一种基于三维心电叠加图的心电图分析方法

技术领域

本发明涉及心电图技术领域，具体为一种基于三维心电叠加图的心电图分析方法。

背景技术

动态心电图是一种可以长时间连续记录人体心脏在活动和安静状态下心电图变化的方法。在实际应用中，动态心电图通常会监测并记录人体1天至30天或更长时间的海量心电数据。在对动态心电图进行分析时候，为了能够实现对动态心电图数据的全心搏快速审核和错误心拍的批处理，现有技术中的大部分动态心电分析系统致力于发展信息堆叠技术，把海量心拍的波形呈现在一张图形中，常用的方法包括：波形叠加图和色谱图。

波形叠加图是依次以每个心拍的QRS波位置为中心截取固定长度的心电波反复绘制曲线而成。波形叠加图能清晰观察整个记录的心电图的QRS波主要形态，但是其忽略了波形随时间变化的趋势信息，因此无法处理诸如P波/T波等较为矮小或依赖相对变化进行判图的波形，也无法迅速定位到P波/T波中的异常波的位置。

色谱图是按时间顺序以每个心拍的QRS波位置为中心截取固定长度的心电波，将该心电波表示成电压幅度的一维向量放入到二维数据矩阵列当中，最终二维数据矩阵列进行颜色编码显示。虽然色谱图中的心拍波形按时间排列，能够观察波形随时间的变化，但是心电波的电压幅度被转换成颜色的深浅，分析人员难以通过人眼观察颜色渐变推断出波形随时间变化的趋势信息。因此，现有技术中，色谱图仅仅了在比较明显的房颤波、房扑波筛查中得到应用。

发明内容

为了解决现有技术中缺少一种能够针对海量的动态心电图数据，进行全心搏中异常P波T波的快速查找定位的方法的问题，本申请提供基于三维心电叠加图的心电图分析方法，其能够针对海量的动态心电图数据，实现快速地定位全心搏中存在异常的P波和T波的样本数据，同时方法简单形象，容易掌握。

本发明的技术方案是这样的：一种基于三维心电叠加图的心电图分析方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1；获取待分析心电图样本数据；

S2：构建图像化分析工具；

所述图像化分析工具包括：三维心电波叠加图、波形叠加图、色谱图、特征参数散点图和样本图；

所述三维心电波叠加图为：基于所述待分析心电图样本数据，以采样点序号、样本号、电压值为X轴、Y轴、Z轴的坐标，绘制每一个心拍数据的三维心电波曲线，将所有心拍的心电波绘制在一副图像中，即得到所述三维心电波叠加图；

所述波形叠加图：依次以每个心拍的QRS波位置为中心截取固定长度的心电波反复绘制曲线；

所述色谱图：按时间顺序以每个心拍的QRS波位置为中心截取固定长度的心电波，将该心电波表示成电压幅度的一维向量放入到二维数据矩阵列当中，最终二维数据矩阵列进行颜色编码显示；

所述特征参数散点图：每个散点代表一个心拍，横坐标为心拍号，纵坐标为心拍特征参数值；所述心拍特征参数值包括：每个心拍在指定焦点时间段的统计的电压平均值、最大最小电压差、最大电压和最小电压；

