基于Windows 95平台的十二导同步心电图分析系统及其临床测试
作者：沈永林，蒋 珂，陈文晖，魏继航，梁毓厚
单位：(清华大学电机系，北京 100084)
关键词：十二导同步心电信号；频域分析；时域分析
航天医学与医学工程/990313摘要： 目的 为提高心电检测的准确度，在Windows 95平台下建立了一个标准十二导心电信号同步检测分析系统。 方法 硬件上，采用多处理器的方法，实现十二导心电信号同步采集，以及采集和波形显示的并行操作。软件上，在时域和频域中，分析心电信号的各种不同参数及形态。 结果 该系统进行了临床检测和分析，满足了临床的要求。 结论 十二导心电信号的同步采集，以及时、频域心电图的同时分析对临床诊断是很有意义的。
中图分类号：R540.41 文标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)03-0204-05
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12-Synchronous-Lead ECG Analyzing System Based on Windows 95 and Its Clinical Test.
SHEN Yong-lin
SHEN Yong-lin.Department of Electrical
Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China
JIANG Ke,CHEN Wen-hui,WEI Ji-hang,LIANG Yu-hou.Space Medicine & Medical Engineering,1999,12(3):204～208
Abstract: Objective To improve the accuracy of ECG analysis,a system for detecting and analyzing the standard 12-Synchronous-Lead ECG was set up on Windows 95. Method The system uses the method of multi-processor and realizes sampling the standard 12-Synchronous-Lead ECG synchronously and the parallel operation of synchronous acquisition and display of ECG.ECG signal was analysed with all kinds of parameter and its pattern in time domain and in frequency domain.Result Clinical test was well done and the result is satisfying.Conclusion In clinical diagnosis,it is very important to sample the standard 12-Synchronous-Lead ECG synchronously and to analyze ECG simultaneously in time domain and in frequency domain.
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Key words：12-Synchronous-lead ECG；freguency domain analysis;time domain analysis
常规十二导心电图是最传统、最经典的心电图记录方式。通过十二导心电图，医生可以对心脏的电活动有一个全面的了解，并通过对P波、QRS波群、S-T段及T波的形态和幅度的识别，诊断心脏的各种疾病。
但是，目前国内各医院广泛使用的仍是单导或三导心电图机，用这样的心电图机无法同时记录某一时刻的十二导心电信号。有些号称十二导的心电图机，也并非真实记录十二导心电图，而是采用软件导联的方法，从少数几个实际导联通过计算机推算得来的。或者，虽然是十二导，但是只用几个导联经多次切换得到的分时记录的十二导，并非同步记录的十二导。 众所周知，心脏活动是一个空间的整体，只有综合各方向(导联)的心电图结果，才能得到某一瞬间心脏活动的完整映象。在测量心电参数时，应以十二导联同步检测结果为依据。只记录二、三导，就有可能疏漏或错判。因此，发展十二导心电信号同步检测技术，可以为提高心电参数测量的准确度、建立心电图基本参数的标准化提供技术前提。
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国际心脏联盟协会(ISFC)及欧共体心电图标准化小组(CSE)均推荐使用十二导同步心电图记录。国外已有同步十二导心电图仪，我国将发展常规十二导心电图同步记录技术，用以代替以往的单导或三导心电图机。
