全方位立体心电信息自动诊断仪

1.一种全方位立体心电信息自动诊断仪，它由多个电极，电信号采集装 置和信号处理装置和信号输出装置所组成，其特征在于：
所说的多个电极不少于16个，其中包括12个心电电极，三个心向量 电极；
所说的电信号采集装置是通过上述多个检测电极从人体体表的不同 部位同步地测量多路心电和心向量信号；
所说的信号处理装置是对上述电信号采集装置输出的多路信号进行 处理，包括：
一个心电时域处理单元，该单元对所述信号采集装置输出的各路心电 信号进行时域处理；
一个心电频域处理单元，该单元对所述信号采集装置输出的各路心电 信号进行心电频域处理；
一个心向量空间域处理单元，该单元对所述电信号采集装置输出的各 路心向量信号进行空间域处理；
一个心向量空间域频域处理单元，该单元对所述的电信号采集装置输 出的心向量信号中的任两路进行空间域频域处理；
一个综合分析单元，该单元对所述的电信号采集装置输出的心电和心 向量信号进行处理；
所说的信号输出装置用于输出上述信号处理装置的处理结果，包括：
心电时域处理单元的各路心电信号的时域曲线；
心电频域处理单元对任两路心电信号的频域处理，包括实现快速付里 叶变换，计算的功率谱函数，自相关函数，互相关函数，传递函数，脉冲响应 函数，相干函数的相应函数曲线；
心向量空间域处理单元的心向量信号的X-Y额面，X-Z组成的横 面，Y-Z组成的侧面以及三维立体模型的相应的轨迹曲线；
心向量空间域频域处理单元对任两路心向量信号进行空间域频域处 理，包括实现快速付里叶变换，计算它们的功率谱函数，自相关函数，互相 关函数，传递函数，脉冲响应函数，相干函数的相应的函数曲线；
综合分析单元的心电和心向量综合分析图。
2、按照权利要求1所述的全方位立体心电信息自动诊断仪，其特征在 于所述的电信号采集装置由对每一路采集的信号进行隔离的隔离级，电阻 导联选择网络，电子模拟软开关，前置放大级、滤波级、增益调节、光电隔离 级和采样保持器所组成。
3、按照权利要求2所述的全方位立体心电信息自动诊断仪，其特征在 于所述的前置放大器是三运放差分放大器。
4、按照权利要求2所述的全方位立体心电信息自动诊断仪，其特征在 于所述的滤波器是由低通滤波器和50HZ限波器所组成。
5、按照权利要求1所述的全方位立体心电信号自动诊断仪，其特征在 于综合分析单元分析后，通过输出装置绘出的曲线包括十二导联心电图、 正交心电图、时间心向量图和连续心向量图。
6、按照权利要求1所述的全方位立体心电信号自动诊断仪，其特征在 于所述的信号处理装置进一步包括：
一个心电时域波形识别单元，该单元对所述的时域处理单元输出的曲 线的每一个波形的波幅和波宽进行识别并求出相应的参数；
一个心电频域识别单元，它对所述心电频域处理单元输出曲线的形态 和位置进行识别并求出相应的参数；
一个心向量空间域识别单元，它对所述心向量空间域处理单元输出的 曲线面积、夹角和轨迹走向进行识别并求出相应的参数；
一个心向量空间域频域识别单元，它对所述的心向量空间域频域单元 输出的曲线的形态和位置进行识别并求出相应的参数；
一个综合分析识别单元，它对所述的综合分析处理单元输出的曲线进 行识别并求出相应的参数；
经过上述五个识别单元处理所产生的参数表，经过输出装置输出打 印。
7、按照权利要求6所述的全方位立体心电信号自动诊断仪，其特征在 于所述的信号处理装置还包括：
一个专家系统综合分析单元，该单元将所述的五个波形识别单元输出 的参数与预置的多域病理指标值相比较，根据比较结果作出判断，并通过 输出装置输出判别结果。
8、按照权利要求7所述的全方位立体心电信号自动诊断仪，其特征在 于所述的信号处理装置还包括：
一个病情分级单元，该单元对专家系统综合分析单元判别的结果进行 病情分级；
所述的全方位立体心电信号自动诊断仪还包括：
一个报警系统，该系统根据病情分级单元的病情分级结果启动报警系 统，以便向操作者发出病重报警信号。
9、按照权利要求1所述的全方位立体心电信号自动诊断仪，其特征在 于：
所述的信号处理装置可由一计算机组成，用于对信号采集装置中的信 号进行采样，并进行时域、心电频域、空间域、空间域频域和综合分析的处 理，从而产生所述域的输出结果。
10、按照权利要求9所述的全方位立体心电信号自动诊断仪，其特征 在于：该诊断仪还包括一个键盘，可供操作者对该诊断仪输入操作指令、数 据，并对波形识别进行干预。
11、按照权利要求9所述的全方位立体心电信号自动诊断仪，其特征 在于还包括一个外存储器，用于存储每一受试者的诊断信息。
12、按照权利要求1所述的全方位立体心电信号自动诊断仪，其特征 在于所述信号输出装置包括一个监视器和一个绘图打印机。

本发明涉及全方位立体心电信息自动诊断仪。\n众所周知，心血管病是中老年人发病率和死亡率最高的一种疾病， 其中，冠心病、心率失常又是心血管病领域中举世瞩目的重要课题。 当前，对心血管疾病诊断主要是依赖于对心电信号的检测。心电信号 是一种准周期的生物电信号，在每个心电周期中，心电信号都经历了 从心电起搏，起搏信号传导及心肌在传导信号的调控下严格有序地完 成除极和复极的过程，由此形成心电信号变化的一个完整的周期， 它具有幅值、频率、时限和相位等特征要素。目前，对心电 信号的检测主要是通过心电图和心向量图来实现。\n心电图是在特定导联体系上，如威尔逊导联，测取心电信号随时 间变化的函数曲线，在常规心电图上仅能分析心电信号在时域范围内 的特征，它对冠心病、心肌梗塞、心肌病及心率失常的诊断有一定的 特异性，但灵敏度不高。统计资料表明：冠心病中的约60％在常规心 电图加负荷实验上没有明显的反应；心肌梗塞病人猝死前的心电图诊 断率也只有55％左右。\n作为常规心电图的补充和发展，心向量图在临床上也得到广泛的 应用，心向量图在X、Y、Z三导联体系上测量的心电信号，形成心向量 图，并用环状图形表示在笛卡尔直角坐标系上的大小和方向上的变化， 显示心电周期内的每一瞬间心电活动的相位关系。它图形直观，空间 方位概念明确，对时间和空间关系表达细致准确。一般认为：心向量 图对心肌梗塞、冠状动脉供血不足、束支阻滞、分支阻滞、房室肥大 予激综合症等的诊断优于心电图，一但对心律失常等疾病难以提供有用 的信息。\n尽管心电图和心向量图在诊断心血管疾病方面有一定的作用，但 是，如上所述，它们的功效都受到一定程度的限制，这样就形成了临 床需求与实际上可供装置之间的矛盾。如何解决这个矛盾，这就是摆 在广大医务工作者和科技工作者面前的一个课题。另一方面，近年来 电子技术，特别是计算机技术的飞速发展，微机在各个领域中的广泛 使用，给予人们的启示是能否把它们引入到生物电信号的检测装置中 去(如心电、脑电)，通过对这些传统的检测装置所检测的信号进行 分析处理，来取得更多的信号或分析处理结果再用之于临床。在这方 面，本申请的发明人和封根泉等经过多年的研究，就心电、脑电和其 他生命器官的电生理过程的采集、分析作出了贡献，该文献公开在中 国专利CN87-102381A上，标题是“生物电信号检测处理装置和方法” (1988年10月21日公开)。\nCN87-102381A公开了一种利用多个电极在人或其它动物体表的不 同部位上同步地采集心、脑和其他生命器官的电生理过程相关的多路 信号，然后在信号处理装置中对各路信号进行时域、频域、空间域、 幅值域、时差域动态过程的综合性分析，利用各路信号之间的相关性 和不同域的分析方法的互补作用进行多因素的比较、印证和动态跟踪， 以此提高诊断的准确性和鉴别判断的可靠性。