所述样本图：对每个心拍样本，以R波为中心显示心拍心电波波形；

S4：通过所述三维心电波叠加图，将所述波形叠加图、所述色谱图、所述特征参数散点图和所述样本图之间建立图形对应关系；

所述波形叠加图的横坐标和纵坐标对应所述三维心电波叠加图的X轴坐标和Z轴坐标；

所述色谱图的横坐标和纵坐标对应所述三维心电波叠加图的Y轴坐标和X轴坐标；

所述特征参数散点图的横坐标对应所述三维心电波叠加图的Y轴坐标；

所述样本图支持显示所述三维心电波叠加图中的每一个心拍数据的图形；

S5：基于所述图像化工具之间的图形对应关系，构建所述图像化分析工具之间的数据联动逻辑，将所有的图像化分析工具之间对心拍数剧的操作进行数据联动；

S6：基于所述波形叠加图，找到幅度变化剧烈的异常数据，框选后，将框选数据显示所述色谱图中；

在所述色谱图中，基于颜色找到变化明显的数据，记作：嫌疑数据；

确定所述嫌疑数据所处的焦点时间段，并选择所述焦点时间段；

S7：在所述三维心电波叠加图和所述色谱图上标记所述焦点时间段的嫌疑数据区域；所述特征参数散点图和所述样本图中，只显示所述焦点时间区域的嫌疑数据；

S8：基于所述特征参数散点图，对所述嫌疑数据对应的所述心拍特征参数值进行确认；

结合样本图中的每个心拍数据的具体波形，定位到异常数据；

S9：基于所述样本图，使用每个所述异常数据的波形图，对所述异常数据进行后续批量操作，完成对异常数据的审核分析工作。

其进一步特征在于：

所有的所述图像化工具都设置在一个界面中；

所述三维心电波叠加图支持视角切换，基于X轴、Y轴和Z轴，实现三维图像显示角度的变化；

所述波形叠加图的所述数据联动逻辑包括：

联动刷新：在指定模板中执行模板剥离时，同时在三维心电叠加图、色谱图、特征参数时间散点图、样本图的重新绘制；

框选波形叠加图的数据区域，计算得到框选区域的心拍样本，记作：待重绘样本，所述待重绘样本被输入到其图像化分析工具进行同步响应；

指定所述焦点时间段；设置波形叠加图中的焦点时间段后，计算得到所述焦点时间段中包括的所有心拍心电波在该时间段的心拍特征参数值，基于心拍特征参数值重绘特征参数时间散点图；同时其它图像化分析工具对所述焦点时间段的数据产生响应；

所述特征参数散点图的所述数据联动逻辑包括：框选任意散点，在其他三维心电叠加图、色谱图、和波形叠加图的界面高亮显示，在样本图界面显示被框选的样本图形；

所述样本图的所述数据联动逻辑包括：框选任意样本，并改变属性，同时框选的样本在其他图像化分析工具的界面高亮显示。

本申请提供的一种基于三维心电叠加图的心电图分析方法，其构建三维心电波叠加图，心电叠加图和色谱图分别是三维心电叠加图在两个侧方向的投影，通过三维心电波叠加图将波形叠加图、色谱图、特征参数散点图和样本图之间建立图形对应关系，确保整个过程基于图形化界面实现，易于理解，降低因为理解出错导致结果出错的概率；通过心电叠加图快速找到幅度变化剧烈的QRS波，通过色谱图快速找到明显变化P波或/和T波，可以非常快速的定位到有异常嫌疑的数据；设计基于特征参数和时间表示的特征参数散点图，弥补色谱图中心电波的电压幅度被转换成颜色的深浅导致的观察困难问题，通过特征参数散点图对每个心拍数据的心拍特征参数值进行确认，结合样本图对每个嫌疑数据确认，最终定位到异常数据，确保分析人员能够快速而准确地定位到异常数据；本方法中，为所有图像化分析工具之间建立数据联动逻辑，实现观察和编辑的统一，以规避部分模块仅仅适合观察，有的模块仅仅适合编辑的难题，进一步提高了分析效率，尤其适用于海量数据的批量分析和处理。

附图说明

图1为基于三维心电叠加图的心电图分析方法的流程图；

图2为三维心电波叠加图的实施例；

图3为图像化分析工具的分析界面的实施例；

图4为波形叠加图的实施例；

图5为色谱图的实施例；

图6为特征参数散点图的实施例；

图7为单个样本图的实施例。

具体实施方式

如图1所示，本申请包括一种基于三维心电叠加图的心电图分析方法，其包括以下步骤。

S1；获取待分析心电图样本数据。

S2：构建图像化分析工具；

如图3所示，图像化分析工具包括：三维心电波叠加图、波形叠加图、色谱图、特征参数散点图和样本图。

如图2所示，三维心电波叠加图为：基于待分析心电图样本数据，以采样点序号、样本号、电压值为X轴、Y轴、Z轴的坐标，绘制每一个心拍数据的三维心电波曲线，将所有心拍的心电波绘制在一副图像中，即得到三维心电波叠加图，具体如图2所示。

