檢測得到的雜波峰值；Th為判決門限值，若有新的R波峰值高于該值，則認為該峰值為 當前檢測心電圖段的R波。在檢測得到R波位置之后，就可以根據(jù)相鄰兩個R波之間的時間間隔計算RR間 期。得到RR間期之后，就可以按照醫(yī)學(xué)上計算心率的方法得到被測者的心率，如式(2)所 示，其中HR為被測者心率，單位為“次/分鐘”，RRInterval為相鄰兩個R波之間的時間間 隔，單位為“秒”。
權(quán)利要求
1.一種動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)除包括心電圖和運動傳感器單元(100)，數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸單元(200) 外，還包括分析方法和軟件單元(300)，其中所述心電圖和運動傳感器單元(100)包括心 電圖傳感器電極(101)和運動傳感器(102)；所述心電圖傳感器(101)和運動傳感器(102)在人體上的放置位置和方法，特別是將 運動傳感器與心電電極封裝在一起的方法； 新型的動態(tài)心電圖自動分析方法； 考慮了運動類型間時間相關(guān)的分類和運動速度估計方法；考慮了運動情景的心率變異性度量，可以直接應(yīng)用于如心肌缺血等疾病的監(jiān)測和預(yù)m.θ ，運動情景下心率和心電圖形態(tài)變化監(jiān)測方法，用于提高有氧運動的效率，警示運動中 的心律失常；具有各種分析、統(tǒng)計、評估、報告功能的軟件單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)，其特征在于所述心電圖 和運動傳感器單元(100)的心電圖傳感器電極(101)為金質(zhì)、銀質(zhì)、貼片、導(dǎo)電布；所述心電 圖和運動傳感器單元(100)的運動傳感器(102)為速度計、陀螺儀、磁力計、計步器、肌電傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)，其特征在于所述運 動傳感器(102)與心電圖傳感器電極(101)，放置在軀干和兩個大腿、兩個小腿上；心電圖 傳感器電極(101)可按常規(guī)心電圖電極位置放置，也可以按需要放置在身體其他位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)獲 取、存儲和傳輸單元(200)包括信號放大器(201)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(202)、時鐘(203)、微處理器 (204),存儲裝置(205)和數(shù)據(jù)傳輸模塊(206)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)，其特征在于所述分析方 法和軟件單元(300)包括心電自動分析模塊(301)、運動分類和強度分析模塊(302)、運動 情景下綜合分析模塊(303 )，以及評估和報告模塊(304 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)，其特征在于所述心電自 動分析模塊(301)中的心電信號分析包括以下步驟(1).對心電圖信號進行去噪聲和去基線漂移處理，然后進行QRS波形結(jié)構(gòu)的檢測，獲 得心率信號；(2).基于QRS波結(jié)構(gòu)，進一步檢測ST段、ρ波、T波等典型心電圖子波，對心電圖波形 的形態(tài)進行分析，從而檢測到早搏、ST段上抬和下移等異常波形。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)，其特征在于所述運動分 類和強度分析模塊(302)包含運動類型間時間相關(guān)的分類和運動速度的估計，包括以下步 驟(1).首先使用HR低通濾波器將從三維加速計數(shù)據(jù)中分離重力加速度和被測者活動 加速度；用三種特征分別描述被測者活動強度，身體姿態(tài)和過渡活動，這些特征分別為信號幅 度面積，加速計軸與重力方向的夾角和累積變化量；構(gòu)建活動類型時間相關(guān)性模型，表現(xiàn)為類型間轉(zhuǎn)移圖，對人體躺、起身、坐、躺下、起立、 站、坐下、走、跑9種最為常見的活動采用狀態(tài)轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)，并通過概率決策模型來進行活動 分類決策。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)，其特征在于所述運動情 景下綜合分析模塊(303)包括考慮了運動情景的新型的心率變異性度量，可以直接應(yīng)用于 如心肌缺血等疾病的監(jiān)測和預(yù)警；在運動情景下進行心率變異性分析，包括以下步驟(1)對ECG進行處理，獲得QRS波位置；(2)計算(Normalto Normal) NN 間隔序列；(3)對NN間隔序列進行去基線處理；對NN間隔序列進行去奇異值處理；(4)對運動類型和運動強度進行計算；(5)根據(jù)運動類型和運動強度對NN間隔序列進行分段，不同運動類型，不同運動強度 的數(shù)據(jù)歸為一類；(6)對NN間隔序列進行以上的時間和頻域和其他HRV指標計算；(7)對計算的HRV指標添加有運動狀態(tài)和強度指示的參考值。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)，其特征在于所述運動情 景下綜合分析模塊(303)還包括運動情景下心率和心電圖形態(tài)變化監(jiān)測方法，根據(jù)運動類 型和運動強度不同和ECG波形和心率的變化情況定義各種量化評估指標以及參考值，所述 指標包括基于運動強度的心率、ST段波形、QT長度、QRS寬度度量；所述指標反映了運動中 心血管系統(tǒng)狀態(tài)，對優(yōu)化運動鍛煉和訓(xùn)練效果、檢測心律失常、預(yù)防運動猝死有重要意義。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)，其特征在于所述分 析軟件集成了數(shù)據(jù)讀取，心電圖查看、回放和自動分析，心率計算、心律失常分析、心率變異 性分析、心肌缺血分析、人體運動分類與強度指示、以及結(jié)合人體運動情景信息分析心臟狀 態(tài)等功能。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)，其特征在于所述分 析方法和軟件單元(300)通過無線通信，實時從數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸單元(200)中取得信 號，對檢測到的心電圖和運動數(shù)據(jù)進行實時分析，實現(xiàn)用戶心臟系統(tǒng)的實時監(jiān)測、分析、預(yù)警和建議。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種動態(tài)心電和運動記錄與分析系統(tǒng)，用于自動檢測使用者活動和進行活動情景下的心電分析。該系統(tǒng)除包括心電圖和運動傳感器單元，數(shù)據(jù)獲取、存儲和傳輸單元外還還包括分析和軟件單元。運動傳感器與心電圖傳感器電極可以封裝在一起，也可以單獨使用；該系統(tǒng)記錄和自動檢測使用者日常的物理運動，如躺、坐、走、跑、摔、坐起、站起、坐下、躺下等，并給出相應(yīng)的活動強度；自動分析心電圖；當檢測到心電圖異常或者活動異常時會給出相應(yīng)標記，存儲當時相應(yīng)的所有原始信號和分析結(jié)果，提示醫(yī)護人員。該系統(tǒng)給出使用者在不同的活動強度下的心率變異性，以及心率變異性隨活動類型、活動強度、和時間的變化。該系統(tǒng)也給出了分析心率和心電圖形態(tài)隨運動強度和持續(xù)時間變化的方法，可用于運動和訓(xùn)練中的有氧運動優(yōu)化和訓(xùn)練安全。
文檔編號A61B5/0402GK102138789SQ20111002509
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者冀連營, 吳健康, 李愛光, 王韶峰 申請人:無錫微感科技有限公司