该装置还可以将检测和 处理的结果通过监视器和绘图打印装置输出，以便供医务人员临床使 用。该装置还包括将处理结果与前述经临床医学统计而得到的各种疾 病的多域综合病理指标进行比较，可以对各种疾病进行自动诊断，对 危重病人还可以根据诊断结果启动相应的报警程序和装置，向操作人 员发出报警和提示。\nCN87-102381A所公开的装置和方法，较好地解决了不能同步采集 的心、脑和其它生命器官的电信号能在同一装置中进行检测，然后通 过信号处理装置使其同步来进行分析，从而提供了临床诊断所需的数 据、曲线和报告。但是，CN87-102381A所公开的装置与方法在应用于 本来是同步的心电信号的检测、处理和分析则显得不能适应，它主要 存在两个方面的缺陷。第一，它没有足够的措施解决对所采集的信号 之间的屏蔽，因此，它不可避免地存在高频噪音和50HZ噪音。第二， 对采集的信号没有充分地利用，它只能分别提供心电图(ECG)，心向 量图(VCG)和心电频谱图(FCG)，所以，也就限制了它在临床上的 应用范围。\n因此，本发明的目的在于克服已有技术中的缺点，提供一种新颖 的全方位立体心电信息自动诊断仪，这种诊断仪能同步采集多路心电 信号，且有效地过滤不希望有的高频噪音和50HZ噪音，并能将前置级 的地与微机的地隔离开来，从而大大地降低了干扰噪音，以便保证信 号不失真；这种诊断仪不仅能提供已有技术中的ECG、VCG和FCG，还 能进一步提供心向量频谱图(FVG)及心电图和心向量图的综合分析图 (SCG)；这种诊断仪还能将上述五个方面的分析结果送入专家系统进 行综合分析和病情分类，进而提供诊断结果和治疗方案；这种诊断 仪还能对危重病人启动相应的报警程序和装置，向操作人员发出报警 提示。\n本发明的目的是通过下述方案解决的。在人或其它动物的体表上 的不同部位放置不少于16导联系统的电极，它们至少应包括12导联体 系的心电图信号和3导联的直交心向量X、Y、Z的导联信号，上述信号 同步地由信号采集装置采集，信号采集装置对每一路所采集的信号用 隔离级将它们隔开，以防止信号间的干扰，然后从中选择各种不同导 联或导联组合的信号通过前置放大，滤波，光电隔离级送入采样保持 器，经上述采集装置采集的信号送入信号处理装置，通过一系列的算 法处理(包括频域、时域、空间域、幅值域、时差域和时空域的处理) 和D/A转换，绘出心电图(ECG)，心电频谱图(FCG)，心向量图( VCG)，心向量频谱图(FVG)和心电图与心向量图综合分析图(SCG)； 然后，将上述分析结果输入专家系统进行综合分析和病情分类，打印 出诊断结果和相应的治疗方案，同时，对危重病人还能启动报警程序 和装置，实现报警。\n从本发明的解决方案不难看出它对已有技术的生物电信号检测装置 做了重要的改进，使它更加适合心电信号的检测、处理和分析，最大 限度地利用了所取得的信息，提供了临床诊断所需的信息，从而大大 提高了诊断的准确性和可靠性。\nECG、FCG、VCG、FVG和SCG是心电信号全方位、立体、多域(时 间域、频率域、空间域、幅值域、时差域和时空域)的相互动态综合 分析，从而达到充分发挥各自的优势，又补充各自的不足，实现优化 组合，互相印证。它对于早期冠心病、心肌炎、不典型心肌梗塞、心 肌梗塞合并束枝传导阻滞等都具有特殊的诊断价值。\n本发明的诊断仪还能无创伤地检测心脏的电生理功能，以及心脏 随着年龄增长的老化程度。在诊断的指标基础上，分级评定，从而将 正常人到冠心病患者严重程度进行分级，这样对冠心病的发展情况有 了一个定量的概念。\n本发明的目的和其他目的及特征和优点通过下面结合附图对本发明 的优选实施例的说明将会更加清楚，在附图中：\n图1是按照本发明的全方位立体心电信息自动诊断仪的示意方框图；\n图2是按照图1所示的本发明的全方位立体心电信息自动诊断仪的 信号采集装置的一个实施例；\n图3是按照图1所示本发明的全方位立体心电信息自动诊断仪的信 号处理装置的一个实施例；\n图4是心电时域处理信号的波形图；\n图6是心向量空间域信号处理的波形图；\n图7A、7B、7C是心向量频域信号处理的波形图；\n图8A、8B、8C、8D、8E、8F、8G、8H是综合心电图的波形图；\n图9是说明时间心向量图的绘制原理；\n图10是根据本发明的全方位立体心电信息自动诊断仪的工作流程 图；\n图11是图10中专家系统综合分析步骤180的详细说明流程图；\n图12是图10中以步骤134为例给出的人工干预程序的流程图；\n图13是以心电图为例说明人工干预程序中所用标志的示意图；\n图14是图11中临界区域分析扫描步骤187的详细说明流程图；\n图15是本发明的全方位立体心电信息自动诊断仪的一个车台式配 置实施例的外观示意图。\n参见图1，所示为本发明的全方位立体心电信息自动诊断仪的示意 性结构方框图，图中标号11-In表示N个检测电极，其中，N可根据临 床需要任意选择，但不能少于16个，即心电图的12导联体系和直交心 向量图X、Y、Z、三个导联。当然，也可以是如CN1043621A所公开的 电极背心。标号2是一个电信号采集装置，其详细结构参见图2给出的 优选实施例。标号3是信号处理装置，它处理来自电信号采集装置2收 集的信号，通过计算和波形识别得出ECG、FCG、VCG、FVG和SCG五种 曲线及相应的参数C、F、V、VF、TV。然后通过信号输出装置打印出来， 如果上述曲线和参数有特殊异常，由标号5表示的报警装置以音响、灯 光或它们的组合发出报警。标号6表示一个键盘，操作者可以通过键盘 控制整个诊断仪的运行，输入与受测者有关的各种信息，例如，受测 者的姓名，性别，年龄，病历号，测试开始时间等等。它还可以对信 号处理装置3的波形识别通过键盘6进行干预。显而易见，键盘6也可 以由其他指令输入装置替代。标号7表示一个外部存储设备，它可以采 用任何常规的外存设备，用于存储经过处理的各种信号以及与受测试 者有关的信息，以便进行病历的积累跟踪，数据的延期处理和以后的 医学统计。\n参见图2，该图表示出了图1中的心电信号采集装置2的一个优选 实施例的示意性结构框图。本发明为了从人体体表采取所需要的电信 号，设计了不低于16条导联线的导联体系1，各路电极的信号分别通 过各自的隔离级22到达电阻导联选择网路23，该网路可输出含有常规 导联的心电信号和直交心向量信号，这些信号被送到电子模拟软开关 24，根据临床需要，通过信号处理装置3控制电子模拟软开关24，以 选择出各种不同的导联或导联组合信号，这些信号被送到各自的前置 放大器25，前置放大器2 5选用典型的三运放差分放大器，它将人体体 表的微伏级的信号不失真地放大到伏特级，以便于后处理。经前置放 大器25放大的信号送到滤波器26，滤波器是由低通滤波器和50HZ限波 器组成，用于滤掉高频噪音和50HZ噪音。滤波后的信号再通过一级增 益调节级27，以满足各种不同的需要。然后，信号被送到光电隔离级 28，使用光电隔离级的作用在于使前置级的地与信号处理装置3的地隔 离开来，从而大大地减少了地回路，也大大地减低了干扰噪音。同时， 它也将前置级与电源隔离，更有效地保证了被测人体的安全。信号通 过光电隔离级后送入采样保持器29。这样就完成了信号采集，以便供 后续处理用。 \n参见图3，它是图1中所示的信号处理装置的一个实施例。信号处 理装置3包括一个时域处理单元31，一个频域处理单元32，一个空间 域处理单元33，一个空间域频域处理单元34，一个综合心电处理单元 35，一个波形识别单元36，一个指标比较判定单元37和一个控制单元 38 。\n信号处理装置3工作时，上述5个处理单元31-35通过控制单元3 信号处理装置3工作时，上述5个处理单元31-35通过控制单元3 8分别向信号采集装置2中的采样保持器29提取数据，其中：\n时域处理单元31对心电图的采样频率为250HZ，它经过数字滤波和 压缩处理分别送到输出装置4绘图和外部存储器7进行记录。\n频域处理单元32和空间域频域处理单元34为了进行付里叶变换， 需要分别提取数据，每段数据为2n个点，其频率可随需要而定，对心 电频谱图(FCG)或心向量频谱图通常在50HZ-500HZ之间，将采集到 的两路信号分别作为函数X(t)、Y(t)和Z(t)进行快速付里叶变 换，进而计算它们的功率谱、自相关、互相关、传递函数、脉冲相应、 相关函数等。各函数曲线及数学推导将在下面说明图5A、5B和图7A、 7B和7C时说明。对上述更详细的说明请见封根泉所著的《心脑电图电 子计算机分析的原理和应用》(科学出版社，1986年10月出版)，该 书在此作为参考文献引入。上述函数的运算结果分别送入输出装置4绘 图并输入外存储器7进行记录。\n空间域处理单元33的数据提取频率也随需要面定，通常对心向量 图为250HZ-1000HZ之间，该单元对相应的X、Y、Z三路信号进行数字 滤波，通过截取这三路的有关段落，如心向量图中的P、QRS、T波，构 成额面(X、Y)，横面(X、Z)，侧面(Y、Z)以及相应的三维立体 模型，分别送入输出装置4绘图和送入外存储器7进行记录。\n综合心电处理单元35是对12路常规心电信号，三导心向量信号X、 Y、Z进行综合分析处理的单元。为了进行心电，心向量信号的多周期 同步处理，该单元取心电，心向量最小共同频率500HZ为基准，从采 集的多路信号中自动地取一段大于等于5个心电，心向量周期。并对其 进行数字滤波和周期特征识别，对于心电及心向量信号提取周期特征 标志P，QRS，T波，并加以标志。最后送入输出装置4绘图和外存储器 7进行记录。\n信号处理装置3中的波形识别单元36包括与各处理单元31-35相 对应的五个部分，它们分别对五个处理单元31-35的输出进行波形识 别，定位计算，并可以根据需要进行人工干预(这在后面还将详细叙 述)，以便产生五个相应的参数表，波形识别单元36的输出送到输出 装置4，通过输出装置4中的打印装置打印。\n信号处理装置3的指标比较判定单元37接受波形识别单元36输出 的五个参数表，并与由预先设置的多域综合病理指标相比较，并以此 为依据对检测结果作出判断，并将最后报告包括诊断结论和治疗方案 在内的最终结果，该结果送入输出装置4打印。此外，还可以根据判 断结果向报警装置发出指令进行报警。\n信号处理装置3还包括一个控制单元38，控制单元38由中央控制 器(CPU)组成，它可以控制整个信号处理装置3中的各个单元按一定 的时程频率和一定的时间顺序工作。它可以与键盘6联接，用于接收操 作者输入的有关病人的各种信息(如姓名、性别、年龄等)以及各种 命令，启动或停止各种操作过程，并可由操作者对波形识别过程进行 人工干预。有关人工干预的详细情况将在后面描述。\n此外，控制单元38可以将存入在外部存储器7中的有关患者的数 据提供给本装置进行识别和处理。同样也能将各处理单元的结果输入存 储器7。\n图4所示是图3中时域处理单元31输出的波形经输出装置4打印出 来的结果，图中所示的曲线是12导联常规心电图。\n图5A、5B和图7A、7B、7C分别是图3中的心电频谱处理单元32和 心向量空间域频域处理单元34输出的波形图。\n图5A、5B所示是以图4中的曲线V5作为函数X(t)，曲线II作为 函数Y(t)，通过付里叶变换，即可将时域信号变换成频域信号，本发 明在频域处理过程中首先利用公式： $F=\left(\omega \right)={\int }_{-\infty }^{\infty }f\left(t\right)e^{-5\mathrm{wt}}\mathrm{dt}----\left(1\right)$ 对图4所示曲线V5和曲线II，即X(t)和Y(t)分别进行快速付里叶 变换，获得频域曲线F(ω)和F(ω)，然后，根据功率谱的计算 公式： $G_{\mathrm{xx}}=F_x\left(\omega \right)·F_x^{*}\left(\omega \right)----\left(2\right)$ $G_{\mathrm{yy}}=F_y\left(\omega \right)·F_y^{*}\left(\omega \right)----\left(3\right)$ 便可得出图4中的曲线V5的功率谱G和曲线II的功率谱G(如图5A所 示)。\n互功率谱的计算公式为： $G_{\mathrm{xy}}=F_x\left(\omega \right)·F_y^{*}\left(\omega \right)----\left(4\right)$ 由此可得出图4中的曲线V5和曲线II的互功率谱Gxx(见图5A所示)。\n利用相干函数的计算公式： $V_{\mathrm{xy}}^2\left(\omega \right)=|G_{\mathrm{xy}}\left({\omega }_4\right){|}^2/G_{\mathrm{xx}}\left(\omega \right)·G_{\mathrm{yy}}\left(\omega \right)----\left(5\right)$ 从而得出如图5A中的曲线RF所示的曲线V5和曲线II的相干函数曲线图。\n通过公式 $\mathrm{Hxy}\left(\omega \right)=\frac{Y\left(\omega \right)}{X\left(\omega \right)}=\frac{Y\left(\omega \right)·X^{*}\left(\omega \right)}{X\left(\omega \right)·Y^{*}\left(\omega \right)}=\frac{\mathrm{Gxy}\left(\omega \right)}{\mathrm{Gxx}\left(\omega \right)}----\left(6\right)$ 的变换，由频域处理单元32还可输出图画5A、5B所示的传递函数H和 Q。