本文建立的十二导心电信号同步检测分析系统，有以下几个特点：(1)利用多处理器，实现了十二导心电信号同步采集，信号采集与显示并行操作；(2)采用Windows 95平台，用户界面友好，大大地方便了用户的使用；(3)本系统的心电信号的分析不仅包括时域分析，还包括了频域分析，两者结合，拓宽了心电图诊断的途径；(4)允许人工干预，尊重医生的权威。
系统建立
硬件系统方案 系统硬件包括Wilson网络、前置放大器、隔离电路、主放大器、滤波器、A/D采集及高档微机。
传统心电图机在放大器的前端切换导联，这样，心电极化电压和电路的时间常数使传统心电图机无法实现心电信号的同步采集。为了实现常规心电图的十二导同步记录，本系统采用了十二道互相独立的放大器以及在放大器后端快速切换导联的方法，确保了心电信号的同步采集。
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放大电路的性能是本系统的关键。心电信号是强噪声背景下的低频弱信号，因此，放大器前置级要求：高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声。而分立的集成运放电路，由于元件参数的分散性，很难达到要求的高共模抑制比。加上各个元件的工况不同，往往引入更大的噪声。经过试验，采用了精密的放大器芯片，改进了线路板的布线设计，终于制成了高质量的放大器。经过两年多的长期的各种环境的运行考验，放大器稳定可靠。
保证我们被检测者的安全是电生理仪器研制中最重要的一环。设计制作高质量的DC/ DC隔离电源，采用多级隔离方案，以确保人体的绝对安全。
信号采集 为避免因各种因素造成的数据质量差而形成无效采集，保证得到高质量的采集数据，系统在信号采集的同时在显示器上监视采集到的心电信号波形。流行的Windows 95平台具有的多任务管理模式为此提供了条件，但要在十二导心电信号的采集的同时显示波形，有一定的困难，所以我们采用了多处理器的办法。采集系统的框图见图1。
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图1 采集系统框图
Fig.1 Block diagram of the sampling system
多处理器实现数据采集显示时，用单片机智能控制具体的A/D转换、数据采集，PC主机则不参与A/D转换的具体工作，只负责采集数据的传送和对单片机的控制，这样使得PC机有足够的时间实现心电数据的波形显示，以及完成Windows自身的任务。
A/D转换器的转换时间为5μs，转换精度为12位，完全可以满足快速、准确地采集十二通道心电信号的要求。
软件构成 软件设计的指导思想是建立功能强、界面友好的用户程序。首先软件功能要强,可以充分发挥硬件的功能,并且弥补硬件的不足,为应用奠定基础。而为用户提供一个易学易用的人机用户接口同样是极为重要的。Windows 95 是现在最流行的操作系统，它能提供强大的系统功能、极友好的用户界面接口，因此，它是本系统理想的系统设计平台。本系统软件结构如图2所示。
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软件系统[1]的主要功能包括：
.心电信号的采集、分析和显示；
.诊断报告的预览和打印；
.电子病历建立和数据库管理。
图2 软件结构
Fig.2 Software structure
心电图分析
心电分析流程 心电分析的流程见图3。
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图3 心电分析流程图
Fig.3 ECG analyzing flowchart
预处理是指去除心电信号采集过程中不可避免地混杂着的各种干扰，其中主要是工频干扰和基线漂移。除了在硬件电路中设置模拟滤波器外，还通过软件利用计算机技术和数字信号处理方法对采得的原始心电信号进行预处理来滤除干扰。
滤除工频干扰和基线漂移一般使用线性相位的数字滤波器，我们采用了一种可同时滤除心电中基线漂移和交流干扰的简便算法，具有处理速度快、运算量少的优点，效果较好。
QRS波检测中，单导QRS波检测相比P波、T波的检测要容易得多，检出率可高达99%以上。为了尽快完成一个病例长达60s的心电数据的QRS波检测，沿用传统的差分阈值法，先对QRS波形比较规则清晰的II导联信号进行单导联检测。对明显不合理的检测结果，再结合其它导联信号或使用其它方法进行修正，从而使耗费的时间与取得的效果之比更符合实用要求。
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多导综合 对于多导同步心电图来说，真正的心电特征点—P波起点、终点，QRS波群起点、终点，T波起点、终点—是唯一确定的[2]。根据多导同步心电图的生理意义以及临床标准，应该按照以下原则定位心电特征点：在定位各子波起点时，应以来自各导联的所有相应起点中的最小值，即最早一个起点为准；反之，在定位各子波终点时，应以来自各导联的所有相应终点中的最大值，即最晚一个终点为准[3]。
但在实际应用中，由于各导联的子波定位结果中难免有个别误差，因此在程序中要自动剔除这些可能带来较大误差的结果。在综合分析过程中，以下方法是可取的：所取的极值(起点为最小值，终点为最大值，简称极值)应在其它导联的相应检测结果中找到至少两个“同伴”—取值与该极值很接近，否则舍弃该极值取下一个次极值，直至满足有两个以上“同伴”的结果为止。
