心电图检测系统的性能评价方法探索

摘要：本文介绍针对心电图检测系统的应用性能评价，从心电检测系统的关键指标要求，到硬件的系统设计，以及心电算法及其评估方法，并以一套新近研发的心电图检测系统（wECGTM）为例，借助于心电数据库以及某公司在用产品进行了比对与分析，为进一步的心电检测系统研究与评估提供参考。

关键词：心电图；自动分析算法；临床数据库

心电图是临床上用于心血管疾病筛查的常用手段之一，通常是采用12导联同步心电检测与特征参数计算方法，在自动分析结果的基础之上，结合心电图技师的人工判读，以及临床大夫结合临床症状，甚至其它检查结果给出的诊断，其中自动分析在筛查与过滤中起到特别的重要应用价值，特别随着人们对健康日益关乎，体检成为常态，家庭与社区的监护成为可能，心电图检查中的自动分析越来越重要，由于心电图本身的复杂性，以及在检查过程易受干扰等都给心电图的自动分析带来不确定性，研究现有的心电图检查系统的自动分析准确性，将有利于心电图分析进一步的后续改进，以提升分析的有效性，本文即是利用自身使用心电图检查的多年临床实践经验，再结合深圳大学正在进行的新型多导心电自动分析系统研究，给出基于同源信号的对比分析方法，并根据要求的比较参数，给出评价心电分析质量的核心指标，并为后续的改进和相关研究提供参考。

1心电图检测系统

心电图是由人体心脏电活动投影到体表，并通过体表电极，以及放大、滤波、数字化等过程而得到数字式心电信号，再进一步利用信号处理、特征识别以及专用分析算法，结合临床诊断原则而实现心电图的识别与疾病诊断，心电检测系统中信号放大部分是关键，其基本架构如图所示，通常需要考虑以下的关键指标：①输入噪声，< 25 微幅，②输入阻抗，>5兆欧，③共模抑制，>95 dB，④带通，0.05～150 Hz，⑤采样率，1000 Hz。

在12导联心电图检测系统中同时需要采用8通道心电系统，10导联输入的12导联同步心电信号采集（包含标准I/II/III、加压AvF/AvL/AvR，和胸部导联V1/V2/V3/V4/V5/V6），便于同步观察心脏各部位的信号特征，必要时还通过改变电极位置再实现心脏其它加做导联的信号采集（标准I/II/III，胸部导联VR1/VR2/VR3），以下是在标准12导联下的上述心电图检查的图形采集系统及实时波形显示，见图1。

在家庭、社区、甚至个人健康的心电图检查可以是12导联，5导联或者是3导联，但是其基本的分析参数还是一致的，在针对上述的心电信号进行特征分析时的常规参数主要有：心率（HR），QRS波宽度（QRSw），ST段（STv），QT间期（QTt），P波宽度（Pw），心电电轴（P/T/QRS），ST/HR斜率值等，并根据这些值，以及图谱与判别准则给出心电图诊断，参数的准确计算以及判别准则是诊断结果准确性的关键，其中心电信号的检测质量则是基础，上述的关键指标是心电系统的质量保障，其次是使用方法，如皮肤表面的预处理，电极连接，受试者的配合等，是保证获取高质量心电信号的基本要求，研究和实现优秀、精良的心电分析算法是进一步对心电信号特征进行识别与定量计算，也是实现精确诊断的基础，见图2。

在上述检测系统的设计中基本架构没有特别的，但在实际的系统设计中，增益的分级合理配置，PACE信号抑制与检测，输入极化电压的承受，输入噪声抑制和系统供电等，在本系统中的关键是使用了高性能的24位AD芯片，以及低噪声、轨之轨输入、输出的前置放大芯片，并在系统设计中，输入信号与放大板在全程屏蔽下的直接耦合，也确保信号的输入范围和直接的受扰，大大提升整个系统的共模抑制能力，达到改善整个系统的性能，该系统的相关指标都达到上述的要求，并在医院进行了一段时间试用，以下是进行的对比分析。

2多个心电信号检测系统的对比

这里针医院正在使用的某国外公司的商用12导同步心电图机，一套国内研究机构新推出的基于PC的12导联同步心电检测系统（wECG），并于近期开展针对同一患者的心电图检查对比研究，利用一套导联系统连接患者，借助一个转接器实现分别与商用心电图机和新型12导同步心电检测系统的连接而减少对患者的影响，连接关系，见图3。

在对心电进行分析的前提是对心电信号的特征进行识别，其中关键是QRS波，ST段，P波和T波等，首先为了解这个新型信心检测系统的有效性，先由设计单位利用Mit心电数据库进行初步的评估，表中是针对MIT数据库QRS复合波记录进行分析，按标准给出的统计学评价参数得出的结论，再利用上述系统与对比系统进行比对，同时利用人工对上述的数据进行标定，形成标准参考，这样可以形成新型心电图检测系统与商用心电图机、商用心电图机与人工标定参考，新型心电图检测系统与人工标定参考的三组比对，其中后两种的比对结果更有参考意义，见表1。

从表1、2的数据统计结果，可以得到新型心电检测系统具有较准确的分析心电特征的功能，基本参数与对比机的分析结果的误差都在允许的范围之内。

3结论

由于心电图的应用与检查越来越普及，已经在渗透到家庭、社区等非医疗环境下，需要研制更准确的心电图自动分析引擎，有利于心电图的应用普及与拓展，本文描述了心电图检测系统的主要参数，及其设计的要求和匹配时的技术考虑，并采用专用标准中的统计学方法，对深圳大学最新研制的检测系统（wECGTM）与在用的商用心电图机进行了初步的比较，统计结果说明wECGTM检测系统在基本性能上已经达到或超过专用标准的要求，具有较高的应用价值，同时也揭示由于心电图本身的复杂性，心电图的自动分析结果仍需要结合人工的判读，未来在心电图分析上仍需要进一步的研究：①通过系统设计提升信号检测的质量，保证后续信号特征识别的基础，②通过扩大的心电临床数据库来进行特征分析性能的改善与验证，确保心电算法改进的遍历性，从而提升心电分析的可靠性与准确性，改善后续的临床应用，希望有更多的团队投入到心电算法研究中，推出更多有价值的心电自动算法与特征分析引擎，提升相关产品的技术水平、易用性和可靠性。

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编辑/张燕

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