其中HxyHxy(ω)的模，Qxy是Hxy(ω)的幅角，即： Hxy＝|Hxy(ω)|＝|Gxy(ω)|/Gxx(ω)    (7) $\mathrm{Gxy}={\mathrm{tg}}^{-1}\frac{1\mathrm{magX}}{\mathrm{Real}X}----\left(8\right)$ 其中： $X=\frac{\mathrm{Gxy}\left(\omega \right)}{\mathrm{Gxx}\left(\omega \right)}----\left(9\right)$\n图5B中所示的曲线PIH是经频域处理单元32对图4中的曲线V5和 曲线II处理后输出的二者的脉冲响应曲线图，该脉冲响应是传递函数 的付里叶变换，利用公式\nh(t)＝F-1[H(ω)]            (10) 借助于频域处理单元32进行下面的变换， $R_x\left(\tau \right)={\int }_{-\infty }^{\infty }X\left(t\right)·X^{*}(t-\tau )\mathrm{dt}----\left(11\right)$\n即可得：\n    Rx(τ)＝F-1[Gxx(ω)]      (12)\n    Ry(τ)＝F-1[Gyy(ω)]      (13)\nRx(τ)和Ry(τ)即为图5B中的自相关曲线Vxx和Vyy，它们分 别表示图4中的曲线V5和曲线II的自相关函数曲线图。\n图5B的V为图4中的曲线V5和曲线II的互相关函数曲线图，它由 频率处理单元32进行互相关函数运算得出，其运算公式如下： $\mathrm{Rxy}={\int }_{-\infty }^{\infty }X\left(t\right)·X^{*}(t-\tau )\mathrm{dt}----\left(14\right)$\n由此可知，\n    Rxy(τ)＝F-1[Gxy(ω)]     (15)\n这里的Rxy(t)就相当于图5B中的Vxy。\n图6所示是图3中的空间域处理单元33输出的经空间域处理后的波 形图，图中给出的是X、Y、Z心向量图以及额面、横面和侧面的心向量 环图LS、H和F。\n图7A、7B和7C是经图3中的空间域频域处理单元34处理后的心向 量频谱图(FVG)，FVG的各波形的算法与FCG相同，不同之处是FCG的 快速付里叶变换(FFT)是用图4中所示的曲线V5和II作为输入量，而 VFG则是以图6所示的心向量X、Y、Z三个导联作为FFT的变量进行计算 处理。\nX、Y、Z导联的功率谱Gxx、Gyy、Gzz为： $\mathrm{Gxx}=F_x\left(\omega \right)·F_x^{*}\left(\omega \right)$ $G_{\mathrm{yy}}=F_y\left(\omega \right)·F_y^{*}\left(\omega \right)$ $G_{\mathrm{zz}}=F_z\left(\omega \right)·F_z^{*}\left(\omega \right)$ Gxx、Gyy、Gzz的曲线示于图7-A。\n自相关Vxx、Vyy、Vzz为： $R_x\left(\tau \right)=1/T{\int }_o^{\tau }{U}_x\left(t\right)·U_x(t+\tau )\mathrm{dt}$ $R_y\left(\tau \right)=1/T{\int }_o^{\tau }{U}_y\left(t\right)·U_y(t+\tau )\mathrm{dt}$ $R_z\left(\tau \right)1/T{\int }_o^{\tau }{U}_z\left(t\right)·U_z(t+\tau )\mathrm{dt}+$\n其中Ux(t)、Uy(t)、Uz(t)为X、Y、Z导联的心向量信号， t为时间差。Vxx、Vyy、Vzz的曲线示于图7-B。\n互相关Vxy为： $R_{\mathrm{xy}}\left(\tau \right)=1/T{\int }_o^{\tau }{U}_x\left(t\right)·U_y(t+\tau )\mathrm{dt}$\n其中Ux(t)、Uy(t)为X、Y导联心向量信号，τ为时间差。Vxy 的曲线示于图7-8。\n传递函数Hxy(ω)\nHxy＝|Hxy(ω)|＝|Gxy(ω)|/Gxx(ω) 其中： $G_{\mathrm{xy}}\left(\omega \right)=F_x\left(\omega \right)·F_y^{*}\left(\omega \right);$ $Q_{\mathrm{xy}}={\mathrm{tg}}^{-1}\frac{1\mathrm{magX}}{\mathrm{Real}X}$\n其中： $X=\frac{\mathrm{Gxy}\left(\omega \right)}{\mathrm{Gxx}\left(\omega \right)}$\n式中的Hxy是Hxy(ω)的模，Qxy是Hxy(ω)的幅角。Hxy、Qxy的 图形如图7-C所示。\n脉冲响应PIH为：\nh(t)＝F-1[Hxy(ω)]\nP1H的图形如图7-C所示。\n相干函数RF为：\nR(ω)＝|Gxy(ω)|2/Gxx(ω)·Gyy(ω)\n相干函数的图形如图7-C所示。\n图8A、8B、8C、8D、8E、8F、8G、8H为图3中的综合心电处理单元 35通过输出装置4输出的波形图。如前所述，综合心电图(SCG)是 由12导联心电图和正交心向量图两部分组成。其中：\n图8A和8B是常规的12导联心电图，即I、II、III、aVR、aVL、a VF(以上在图8A)，和V1-V6(以上在图8B)。\n图8C是正交心电图，它是由Frank导联输入的X、Y、Z三个面的信 号按心电图方法描记得到。\n图8D、8E、8F、8G、8H中的T-VCG是时间心向量图，该图的描记 方法是将Frank导联输入的X、Y、Z心向量信号在平面坐标系中按一 定的方向，以一定的速度移动的连续投影。其数学模型如下：\n参照图9，Pn点的坐标为(Xn、Yn)，当Pn所在的坐标系OXY沿水 平方向以均匀的速度V运动时，则在某一时刻tn对应的点Pn(Xn、Y n)在原坐标系中的位置为：\nXn′＝Xn+V(tn-t。)\nYn′＝Yn 在原坐标系中的位置为：\nXn′＝Xn+V(tn-to)\nYn′＝Yn\n即Pn′(Xn+V·Δt，Yn)。\n于是，由 的集合构成时间心向量环，可见时间心向量环 的形成\n是由在点Pn的横坐标值中出现了参量VΔt，若取VΔt为一常值， 则\nPn(Xn+n，Yn)\n根据上述公式可以绘制出时间心向量图T-VCG。\n图8D中的C-TVCG是时间心向量图T-VCG的转置图。\n图8D中的C-VCG是连续心向图，它是对XY、YZ、XZ三组信号按极 坐标系连续描记的心向量环形图。\n图10所示是根据本发明的全方位立体心电信息诊断仪的工作流程 图。\n首先，在步骤110启动诊断仪，通过键盘6输入与受检者有关的信 息，如姓名、性别、年龄、检测时间等。然后在步骤120利用多个电 极(不少于16个)对受检者体表的不同部位进行检测。在步骤130将 经过采样的数字信息存储起来，以便供后续步骤131、141、151、161 和171分别进行时域、空间域、频域、空间域频域和综合分析用。\n分别经131、141、151、161和171步骤处理的数据，在步骤132、 142、152、162和172分别产生外存记录的时域处理数据，空间域处理 数据，心电频域处理数据，空间域频域处理数据和综合心电处理数据； 并且，时域处理数据、心电频域处理数据可作出心电时域图(ECG)， 心电频域图(FCG)，以及由空间域频域数据绘出心向量频域图(FVG) 这如步骤133、153和163所示。经上述五个域处理的数据分别在步骤 134、143、154、164和173进行波形识别 。