一种心电信号ST段的识别方法技术

本发明专利技术针对滤波后的心电信号，基于R峰采用斜率比极值法准确定位S波和T波，最后实现ST段位移、斜率和长度特征的准确识别。本发明专利技术的方法不仅计算简单、易于实现，而且准确率高，为心电信号快速有效识别提供新途径。

【技术实现步骤摘要】

该专利技术是一种心电信号ST段数字识别算法，主要针对人体滤波后的心电信号，采 用斜率比极值法定位S波和T波，实现ST段的位移、斜率和宽度特征的准确识别。
技术介绍
心电信号（Electrocardiogram，ECG)记录了心脏在每个心动周期中，由起搏点、 心房、心室相继兴奋，伴随的电能量的变化，其形态变化反映了人体心脏功能，是反应心脏 状态的参考依据，准确识别心电信号的变化特征显得至关重要。 心电信号的幅度范围大约在10yV-5mV，频率范围大约在0. 05-100Hz。典型的心 电信号波形如图1所示：心电信号是由许多特征部分组成，分别为：P波、Q波、R波、S波、T 波，其中Q波、R波、S波同属于QRS波群中。QRS波群起点对应于Q波峰之前的第一个斜率 突变点，QRS波群的终点对应于S波峰之后的第一个斜率突变点。QRS波群的终点到T波起 点的一段称为ST段。 然而，由于T波相对于R波而言具有幅度小、频率低的特点，其有时候很难和噪声 信号进行区分；同时，T波的形态也不唯一，具有正向单峰T波、双峰T波和倒向单峰T波这 三类T波。这使得ST段特征提取一直都是国内外心电信号监测的重点和难点。目前，尽管 已经有时间窗检测法、波形消除检测法、小波分析法、主成分分析法等判别方法识别ST段， 但是有的计算大、复杂性高，而有的对于实际非标准的动态心电信号ST段识别效果并不理 想，所以，随着心电监护的社会需求日益增加，有必要研究一种新的计算简单、适应性强的 ST段识别方法。
技术实现思路
人体心电信号反映了心肌细胞有规律的除极复极过程，准确识别心电信号特征对 了解心脏功能具有重要意义。采用心电检测仪采集出的人体心脏信号S(t)，通常经过滤波 方法去除基线漂移、工频干扰、肌电干扰等检测时参杂的干扰信号，可以获得较为清晰的心 电信号兩0 ,然后采用特征提取方法提取心电信号特征，以反映心脏功能的强弱。 本专利技术针对滤波后的心电信号s(t)，在已知R峰位置的前提下，采用斜率比极值 法准确定位S波和T波，最后实现ST段位移、斜率和长度特征的准确识别。该方法不仅计 算简单、易于实现，而且准确率高，为心电信号快速有效识别提供新途径。 本专利技术提供一种基于斜率比极值法的心电信号ST段识别方法，在心电信号中，J点和1?点分别是ST段与S波、T波的交界点，其均为斜率突变点，其中：根据已知心电信号S(X)，心电信号R波峰点（xR，yR)和RR间期Trr; 在R峰位置xR之后0. 55TRR的区间内寻找峰点中的最大值，则最大值点XT处的峰 值yt即为T波峰值，且有T(Xt，yt);在R峰之前0. 45TRR的区间内寻找峰点的最大值，则最大 值点Xp^的峰值ypl即为P波峰，且有P(Xpl，yp2);在知和X之间寻找谷点中的最小值点， 则最小值点Xs处的谷值ys即为S波峰值点S(Xs，ys); 设R峰位置XR之后0? 52TRR处的采样点为X^xR之后0? 58TRR处的采样点为X"2， 贝>1心电信号基线纵坐标々去；1二凡(7 = 152，..！）>其中7]为区间之间心电信号采 样点的幅值；对于在心电信号S波和T波采样点区间内的点P(xp,yp)，判断yp与f。、之 间的关系， 逐点计算斜率比入； 在心电信号采样点区间内分别找出斜率比A最小的点&和A最大的点 xTcm点，则X』为J点位置，其对应的心电信号幅值为y』，而xTcin为Tm的位置，其对应幅值为 yTon? 求取心电信号的ST段宽度Lst=XTcin-Xj。此外，还可以求取ST段位移Dst=yj-f。，ST段斜率kST=(yTcin-yj) / (Xtot-Xj)。 本专利技术的方法不仅计算简单、易于实现，而且准确率高，为心电信号快速有效识别 提供新途径。【附图说明】 附图1为典型心电信号波形； 附图2为本专利技术的标准心电信号ST段示意图； 附图3为本专利技术的心电信号ST段抽象模型I; 附图4为本专利技术的心电信号ST段抽象模型II; 附图5为本专利技术的心电信号ST段抽象模型III。【具体实施方式】 人体心电信号反映了心肌细胞有规律的除极复极过程，采用心电检测仪采集出人 体心脏信号S(t)，并经过滤波方法去除基线漂移、工频干扰、肌电干扰等检测时参杂的干扰 信号，获得较为清晰的心电信号?(0，然后采用特征提取方法提取心电信号QRS波、RR间 期、S波、T波、ST段位移、ST段斜率等特征，以反映心脏功能的强弱。 如图1所示，心电信号中QRS波群的终点J到T波起点Tcin的一段被称为ST段，而 对于ECG信号ST段识别的问题，可以转换为对于ECG信号J点和1"点的检测。