[01254157]基于相空间重构的心脏危险征兆检测及监护系统研究

心血管疾病是全世界排名第一的死亡和致残病因，严重威胁人类健康和生命，研究高性能心电监护系统具有重要的临床意义。

心电图是临床医学中常见的无创检测手段，是诊断许多恶性心脏病的重要工具。通过对心电信号的分析，检测与心源性猝死有关的征兆，对心脏病的预防和监护工作具有重要意义。

T波交替是预测恶性心律失常和心源性猝死的重要因子，是目前公认与猝死相关度最高的预测指标，是恶性室性心律失常和心肌梗死等疾病发作的前兆。以心电图为基础的T波交替检测是本项目理论研究的主要内容。

在解析现有T波交替检测算法的原理以及分析各种算法的适用范围的基础上，优选算法，根据T波交替的特点，分析心电信号检测所需的精度和长度等指标，将监护仪的系统结构分割成相对独立的硬件和软件系统，相辅相成，共同构成完整的监护系统，提高了便携性和计算能力，同时降低了功耗和成本。

目前市场上还缺乏专门的T波交替检测仪器与设备。研制合适的便携式心电监护仪，获取心电信号并检测T波交替，是本项目技术开发的主要内容。

本项目针对心电监护的实际需求，研制了一种便携式心电监护仪，实时准确地采集和显示心电信号，并通过心电信号分析完成T波交替的检测，分析结果可以作为恶性心律失常危险分层的重要依据，为心脏病的诊断和治疗提供有效支持。

该项目针对心源性猝死这一公共健康问题，提出并完成了一套T波交替获取与分析系统，包括12导便携式心电监护仪，以及配套的功能管理软件和心电信号分析软件。研制的监护仪硬件系统完成对心电信号的放大、滤波、采集、显示、保存等功能，提供满足病理和技术要求的心电信号；开发配套的软件系统集回放、压缩、标定、检测、打印等多功能于一体，并植入SM和MMA算法模块，实现T波交替的检测。

其主要研究内容有：

硬件电路设计：

（1）心电信号的多级放大、多级滤波、右腿驱动电路设计；

（2）MSP430单片机的最小系统设计，以及A/D和RS232串行等接口设计；

（3）导联脱落报警电路设计；

（4）ARM最小系统设计，液晶显示和USB接口电路设计；

（5）电源系统和交直流切换电路设计。

软件设计：

（1）Windows CE BSP包定制，系统精简等；

（2）下位机中功能管理软件CMS-wince设计；

（3）上位机心电信号分析软件设计；

（4）基于Matlab的数字滤波效果仿真和QRS波检出效果仿真算法理论研究：

（1）对比分析各种SCD预测因子；

（2）解析T波交替检测算法；

（3）设计T波交替检测模块；

（4）运用MIT-BIH数据库中的记录以及临床试验病例，检验模块的效果。

完成监护仪的研制工作后，经浙江省医疗器械检验所检验，并在温州医学院附属医院心内科进行了初步的临床试验。结果表明，研制的监护仪（含配套软件）具有拾取、显示、回放和分析心电信号等功能，完全具有检测T波交替、提供危险分层依据的功能，能够对心源性猝死的高风险病例发挥积极的预防和监护作用。

从已经掌握的资料来看，国内公司未见同类仪器，国外仅有两款类似产品：

（1）Cambridge Heart的仪器CH-2000，使用SM算法；

（2）GE公司的仪器CASE-8000，使用MMA算法。

目前国内绝大多数大型医院尚未配备上述两款仪器。

项目组成员总共发表学术论文9篇，其中EI检索4篇：

[1] Validity analysis of knowledge acquisition from nonlinear time series by symbolization（EI 检索）

[2] T-wave alternans analysis in portable ECG monitor（EI 检索）

[3] Characterize system dynamic of pseudo period time series with evolution networks（EI 检索）

[4] Fast screening algorithm for electrical alternans in ECG based on dynamical pattern recognition framework （EI 检索）

[5] 基于动态自适应阈值法的QRS波群检测方法。

[6] 一种便携式心电监护仪。

[7] 便携式心电监护仪的低功耗设计与仿真。

[8] 心电信号QRS波精确定位算法研究。

[9] 便携式心电监护中实时信号处理方法研究。

申报两项国家实用新型专利并获授权2项：

[1] 12通道数字心电信号采集模块（专利申请号：200820190371.0）

[2] 便携式心电监护仪（专利申请号：200820190541.5）