根据本发明的设计，上述 步骤可以自动进行，也可在必要时加入人工干预，以便对疑难波形进 行人工辅助识别，对于人工干预辅助识别的详细步骤请参见下面对图 12和图13的描述。由此产生C、V、F、VF和TV五个数据表(表I-表 V)。其中：\nC参数表主要有时域图形的各波形的幅值和时间宽度，即心电图中 的P波、Q波、R波、S波和T波的幅值和时间宽度及心率等参数值。\nV参数表主要包括空间域图形的轨迹运动方向，夹角和面积参数， 如心向量图各象限面积比，向量夹角，起始和终结位置，向量环的旋 转方向等参数。\nF参数表主要包括心电频域图形的形态和位置，如图5A、5B所示心 电频域图中的功率频谱曲线G的前四峰g1-g4的峰值和相应的频率， 脉冲响应PIH的主峰和负向峰的峰值和位置，自相关和互相关曲线V 、V和V的γ1、γ2和γ3的高度和位置，相干函数曲线RF中， 与功率频谱曲线第一峰g1的频率位置相对应的相干点f1；传递函数 幅值曲线Hxy最高值h的幅值和频率位置等参数。\nVF参数表主要包括VFG图形的形态和位置，如图7A、7B、7C所示 的心向量频谱图中的功率谱G、G、G的前四个峰g1-g4的峰值位 置和相应的频率值，脉冲响应PIH的主峰和负向峰的幅度及位置，自相 关和互相关VXX、V、V、V的γ1、γ2、γ3的高度及位置，相干 函数RF中与功率谱第一峰g1的频率位置相对点的相干值f1，和传递函 数Hxy最高值h的幅值和频率位置等参数。\nTV参数表主要记录X、Y、Z正交心电图各个期的P、QRS、T波的位 置，幅角，用于指导综合心电图的输出。\n根据C、V、F、VF、TV五个参数表分别在步骤135、145、155、16 5和175分别进行时域分析、空间域分析、心电频域分析、空间域频域 分析和综合分析，并给出时域、空间域、心电频域、空间域频域和综 合分析的分析报告，如图中步骤136、146、156、166和176所示。进 而在步骤180进行专家系统分析，对此将在下面做更加详细的讨论。在 专家系统分析之后将在步骤210进行病情分级，之后在步骤300打印出 诊断结果和治疗方案，整个流程到此终结。\n此外，根据步骤143的空间域波形识别的结果可以绘出心向量图， 如步骤144所示。同样，在步骤173对综合分析的波形识别结果可以绘 出综合分析的有关图形，这如步骤174所示。\n图11是图10中专家系统综合分析步骤180所代表的各处理步骤的 详细流程图。如图所示，当产生了C、V、F、VF、TV参数表后，在步 骤181提示单项分析已经结束，从而转入步骤182，对多域综合病例进 行扫描，在步骤183将扫描结果与给定的多域综合病理指标进行比较判 别，如果符合上述指标，即可在步骤184给出分析报告，表明扫描结 果在多域综合病理指标的范围内。但如果判明不在范围之内，则在步 骤185分别对各个域的分析结果进行检查，如果在步骤186的检查结果 没有发现阳性值时，则转入步骤187进行临界区分析扫描，对于临界区 分析扫描将在后面详细讨论。通过临界区指标的综合判别，如果符合 临界区判别指标，则给由正常报告，如在步骤189所示。如果经判别 属于不正常情况，则在步骤190处给出异常报告或提示说明。当发现有 两域或两域以上的分析结果是阳性，如步骤192所示，则在步骤193输 出分析报告。如果不是这样，则继续执行步骤195，确定是否可以根据 现有的单域阳性指标给出确切的分析结果，如果可以，则在步骤196给 出分析结果。否则执行步骤198，以便确定这一单域分析的阳性结果是 否在其他几个域中存在着对应关系，如果存在这种对应关系，则在步 骤199给出确切的分析报告，否则将在步骤201判断该域阳性结果是否 为假阳性，判定结果表明为真阳性，则在步骤202给出提示说明，否 则将认为该阳性结果为假阳性，而予以否决，如步骤204所示。最后 将图中的分析结果或说明输入病情分级210中，进行后续处理。\n参见图12，该图所示是图10中步骤134时域分析的详细过程，应 该说明的是步骤143、173的分析过程与步骤134相同，在此只对步骤 134进行说明。在步骤1341开始时域波形识别，步骤1342确定是否需 要人工干预，应该说对于常规的波形无需人工干预，可以直接进入步 骤1346进行自动识别，产生C参数表。对于疑难波形，进入步骤1343 在监视器上显示出需要人工干预的波形或标志线，如图13所示，在步 骤1344由操作者给出标志线代号(如图13中的Pb线)及其位移量， 使其达到所需的位置。在步骤1345确定是否完成人工干预，如果未完 成，则返回到步骤1344，移动另一个标志线，直至完成人工干预后进 入步骤1346，对识别后的波形产生C参数。应当指出，由于多路信号 是同步采集的，因此，仅对其中一路信号进行人工识别，即可相应地 确定其它各路信号的波形位置，所以，在监视器上仅需操作者选定的 某一路信号单独显示，并通过将波形局部放大，用这种方式可以极大 地提高对疑难波形识别的准确性。    \n图13所示为心电图波形通过标志线Pb、Pe、Qb、Se、Tx、Te所确 定的P波、QRS波和T波的起始和终止位置。虚线Pb′表示了标志线Pb 的位移过程。\n图14所示为图11中的临界区分析扫描步骤187的详细说明。当在 步骤186的单域分析结果的判别均为阴性时，程序进入步骤187，对C、 F、V、VF、TV五个参数表中的各有关参数进行扫描，判别那个参数处 于预先设置的临界区之内。应当指出，本发明的装置中各域的判别结 果可分为阳性、阴性和两者之间的一个临界区，该临界区是根据大量 临床病例统计结果与专家的经验确定的，主要是指介于阳性指标和 阴性指标之间的一段取值范围，在该范围内很难将正常情况与轻度异 常情况相区别。例如，正常指标为2.40mv以下，而异常指标为2.50m v以上，则2.41-2.49之间的临界区。在步骤182中，如果上述五个参 数中没有临界范围内的参数，则在步骤189输出正常报告。如果有临界 区参数(步骤1872)，则在步骤1872进行模糊处理，其方法是对临界区 的参数进行欧氏距离运算，并在步骤1873对上述结果进行比较判别， 如果它的空间分布点不在预定的异常区域内，则经步骤1874返回到步 骤189输出正常报告，否则在步骤190输出异常报告或有关提示。\n图15所示为本发明的诊断仪的一个具体实施例的车台式配置的外 观示意图，其中标号403为主机，它包括本发明的全方位立体心电信 息诊断仪的电信号收集装置2，信号处理装置3，报警装置5，键盘6， 外部存储装置7。404为监视器，它和外部监视器7及主机构成一个整 体，405为高速热敏绘图打印机，406为车台。由于采用车台式配，便 于在医院内能流动使用，且也适合于紧急出诊的需要。\n以上所述为本发明的具体实施方案，对于本技术领域内的技术人 员在此基础上可以做出各种改进和变换，但这些都在本发明的保护范 围之内。 \n表I\n            I      II    III    aVR    aVL    aVF     V1     V2     V3    V4      V5     V6\nP1a        .05    .09    .02   -.07    .00    .06    .02    .05    .04    .04    .05    .05\nP2a        .00    .00    .00    .00    .00    .00    .00    .00    .00    .00    .00    .00\np1d        .09    .11    .08    .10    .03    .10    .08    .08    .08    .08    .09    .08\np2d        .00    .00    .00    .00    .05    .00    .00    .00    .00    .00    .00    .00\nQa         .00    .00   -.20   -.56    .00   -.00    .00    .00    .00    .00    .00   -.03\nQd         .00    .00    .04    .06    .00    .00    .00    .00    .00    .00    .00    .02\nRa         .68    .52    .76    .03    .43    .60    .17    .68    .85   1.68   1.77   1.11\nRd         .05    .11    .08    .04    .05    .10    .04    .04    .04    .05    .04    .05\nSa        -.43    .00    .00    .00   -.56    .00   -.72  -2.23  -2.22  -1.95   -.78   -.07\nSd         .07    .00    .00    .00    .07    .00    .08    .08    .08    .07    .06    .05\nR″        .00    .00    .00    .00    .00    .00    .00    .00    .00    .00    .00    .00\nSTa        .00    .00   -.06    .00    .00    .00    .14    .42    .33    .11    .00   -.07\nSTd        .00    .00    .00    .00    .00    .00   1.00   1.00   1.00   1.00    .00    .00\nT1a        .20    .10   -.13   -.14    .15    .04    .00    .91    .71    .33    .20    .14\nT2a        .00    .00    .00    .00    .00    .00   -.02    .00    .00    .00    .00    .00\nP-R        .15    .16    .15    .16    .15    .16    .15    .15    .15    .15    .15    .15\nQ-T        .37    .35    .36    .36    .36    .35    .36    .36    .37    .37    .37    .36\nQRS        .12    .11    .12    .10    .12    .11    .12    .12    .12    .12    .11    .12\nPP min：                 PP max：              PP ave：                   A.HR：\nRR min：                 RR max：              RR ave：                   V.HR：85.0\nQRS：      .12           PR Int：      .16     QT Int：      .36          QTC：\nAXIS＝74.00 CLOCKWISE ROTATION\nECG FINDING：\nNORMAL SINUS RHYTHM\nST ELEVATION： V2， V3，\n                                                             SIGNATURE： 表II\n *****   FCG     DIAGNOSIS    ***** GXX          Mark    1/2    HG    1-N\n                  +     -     -\n                 3/4N   TU    5/10\n          5       -     -     + GYY         Mark     1/2    HG    1-N\n                  +     -     -\n                 3/4N   TU    5/10\n          5       -     -     + QXY         Mark      D     W     D+W\n          5       +     -     - PIH         Mark     PV     M1    M2     M3\n          2       -     +     -      - VXX.VYY     Mark     RH     RL    FPX\n                 FPY    TVX   TVY\n          0       -     -     - VXY         Mark     RV     RD    RF     NW\n          5       -     -     -      + RF          Mark     Cp     Ct    Cb1\n          0       -     -     - TOTAL：       8 LAST  SUCGESTION：    ABNORMAL FCG：     +\n*****    FCG    PARAMETER TABLE  *****\n         Rxy    Rx      Ry    Pmax    Pmin\n         7.75  4.53    19.63  213.76-189.39 Gxx          1     2       3       4 A            2.5   5.0     6.9     3.6 F            5.6   11.2    16.8    21.6 Gyy          1     2       3       4 A            1.9   17.1    5.7     4.1 F            5.6   11.2    16.8    22.4\n表III.                                     