一种准确提取QRS内异常电位的方法技术

一种准确提取QRS内异常电位方法，在理想心电信号预估阶段，采用非线性变换技术，预估理想心电信号；根据预估理想心电信号，利用样条方法对理想心电信号进一步估计，精确估计理想心电信号；根据精确估计出的理想心电信号，通过移动标准差分析技术，可精确提取QRS内异常电位；本发明专利技术方法不但可用于多次叠加平均心电信号，也可用于单次搏动心电信号。

An accurate method for extracting abnormal potential in QRS

An accurate method of extracting abnormal potentials from QRS is proposed. In the prediction phase of ideal ECG signal, nonlinear transformation technique is used to predict ideal ECG signal. The signal can be accurately extracted from the abnormal potential in QRS by moving standard difference analysis technique, and the method can be used not only for multiple overlays of average ECG signals, but also for single pulsation ECG signals.

【技术实现步骤摘要】
一种准确提取QRS内异常电位的方法
本专利技术属于医学信号处理领域，特别涉及一种从心电信号中准确提取QRS内异常电位的方法。
技术介绍
据统计，我国每年心脏猝死(SCD)的总人数高达50多万，平均每分钟就有3人因心脏原因在发病1小时内死亡，而抢救成功率却不到1％。心脏猝死出现明显的年轻化趋势，部分患者发生猝死事件往往无明显先兆症状，身体貌似健康。所以，对心脏猝死进行早期预警显得尤为重要，但目前缺乏有效的检测手段。大量研究表明，心脏内局部区域出现的电传导延迟是心脏猝死的一个重要诱因，这种传导延迟会引起信号折返，进而会导致严重的室性心率失常。区域传导延迟可以在体表心电图(ECG)的QRS复合波中出现切迹或不易察觉的小幅波动。这些特征往往在常规心电图中无法明确反映，需要使用采样频率更高的高频心电图。目前，临床上无创检测这种心室去极化过程出现的异常特征主要包括：(1)基于信号平均心电图(SAECG)的心室晚电位(VLP)，(2)QRS内异常电位(AIQPs)，(3)碎裂QRS波(fQRS)。心室晚电位检查是指体表信息叠加心电图于QRS复合波终末并延伸到ST段内的高频低振幅碎裂电位，它反映了缺血区心肌迟发的电活动，是由于缺血区心肌内缓慢而不规则的拆返活动引起。在急性心肌梗死后猝死的预测中，晚电位检查具有重要价值。临床上使用较为广泛的是时域VLP检测方法，虽然这种分析具有高的阴性预测值，但阳性预测效果不佳。VLP检测方法阳性预测率不高的主要原因是仅检测QRS复合波终末并延伸到ST段内的高频低振幅碎裂电位。大量的动物心肌梗死模型和人体标测基础研究结果明确表明，这些高频低振幅碎裂电位不但存在于QRS复合波终末区域，而且也可能隐藏在QRS复合波内。在某些心肌梗死部位，产生的高频低振幅碎裂电位可能仅存在于QRS复合波内，并不反映在QRS复合波终末处，如果能准确提取QRS复合波内的这些高频低振幅碎裂电位,将可显著提高心脏猝死早期预警的可靠性。QRS复合波内的这些高频低振幅碎裂电位又称为QRS内异常电位(AIQPs),提取AIQPs是一个极具挑战性的任务，因为AIQPs是嵌入在QRS波内的、非常微弱、且快速变化不可预测信号。目前，提出了多种方法来应对这一挑战。离散余弦变换(DCT)域的自回归移动平均(ARMA)模型已被用于估计AIQPs，其基本思想是用一个低阶ARMA模型来模拟正常QRS波，从而可提取出不可预测的AIQPs。也有学者提出利用小波变换分析QRS波内的高频成分，并以此为基础诊断恶性室性心律失常。很多提取方法使用的是线性模型或线性变换技术，由于人体心脏工作机制十分复杂和精细，将QRS波群建模为非线性信号可能更接近实际情况。有学者提出一种用具有相同平滑度的径向基函数非线性神经网络逼近QRS波的方法，取得了较好的效果，但主要缺点是需要调整的参数过多，神经元最佳数量因人而异，参数设置不当会高估或低估RBF神经网络逼近误差，影响提取精度。大量研究表明，对室性心律失常高风险患者，AIQPs参数可显著提高诊断准确率，但目前AIQPs提取技术的提取精度仍不能满足要求，而且提取技术的鲁棒性也需要进一步提高。在心电测量过程中采样得到的原始心电信号用x(i)表示，其中包含工频干扰p(i)、基线漂移b(i)、测量噪声n(i)和含有待提取QRS内异常电位(AIQPs)的AIQP(i)；不包含上述成分的理想心电信号用xp(i)表示；x(i)＝xp(i)+AIQP(i)+p(i)+b(i)+n(i)，(1)其中，AIQP(i)在AIQPs有效区间内为待提取QRS内异常电位，其他部分取值为0。x(i)去除工频干扰和基线漂移后的信号用x2(i)表示。利用公式(2)可得到包含待提取QRS内异常电位和噪声干扰的信号y(i)：y(i)＝x2(i)-xp(i)＝AIQP(i)+n(i)，(2)在AIQPs有效区间内，当n(i)的标准差与y(i)的标准差相比较小时，可以认为y(i)≈AIQP(i)，即为待提取QRS内异常电位。