医疗器械领域

新滤波技术在心室晚电位的应用合作计划

        在医疗器械领域,曼森伯格主要开发项目为高频心电滤波项目,主攻家用便携式心电产品和医院用高频心电图机,针对高频心电信号的采集和分析,实现心梗预警。
 

◆ PSD滤波系统项目研发背景

        目前我国心脑血管疾病患者的人数已超过2.9亿,每年心脑血管疾病死亡的人数超300万。心血管病死亡数占城乡居民各类疾病死亡总数的40%以上,位居首位。因此设计一个精准的心电信号采集系统对于科学研究、辅助医学诊断和潜在患者发病预警等方面具有重要意义。
 

 
       
       一些具有巨大临床价值的心电信号往往淹没在工频干扰中,比如心室晚电位(VLP)信号。由于VLP属于微伏级的微弱生物电位,现阶段的VLP检测需要借助抗干扰屏蔽室和专业设备操作人员。
   
       只有解决心电信号的工频干扰问题,VLP检测这项对于心肌梗死等突发性心脏疾病的预判方法将更为简便和普及。更有可能将VLP检测功能应用到便携设备中,日常生活中即可进行医疗级高精度心电监测,成为每个关注健康家庭的必备品。

心室晚电位:一项对心肌损害的检查敏感性很高的非创伤性检查指标,此信号在临床上比胸痛、呼吸困难、休克等表现症状和常规心电检测到的异常波动更早地预警关于心脏病变的情况。因此,这个信号的提取对于心肌梗死、室性心律失常、心肌病、室壁瘤、病态窦房结综合征、病毒性心肌炎以及相关心脏疾病患者而言,有十分重要的临床价值。




PSD滤波系统功能及优势

        PSD(PreSigDetection)滤波系统,一种可以用在现有便携式医疗设备、心电检测及监护设备中的软件系统。此系统搭载了曼森伯格自主研发的信号提取技术,极大地解决了心电信号采集过程中工频干扰问题,并在不改变现有硬件设备条件的前提下,使VLP信号在无屏蔽的环境下亦可精准测量。
 

       1.PSD滤波系统与现有常用滤波技术对比




       (1)传统带阻滤波器(如陷波器):

       ①只能滤除固定频率,如果干扰频率发生偏移,滤波效果将受到严重影响,并产生新的干扰(振铃效应);
 

传统陷波器滤波后会产生新的干扰图示(红色部分)

 
 
       ②VLP信号等有效心电信号易淹没在振铃效应之中,故搭载陷波器将使VLP信号测量工作不能正常进行;
       ③在不同振幅的50Hz工频电干扰下,和原始信号的相对误差随振幅增加而增大(在振幅同为2毫伏时,相对误差高达27.5%,PSD滤波系统仅为0.34%)。

 不同振幅的50Hz工频电干扰下相对误差对比实验数据


       (2)自适应滤波技术:

       ①在干扰项变化时,技术存在一个滞后的时间适应过程,达不到精确测量VLP信号的目的;
       ②信号处理速度不高,滤波频率不能实现自动跟踪。

自适应滤波器单元框图

 
       2.PSD滤波系统四大优点

PSD滤波系统四大优点

 
       (1)功能纯粹 不产干扰

       在处理工频电干扰时,现有滤波技术在突发幅度变化时常产生新的振荡,而本技术不会。


振铃效应(伪信号)实验波形图

 
 
       (2)智能识别 极简操作

       即便心电信号中与干扰频率相同的成分,本系统能自动识别干扰信号及心电信号——即保留有用信号的同时只滤除工频干扰,不造成额外的信号波动,确保心电信号的有效性和准确性。极大提升了检测效率并简化操作程序,达到降低检测成本的目的。

心梗患者心电数据分析实验



       (3)适应性强 突变无碍

       在干扰频率变化时,尤其是在大的干扰下,本技术不受其影响,能有效识别干扰频率并予以滤除,为便携式心室晚电位检测仪的面世奠定了信号稳定的基础。


PSD滤波系统在日常环境下的滤除干扰效果

 
       (4)应用面广 超宽频响

       本系统适用于所有数字化的心电检测及监护设备,具有非常强的硬件兼容性。此外,本系统可处理频响范围为0.05-500Hz,滤除此范围覆盖到所有工频电干扰基波及各次谐波(下图在50Hz、100Hz、150Hz、200Hz处存在的强烈工频干扰),满足常规心电向高频心电进阶的核心需求。

 
心肌梗死患者心室晚电位信号提取实验