心電圖檢測系統的性能評價方法探索

摘要：本文介紹針對心電圖檢測系統的應用性能評價，從心電檢測系統的關鍵指標要求，到硬件的系統設計，以及心電算法及其評估方法，并以一套新近研發的心電圖檢測系統（wECGTM）為例，借助于心電數據庫以及某公司在用產品進行了比對與分析，為進一步的心電檢測系統研究與評估提供參考。

關鍵詞：心電圖；自動分析算法；臨床數據庫

心電圖是臨床上用于心血管疾病篩查的常用手段之一，通常是采用12導聯同步心電檢測與特征參數計算方法，在自動分析結果的基礎之上，結合心電圖技師的人工判讀，以及臨床大夫結合臨床癥狀，甚至其它檢查結果給出的診斷，其中自動分析在篩查與過濾中起到特別的重要應用價值，特別隨著人們對健康日益關乎，體檢成為常態，家庭與社區的監護成為可能，心電圖檢查中的自動分析越來越重要，由于心電圖本身的復雜性，以及在檢查過程易受干擾等都給心電圖的自動分析帶來不確定性，研究現有的心電圖檢查系統的自動分析準確性，將有利于心電圖分析進一步的后續改進，以提升分析的有效性，本文即是利用自身使用心電圖檢查的多年臨床實踐經驗，再結合深圳大學正在進行的新型多導心電自動分析系統研究，給出基于同源信號的對比分析方法，并根據要求的比較參數，給出評價心電分析質量的核心指標，并為后續的改進和相關研究提供參考。

1心電圖檢測系統

心電圖是由人體心臟電活動投影到體表，并通過體表電極，以及放大、濾波、數字化等過程而得到數字式心電信號，再進一步利用信號處理、特征識別以及專用分析算法，結合臨床診斷原則而實現心電圖的識別與疾病診斷，心電檢測系統中信號放大部分是關鍵，其基本架構如圖所示，通常需要考慮以下的關鍵指標：①輸入噪聲，< 25 微幅，②輸入阻抗，>5兆歐，③共模抑制，>95 dB，④帶通，0.05～150 Hz，⑤采樣率，1000 Hz。

在12導聯心電圖檢測系統中同時需要采用8通道心電系統，10導聯輸入的12導聯同步心電信號采集（包含標準I/II/III、加壓AvF/AvL/AvR，和胸部導聯V1/V2/V3/V4/V5/V6），便于同步觀察心臟各部位的信號特征，必要時還通過改變電極位置再實現心臟其它加做導聯的信號采集（標準I/II/III，胸部導聯VR1/VR2/VR3），以下是在標準12導聯下的上述心電圖檢查的圖形采集系統及實時波形顯示，見圖1。

在家庭、社區、甚至個人健康的心電圖檢查可以是12導聯，5導聯或者是3導聯，但是其基本的分析參數還是一致的，在針對上述的心電信號進行特征分析時的常規參數主要有：心率（HR），QRS波寬度（QRSw），ST段（STv），QT間期（QTt），P波寬度（Pw），心電電軸（P/T/QRS），ST/HR斜率值等，并根據這些值，以及圖譜與判別準則給出心電圖診斷，參數的準確計算以及判別準則是診斷結果準確性的關鍵，其中心電信號的檢測質量則是基礎，上述的關鍵指標是心電系統的質量保障，其次是使用方法，如皮膚表面的預處理，電極連接，受試者的配合等，是保證獲取高質量心電信號的基本要求，研究和實現優秀、精良的心電分析算法是進一步對心電信號特征進行識別與定量計算，也是實現精確診斷的基礎，見圖2。

在上述檢測系統的設計中基本架構沒有特別的，但在實際的系統設計中，增益的分級合理配置，PACE信號抑制與檢測，輸入極化電壓的承受，輸入噪聲抑制和系統供電等，在本系統中的關鍵是使用了高性能的24位AD芯片，以及低噪聲、軌之軌輸入、輸出的前置放大芯片，并在系統設計中，輸入信號與放大板在全程屏蔽下的直接耦合，也確保信號的輸入范圍和直接的受擾，大大提升整個系統的共模抑制能力，達到改善整個系統的性能，該系統的相關指標都達到上述的要求，并在醫院進行了一段時間試用，以下是進行的對比分析。

2多個心電信號檢測系統的對比

這里針醫院正在使用的某國外公司的商用12導同步心電圖機，一套國內研究機構新推出的基于PC的12導聯同步心電檢測系統（wECG），并于近期開展針對同一患者的心電圖檢查對比研究，利用一套導聯系統連接患者，借助一個轉接器實現分別與商用心電圖機和新型12導同步心電檢測系統的連接而減少對患者的影響，連接關系，見圖3。

在對心電進行分析的前提是對心電信號的特征進行識別，其中關鍵是QRS波，ST段，P波和T波等，首先為了解這個新型信心檢測系統的有效性，先由設計單位利用Mit心電數據庫進行初步的評估，表中是針對MIT數據庫QRS復合波記錄進行分析，按標準給出的統計學評價參數得出的結論，再利用上述系統與對比系統進行比對，同時利用人工對上述的數據進行標定，形成標準參考，這樣可以形成新型心電圖檢測系統與商用心電圖機、商用心電圖機與人工標定參考，新型心電圖檢測系統與人工標定參考的三組比對，其中后兩種的比對結果更有參考意義，見表1。

從表1、2的數據統計結果，可以得到新型心電檢測系統具有較準確的分析心電特征的功能，基本參數與對比機的分析結果的誤差都在允許的范圍之內。

3結論

由于心電圖的應用與檢查越來越普及，已經在滲透到家庭、社區等非醫療環境下，需要研制更準確的心電圖自動分析引擎，有利于心電圖的應用普及與拓展，本文描述了心電圖檢測系統的主要參數，及其設計的要求和匹配時的技術考慮，并采用專用標準中的統計學方法，對深圳大學最新研制的檢測系統（wECGTM）與在用的商用心電圖機進行了初步的比較，統計結果說明wECGTM檢測系統在基本性能上已經達到或超過專用標準的要求，具有較高的應用價值，同時也揭示由于心電圖本身的復雜性，心電圖的自動分析結果仍需要結合人工的判讀，未來在心電圖分析上仍需要進一步的研究：①通過系統設計提升信號檢測的質量，保證后續信號特征識別的基礎，②通過擴大的心電臨床數據庫來進行特征分析性能的改善與驗證，確保心電算法改進的遍歷性，從而提升心電分析的可靠性與準確性，改善后續的臨床應用，希望有更多的團隊投入到心電算法研究中，推出更多有價值的心電自動算法與特征分析引擎，提升相關產品的技術水平、易用性和可靠性。

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編輯/張燕