这种“找同伴”的方法的依据是：由于投影方向的不同，各特征点在各导联上的时间坐标也不尽相同，但它们所代表的反映心脏某一活动的开始或结束的特征点的发生时间却是唯一的。由于标准十二导联心电信号彼此的关系并非正交关系，所以这唯一的特征点的发生时间不仅仅表现在唯一的导联上。“找同伴”的思想正是正确地反映了心电信号的这一特点。实践表明，这种算法对大多数病例确实有效，大大提高了自动分析的准确度，同时减小了单导自动分析部分的压力。但是，这种方法能取得正确结果是有前提条件的，即至少有三个以上导联的自动分析结果能与心电特征点的时间位置相符合。因此，多导综合分析准确率的提高仍以不断提高单导分析准确率为基础。
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形态分析 在十二导联心电图中，各导联的心电图波形形态差别很大，P波和T波波形有向上、向下、低平、双向等类型，QRS波群差异性更大，有的主波向上，有的向下，有的没有Q波或R波或S波。正是这种差异性，提供了丰富的有诊断价值的信息。为了很好地描述它们的形态，测量有关的参数，本系统采用统一的标准的定义和各种形态的分类，然后进行评判，包括各波形、波群的形态和幅值。
在去极或复极过程中，心房或心室产生的各瞬间向量，合成为总向量，代表这段时间内向量的平均方向和强度，称为P波、QRS波、T波平均电轴。QRS波电轴在心脏疾病的临床诊断中是一个重要的参数，通常心电轴即指QRS波电轴。正常心电轴的范围为30°～90°，而大于90°的称为心电轴右偏，小于30°的称为心电轴左偏。过去沿用的心电轴计算方法是人工作图测定法。本系统利用计算机进行理论计算，得到的心电轴比用人工作图方法更准确、快捷、方便得多。
频谱分析 频谱心电图把ECG的时域信息转换为频率域的信息，从中提取频域的特征参数，从频域的角度分析某些心脏疾病，找出心脏病人的特征的改变，达到临床诊断的目的。
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与只提供时域信息的普通心电图相比，频谱心电图具有它自己的物理意义和特点，是一种新的无创性心血管功能检测方法，可以与常规心电相辅相成，拓宽心脏病诊断的途径。
本文采用离心脏较近的V5导联信号和离心脏较远的标准II导联信号，作为计算和分析的心电信号，在频域中对它们进行功率谱、传递函数、脉冲响应、相干函数和互相关函数等的分析，来检测心电信号从离心脏出发到肢体远端的频域特性，从中分析心脏的情况和特点。
人工干预 为了提高这一系统的真正实用性，除了计算机自动分析以外，还提供医生参与分析、人工干预的机会, 将医生的宝贵经验融入到分析结果中去，充分尊重医生的权威。
在分析窗口(见图4)，医生可以用鼠标移动心电信号的特征点，医生确认分析结果后，计算机不仅重新计算该导联测量参数，并在右侧参数输出窗口中显示，同时自动修改相关的综合分析结果。医生所有的修改结果均会存入文件中，可用于会诊、交流等目的，也可用于教学与科研。
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图4 心电图分析窗口
Fig.4 Window of ECG analysis
临床测试
在北京医科大学第一附属医院做的临床试用中，本系统对30例正常人和心脏病人进行了临床测试，男20人，女10人，平均年龄46岁。其中正常心电14例，心脏病患者16例。测试项目包括普通心电图的各种参数和形态，以及频谱心电图的自功率谱、传递函数相移、脉冲响应、相干函数和互相关函数。每例测试一分钟，利用采得的实际数据还进行系统的自动分析诊断性能的测试，取得了良好的初步效果，和医生的诊断结果相吻合。
病人中，心肌梗塞6例，其中陈旧性心肌梗塞4例，急性心肌梗塞2例，梗塞部位有前间壁、前壁及下壁。其中一例还伴有束支阻滞。这6例心梗患者的心电图表现均有异常Q波(或QS型波)及ST-T段特异性改变。
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束支阻滞群组中有束支阻滞心电图表现的有2例，分别是完全性的左束支和右束支传导阻滞。病例970005由于采得的I～aVF等六导数据噪音较大，即便是人工定位也很困难，尽管如此，系统还是正确地定位并提取了束支阻滞的心电图特征。
6例心律失常中，有三例窦性心动过缓，一例窦性心动过速，及两例室性早搏。室性早搏的特异性宽大畸形QRS波群有时只在特定导联上有所表现，在其它导联上则不明显。可见，十二导同步检测比仅检测一至二导可提高心律失常的检测率。
ST-T段改变6例，单纯的ST-T段改变虽不能直接得出病类确诊，但也有一定的辅助诊断及疾病预测价值。病例970024，其心电图的V1、V2、V3导T波明显倒置，V5、V6导T波低平，并有ST段轻微下降现象，结合该病人的年龄(60岁)，认为是异常现象。
测试中发现正常人的频谱心电图是很有规律的，而心脏病人的频谱心电图则明显不同于正常人。
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本系统在临床试用期间，硬件工作稳定可靠，放大器性能优良。软件界面清晰美观，软件功能完整，自动分析准确性高，还提供了人工干预的手段，使系统可靠实用，性能良好。
