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1、逢甲大學逢甲大學 自動控制工程學系自動控制工程學系 畢業專題報告畢業專題報告 心律不整分析系統之實現心律不整分析系統之實現 The Implementation of Arrhythmia Analysis System 指導教授：邱指導教授：邱 創創 乾乾 專題學生：王博玄專題學生：王博玄 中華民國九十二年五月三十日中華民國九十二年五月三十日 感謝感謝 感謝邱創乾教授對我的指導，這次專題讓我學會誠實面對自己，對自己負責，還要感謝醫工實驗室的學長們，有他們的教導以及程式的提供，我才能完成專題。 ii摘要摘要 本研究是經由心電圖機擷取病人的第二導程心電圖信號，透過擷取卡傳輸至個人電腦，再利用圖控
2、式軟體 LabVIEW 的數位信號分析功能，撰寫心律不整分析的應用程式。程式分兩部分，第一部分是藉由 So and Chan 所提出的演算法，抓取正確的 Q、R、S 波計算出精準的 R-R interval 及 QRS duration，第二部分是藉由 Tompkins and Ahlstrom 在 1983 年提出之心律不整演算法，用 R-R inter-val 及 QRS duration 做心律不整分析。 其分析的方式主要以 search back 的方式，根據（1）每個 R-R interval 是否落於其前 8 個 R-R interval 平均的0014之間（2）每個QRS dur
3、ation是否落於其前8個QRS duration平均的0020之間。若能同時滿足以上兩個判斷條件式，即為正常人的心跳週期，因此根據以上兩個條件，可以畫出R-R interval及QRSduration為兩軸的2維空間。所以醫生可由2維空間圖得到診斷結果，藉此能提高臨床診斷的準確性。 iiiAbstract The main purpose of this study is to make use of digital signal analysis technique to write a program of arrhythmia analysis under LabVIEW enviro
4、nment. The program is divided two parts. The first part is to find the correct Q、R、S waves using So and Chan calculation method, and then to compute the correct R-R interval and QRS duration. The second part is to use arrhythmia algorithm of Tompkins and Ahlstrom proposed in 1983 for analyzing arrhy
5、thmia by R-R interval and QRS duration. The way of analysis is a mode of search back algorithm. According to （1）if every R-R interval is between 0014 of forward eight R-R intervals mean ,and （2）if every QRS duration is between 0020 of forward eight QRS durations mean. If the signal can satisfy these
6、 two conditions, it is classified as the heartbeat cycle of a normal person. Therefore, the physicians can get diagnostic results by the R-R interval vs. QRS duration plane. iv目錄 目錄 感謝ii 摘要iii Abstract iv 目錄v 圖目錄vii 表目錄viii 第一章 前言1 1-1 研究動機1 1-2 研究目的1 第二章 研究背景2 2-1 心臟2 2-1.1 心臟的構造2 2-1.2 心臟週期2 2-1.3
7、 心臟傳導系統3 2-1.4 心臟肌肉的收縮4 2-2 心律不整4 2-2.1 為什麼會發生心律不整5 2-2.2 較常見的幾種心律不整5 2-2.3 心律不整之診斷及治療7 2-3 心電圖原理8 2-3.1 心臟收縮機制9 2-3.2 心電圖的組成10 2-3.3 心電圖的量測11 第三章 研究方法15 3-1 利用So and Chan method 擷取R-R interval及QRS duration15 3-1.1 R波位置之取得15 3-1.2 Q波與S波之位置之取得16 3-1.3 計算R-R interval及QRS duration16 3-2 心律不整演算法16 3-2.1
8、 判斷條件16 3-2.2 區塊意義16 第四章 實驗結果與討論20 4-1 生理信號處理過程20 4-2 與前學長程式比較結果22 4-3 實驗23 第五章 貢獻與討論2 7 5-1 貢獻2 7 5-2 討論2 7 參考文獻28 vi圖目錄 圖目錄 圖2.1 心臟傳導圖9 圖2.2 心肌收縮10 圖2.3 心電圖信號11 圖2.4 第一、二、三導程12 圖2.5 、導程13 aVRaVLaVF圖2.6 胸前導程14 圖3.1 以R-R interval及QRS duration為參數之心律不齊分析演算法17 圖4.1 原始心電圖連續信號20 圖4.2 準確地找出ECG信號之Q波、R波、S波之
9、正確波峰值位置20 圖4.3 精確計算出R-R interval及QRS duration21 圖4.4 心律不整分析結果22 圖4.5 前學長程式結果22 圖4.6 現在程式結果22 圖4.7 資料一之結果23 圖4.8 資料二之結果23 圖4.9 資料三之結果24 圖4.10 資料四之結果24 圖4.11 資料五之結果24 圖4.12 資料六之結果25 圖4.13 資料七之結果25 圖4.14 資料八之結果25 vii表目錄 表目錄 表3.1 根據QRS duration及R-R interval對ECG信號做心跳分類18 viii第一章第一章 前言前言 1-1 研究動機研究動機 心臟毛病
10、有不同的癥狀，如冠心病、心律不整、心力衰竭等等。而其中最嚇人的，莫如平常身體看來健康的人，在亳無明顯的癥兆下，突然心臟病發，一去不返。心臟並非在體內單獨地運作，它實在與身體各部份協調。心臟主要的作用是發電，供應身體各組織及器官運作所需的能量。根據衛生署調查，去年台灣地區民眾及醫療人員十大主要死亡原因中，名列三、四位的腦血管疾病及心臟疾病，就佔所有死亡原因的 19.15，而其中高血脂症及血脂異常又為腦血管疾病及心臟病致病的主要風險因素。 心電圖檢查是心臟診斷不可或缺的項目，此方法是用儀器紀錄心臟肌肉發出的電波，將電波紀錄在紙上，而這些資料可提供醫生很重要的資訊，藉以評估心臟的功能和情況。 1-2
11、 研究目的研究目的 此研究是經由心電圖機擷取病人的心電圖信號，透過擷取卡傳輸至個人電腦，再利用圖控式軟體 LabVIEW 的數位信號分析功能，撰寫心律不整分析的應用程式。程式分兩部分，第一部分是藉由 So and Chan 所提出的演算法，抓取正確的 Q、R、S 波計算出精準的 R-R interval 及 QRS duration，第二部分是藉由Tompkins and Ahlstrom 在 1983 年提出之心律不整演算法 ， 用 R-R interval 及 QRS duration 做心律不整分析。 利用此心律不整演算法分析出個人心跳之異常部分，且採用數學統計的方法，把資料數據化，它的
12、優點只需要用到一個導程來做分析與探討，因此所需的擷取電路簡化了不少，且不用紀錄紙列印輸出，並將擷取的信號送到電腦螢幕監控，將判別的方法一致化，提供給醫生一個準確的判斷心電圖方法。 1第二章第二章 研究背景研究背景 心臟是人體的一個非常重要的器官，而人體由心臟所引發的疾病有，心律不整、心肌梗塞、心肌肥大、冠狀動脈不全等等。當心臟因種種原因或疾病引發而有所變化時，其所表現出的 ECG 信號與正常的 ECG 信號間有些微妙的差異，醫生常因此來判斷病人可能罹患的心臟疾病。 而量心電圖的一個很好的優點是簡便與藉由非侵入性的方法，將金屬導體（探索電極）塗上導電的膠狀物質，貼在病人的四肢及胸前，即可獲得的生理訊號，就可以來判斷病人是否罹患心臟疾病。 2-1 心臟心
