专利名称：基于二阶导数编码的符号序列熵自动判别室速室颤的体外除颤器的制作方法
技术领域：
本发明属于医用设备技术领域，具体涉及一种自动体外除颤器。
背景技术：
心脏性猝死(S⑶)是指由于心脏原因引起的突然发生的自然死亡。造成心脏性猝死的原因大部分是在各类心血管病变基础上发生的一时性功能障碍和电生理改变，并引起恶性室性心律失常如室性心动过速(室速，VT)、心室纤颤(室颤，VF)等。恶性室性心律失常发作后，抢救成功率会随时间的流逝不断降低，在7-10分钟后，抢救成功率一般会低至 10%，因此迅速地电击除颤是终止多数快速性恶性室性心律失常、挽救患者生命的首选有效方法。自动体外除颤器(AED)是实现早期除颤的主要工具。由于恶性室性心律失常的突发性，医院外的患者存活率很可能依赖于对公众培训的肺复苏抢救(cardiopulmonary resuscitation, CPR)和组织完备的公众除颤(public access defibrillation, PAD) 工程。为了推广公众除颤，1997年美国心脏病协会(AHA)推出了公众场所用AED (AED for Public Access Defibrillation)指南。根据除颤的风险和可能的收益，该指南将心律分为以下三大类可电击复律心律(shockable rhythms, ShR)，不可电击复律心律 (nonshockable rhythms, NShR)禾口中间心律(Intermediate rhythms)。为协、助非专业人士正确使用AED，快速准确地自动检测出可电击复律心律(SiR)是AED实现其功能的关键环节。AHA建议对患有心室纤颤的成人进行初次能量为120J-200J双相波除颤或360J的单相波除颤，对稳定型单型性室性心动过速进行首剂量100J的单相波或双相波电复律，对复杂的多型性心动过速或无脉搏室性心动过速需类同心室纤颤处理。另一方面，植入式自动复律除颤器(ICD)在临床上已取得广泛应用。已有研究表明80%的除颤电击实际上是由室速误触发，这些误电击不仅对患者的心脏造成一定的损伤，给意识尚清楚的患者带来强烈的疼痛感，而且会影响ICD的使用寿命。因此，有必要研究出可靠的室速室颤判别算法。除颤能量过小很可能导致除颤失败；除颤能量过大则会大大增加对患者机体的热损伤，同时增加患者的疼痛感。除颤极板间的经胸阻抗决定了相同大小的电压下施加在患者上的能量。本发明即是在根据二阶导数编码的符号序列熵判别出室速/室颤的基础上，决策合适的除颤方案，并由经胸阻抗调整合适的除颤电压。本发明不仅可提高除颤的针对性和成功率，还可降低对患者心肌的损伤率和疼痛感。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不仅可提高除颤的针对性和成功率，还可降低对患者心肌的损伤率和疼痛感的自动体外除颤器。
本发明提供的自动体外除颤器，是基于一种本发明提出的自动判别可电击复律心律为室速和室颤的方法的。本发明提出的自动判别可电击复律心律是否为室速或室颤的方法，具体步骤如下
1.对采到的心电信号进行滤波预处理；具体步骤包括
(1)通过一个5阶的滑动平均滤波器滤除高频噪声；
(2)通过一个截止频率为IHz的高通滤波器抑制基线漂移；
(3)通过一个截止频率为30Hz的低通滤波器进一步滤除无关的高频成分；
2.识别预处理后的心电信号是否为可电击复律心律，根据可电击复律心律识别方法， 判别心电信号是否为可电击复律心律。(此步可根据专利《一种改进的可电击复律识别仪器》(专利号 ZL 2009 1 0045152. 2,ZL 2009 1 0045153. 7,ZL 2009 1 0045151. 8)进行)。3.对可电击复律心律，计算可电击复律心律的二阶导数编码的符号序列熵；具体步骤包括
(0对可电击复律心律进行降采样处理，以降低计算量；
(2)对长度为N的时间序列{u(i)，i=l，2，...，N}，求其(即可电击复律心律信号)二阶导
数绝对值和均值；这里N —般取600-1000为宜，具体可根据实际情况确定。在一个实施例中，取N=800 ；