F               LS                  H P   rot direction               CCW             CCW                  CCW   max.v-amp(mv)               .00             .00                  .00 Q R S   rot direction                CW             CCW                  CCW   0.01″  amp  (mv)           .14             .28                  .31   0.01″  ang  (degree)     105.9          174.60                63.19   0.02″  amp  (mv)           .69             .38                  .75   0.02″  ang  (degree)     14.94          151.80                26.46   0.03″  amp  (mv)          1.10             .38                 1.05   0.03″  ang  (degree)     18.88           68.73                -7.58   0.04″  amp  (mv)           .40             .83                  .73   0.04″  ang  (degree)     89.42           28.48               -89.69   max v-amp(mv)              1.14            1.05                 1.19   max ang(degress)          16.44           17.33              -122.22   duration(sec)              1.23   area    L/R                 .43             .45                  .30     ″    S/I                 .00             .00                 2.19     ″    P/A   Total Area：             368.00          267.00               927.00   area    I％               70.10           68.90                31.10     ″    II％              29.80           31.00                  .20     ″    III％               .00             .00                22.60     ″    IV％                .00             .00                45.90 T   rot direction                CW             CCW                  CCW   max v amp(mv)               .26             .31                  .36   ang(degree)               29.16           169.1                58.32 QRS-T angle(degree)               12.12          152.58               180.53 QRS/T ratio                        4.43            3.35                 3.33 VCG FINDING： 表IV\nGXX    Mark    1/2    HG    1-N    3/4N   TU\n                +     -     -      -      -\n                O     U     E      P\n        5       +     -     -      +\nGYY    Mark    1/2    HG    1-N    3/4N   TU\n                +     -     -      -      -\n                O     U     E      P\n        5       -     -     -      -\nGZZ    Mark    1/2    HG    1-N    3/4N   TU\n                +     -     -      -      -\n                O     U     E      P\n        5       +     -     -      -\nQXY    Mark     D     W     DW     T      S\n        5       +     -     -      -      -\nPIH    Mark     PV   M1     M2     M3     MZ\n        5       -     +     +      -      -   v/x/y/z  Mark     RH   RLX    RLY    RLZ    FPX   FPY\n                -     -     -      -      -      +\n                FPZ  TVX    TVY    TVZ\n        5       -     -     -      +\nVXY    Mark     RV   RD     NW+    NW-    VP\n        5       -     +     -      +      -\nRF    Mark      Cp   Ct     V      RW\n        2       -     -     -      +    \nTOTAL：10    LAST SUGGESTION：SERIOUS ABNORMAL VFG：++ 表V\n     I     II    III     aVR    aVL   aVF     V1     V2     V3     V4     V5     V6     X    Y     Z   PB1  .05    .05    .06    .05    .051   .052   .05    .051   .051   .051   .051   .052   .05  .05  .05   PE1  .02    .02    .02    .02    .019   .02    .018   .02    .02    .02    .02    .02    .02  .02  .02   QB1  .14    .13    .14    .13    .14    .14    .15    .14    .14    .15    .14    .15    .14  .14  .15   QE1  .08    .08    .07    .08    .08    .08    .08    .08    .08    .07    .08    .08    .08  .07  .08   SB1  .32    .31    .32    .33    .32    .33    .32    .32    .32    .33    .31    .32    .31  .31  .31   SE1  .11    .10    .10    .11    .12    .11    .11    .11    .10    .11    .10    .12    .10  .11  .12   PB2  .45    .44    .44    .45    .41    .45    .44    .45    .45    .43    .45    .45    .43  .45  .44   PE2  .02    .03    .02    .02    .04    .03    .03    .02    .03    .02    .02    .02    .02  .03  .03   QB2  .51    .50    .51    .50    .53    .50    .51    .51    .52    .52    .50    .50    .51  .51  .52   QE2  .09    .10    .09    .09    .09    .10    .10    .09    .08    .09    .10    .09    .10  .09  .09   SB2  .67    .66    .65    .66    .65    .66    .65    .66    .67    .67    .67    .66    .65  .67  .68   SE2  .12    .11    .12    .12    .13    .11    .12    .12    .12    .13    .12    .11    .12  .13  .12   PB3  .85    .86    .87    .85    .84    .85    .85    .85    .84    .83    .84    .84    .84  .85  .84   PE3  .03    .03    .04    .04    .03    .03    .02    .03    .03    .04    .03    .04    .03  .04  .03   QB3  1.0    1.0    1.1    1.0    1.0    1.1    1.1    1.1    1.1    1.1    1.1    1.1    1.0  1.1  1.0   QE3  .09    .08    .09    .09    .08    .09    .09    .09    .09    .08    1.0    .09    0.9  0.8  0.8   SB3  1.4    1.4    1.3    1.4    1.4    1.3    1.3    1.4    1.4    1.4    1.3    1.4    1.3  1.4  1.3   SE3  .11    .10    .10    .10    .10    .10    .11    .10    .10    .10    .11    .11    .11  .12  .11   pB4  1.6    1.5    1.6    1.6    1.6    1.5    1.5    1.4    1.6    1.5    1.6    1.5    1.5  1.5  1.6   PE4  .03    .03    .03    .04    .04    .04    .04    0.3    .04    .03    .04    .03    .04  .03  .03   QB4  1.7    1.7    1.6    1.7    1.6    1.5    1.6    1.6    1.5    1.7    1.6    1.6    1.5  1.6  1.6   QE4  .12    .13    .12    .12    .13    .13    .12    .13    .13    .14    .12    .12    .12  .12  .13   SB4  1.9    1.9    2.0    1.8    1.9    1.9    1.9    1.8    1.9    1.9    1.9    1.8    2.0  1.9  1.8   SE4  .13    .12    .13    .12    .12    .13    .13    .13    .12    .12    .13    .13    .12  .12  .13   PB5  2.2    2.2    2.3    2.2    2.2    2.2    2.3    2.2    2.3    2.3    2.3    2.3    2.2  2.2  2.2   PE5  .03    .03    .03    .04    .04    .04    .04    0.3    .04    .03    .04    .03    .04  .03  .03   QB5  2.5    2.6    2.6    2.4    2.6    2.5    2.6    2.6    2.5    2.4    2.6    2.6    2.5  2.6  2.6   QE5  .12    .13    .12    .12    .13    .13    .12    .13    .13    .14    .12    .12    .12  .12  .13   SB5  2.8    2.9    2.8    2.8    2.9    2.9    2.9    2.8    2.9    2.9    2.9    2.8    2.8  1.8  2.8   SE5  .13    .12    .12    .12    .12    .13    .13    .13    .12    .12    .13    .13    .13  .12  .13