心电图机自动诊断评价体系建立

心电图机自动诊断评价体系建立

【作 者】石亚君1，郜玲1，王晋丽1，吴英森2，高小峰3，马景林1，陈韵岱1

1 解放军总医院心内科，北京市，100853

2 北京中网心电信息中心，北京市，102300

3 北京麦迪克斯科技有限公司，北京市，100095

心电图机自动诊断功能参差不齐，对临床医师诊治带来诸多不便，基于解放军总医院强大的数据平台开发并研制的心电图机自动诊断评价系统，旨在评价心电图机自动诊断功能，以期提高心电图机的自动诊断化水平，并通过大量数据评定的结果，为相关部们制定心电图机的自动诊断的行业标准提供依据。

心电图机；自动诊断；评价体系

【 Writers 】SHI Yajun1, GAO Ling1, WANG Jinli1, WU Yingsen2, GAO Xiaofeng3, MA Jinglin1, CHEN Yundai1

1 Department of Cardiology, General Hospital of PLA, Beijing, 100853

2 ECG Information Center of Beijing, Beijing, 102300

3 Beijing Medex Science and Technology Co. Ltd., Beijing, 100095

【 Abstract 】ECG Recorder’s automatic diagnosis function is uneven, it brings a lot of inconvenience to clinicians in the diagnosis and treatment. We developed the automatic diagnosis and evaluation system for ECG recorder based on data platform in General Hospital of PLA , in order to evaluate the automatic diagnosis function of ECG recorder and improve the level of automatic diagnosis, and through a large number of data evaluation results, to provides the standard basis of ECG recorder’s automatic diagnosis.

0 引言

心电图机问世已有三百余年，因其检查操作简便、价格低廉，随着电子化采集、存储等技术突飞猛进的发展，已成为心血管疾病诊断及治疗不可或缺的工具。但心电图机由于受到仪器设备配置、心电算法等诸多因素影响，其自动诊断功能参差不齐，绝大多数准确率不足60%，对临床医师，特别是基层医院心血管疾病的诊治带来诸多不便。因此，我们基于解放军总医院强大的数据平台开发并研制心电图机自动诊断评价系统，旨在评价心电图机的自动诊断功能，以期提高心电图机的自动诊断化水平，并通过大量数据评定的结果，为相关部们制定心电图机的自动诊断的行业标准提供依据。

1 方法

心电图机自动诊断评价系统研究主要包括心电图数据库的设计研发、心电图波形还原系统的研发、自动评价系统软件研发、打分系统设计、测试应用几个部分，基本功能框图如图1所示。

图1 心电图机自动诊断评价系统功能框图Fig.1 Functional diagram block of automatic diagnosis and evaluation system for ECG recorder

1.1 心电图数据库的设计研发

原始心电图数据库 解放军总医院从2009年引进GE心电管理信息系统（MUSE），目前已累计心电图原始数据76万例，根据大量的心电图原始数据（包含病人基本信息、病史、用药情况、临床诊断以及至少10 s的12导联同步心电图数据），原始采样心电图机自动诊断结果，原始采样心电图机自动提取的特征值结果，经至少两位专家独立测量并矫正特征值的诊断结果，建立原始心电图数据库。

心电图自动诊断评价数据库 对原始心电图数据库做统计学处理，按照诊断词条出现的频次和本词条相关特征值分布情况，按比例提取心电图原始数据和相关信息，输入到评价系统所用心电图数据库。目前评价数据库已纳入5 281例涵盖诊断词条信息的心电图数据，它们通过两位专家独立测量并矫正特征值，再结合其它临床资料，纳入各类诊断词条，将每条心电图数据进行前后上下匹配后头尾对接，完成心电图数据信号环。

同义语库建立 采用国际认可的，心电图自动诊断术语库（AHA/ACC/HRS 2009心电图标准化与解析建议），搜集并订正所有词条的英文、英文缩写、英文简写、中文、中文简写、中文缩写、别称等诊断语句。制定国内认可的诊断词条标注形式，并针对同义词条进行编码，如：A11201=完左=完全性左束支阻滞=完全性左束支传导阻滞=LBBB。召集心电学专家，逐条审核，会议达成同义语570余条。

开发数据库接口，能根据需要（各种搜索结果的集合）导出固定格式的心电图原始数据和相关信息供评价系统的硬件部分使用。目前由北京麦迪克斯公司协作开发，已成功进行数据接收测试。

1.2 心电图波形还原系统的研发

原始数据要求尽量高的采样频率和采样精度，并且原始数据的滤波范围要求带宽必须要很宽，如(0.1～100) Hz。以保证数据被重采样后和原始理想心电图的差别尽量小。心电图波形还原系统要能够识别心电图数据库输出的数据文件。能够按特定的顺序或随机顺序，把其中的心电图波形数据转换为模拟的电压信号，以供被测心电图机采集和诊断，同时按既定格式输出发放信号的顺序文件。

筛选后的多个数据按“编号+波形数据长度+波形数据”的格式，存储到SD卡，波形还原系统按顺序把不同导联（采样导联）的波形数据经过D/A转换为－10 mV～+10 mV的模拟信号，通过10个电极端子发放给被测心电图机，原始数据未采样的导联按照Einthoven法则计算并发放模拟信号。

1.3 自动评价系统软件研发

心电图机自动诊断评价系软件硬件配置要求，CPU主频：PentiumⅣ 1.2 GHz或以上；内存：1 GB或以上；硬盘：80 GB或以上。软件环境要求操作系统：WindowsXP；分辨率：不低于1 280×1 024。打印机配置：分辨率≥600 dpi。