(3)构建m维二阶导数绝对值矢量X(i)= [s⑴，s (i+1), -",S (i+m-1) ]，i=l，2，… ，Ν-m+l，数值m由实验验证确定。一般m为15 — 30，在一个实施例中，m=20 ；
(4)将二阶导数绝对值矢量^TU转化为符号序列SX(i)
权利要求
1.一种自动判别可电击复律心律是室速还是室颤的方法，其特征在于具体步骤为一、对采到的心电信号进行滤波预处理；二、识别预处理后的心电信号是否为可电击复律心律，根据可电击复律心律识别方法， 判别心电信号是否为可电击复律心律；三、对可电击复律心律，计算可电击复律心律的二阶导数编码的符号序列熵；具体步骤 包括(O对可电击复律心律进行降采样处理，以降低计算量；(2)对长度为N的时间序列{u(i)，i=l，2，一，N}，求可电击复律心律信号二阶导数绝对 值s O和均值；⑶构建m维二阶导数绝对值矢量X(i) = [s⑴，s (i+1), -",S (i+m-1) ]，i=l，2，… ，N-m+1，数值m由实验验证确定；⑷将二阶导数绝对值矢量KU转化为符号序列SX(i)
2.一种基于权利要求1所述方法的用于自动体外除颤器的自动判别可电击复律心律 是室速还是室颤的系统，其特征在于，包括Sl预处理模块，对采集到的心电信号进行滤波；S2识别模块，用于识别心电信号是否为可电击复律心律；S3熵计算模块，用于计算可电击复律心律的二阶导数编码的符号序列熵；S4判别模块，通过符号序列熵5 与阈值进行比较，判别可电击复律心律是室速还是室颤；上述4个模块分别对应于权利要求1中步骤一 步骤四；其中，所述的二阶导数编码的符号序列的熵计算模块，包括如下子模块S31子模块，用于将心电信号降采样至IOOHz ；S32子模块，用于求心电信号序列的二阶导数绝对值和均值；S33子模块，用于构建二阶导数绝对值矢量；S34子模块，用于将绝对值矢量转化为符号序列；S36子模块，用于计算符号序列熵；这里的6个子模块对应于权利要求1中可电击复律心律的二阶导数编码的符号序列熵计算的6个步骤。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述的预处理模块，包括如下子模块 Sll子模块，一个5阶的滑动平均滤波器，用于滤除高频噪声；S12子模块，一个截止频率为IHz的高通滤波器，用于抑制基线漂移；S13子模块，一个截止频率为30Hz的低通滤波器，用于进一步滤除无关的高频成分。
4.一种自动体外除颤器，其特征在于包括心电采集及分析单元(20)、经胸阻抗测量单元(30)、充电/放电电路单元(40)、人机交互界面单元(50)、总控单元(60)和存储打印功能单元(70);其中，所述心电采集及分析单元(20)和经胸阻抗测量单元(30)分别将采集到的心电信号和经胸阻抗值发送给总控单元(60);总控单元(60)主要用于自动判别可电击复律心律为室速或室颤，决策合适的除颤方案，并向充电/放电电路单元(40)发送除颤指令；充电/放电电路单元(40)接收到除颤指令后对患者实施除颤，同时将除颤器自身状况参数发送给总控单元(60)；此外，还设有可视化的人机交互界面(50)，操作者可对体外除颤器的各项参数进行设置或直接手动操作体外除颤器进行除颤；存储打印功能单元(70) 用于存储和打印现场的有关数据；所述总控单元(60)包括权利要求2所述的系统。
全文摘要
本发明属于医用设备技术领域，具体为基于二阶导数编码的符号序列熵自动判别室速室颤的体外除颤器。本发明通过计算信号的二阶导数编码的符号序列熵，自动判别可电击复律心律是室速或室颤，在此基础上决策合适的除颤方案，具体包括预处理对采集到的心电信号进行滤波；识别心电信号是否为可电击复律心律；计算可电击复律心律的二阶导数编码的符号序列熵；根据符号序列熵判别室速/室颤；根据室速/室颤决策除颤方案。本发明可降低对患者的身心损伤，提高除颤的针对性和成功率。
文档编号A61N1/39GK102284138SQ20111022094
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者刘聪, 方祖祥, 杨圣均, 邬小玫 申请人:复旦大学