讨 论
心电图的自动分析经过多年的研究，正在从实验室走向实用化[4]。它大大减轻了医生的工作量，使心电诊断逐渐从人工转向自动化，提高了心电图诊断的水平。由于参与自动分析研究的多为工程技术人员，他们对心电图学的理论知识和经验很有限，加上心电图的各种实际情况是非常复杂的，以及心电图本身的诊断限度，如有一些心脏病包括严重的心脏病的心电图可能没有表现，因此心电图自动分析是有相当难度的，加强工程技术人员与医务人员的合作，少走弯路，是极为必要的。
另外，关于心电图的频谱分析，国外已经有频谱心电图产品应用，国内应用尚不多。凡是时域心电图有问题的患者，往往都可以看到他们异常的频谱。普通人一般很难识别微小差别的心电图，而经过频域处理后，也不难发现频域心电图的差异，至于差别所反映的生理、病理意义，并不清楚，但是随着频谱心电图研究的深入，它们会逐渐得到揭示。时域、频域两者结合进行分析，无疑是有意义的，它将会给心脏疾病的分析诊断注入新的动力。
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(致谢：本工作得到了北京医科大学第一医院杨虎教授的大力支持，特向他表示最诚挚的谢意。)
参考文献
[1] 沈永林，梁毓厚，杨虎.基于Windows平台上的标准十二导联ECG信号同步采集及分析软件[J].航天医学与医学工程，1997，10(1)：44～48
[2] Cuiwei Li，Chongxun Z,Changfeng T.Detection of ECG Characteristic Points Using Wavelet Transforms，IEEE Trans[J]. On BME，1995，42(1)：21～28
[3] 赵 捷，杨绪殿，华 玫.多导心电的识别[J].中国医疗器械杂志，1995，19(6)：327～329
收稿日期：1998-06-29, 百拇医药
单位：(清华大学电机系，北京 100084)
关键词：十二导同步心电信号；频域分析；时域分析
航天医学与医学工程/990313摘要： 目的 为提高心电检测的准确度，在Windows 95平台下建立了一个标准十二导心电信号同步检测分析系统。 方法 硬件上，采用多处理器的方法，实现十二导心电信号同步采集，以及采集和波形显示的并行操作。软件上，在时域和频域中，分析心电信号的各种不同参数及形态。 结果 该系统进行了临床检测和分析，满足了临床的要求。 结论 十二导心电信号的同步采集，以及时、频域心电图的同时分析对临床诊断是很有意义的。
中图分类号：R540.41 文标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)03-0204-05
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12-Synchronous-Lead ECG Analyzing System Based on Windows 95 and Its Clinical Test.
SHEN Yong-lin
SHEN Yong-lin.Department of Electrical
Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China
JIANG Ke,CHEN Wen-hui,WEI Ji-hang,LIANG Yu-hou.Space Medicine & Medical Engineering,1999,12(3):204～208
Abstract: Objective To improve the accuracy of ECG analysis,a system for detecting and analyzing the standard 12-Synchronous-Lead ECG was set up on Windows 95. Method The system uses the method of multi-processor and realizes sampling the standard 12-Synchronous-Lead ECG synchronously and the parallel operation of synchronous acquisition and display of ECG.ECG signal was analysed with all kinds of parameter and its pattern in time domain and in frequency domain.Result Clinical test was well done and the result is satisfying.Conclusion In clinical diagnosis,it is very important to sample the standard 12-Synchronous-Lead ECG synchronously and to analyze ECG simultaneously in time domain and in frequency domain.
