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如何使用多道心电测试仪 MECG 2.0 来播放数据库中的胎儿和母亲的心电信号

更新时间:2023-11-24      浏览次数:342

MECG 2.0 多通道心电图机测试仪的输出方式和规格


MECG 2.0 多道心电图机测试仪是一台可以同时产生 8 个通道信号的测试仪器,主要适用于各种心电图设备之数据库测试。医疗法规对于心电图设备的制造商,

要求必须依据国际标准,使用特定的数据库来评估产品的系统功能和算法准确性。MECG 2.0 同时输出 8 个通道波形,可满足国际标准中对于多通道测试的要求。


 


MECG 2.0 依据 IEC60601-2-51: 2003 的要求,同时输出 8 个通道信号到 LA(L),LL(F),V1(C1)~V6(C6) 等 8 个电极上,RA(R) 电极经过 100 欧姆电阻接地。

V1~V6 的信号输出前在 MECG 2.0 内会先加上 CT (Central Terminal, 中心端子) 的权重电压,其中 CT=(R+L+F)/3,因为 R=0 (接地),所以实际 V1~V6 的输出电压为 C1(~C6)+(L+F)/3。

这样加了 CT 权重的电压输入到心电图设备后,配合心电设备的 V1(~V6)=C1(~C6)–CT 就可以还原出原始 V1~V6 的波形信号。详细系统和待测心电设备的信号流程,

如图 1 所示。


 




图 1 : 依据 IEC60601-2-51: 2003,MECG 2.0 系统和待测心电设备的信号流程图


 


 


 MECG 2.0 可播放数据库的格式包括:


IEC60601-2-25: 2011 CTS 数据库中的 CAL、ANE 以及 CSE 数据库中 100 组生物性心电图波形。

IEC60601-2-47: 2012 要求的 5 种数据库 (AHA、MIT-BIH、NST、CU 和 ESC)。

Physionet 网站内的非侵入式胎儿 ECG (FECG) 数据库 (选项配备)。

自定义格式档案,此功能可允许用户在转换格式后,播放自己的数据库。

 


数据库波形会连续且不间断地输出到待测物,用户可以在 MECG 2.0 软件显示窗口上看到心电图设备上应该会显示的 12 导程波形,如图 2,用以比较实际在心电图设备上显示的波形。


 




图 2 : MECG 2.0 软件功能和 12 导程波形显示窗口


 


MECG 2.0 多道心电图机测试仪输出电压范围是 1μV 至 10mV。精确度为大于 500μV 时,±1%,小于等于 500μV 时,±8μV。取样率为每个通道 1KHz。

垂直电压分辨率是 16bits,也就是电压最小分辨率可至 0.15μV (10 mV/65536)。因为输出电压最小分辨率可至 0.15μV,因此可以较完整的输出胎儿数 μV 的心电信号。


 


母亲加胎儿心电信号的数据库


MECG 2.0 有一选项配备可以播放 Physionet 网站内非侵入式胎儿 ECG 数据库 (Non-Invasive Fetal ECG Database),这是一组包含母亲加胎儿心电信号的数据库。

该数据库包含一组 55 个多通道腹部非侵入性胎儿心电图记录,这些记录来自怀孕 21 至 40 周之间的单个受试者。数据以 EDF/EDF+ 格式存储。记录信息包含 2 个胸部 (thoracic)

 信号,3 或 4 个腹部 (abdominal) 信号 (大多数记录包括 4 个)。


 


使用 MECG 2.0 来播放数据库中的胎儿和母亲的心电信号


由于非侵入式胎儿 ECG 数据库中记录器电极施放的位置并非传统 ECG 中的 RA/LA/LL/V1~V6 的位置,而 MECG 2.0 是一多道 EGG 测试仪,因此必须要重新配置输出导程的路径,