通常对于 ST段位移特征按照R+X，J+X等方法进行提取，但这种方法依然受噪声影响很大，甚至可能 出现很大偏差。所以，本专利技术提出一种新的斜率比极值检测法对ECG信号ST段中的J点和 Tcin点进行定位，从而实现ST段的快速准确识别。 标准心电信号ST段示意图如图2所示。在标准的ECG信号中，J点和Tcin点分别 是ST段与S波、T波的交界点，其均为斜率突变点。以ST段作为水平线，可以将图2抽象 为图3所示的ST段模型。 图3中P点为心电信号ST曲线中不与点S和点T重合的任意一点，连接PT以及 PS，并如图3所示分别做直角三角形APBT和APAS，令线段TB长度为yi，PB为Xl，SA为 y2,PA为X2，连线ST斜率为k，TcinT斜率为kpJS斜率为k2。设X=Xl+x2,y=yi+y2,则当 心电信号的点S(xs，ys)和点T(xt，yt)确定后，k= (yt-ys)/(xt_xs)，X=xt_xs，y=yt_ys， 且k、x、y均不变。再设直线PT的斜率为tana，PS的斜率为tan，则PT和PS的斜率比 入为：比越小；X1越小，斜率比越大。从而，在J点到T。"点之间，J点是斜率比极小值点，T点是 斜率比极大值点。b?当P(xp，yp)位于TciJljT点之间时（如图4)有： X1=xt_xp，y!=yt_yp，Ic1=(yt-yp)/(xt_xp)，此时k!、k、x、y均为常数，X1 越大， 斜率比越大；X1越小，斜率比越小。从而，在T。"到T点之间，斜率比极大值点为Tm点。 c?当P(xp，yp)位于S点到J点之间时（如图5)有： X2=xp_xs，y2= |ys|_|yp|，k2= (|ys|-|yp|)/(xp_xs)，此时k2、k、x、y均为常数， x2越大，斜率比就越小；x2越小，斜率比就越大。从而，在S点到J点之间时，斜率比极小值 点为J点。 通过以上分析可以知道，在心电信号S点到T点之间的采样点中，每个采样点与T 波峰和S波谷连线的斜率比A的极大值点为TcinA，极小值点为J点。因此，在心电信号的 点S和点T确定后，根据斜率比公式（1) -(4)可以对J点和Ton点准确定位，从而得到ST 段特征值。 在R峰和RR间期Trr已知的情况下，基于斜率比极值法的心电信号ST段特征识别 方法具体步骤如下： (I)S波和T波定位 i.对滤波后的心电信号S(X)检测所有的峰点和谷点，采用的基本判别标准为：令 yi、y〇、yi分别为采样点X^XpX1的幅值，若存在又Zy。且Yt^y1，则认为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于斜率比极值法的心电信号ST段识别方法，在心电信号中，J点和Ton点分别是ST段与S波、T波的交界点，其均为斜率突变点,其特征在于：根据已知心电信号s(x)，心电信号R波峰点(xR,yR)和RR间期TRR；在R峰位置xR之后0.55TRR的区间内寻找峰点中的最大值，则最大值点xT处的峰值yt即为T波峰值，且有T(xt,yt)；在R峰之前0.45TRR的区间内寻找峰点的最大值，则最大值点xP1处的峰值yp1即为P波峰，且有P(xp1,yp2)；在xR和xt之间寻找谷点中的最小值点，则最小值点xs处的谷值ys即为S波峰值点S(xs,ys)；设R峰位置xR之后0.52TRR处的采样点为xm1，xR之后0.58TRR处的采样点为xm2，则心电信号基线纵坐标其中yj为区间[xm1，xm2]之间心电信号采样点的幅值；对于在心电信号S波和T波采样点区间[xs，xt]内的点P(xp,yp)，判断yp与f0、之间的关系，当yp>f0时，P(xp,yp)位于Ton到T点之间，λ=tanαtanβ=y1x1y-y1x-x1=k1y-k1x1x-x1=k1yx1-k1xx1-1=k1x-k1x1y-k1x1=1+k1x-yy-k1x1=1+(k1-k)xy-k1x1,]]>当yp＝f0时，P(xp,yp)位于J点到Ton之间，λ=tanαtanβ=1yy1-1(xx1-1),]]>当yp<f0时，P(xp,yp)位于S点到J点之间，λ=tanαtanβ=y-y2x-x2y2x2=1y2x2y-y2x-x2=11+k2x-yy-k2x2=11+(k2-k)xy-k2x2,]]>逐点计算斜率比λ；在心电信号采样点区间[xs，xt]内分别找出斜率比λ最小的点xJ和λ最大的点xTon点，则xJ为J点位置，其对应的心电信号幅值为yJ，而xTon为Ton的位置，其对应幅值为yTon；求取心电信号的ST段宽度LST＝xTon‑xJ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何宏，王争，谭永红，王月霞，闫晓雯，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31