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Key words：12-Synchronous-lead ECG；freguency domain analysis;time domain analysis
常规十二导心电图是最传统、最经典的心电图记录方式。通过十二导心电图，医生可以对心脏的电活动有一个全面的了解，并通过对P波、QRS波群、S-T段及T波的形态和幅度的识别，诊断心脏的各种疾病。
但是，目前国内各医院广泛使用的仍是单导或三导心电图机，用这样的心电图机无法同时记录某一时刻的十二导心电信号。有些号称十二导的心电图机，也并非真实记录十二导心电图，而是采用软件导联的方法，从少数几个实际导联通过计算机推算得来的。或者，虽然是十二导，但是只用几个导联经多次切换得到的分时记录的十二导，并非同步记录的十二导。 众所周知，心脏活动是一个空间的整体，只有综合各方向(导联)的心电图结果，才能得到某一瞬间心脏活动的完整映象。在测量心电参数时，应以十二导联同步检测结果为依据。只记录二、三导，就有可能疏漏或错判。因此，发展十二导心电信号同步检测技术，可以为提高心电参数测量的准确度、建立心电图基本参数的标准化提供技术前提。
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国际心脏联盟协会(ISFC)及欧共体心电图标准化小组(CSE)均推荐使用十二导同步心电图记录。国外已有同步十二导心电图仪，我国将发展常规十二导心电图同步记录技术，用以代替以往的单导或三导心电图机。
本文建立的十二导心电信号同步检测分析系统，有以下几个特点：(1)利用多处理器，实现了十二导心电信号同步采集，信号采集与显示并行操作；(2)采用Windows 95平台，用户界面友好，大大地方便了用户的使用；(3)本系统的心电信号的分析不仅包括时域分析，还包括了频域分析，两者结合，拓宽了心电图诊断的途径；(4)允许人工干预，尊重医生的权威。
系统建立
硬件系统方案 系统硬件包括Wilson网络、前置放大器、隔离电路、主放大器、滤波器、A/D采集及高档微机。
传统心电图机在放大器的前端切换导联，这样，心电极化电压和电路的时间常数使传统心电图机无法实现心电信号的同步采集。为了实现常规心电图的十二导同步记录，本系统采用了十二道互相独立的放大器以及在放大器后端快速切换导联的方法，确保了心电信号的同步采集。
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放大电路的性能是本系统的关键。心电信号是强噪声背景下的低频弱信号，因此，放大器前置级要求：高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声。而分立的集成运放电路，由于元件参数的分散性，很难达到要求的高共模抑制比。加上各个元件的工况不同，往往引入更大的噪声。经过试验，采用了精密的放大器芯片，改进了线路板的布线设计，终于制成了高质量的放大器。经过两年多的长期的各种环境的运行考验，放大器稳定可靠。
保证我们被检测者的安全是电生理仪器研制中最重要的一环。设计制作高质量的DC/ DC隔离电源，采用多级隔离方案，以确保人体的绝对安全。
信号采集 为避免因各种因素造成的数据质量差而形成无效采集，保证得到高质量的采集数据，系统在信号采集的同时在显示器上监视采集到的心电信号波形。流行的Windows 95平台具有的多任务管理模式为此提供了条件，但要在十二导心电信号的采集的同时显示波形，有一定的困难，所以我们采用了多处理器的办法。采集系统的框图见图1。
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图1 采集系统框图
Fig.1 Block diagram of the sampling system
多处理器实现数据采集显示时，用单片机智能控制具体的A/D转换、数据采集，PC主机则不参与A/D转换的具体工作，只负责采集数据的传送和对单片机的控制，这样使得PC机有足够的时间实现心电数据的波形显示，以及完成Windows自身的任务。
A/D转换器的转换时间为5μs，转换精度为12位，完全可以满足快速、准确地采集十二通道心电信号的要求。
软件构成 软件设计的指导思想是建立功能强、界面友好的用户程序。首先软件功能要强,可以充分发挥硬件的功能,并且弥补硬件的不足,为应用奠定基础。而为用户提供一个易学易用的人机用户接口同样是极为重要的。Windows 95 是现在最流行的操作系统，它能提供强大的系统功能、极友好的用户界面接口，因此，它是本系统理想的系统设计平台。本系统软件结构如图2所示。