以期能够正确的输出胸部和腹部的导程信号。


重新配置的方式如图 3 所示,将 2 个胸导 T1 和 T2 波形分别从 LA 和 LL 输出,电极负端则接至 V6,V6 相对 LA/LL 为零电压。也就是 LA-V6 和 LL-V6 分别输出至待测胎儿心电

设备的 T1 和 T2 的正负极。其中 MECG 2.0 的 LA 和 LL 分别输出到导程 I 和导程 II,这个方式就将导程 I 和导程 II 重新配置到了待测胎儿 ECG 的导程 T1 和导程 T2,

如图 4 所示。


其他待测胎儿 ECG 的 4 个腹导 A1, A2, A3 和 A4 也用同样的方式被重新配置到 MECG 2.0 的 V1 到 V4 导程,并使用 V5 为电极负端。


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图 3 : MECG 2.0 重新配置输出导程的示意图


 


图 4 : MECG 2.0 重新配置输出导程后和待测胎儿 ECG 连接的示意图


 


接着看 MECG 2.0 软件操作上是如何重新配置输出导程 MECG 软件提供功能可以直接去 Physinet 网站上下载非侵入式胎儿 ECG 数据库,如图 5 左半部中间选择 16 数据库,

然后选择下方的一个波形下载,或选择 "Download All" 下载所有波形。下载的波形会自动存入 C:\Physionet 内。下载后的波形档案可以存入其他档案夹内,图 5 左上角 "EDF"

 按键可以选择任一文件夹内的数据库波形来播放,如此就不必每次到 Physionet 网站去下载数据库波形了。


 


选择到所要播放的数据库波形后,接下来重新配置输出导程,如图 5 右方,可以看到数据库波形 (Source Label) 包含 2 组胸导 (Thorax_1,_2) 和 4 组腹导 (Abdomen_1,_2,_3,_4),

对应到 MECG 的 T1, T2 和 A1~A4 导程;所有的对应导程都可任意选择。


 


设置结束后,按下 "Close" 就可以回到 MECG 软件的主画面,如图 6 所示。

图 5 : MECG 数据库选择和导程重新配置的操作方式


 


从 MECG 软件主画面中黄色荧光笔标记,可以看出播放的是非侵入式胎儿 ECG 数据库中的 ecgca127 波形,总长度是 12 分钟。导程波形的左半部原来是显示 6 个肢体导程 

(I/II/III/aVR/aVL/aVF),现经过导程重新配置后,在原来 I/II 导程的位置上显示 T1/T2 导程。其他 4 个导程,由于是 12 导程 ECG 自动算出,所以仍然会显示,但不会输出。


 


右半部原来显示的 6 个胸导程 (V1~V6),经过导程重新配置后,在 V1~V4 导程上显示 A1~A4 腹导。这边可以看到 V5 和 V6 导程都是零电位,也就是分别作为胸导和腹导的

负端电极。


 


图 6 : MECG 软件主画面,显示 T1/T2/A1~A4 输出波形


 


图 7 是使用 MECG2.0 的单一导程波形检视功能观察 A1 的胎儿心电图波形。前面已提及,MECG2.0 的垂直电压分辨率是 16bits,也就是电压最小分辨率可至 0.15μV。

从放大的波形图上可以测量出 A1 胎儿心电图的振幅是 36.3μVp-p (20μV+16.3μV),由 0.15μV 分辨率可以看出波形的细微变化,经过 MECG 2.0 送出后,心电图机收到这些胎儿和母亲的波形后,就可以进行一定精度的分析。



图 7 : 使用 MECG2.0 的单一导程波形检视功能观察 A1 胎儿心电图的波形


 


结语


MECG 2.0 虽然主要是设计给标准数据库 (IEC60601-2-25 和 IEC60601-2-47,中国心电标准 YY0782 和 YY0885) 内模拟测试所须的多道测试仪。但其他各类数据库,

只要格式适合,或经过格式转换后,应该都可经由MECG 2.0 将各导程波形精准地播放给待测心电设备接收和分析。这里所介绍的胎儿和母亲数据库的波形播放,就是其中一个范例。



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