三维心电波叠加图支持视角切换，基于X轴、Y轴和Z轴，实现三维图像显示角度的变化；本实施例中，通过点击按钮可以让视角向左右或向上下变动，左侧以数字显示视角状态。

如图4所示，波形叠加图：依次以每个心拍的QRS波位置为中心截取固定长度的心电波反复绘制曲线。具体实现时，基于现有技术中对于波形叠加图的技术实现对波形叠加图的绘制，波形叠加图拥有多个模板，可以通过模板剥离将一定数量的样本归入到指定模板中。图4所示实施例中，模板0中为波形叠加图，模板1~模板4放置分析人员剥离出的数据。

如图5所示，色谱图：按时间顺序以每个心拍的QRS波位置为中心截取固定长度的心电波，将该心电波表示成电压幅度的一维向量放入到二维数据矩阵列当中，最终二维数据矩阵列进行颜色编码显示。具体实现时，色谱图中可以通过框选时间段，定义该时间段所属的事件类型。

如图6所示，特征参数散点图：每个散点代表一个心拍，横坐标为心拍号，纵坐标为心拍特征参数值；心拍特征参数值包括：每个心拍在指定焦点时间段的统计的电压平均值、最大最小电压差、最大电压和最小电压。本实施例中，左上角通过下拉菜单或者切换按钮等方式切换当前统计的特征参数。

如图7所示，样本图：对每个心拍样本，以R波为中心显示心拍心电波波形。

具体实施时，将所有的图像化工具都设置在一个界面中，确保分析人员能够更容易的掌握不同工具数据之间的关系，进一步提高分析效率。

S4：通过三维心电波叠加图，将波形叠加图、色谱图、特征参数散点图和样本图之间建立图形对应关系；

波形叠加图的横坐标和纵坐标对应三维心电波叠加图的X轴坐标和Z轴坐标；

色谱图的横坐标和纵坐标对应三维心电波叠加图的Y轴坐标和X轴坐标；

特征参数散点图的横坐标对应三维心电波叠加图的Y轴坐标；

样本图支持显示三维心电波叠加图中的每一个心拍数据的图形。

本方法中，通过三维心电叠加图将传统的波形叠加图和色谱图联系起来，实现更加全方位的观察心拍波形。心电叠加图和色谱图分别是三维心电叠加图在两个侧方向的投影，心电叠加图适合观察幅度变化剧烈的QRS波，色谱图适合观察明显变化P波/T波。通过三维心电叠加图将传统的波形叠加图和色谱图联系起来，不但使分析人员能够够容易掌图形化分析工具之间的数据关系，同时能够更高效地进行数据分析。通过设计特征参数时间散点图弥补色谱图中心电波的电压幅度被转换成颜色的深浅导致的观察困难问题，不但使用特征参数时间散点图的优势，而且弥补了特征参数时间散点图的不足。

S5：基于图像化工具之间的图形对应关系，构建图像化分析工具之间的数据联动逻辑，将所有的图像化分析工具之间对心拍数剧的操作进行数据联动；

波形叠加图的数据联动逻辑包括：

联动刷新：在指定模板中执行模板剥离时，同时在三维心电叠加图、色谱图、特征参数时间散点图、样本图的重新绘制。

本实施例中，当在0号模板中执行模板剥离时，会引发三维心电叠加图、色谱图、特征参数时间散点图、样本图的重新绘制。比如：0号模板中通过鼠标框选，然后键盘敲击数字1，执行“剥离区域中样本心拍到1号模板”，框选的数据被剥离到1号模板中。此时0号模板包含的心拍发生了变化，根据0号模板内剩余的心拍重新绘制三维心电叠加图、色谱图、特征参数时间散点图、样本图。联动刷新功能主要用来清理模板0中的伪差样本，以确保模板0中心电波QRS波形态的一致性，和进一步分析P波或T波等微小波动区域。