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软件系统[1]的主要功能包括：
.心电信号的采集、分析和显示；
.诊断报告的预览和打印；
.电子病历建立和数据库管理。
图2 软件结构
Fig.2 Software structure
心电图分析
心电分析流程 心电分析的流程见图3。
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图3 心电分析流程图
Fig.3 ECG analyzing flowchart
预处理是指去除心电信号采集过程中不可避免地混杂着的各种干扰，其中主要是工频干扰和基线漂移。除了在硬件电路中设置模拟滤波器外，还通过软件利用计算机技术和数字信号处理方法对采得的原始心电信号进行预处理来滤除干扰。
滤除工频干扰和基线漂移一般使用线性相位的数字滤波器，我们采用了一种可同时滤除心电中基线漂移和交流干扰的简便算法，具有处理速度快、运算量少的优点，效果较好。
QRS波检测中，单导QRS波检测相比P波、T波的检测要容易得多，检出率可高达99%以上。为了尽快完成一个病例长达60s的心电数据的QRS波检测，沿用传统的差分阈值法，先对QRS波形比较规则清晰的II导联信号进行单导联检测。对明显不合理的检测结果，再结合其它导联信号或使用其它方法进行修正，从而使耗费的时间与取得的效果之比更符合实用要求。
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多导综合 对于多导同步心电图来说，真正的心电特征点—P波起点、终点，QRS波群起点、终点，T波起点、终点—是唯一确定的[2]。根据多导同步心电图的生理意义以及临床标准，应该按照以下原则定位心电特征点：在定位各子波起点时，应以来自各导联的所有相应起点中的最小值，即最早一个起点为准；反之，在定位各子波终点时，应以来自各导联的所有相应终点中的最大值，即最晚一个终点为准[3]。
但在实际应用中，由于各导联的子波定位结果中难免有个别误差，因此在程序中要自动剔除这些可能带来较大误差的结果。在综合分析过程中，以下方法是可取的：所取的极值(起点为最小值，终点为最大值，简称极值)应在其它导联的相应检测结果中找到至少两个“同伴”—取值与该极值很接近，否则舍弃该极值取下一个次极值，直至满足有两个以上“同伴”的结果为止。
这种“找同伴”的方法的依据是：由于投影方向的不同，各特征点在各导联上的时间坐标也不尽相同，但它们所代表的反映心脏某一活动的开始或结束的特征点的发生时间却是唯一的。由于标准十二导联心电信号彼此的关系并非正交关系，所以这唯一的特征点的发生时间不仅仅表现在唯一的导联上。“找同伴”的思想正是正确地反映了心电信号的这一特点。实践表明，这种算法对大多数病例确实有效，大大提高了自动分析的准确度，同时减小了单导自动分析部分的压力。但是，这种方法能取得正确结果是有前提条件的，即至少有三个以上导联的自动分析结果能与心电特征点的时间位置相符合。因此，多导综合分析准确率的提高仍以不断提高单导分析准确率为基础。
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形态分析 在十二导联心电图中，各导联的心电图波形形态差别很大，P波和T波波形有向上、向下、低平、双向等类型，QRS波群差异性更大，有的主波向上，有的向下，有的没有Q波或R波或S波。正是这种差异性，提供了丰富的有诊断价值的信息。为了很好地描述它们的形态，测量有关的参数，本系统采用统一的标准的定义和各种形态的分类，然后进行评判，包括各波形、波群的形态和幅值。
在去极或复极过程中，心房或心室产生的各瞬间向量，合成为总向量，代表这段时间内向量的平均方向和强度，称为P波、QRS波、T波平均电轴。QRS波电轴在心脏疾病的临床诊断中是一个重要的参数，通常心电轴即指QRS波电轴。正常心电轴的范围为30°～90°，而大于90°的称为心电轴右偏，小于30°的称为心电轴左偏。过去沿用的心电轴计算方法是人工作图测定法。本系统利用计算机进行理论计算，得到的心电轴比用人工作图方法更准确、快捷、方便得多。
频谱分析 频谱心电图把ECG的时域信息转换为频率域的信息，从中提取频域的特征参数，从频域的角度分析某些心脏疾病，找出心脏病人的特征的改变，达到临床诊断的目的。
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与只提供时域信息的普通心电图相比，频谱心电图具有它自己的物理意义和特点，是一种新的无创性心血管功能检测方法，可以与常规心电相辅相成，拓宽心脏病诊断的途径。
本文采用离心脏较近的V5导联信号和离心脏较远的标准II导联信号，作为计算和分析的心电信号，在频域中对它们进行功率谱、传递函数、脉冲响应、相干函数和互相关函数等的分析，来检测心电信号从离心脏出发到肢体远端的频域特性，从中分析心脏的情况和特点。
