[發明專利]基于形態學與小波變換的心電信號QRS復波檢測方法

有效

• 申請號: 201310018594.4
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103083013A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 張欽宇;張璞;鄭石
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: A61B5/0472
• 分類號: A61B5/0472
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡吉科;孫偉

技術領域

本發明涉及一種心電信號QRS復波檢測方法，尤其涉及一種面向遠程醫療中的心電信號自動診斷系統中的QRS復波檢測方法。

背景技術

心臟病已經成為人類健康的頭號殺手，目前全世界每年約有1750萬人死于心臟病，占全部死亡人數的30%。作為診斷心臟生理、病理狀態的重要依據，心電圖（ECG，Electrocardiogram）診斷技術自其十九世紀初誕生以來，已經發展成為一門專業學科，而對于ECG信號的采集、處理、存儲、傳輸、遠程實時監控及自動診斷等方面更是當今該領域的研究重點。

ECG信號是將電極置于體表特定位置所記錄到的心臟電活動。典型的心電圖如圖1所示，主要包括以下幾部分，且這幾部分為臨床心電圖的診斷所依據的重要特征參量：P波在QRS波群之前，前半部分主要為右心房的電活動，后半部分主要為左心房的電活動；QRS波群代表電激動通過心室肌；T波代表心室的復極過程，波形比較寬且圓鈍；ST段代表心室的所有部分均已除極或除極末期與復極初期相互疊加形成的彼此抵消階段；RR期間為相鄰心動周期R波峰值之間的時間間隔。

ECG信號的自動診斷一直是心電信號處理領域的重點研究方向之一，通常涉及特征波的識別、心動周期的劃分、各種間期的鑒別，以及在此基礎上的波形異常的分類與診斷。對ECG信號進行特征波檢測是實現ECG信號臨床上波形自動歸類、輔助診斷的基礎。特別是對心率失常等的自動檢測是心臟異常診斷的重要依據。同時也為后續遠程傳輸系統中采用的感興趣區域的高分辨率數據備份及二次傳輸的設計提供了重要依據。QRS復波因其比較顯著的形態及頻率特征，是特征波中相對容易辨認的一組波形，同時也能夠根據其特點判斷心臟的一系列生理和病理狀態，因此通常被認為是ECG信號特征波檢測的基礎和起點。

現代ECG信號處理過程中，通常將其認為是偽隨機信號，即可通過心動周期的劃分，明確各周期之間的相關性。而心動周期的劃分通常基于QRS復波中R峰的識別及精確定位。在此基礎上，QRS復波的起點及終點等形態信息對于判斷ECG信號的各種特征間期等重要診斷依據具有指導性意義，也為實現心電圖的計算機輔助與自動診斷中ECG波形與其對應的心臟生理、病理特征的分類提供了重要依據。

QRS復波檢測通常包括R峰及QRS復波起點與終點的定位。QRS復波檢測主要有斜率法、基于小波變換的方法、基于形態濾波的方法、基于獨立分量分析法等。

斜率法由于其計算量小，且不需要單獨檢測R峰、訓練方法等，適用于實時檢測中。基本思想是利用R峰的斜率較大來進行判別。比較常用的有Tompkins方法及其改進方法，基于Hilber變換的方法等。但斜率法的檢測正確率不夠理想，特別是誤檢率相對較高，且受噪聲影響較大。

基于小波變換的QRS復波檢測方法的基本思想是：利用包含QRS復波信息的分量尋找模極大值處的過零點，該點即對應原始信號的R峰，且具有一定的位移。

基于形態學運算的QRS復波檢測通常選用三角型結構元素來實現，基于形態學的多分辨率分解也被用于檢測QRS復波。基于形態學運算的QRS復波檢測方法實現非常簡單，很適合應用于對延遲時間要求嚴格的實時監控系統中。

此外，基于獨立分量分析、神經網絡以及一些混合方法也被應用于QRS復波檢測中。

斜率法存在對噪聲比較敏感的缺點，導致誤檢率較高、方法可靠性低。隨著計算機及各類片上系統處理速度的大幅度提高，此類方法運算速度上的優勢漸微，已經逐漸被淘汰。

數字濾波器法具有一定的自適應性，但對室性早搏等引起的ECG波形形態變化及QRS復波頻率范圍變化適應性差，對異常ECG信號容易產生誤檢及漏檢。

通常采用的基于小波變換的檢測方法對變化較為平緩QRS復波具有較高的檢測正確率，而基于形態學運算的檢測方法通常對較為尖銳的QRS復波具有較高的檢測率。且以上兩種方法對于一些異常波形，如異常高大P波、RR間期變化過大等情況的檢測正確率有所下降。

發明內容

為了解決現有技術中問題，本發明提供了一種基于形態學與小波變換的心電信號QRS復波檢測方法，包括以下步驟：

步驟1：輸入抑制基線漂移與去除高頻噪聲后的ECG信號，并進行分段；

步驟2：應用Daubechies（德比契斯）小波族中的db6小波對步驟1得到的分段ECG信號進行四層小波分解，尋找第三層小波信號D3、第四層小波信號D4分量上的模極大值點對應的過零點，并對應到原信號中的峰值處作為R峰位置；