[發明專利]基于波形特征匹配的心電信號R波峰檢測方法

無效

• 申請號: 201010170490.1
• 申請日: 2010-05-12
• 公開（公告）號: CN101828918A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 趙明璽;楊力;彭承琳
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: A61B5/0456
• 分類號: A61B5/0456
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

技術領域

本發明涉及心電信號自動檢測與分析技術領域，特別涉及一種用于心電信號特征提取和匹配的心電信號R波峰檢測方法。

背景技術

心電圖(Electrocardiogram，簡稱ECG)是指，心臟在每個心動周期中，由起搏點、心房、心室相繼興奮，伴隨著生物電的變化，通過心電描記器從體表引出多種形式的電位變化的圖形。心電圖是心臟興奮的發生、傳播及恢復過程的客觀指標。QRS復合波是心電信號的一個重要特征，也是心電信號檢測中最基本的問題，它不僅是診斷心律失常的最重要依據，而且只有在QRS復波確定后才能分析心電信號的其它細節，獲取更多的信息。如果QRS復波檢測不準確，會大大影響到后面的分析判斷工作。QRS復波的檢測是所有分析算法的前提，而波形定位的精度將直接影響指標的可信度。QRS復波檢測往往以R波峰為準進行定位，R波峰定位便成為QRS復波檢測的基礎；同時，R波峰作為心電信號單拍節律的最高點，常作為其余波形定位的基點，并可通過檢測R波峰得到RR間期、心率、心率變異性等重要參數。因此，R波峰的檢測在心電信號檢測中具有重要的臨床意義。如圖2所示的心電信號實例波形圖中，r₁、r₂、r₃分別為其中的3個R波峰。

目前，應用比較普遍的R波峰檢測方法大致可以分為兩類：

一類是幾何變換方法，如閾值檢測法、斜率法、面積法以及采用一系列帶通濾波器提取QRS復合波技術等。這些方法對短周期平穩的心電信號可以提供較高的檢測精度，但對于如圖3所示的心電信號，由于其中部分波峰異常對R波峰檢測形成干擾，幾何變換方法并不能提供良好的R波峰檢測精度。

專利號為200810238523.4的中國專利“基于心電間期序列歸一化直方圖的心衰檢測方法和裝置”中，對心電信號R峰值的檢測應用了另一類方法，即小波變換模極大值檢測法。由于R波是高頻波，在心電波形中的幅值遠大于其他波，經過小波變換后，信號的R波能量主要集中在小尺度上，因此，應在低尺度上檢測R波。采樣后的心電信號往往含有高頻噪聲，但是噪聲的幅值相比R波小的多，利用小波變換模極大值線在小尺度上定位R波時，噪聲可以得到有效的抑制；R波在每個尺度上均能產生一對模極大值點，從而形成2條模極大值序列，它們在尺度1上會收斂于一點，即R波峰的橫坐標點，通過檢測收斂點即可確定R波峰的位置。但小波變換模極大值檢測法在很多情況下也無能為力，例如：當出現頻率較高、幅值較大的干擾時，小波變換模極大值檢測就不能有效的區分出該波段是R波還是干擾；當干擾持續比較長的時間而不是在一個幾拍內部，小波變換模極大值檢測也會將頻率和幅值與R波相當的干擾判斷為R波。這些干擾都會讓小波變換模極大值檢測法失效，從而影響心電信號中R波峰的檢測精度。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種采用計算機實現的、抗干擾能力更強的心電信號R波峰檢測方法，該方法通過提取某些點與其所在波形上的其它點的相對位置關系，并通過度量其在對數極坐標分布模型中的分布特征，進而排除干擾、實現對心電信號上R波峰的準確識別。

本發明的目的是這樣實現的：基于波形特征匹配的心電信號R波峰檢測方法，將心電檢測儀采集的心電信號輸入計算機，由計算機進行低通濾波和采樣預處理，并識別心電信號中的R波峰，依次包括如下步驟：

a)建立對數極坐標分布模型：在對數極坐標中預先設定對數極徑的取值半徑ξ_max以及極角的取值范圍Δψ，將對數極徑的取值半徑ξ_max劃分為M個等間隔區間，將極角的取值范圍Δψ劃分為N個等間隔區間，則對數極徑的取值半徑ξ_max、極角的取值范圍Δψ以內的對數極坐標域劃分為M×N個等間隔的二維區間，構成對數極坐標分布模型；

b)針對不同的導聯方式，分別選取多個波形輪廓互不相同并且周期、幅度和R波峰均已知的心電信號分別作為模板信號，分別將各模板信號中R波峰前后各周期內的采樣點映射到對數極坐標分布模型中，獲取各模板信號中R波峰的分布特征；

c)對待測心電信號進行自相關分析，計算其自相關系數中每相鄰兩個局部最大值之間的時間間隔，取所述時間間隔的平均值作為待測心電信號的近似周期；

d)提取待測心電信號中的局部最大值點；

e)分別將待測心電信號中各局部最大值點前后各近似周期內的采樣點映射到對數極坐標分布模型中，獲取待測心電信號中各個局部最大值點的分布特征；