问题的关键是如何尽可能准确得到理想心电信号xp(i)、如何确定AIQPs有效区间以及如何定量评价提取结果是否可信。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种准确提取QRS内异常电位的方法，采用非线性变换预估技术，结合样条方法，获得不包含QRS内异常电位和其他干扰成分的理想心电信号xp(i)，并最终提取QRS内异常电位。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种准确提取QRS内异常电位的方法，包括以下步骤：步骤一、对原始心电信号x1(i)；进行预处理，得到预处理心电信号x2(i)；当原始心电信号是测量得到的单次心搏心电信号时，对其利用低通滤波器和工频陷波器进行处理，消除基线漂移和工频干扰对后续过程的影响；当原始心电信号是测量得到的包含多个心搏的心电信号，对其利用信号平均技术进行处理，消除基线漂移、工频干扰和测量噪声对后续过程的影响。步骤二、对预处理心电信号x2(i)进行特征点检测，确定特征点位置和QRS范围，利用非线性变换得到预估理想心电信号；首先，对预处理心电信号进行特征点检测，确定特征点位置和QRS范围；其次，分别用两个不同滤波频率的低通滤波器，对经步骤一处理后得到的预处理心电信号进行滤波；然后，对得到的这两个滤波结果相减，得到差值信号，搜索该差值信号每个特征点位置前、后的第一个过零点位置；再后，每个特征点位置前、后的第一个过零点位置包含的时间范围，用上述两个不同频率中较高滤波频率的低通滤波器滤波结果代替，其他部分用上述两个不同频率中较低频率的低通滤波器滤波结果代替，得到合成信号；最后，对得到的合成信号进行低通滤波，得到预估理想心电信号；步骤三、根据预处理心电信号、特征点位置和预估理想心电信号，利用样条方法得到精确估计理想心电信号。首先对经步骤一处理后得到的预处理心电信号和经步骤二得到的预估理想心电信号相减，得到误差信号，搜索该误差信号过零点位置；然后，在搜索得到的误差信号过零点位置和步骤二得到的特征点位置处，取样条权重为1，其他为0；最后，根据步骤一得到的预估理想心电信号和得到的样条权重，利用三次平滑样条得到精确估计理想心电信号；步骤四、对经步骤一处理后得到的预处理心电信号和经步骤三得到的精确估计理想心电信号相减，该相减结果经一个带通滤波器滤波后得到滤波结果；根据该滤波结果和步骤二得到的QRS范围，通过移动标准差分析技术，获取QRS内异常电位；步骤五、对获取的QRS内异常电位进行可信度评价。利用标准差分析方法，对经步骤四获取的QRS内异常电位可信性进行评价，确认步骤四获取的QRS内异常电位是否可信，并输出评价结果。所述的步骤二具体为：一、利用x2(i)进行ECG特征点检测，得到QRS范围，起始位置QRSb、终止位置QRSe和ECG特征点位置p(j)，特征点数量为M，j＝1，2，…，M，所述ECG特征点至少应包含QRS起始点、QRS终止点，以及Q、R、S波形峰值点；二、使用较高频率的低通滤波器对x2(i)进行滤波，得到xhi，fh为低通滤波器滤波频率，100Hz≤fh≤200Hz；三、使用较低频率的低通滤波器对x2(i)进行滤波，得到xl(i)，fll为低通滤波器滤波频率，40Hz≤fll≤80Hz；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种准确提取QRS内异常电位的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对原始心电信号x1(i)；进行预处理，得到预处理心电信号x2(i)；当原始心电信号是测量得到的单次心搏心电信号时，对其利用低通滤波器和工频陷波器进行处理，消除基线漂移和工频干扰对后续过程的影响；当原始心电信号是测量得到的包含多个心搏的心电信号，对其利用信号平均技术进行处理，消除基线漂移、工频干扰和测量噪声对后续过程的影响；步骤二、对预处理心电信号x2(i)进行特征点检测，确定特征点位置和QRS范围，利用非线性变换得到预估理想心电信号；首先，对预处理心电信号进行特征点检测，确定特征点位置和QRS范围；其次，分别用两个不同滤波频率的低通滤波器，对经步骤一处理后得到的预处理心电信号进行滤波；然后，对得到的这两个滤波结果相减，得到差值信号，搜索该差值信号每个特征点位置前、后的第一个过零点位置；再后，每个特征点位置前、后的第一个过零点位置包含的时间范围，用上述两个不同频率中较高滤波频率的低通滤波器滤波结果代替，其他部分用上述两个不同频率中较低频率的低通滤波器滤波结果代替，得到合成信号；最后，对得到的合成信号进行低通滤波，得到预估理想心电信号；步骤三、根据预处理心电信号、特征点位置和预估理想心电信号，利用样条方法得到精确估计理想心电信号。首先对经步骤一处理后得到的预处理心电信号和经步骤二得到的预估理想心电信号相减，得到误差信号，搜索该误差信号过零点位置；然后，在搜索得到的误差信号过零点位置和步骤二得到的特征点位置处，取样条权重为1，其他为0；最后，根据步骤一得到的预估理想心电信号和得到的样条权重，利用三次平滑样条得到精确估计理想心电信号；步骤四、对经步骤一处理后得到的预处理心电信号和经步骤三得到的精确估计理想心电信号相减，该相减结果经一个带通滤波器滤波后得到滤波结果；根据该滤波结果和步骤二得到的QRS范围，通过移动标准差分析技术，获取QRS内异常电位；步骤五、对获取的QRS内异常电位进行可信度评价。利用标准差分析方法，对经步骤四获取的QRS内异常电位可信性进行评价，确认步骤四获取的QRS内异常电位是否可信，并输出评价结果。...