人工干预 为了提高这一系统的真正实用性，除了计算机自动分析以外，还提供医生参与分析、人工干预的机会, 将医生的宝贵经验融入到分析结果中去，充分尊重医生的权威。
在分析窗口(见图4)，医生可以用鼠标移动心电信号的特征点，医生确认分析结果后，计算机不仅重新计算该导联测量参数，并在右侧参数输出窗口中显示，同时自动修改相关的综合分析结果。医生所有的修改结果均会存入文件中，可用于会诊、交流等目的，也可用于教学与科研。
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图4 心电图分析窗口
Fig.4 Window of ECG analysis
临床测试
在北京医科大学第一附属医院做的临床试用中，本系统对30例正常人和心脏病人进行了临床测试，男20人，女10人，平均年龄46岁。其中正常心电14例，心脏病患者16例。测试项目包括普通心电图的各种参数和形态，以及频谱心电图的自功率谱、传递函数相移、脉冲响应、相干函数和互相关函数。每例测试一分钟，利用采得的实际数据还进行系统的自动分析诊断性能的测试，取得了良好的初步效果，和医生的诊断结果相吻合。
病人中，心肌梗塞6例，其中陈旧性心肌梗塞4例，急性心肌梗塞2例，梗塞部位有前间壁、前壁及下壁。其中一例还伴有束支阻滞。这6例心梗患者的心电图表现均有异常Q波(或QS型波)及ST-T段特异性改变。
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束支阻滞群组中有束支阻滞心电图表现的有2例，分别是完全性的左束支和右束支传导阻滞。病例970005由于采得的I～aVF等六导数据噪音较大，即便是人工定位也很困难，尽管如此，系统还是正确地定位并提取了束支阻滞的心电图特征。
6例心律失常中，有三例窦性心动过缓，一例窦性心动过速，及两例室性早搏。室性早搏的特异性宽大畸形QRS波群有时只在特定导联上有所表现，在其它导联上则不明显。可见，十二导同步检测比仅检测一至二导可提高心律失常的检测率。
ST-T段改变6例，单纯的ST-T段改变虽不能直接得出病类确诊，但也有一定的辅助诊断及疾病预测价值。病例970024，其心电图的V1、V2、V3导T波明显倒置，V5、V6导T波低平，并有ST段轻微下降现象，结合该病人的年龄(60岁)，认为是异常现象。
测试中发现正常人的频谱心电图是很有规律的，而心脏病人的频谱心电图则明显不同于正常人。
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本系统在临床试用期间，硬件工作稳定可靠，放大器性能优良。软件界面清晰美观，软件功能完整，自动分析准确性高，还提供了人工干预的手段，使系统可靠实用，性能良好。
讨 论
心电图的自动分析经过多年的研究，正在从实验室走向实用化[4]。它大大减轻了医生的工作量，使心电诊断逐渐从人工转向自动化，提高了心电图诊断的水平。由于参与自动分析研究的多为工程技术人员，他们对心电图学的理论知识和经验很有限，加上心电图的各种实际情况是非常复杂的，以及心电图本身的诊断限度，如有一些心脏病包括严重的心脏病的心电图可能没有表现，因此心电图自动分析是有相当难度的，加强工程技术人员与医务人员的合作，少走弯路，是极为必要的。
另外，关于心电图的频谱分析，国外已经有频谱心电图产品应用，国内应用尚不多。凡是时域心电图有问题的患者，往往都可以看到他们异常的频谱。普通人一般很难识别微小差别的心电图，而经过频域处理后，也不难发现频域心电图的差异，至于差别所反映的生理、病理意义，并不清楚，但是随着频谱心电图研究的深入，它们会逐渐得到揭示。时域、频域两者结合进行分析，无疑是有意义的，它将会给心脏疾病的分析诊断注入新的动力。
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(致谢：本工作得到了北京医科大学第一医院杨虎教授的大力支持，特向他表示最诚挚的谢意。)
参考文献
[1] 沈永林，梁毓厚，杨虎.基于Windows平台上的标准十二导联ECG信号同步采集及分析软件[J].航天医学与医学工程，1997，10(1)：44～48
[2] Cuiwei Li，Chongxun Z,Changfeng T.Detection of ECG Characteristic Points Using Wavelet Transforms，IEEE Trans[J]. On BME，1995，42(1)：21～28
[3] 赵 捷，杨绪殿，华 玫.多导心电的识别[J].中国医疗器械杂志，1995，19(6)：327～329
收稿日期：1998-06-29, 百拇医药