框选波形叠加图的数据区域，计算得到框选区域的心拍样本，记作：待重绘样本，待重绘样本被输入到其图像化分析工具进行同步响应。具体相应方式可以根据实际需求进行设计实现，本实施例中，三维心电波叠加图会高亮这些本框选的样本，色谱条图中将以下三角指示位置，特征参数时间散点图会高亮对应的样本散点、样本图以条图形式罗列所有选中的样本。

指定焦点时间段；设置波形叠加图中的焦点时间段后，计算得到焦点时间段中包括的所有心拍心电波在该时间段的心拍特征参数值，基于心拍特征参数值重绘特征参数时间散点图；同时其它图像化分析工具对焦点时间段产生响应。

本实施例中，在波形叠加图中，通过鼠标框选感兴趣的时间段，该时间段被指定为焦点时间段，0号模板中包含的所有心拍心电波在该时间段的特征参数（电压平均值、最大最小电压差、最大电压、最小电压、正向峰的最大电压落差、负向峰的最大电压落差）将被计算，这些数值会被输入到特征参数时间散点图模块，其中一个散点代表一个心拍，横坐标为心拍号纵坐标为特征参数值。同时样本图以条图形式罗列所有焦点时间段中被选中的样本；色谱图和三维心电叠加图以横向线段指示相应的焦点时间段的时间区域的数据。具体如图3所示，在图3中焦点时间段被标记为焦点时段。

特征参数散点图的数据联动逻辑包括：框选任意散点，在其他三维心电叠加图、色谱图、和波形叠加图的界面高亮显示，在样本图界面显示被框选的样本图形。

样本图的数据联动逻辑包括：框选任意样本，并改变属性，同时框选的样本在其他图像化分析工具的界面高亮显示。基于样本图，对框选的样本实现批量修改。

S6：基于波形叠加图，找到幅度变化剧烈的异常数据，框选后，将框选数据显示色谱图中；

在色谱图中，基于颜色找到变化明显的数据，记作：嫌疑数据；

确定嫌疑数据所处的焦点时间段，并选择焦点时间段。

S7：在三维心电波叠加图和色谱图上标记焦点时间段的嫌疑数据区域；特征参数散点图和样本图中，只显示焦点时间区域的嫌疑数据。

S8：基于特征参数散点图，对嫌疑数据对应的心拍特征参数值进行确认；

结合样本图中的每个心拍数据的具体波形，定位到异常数据。

S9：基于样本图，使用每个异常数据的波形图，对异常数据进行后续批量操作，完成对异常数据的审核分析工作。

例如，在待分析心电图样本数据中，存在倒置P波的数据。关于倒置P波的心电图，由于P波比较矮小同时受基线波动的影响，在波形叠加图中很难通过模板剥离的方式筛选，需要通过分析波形随时间变化的趋势信息来识别。基于本申请技术方案，三维心电波叠加图和色谱图起到快速观察和预览作用，当定位异常P波可疑区域时，通过波形叠加图→特征参数散点图→样本图方式筛选出目标心拍样本。具体包括以下步骤：

a1：使用波形叠加图，通过模板剥离将0号模板的伪差或杂乱样本剥离，确保心拍波形基本保持一致。然后，指定时间焦点区域为P波区域。

a2：使用特征参数时间散点图，在左上角选择正向峰的最大电压落差，通过散点图框选离群散点。

a3：样本图：检查或审核样本，并批量修改为房早属性。完成对倒置P波数据的定位和修改。

使用本发明的技术方案后，通过三维心电叠加图将传统的波形叠加图和色谱图建立关联，设计特征参数时间散点图弥补色谱图中心电波的电压幅度被转换成颜色的深浅导致的分析人员对具体数据观察困难问题，基于图形化的分析工具，实现在全心搏中对异常P波T波的快速审核和批量修改，极大地提高了分析效率，尤其适用于海量数据的分析。