软件主界面包括功能按钮区和数据库列表区，左侧是功能按钮区，设有导入、导出、显示、编辑、检索、删除、头尾对接、新建或打开测试预案、测试连接、自动或手动输出、结束测试、测试结果等功能按钮，右侧是数据库列表区，设有编号、患者ID、姓名、性别、年龄、心电图诊断及各类心电特征值列表。可以实现数据文件导入、显示、编辑、检索、删除、导出、数据头尾对接、建立测试预案、打开测试预案、硬件连接信号输出控制和结果比较等功能。

自动评价系统软件实现功能具体如下：

（1）能够把原始数据库中导出的相应数据导入到本系统中；

（2）能对本系统中的数据库最简单的基本信息进行显示、检索、编辑、导出和删除操作；

（3）能对原始波形文件进行显示，编辑(仅限于头尾对接)操作；

（4）能检索具有特定心律失常的病例形成子集，可作为特定的测试集合。可以打开该子集合进行测试操作。

（5）能测试连接硬件部分，手动/自动输出一个或多个病例进行连续测试。

（6）能打开被测心电图机的结果文件，与标准答案对比，给出正确率。

1.4 打分系统

按照心电图波形还原系统既定格式输出发放信号文件的顺序文件，我们可以查找评价系统数据库，并按顺序得到多组心电图诊断结果术语。如第一个心电图波形数据输出术语编码，我们称为序列A。我们要求被检测心电图机同样按顺序生成一组心电图诊断结果术语，查询编码库生成序列B。如果生成的术语在编码库中找不到，则人工介入协商修改诊断结果术语和被测心电图机软件，使之符合国际标准。比较序列A和B，按单个病例打分。分数越高证明被测心电图机自动诊断功能越准确。

（1）如果某一病例诊断结果A和B完全相同，则加分；

（2）如果A中有某术语而在B中查不到相同术语，则不加分；

（3）如果B中有某术语而在A中查不到相同术语，则减分。

把样本数据输入到评价系统所用心电图数据库中。

1.5 测试及应用

我们应用心电图机自动评价系统对不同品牌及型号的心电图机进行测试，评定心电图机自动诊断正确率。例如：对两种非国产心电图机进行自动诊断功能的评测，得出其自动诊断正确率分别为25%和60%，证明被测心电图机的自动诊断水平还有待进一步提升。下一步我们将对更多的心电机进行测试并细化测试内容，为改善自动诊断功能提供更多的依据。

2 讨论

心电图机的自动化诊断功能是临床心血管病诊治不可或缺的便利工具，可提升基层医院的心血管疾病诊治水平。目前国际上通用的四个权威心电数据库是美国麻省理工学院的MIT-BIH心律失常数据库、美国心脏学会AHA心电数据库、欧共体定量心电图共同标准CSE心电数据库和欧洲ST-T心电数据库。其中最常用的是MIT-BIH心律失常心电数据库，但它们都不是建立在12导联同步心电图的基础上，已不能很好适应现代心电图学的发展要求[1-3]。目前国内外尚无基于心电图机自动化诊断的数据库及评测系统，本研究项目对原始心电图数据库76万条数据做统计学处理，按照诊断词条出现的频次和本词条相关特征值分布情况，按比例提取心电图原始数据和相关信息，并通过两位专家独立测量并矫正特征值，结合相关临床资料，建立了包括5 281例涵盖各项诊断词条信息的评价数据库。并在此基础上，研发了心电图机自动诊断评价系统，该产品能模拟医院环境输出各种心律失常的12导联心电图模拟信号，供采用威尔逊导联体系的心电图机采集，用以评定该心电图机自动诊断正确率。本系统适用于心电图机厂家自测或权威部门评定心电图机性能使用。

本研究项目研发的心电图机自动诊断评价系统具有如下特点：

（1）原始数据库自然收录，数据量庞大。原始数据库自然收录数据量达76万人次。统计各种心律失常发生率更准确，收集所需典型病例更全面更具有代表性。

（2）原始数据库采集精度高。原始数据库数据采集时，采样频率达1 000点导联（横向点距0.025 mm），数字化精度达12位（纵向点距0.019 5 mm）。远高于现有普通心电图机。超高的采样精度保证信号复采时误差可忽略不计（人眼，尺规不可见误差）。

（3）适用范围广。数字信号经D/A转换后，变成10个通道的模拟信号，供所有10线的威尔逊导联体系心电图机采集，与直接提供数字信号文件相比不受采样频率、数字化精度、采样范围、数据格式、操作系统等条件约束。

（4）自动化评测全面快速。经过一次评测，相当于做了一次几十万人次的临床试验；比真实的临床试验更全面更快速，而且可重复再现，更有利于心电图机技术的改进发展。

本研究建立了一个模拟真实医院环境，包涵各种心电诊断条目的心电数据库，并开发自动诊断评价系统来评测心电图机的自动诊断功能。其推广应用，必将提高我国心电图机自动诊断化水平，同时也为国内心电数据库建立提供了丰富的科研和教学资源。

[1] Moody G B, Mark R G, Gold Berger A L. Evaluation of the“TRIM” ECG data compressor[J]. Comput Cardiol, 1988, 15: 167-170.

[2] Taddei A, Distante G, Emdin M, et al. The European ST-T database: standard for evaluating systems for the analysis of ST-T changes in ambulatory electrocardiography[J]. Eur Heart J, 1992, 13(9): 1164-1172.

[3] Moody G B, Mark R G. The Impact of the MIT-BIH Arrhythmia Database[J]. IEEE Eng Med Biol Mag, 2001, 20(3): 45- 50.

Development of Automatic Diagnosis and Evaluation System for ECG Recorder

ECG recorder, automatic diagnosis, evaluation system

R197.39

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2017.02.011

1671-7104(2017)02-0117-03

2016-09-13

陈韵岱，E-mail: cyundai@vip.163.com