[發明專利]一種心電信號采集裝置及質量等級評估和QRS波檢測方法

有效

• 申請號: 202110184620.5
• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號: CN112869752B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 袁志勇;袁帥英;杜博;趙儉輝;何紫陽
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: A61B5/318
• 分類號: A61B5/318;A61B5/366;A61B5/256;A61B5/332;A61B5/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 肖明洲

本發明公開了一種可穿戴式心電信號采集裝置及信號質量等級自動評估和QRS波檢測方法，裝置包括若干粘性電極、心電信號采集器、無線傳輸網絡、智能移動設備、云存儲與分析平臺；首先，利用開發的裝置采集12導聯心電信號；然后，借助無線網絡將心電信號傳輸到智能移動設備進行信號質量等級自動評估和QRS波檢測；最后，將“可接受”質量等級信號上傳至云存儲與分析平臺。醫生通過Web瀏覽器訪問該平臺并對心電信號進行分析與處理，用戶以同樣的方式查看心電圖。本發明所開發的裝置結合智能移動設備實現了遠程狀態下信號采集、傳輸和質量等級評估。本發明所提出的QRS波檢測算法針對低質量信號具有更好的效果，為輔助心臟疾病診斷提供了一種有效的技術手段。

技術領域

本發明屬于心電信號預處理技術領域，尤其涉及一種可穿戴式心電信號采集裝置及心電信號質量自動評估和QRS檢測方法。

背景技術

隨著社會的進步和人們生活水平的逐步提高，健康的生活方式變得越來越重要。但是，心血管疾病(CVD)是全世界主要的死亡原因之一(占32％)，尤其是對于生活在偏遠山區的人們而言。因此，遠程心臟健康監測顯得越來越重要，并迫切需要實施以應對生活在偏遠地區的心臟病患者遠程監測的挑戰[1-3]。遠程心臟健康監測技術通常是在沒有醫生參與的情況下由患者在家中自行采集心電信號[4]。這項技術支持用戶居家監控健康狀況，這樣的好處是可以大大降低用戶和醫療保健提供者的成本。然而，在偏遠山區實現連續和穩定的患者心臟健康監測仍然存在許多問題。

首先是來自在遠程無監督條件下收集的心電信號的質量評估(SQA)。SQA是遠程智能心電信號分析的重要步驟。通過遠程無監督方式采集的心電信號很容易受到各種噪聲的污染，包括身體運動，環境干擾等[5，6]。自從2011年生理學/計算技術在心臟病學挑戰賽中獲得成功以來，SQA一直是一個研究熱點[5，7]，并且在此過程中已經產生了許多有效的SQA方法。典型方法包括：基于閾值[8]，多特征融合[9]，整體決策樹[10]，自組織神經網絡[11]，信號質量指數(SQI)和支持向量機組合(SVM)[6]等。Liu和他的團隊在他們的智能背心系統中使用了多個SQI評估指標[12]。Joachim Behar還使用了幾種SQI指標的組合來評估心電信號的質量[13]。本發明將結合Liu和Joachim Behar的優勢來選擇合適的SQI指標，并為遠程無監督心電信號采集提出合理的質量評估標準。

其次是遠程無監督條件下心電信號的QRS波檢測。QRS波檢測在信號質量分析和預處理中至關重要。目前已經有很多QRS波檢測算法[14]。一些主要算法包括：Pan-Tompkins算法(P-T)[15]，gqrs算法[16]和Raquel Guti'errez-Rivas(RGR)算法[17]。其中，P-T算法相對來說是效果比較好的QRS檢測器[17，18]。但是，大多數QRS檢測算法(包括上述算法)主要用于處理干凈的臨床數據，而通過遠程方式采集的信號波形通常比較嘈雜。這可能是使用金屬干電極和不專業用戶操作所致。因此，在本發明中，將使用粘性電極來采集遠程心電信號，從而可以提高信號質量。但是，在偏遠地區醫生無法及時提供指導，非專業用戶采集的心電信號質量仍然較低。為了解決上述問題，本發明提出了一種QRS檢測算法來處理遠程無監督心電信號。

以上算法的輕量級設計也是本設計要考慮的重要問題。盡管多年來有大量關于心電信號預處理的文獻，但對邊緣設備上的遠程無監督心電信號預處理的研究似乎很少。隨著物聯網和人工智能(AIoT)[19]的飛速發展，社會變得越來越智能，這便催生了許多需要執行輕量級程序的邊緣設備。因此，有必要設計一種輕量級的算法在邊緣設備上進行遠程心電信號預處理。從而更方便、快捷的獲得具有醫學研究價值心電信號。

參考文獻：

[1]D.Campillo,R.Guardarrama,R.Gonzalez,J.Rodriguez,D.Jimenez,A RealTime ECG Preprocessing System Based on ADS1298,2013Computing in CardiologyConference(Cinc),40(2013)947-950.