[發(fā)明專利]一種心電信號特征檢測算法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310573144.1
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN103750835A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鴻強(qiáng);陳磊;馮秀麗;王小飛;梁歡;陳雪龍
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A61B5/0452
• 分類號: A61B5/0452
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是受嚴(yán)重噪聲干擾的微弱心電信號的去噪及其特征點(diǎn)的檢測。

背景技術(shù)

心臟病是當(dāng)今醫(yī)學(xué)上發(fā)病率和死亡率最高的疾病之一，心臟病的防治和診斷成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)界面臨的亟待解決的最重要問題之一。用于診斷心臟病的主要技術(shù)之一是心電圖，一百多年來，心電圖這種無創(chuàng)檢查技術(shù)，由于診斷方法簡便、對病人無損害等優(yōu)點(diǎn)，在心臟疾病的診斷中發(fā)揮了重要作用。目前醫(yī)院普遍使用的常規(guī)心電圖監(jiān)護(hù)儀或心電工作站存在體積較大、價格昂貴和不便隨時監(jiān)測等缺點(diǎn)。盡管Holter即“動態(tài)心電圖”可以被佩戴在病人身上進(jìn)行心電的動態(tài)監(jiān)測，但它主要是完成連續(xù)記錄24小時心電活動的全過程，為醫(yī)生提供以往一次心電圖難以捕捉到的有效的診斷依據(jù)，后期仍需由人工離線進(jìn)行心電信號分析，因此醫(yī)生常常需要閱讀大量的心電數(shù)據(jù)，容易造成醫(yī)生的疲憊，加之肉眼觀測的精度有限，容易造成誤診或漏診。由于病態(tài)心電圖種類繁多、變異極大，同種病理不同患者的心電圖甚至同一患者不同時刻的心電圖都存在著較大的差異，并且心電信號的信號源不可觸及性，從而使得心電信號的隨機(jī)性較強(qiáng)，無法用確定的函數(shù)來描述，具有強(qiáng)烈的非平穩(wěn)性，隨時都處于變化中。另外噪聲背景強(qiáng)，屬于低幅、低頻的微弱信號，有用信號往往淹沒在許多噪聲干擾信號中，不易檢測，所以研究心電特征檢測算法對于預(yù)防威脅人類健康“第一殺手”的心臟病具有非常重要的意義。

目前心電信號的檢測方法有很多，大致可以分為三大類，即經(jīng)典的數(shù)字濾波器技術(shù)、自適應(yīng)濾波器技術(shù)和以小波變換、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及基于經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸獾姆椒ǖ葹榇淼默F(xiàn)代信號處理技術(shù)。由于小波變換具有優(yōu)良的時頻局域化分析能力和多分辨分析特性，在非平穩(wěn)微弱信號處理方面具有重要的理論和應(yīng)用價值。基于小波變換的檢測算法雖然能夠達(dá)到很高的檢測率，但實時性差，盡管對稱小波基可使用Mallet快速分解算法，但計算量仍比較大，實現(xiàn)實時檢測仍比較困難。

1996年Sweldens成功建立了一種新的實現(xiàn)小波變換的結(jié)構(gòu)-提升框架，這種提升格式構(gòu)造出來的小波稱之為第二代小波。它既保留了第一代小波的時頻局域特性，同時也克服了其平移和伸縮的不變性。此外，這種基于提升格式的小波變換所有運(yùn)算均在時域進(jìn)行，無需Fourier分析，運(yùn)算速度相比第一代小波變換大大提高，適合并行處理，占用內(nèi)存空間少。

本發(fā)明通過一種改進(jìn)的近似包絡(luò)法在增強(qiáng)R波能量的同時能夠很好的抑制噪聲和大P/T波的干擾，將改進(jìn)的提升小波閾值去噪與改進(jìn)的近似包絡(luò)相結(jié)合對心電信號進(jìn)行預(yù)處理，該算法在確保準(zhǔn)確率的同時運(yùn)算速度快，占用內(nèi)存少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決目前心電特征檢測算法不能同時兼顧檢測精度與實時性的問題，提出一種檢測精度高、實時性強(qiáng)的心電信號特征檢測算法。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

心電信號特征檢測算法的實現(xiàn)步驟如下：

(1)從MIT-BIH數(shù)據(jù)庫中提取心電信號x(t)，利用sym8小波進(jìn)行五層提升小波分解，將提升小波低頻系數(shù)置零，對提升小波高頻系數(shù)進(jìn)行改進(jìn)軟閾值處理后，重構(gòu)心電信號y(t)，再對y(t)進(jìn)行Hilbert變換改進(jìn)近似包絡(luò)處理，獲得預(yù)處理后的心電信號z(t)；

(2)設(shè)定R波檢測的斜率閾值Th，設(shè)計斜率閾值檢測流程，依照R波檢測流程對信號z(t)進(jìn)行R波位置的檢測；

(3)檢測到R點(diǎn)位置后，設(shè)定檢測策略，在提升小波變換尺度4上檢測T波和P波。

在上述步驟(1)中，設(shè)計了一種改進(jìn)的近似包絡(luò)函數(shù)：E(t)＝|y(t)|³+|y^h(t)|⁴，該改進(jìn)的包絡(luò)能夠在增強(qiáng)R波能量的同時很好的抑制各種噪聲以及大P/T的干擾，比傳統(tǒng)包絡(luò)更容易實現(xiàn)R波的檢測。

在上述步驟(2)中，設(shè)定斜率閾值，以斜率為閾值的檢測方法進(jìn)行R波檢測，采取初始長時間檢測不到R波時降低閾值重新檢測的策略；將初始R-R的波峰間隔作為以后檢測的閾值，并采用自適應(yīng)閾值、回溯檢漏和跳檢的檢測策略，更好的防止了漏檢、誤檢的發(fā)生。