【技术特征摘要】
1.一种准确提取QRS内异常电位的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对原始心电信号x1(i)；进行预处理，得到预处理心电信号x2(i)；当原始心电信号是测量得到的单次心搏心电信号时，对其利用低通滤波器和工频陷波器进行处理，消除基线漂移和工频干扰对后续过程的影响；当原始心电信号是测量得到的包含多个心搏的心电信号，对其利用信号平均技术进行处理，消除基线漂移、工频干扰和测量噪声对后续过程的影响；步骤二、对预处理心电信号x2(i)进行特征点检测，确定特征点位置和QRS范围，利用非线性变换得到预估理想心电信号；首先，对预处理心电信号进行特征点检测，确定特征点位置和QRS范围；其次，分别用两个不同滤波频率的低通滤波器，对经步骤一处理后得到的预处理心电信号进行滤波；然后，对得到的这两个滤波结果相减，得到差值信号，搜索该差值信号每个特征点位置前、后的第一个过零点位置；再后，每个特征点位置前、后的第一个过零点位置包含的时间范围，用上述两个不同频率中较高滤波频率的低通滤波器滤波结果代替，其他部分用上述两个不同频率中较低频率的低通滤波器滤波结果代替，得到合成信号；最后，对得到的合成信号进行低通滤波，得到预估理想心电信号；步骤三、根据预处理心电信号、特征点位置和预估理想心电信号，利用样条方法得到精确估计理想心电信号。首先对经步骤一处理后得到的预处理心电信号和经步骤二得到的预估理想心电信号相减，得到误差信号，搜索该误差信号过零点位置；然后，在搜索得到的误差信号过零点位置和步骤二得到的特征点位置处，取样条权重为1，其他为0；最后，根据步骤一得到的预估理想心电信号和得到的样条权重，利用三次平滑样条得到精确估计理想心电信号；步骤四、对经步骤一处理后得到的预处理心电信号和经步骤三得到的精确估计理想心电信号相减，该相减结果经一个带通滤波器滤波后得到滤波结果；根据该滤波结果和步骤二得到的QRS范围，通过移动标准差分析技术，获取QRS内异常电位；步骤五、对获取的QRS内异常电位进行可信度评价。利用标准差分析方法，对经步骤四获取的QRS内异常电位可信性进行评价，确认步骤四获取的QRS内异常电位是否可信，并输出评价结果。2.根据权利要求1所述的一种准确提取QRS内异常电位的方法，其特征在于，所述的步骤二具体为：一、利用x2(i)进行ECG特征点检测，得到QRS范围，起始位置QRSb、终止位置QRSe和ECG特征点位置p(j)，特征点数量为M，j＝1，2，…，M，所述ECG特征点至少应包含QRS起始点、QRS终止点，以及Q、R、S波形峰值点；二、使用较高频率的低通滤波器对x2(i)进行滤波，得到xhi，fh为低通滤波器滤波频率，100Hz≤fh≤200Hz；三、使用较低频率的低通滤波器对x2(i)进行滤波，得到xl(i)，fl为低通滤波器滤波频率，40Hz≤fl≤80Hz；四、利用公式(3)计算差值信号xd(i)：xd(i)＝xh(i)-xl(i)，(3)其中，xh(i)是较高频率低通滤波器对x2(i)的滤波结果，xl(i)是较低频率低通滤波器对x2(i)的滤波结果。五、根据信号xd(i)，对每个ECG特征点时间位置p(j)，j＝1，2，…，M，反向、正方向分别搜索差值信号xd(i)，得到前、后第一个过零点，分别得到对应的时间位置pb(j)和pf(j)；六、根据pb(j)和pf(j)构成该点集合set(j)：set(j)＝{pb(j)，pb(j)+1，…，pf(j)-1，pf(j)}，(4)以此为基础，构...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫相国，吴宁，郑崇勋，王刚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61