一种心电QRS波群的检测方法及其心电分析方法技术

本发明专利技术公开了一种心电QRS波群的检测方法，包括使用极值法寻找QRS波中的波峰和波谷，再通过找到的极值点，结合等电位段电位值、幅值信息来检出QRS波群中的各个子波形，确定QRS波群的时间位置，从而可清楚地显示QRS波群形态及计算出心率；QRS波群的精确检测是心电图自动诊断的基础。因为只有在确定QRS波群的检测后才有可能计算心率即每分钟心跳的次数、心率变异性及其他心电图各波段时间间隔测量和幅度测量。

【技术实现步骤摘要】
一种心电QRS波群的检测方法及其心电分析方法
本专利技术涉及一种心电信号中QRS波群的识别，尤其涉及一种心电QRS波群的检测方法及其心电分析方法。
技术介绍
在心电检测领域测量心电图时，心电信号质量的好坏是心电有效分析的前提，信号质量差的心电信号会对心电分析起到误导作用，在单导联便携式心电采集中尤为突出，因为单导联便携式心电采集存在突然的波形抖动，运动伪波以及容易引入较大工频干扰等噪声。为了实现心电的正确的分析诊断，心电波形的质量必须要好，过多的噪声以及大幅的抖动会导致心电自动分析判断的准确度变差，出现误检漏检的情况。为了兼顾单导联便携式心电采集能快速测量的优点和心电自动分析的功能，有必要对心电波形的质量做实时分析，对波形质量差的地方不予以自动分析判断，避免出现误检测的情况。同时心电图的自动分析与诊断对于心脏功能检测、心血管疾病的诊断和预防有着重要的意义，尤其是QRS波群的精确检测，尤其是宽度、幅度和形态，是心电图自动诊断的基础。因为只有在确定QRS波群的检测后才有可能计算心率、心率变异性及其他心电图各波段时间间隔测量和幅度测量。如QRS波群形态正常，宽度在正常范围(60-100毫秒)内，则表示心室的激动是由房室交界部或更高的部位传下的，称为室上性QRS波群，属于正常现象；否则就表示心室是由房室交界部以下的异位节律点所激动，称为室性QRS波群，属于异常现象，或是存在有室内传导障碍等。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种可精准找出QRS波群位置并准确勾勒出QRS波群形体特征的心电QRS波群的检测方法。本专利技术的第二目的是提供一种基于该心电QRS波群的检测方法的心电分析方法。提供基于心电QRS波群检测方法的一种心电分析方法。技术方案：为实现以上目的，本专利技术公开了一种心电QRS波群的检测方法，包括如下步骤：A、获取采样率为fs的原始心电波形幅值数据S，并将心电波形S分成以N秒为时间单位的处理段信号X，N为8～120间的任意一值；B、将信号X经过包络处理得到包络信号Xe，然后在包络信号Xe上利用阈值法定位QRS波群的位置得到集合Bxe；在包络信号Xe上利用面积法找出每个QRS波群的起始点QRSon和终末点QRSoff的预估位置；C、在集合Bxe中选取第n个QRS波群位置Bxe(n)，求出该QRS波群的RR间期RRxe(n)＝Bxe(n)-Bxe(n-1)；从信号X中截取一片段Xios，截取的起始位置为Bxe(n-1)+RRxe(n)×k3，终止位置为Bxe(n)-RRxe(n)×(0.5-k3)，其中0.3<k3<0.5，即第n-1个心跳的T波之后到第n个心跳的P波之前的一段数据；作出片段Xios中幅值范围的直方图Gp，得到Xios数据取值的统计分布；在直方图Gp中找出Xios幅值分布个数最多的子区间b，该子区间b代表的电位即为第n次心跳之前的等电位段电位vios；D、从信号X中第n个QRS波群位置Bxe(n)周围截取一数据段qn，在数据段qn中找到所有极大值和极小值点的集合为极值点P和QRS波群中绝对幅值最大的波QM；E、极值点P中满足最小QRS可识别波条件的为主极点Dn，再从主极点Dn中筛选出特征点和关键特征点F、将特征点和关键特征点中所有位置小于QRSon和大于QRSoff的特征点删除，形成新的代表QRS波群的特征点Rn和关键特征点G、采用新的Rn或者并结合步骤C中的等电位段的电势值vios，确定QRS波群中的子波形Q、R、S、r＇、s＇、r＂、s＂位置；H、重复C到H步，直至检出集合Bxe中所有QRS的特征点，用Bn＝{Bn(j)}表示；I、重复A到I步，直到识别完全部原始心电波形幅值数据S。其中步骤B中信号X的处理方法、利用阀值法和面积法的定位方法包括如下步骤：B1、将信号X经过一个带通滤波器，其频率范围为5Hz～25Hz，得到凸显出QRS波群特征且滤除干扰波的信号Xfiltered；对信号Xfiltered做微分后再平方得到信号Xdiff，对Xdiff进行积分得到包络信号Xe；B2、将包络信号Xe按0.2N秒的长度分段得到5个包络片段Xe(i)，其中i＝1…5，在每个包络片段内找到最大值XEmax(i)，然后求出这5个最大值的中值并用中值计算出阈值其中0.2<k1<0.8；再在包络信号Xe中寻找一个大于阈值TH的区间[Iover，Ilower]，该区间即为QRS波群的位置所在区域；然后确定QRS波群的坐标位置Bxe(n)＝argmaxXe(Iover，Ilower)，n代表第n个QRS波，其中arg为自变量argument的英文缩写，argmax即代表取式子达到最大值时的变量取值，Bxe(n)是Iover～Ilower之间的使Xe最大的一个值；依次利用阀值在Xe上找出所有QRS波群的位置，记为集合Bxe；B3、在包络信号Xe上，截取第n个QRS波包络信号B4、利用公式求出中第t个点的前向面积τ是积分索引，0.08fs<W<0.15fs为求面积时的时间跨度；得到中所有数据的前向面积求出使前向面积最大的t值，即为第n个QRS波的预估终末点QRSoff；B5、利用公式求出中第t个点的后向面积τ是积分索引，0.08fs<W<0.15fs为求面积时的时间跨度；得到中所有数据的后向面积求出使后向面积最大的t值，即为第n个QRS波的预估起始点QRSon；B6、重复B4～B6步，直到确定所有由Bxe定位的QRS波群的预估起止点。优选的，所述步骤D中获取极值点P和QM的方法包括如下步骤：D1、信号X在Bxe(n)处往前ω-＝(0.07～0.15)fs、往后ω+＝(0.1～0.23)fs个点，截取信号X中的QRS波群的数据段qn＝(q1,…,qj,…,qω)，其中ω＝ω-+ω+表示qn的数据长度，qj表示qn中第j个数据；D2、在数据段qn中找到所有极大值Pk和极小值点Lo，极大值Pk和极小值点Lo合称为极值点P；然后再找出极大值Pk中的最大值Pmax＝(Vmax，Imax)和极小值Lo中的最小值Lmin＝(Vmin，Imin)，I、V分别表示点在qn中的位置和数据幅值大小；D3、定义QRS波群中最明显的波顶点为QRS波群中绝对幅值最大的波QM，如果|Vmax-vios|>k4×|Vmin-vios|则QM点为Lmin点，否则QM点为Pmax点，其中2<k4<10。再者，所述步骤E中最小QRS可识别波条件为：幅度大于ρmin微伏且持续时间大于dmin毫秒，其中20uV<ρmin<80uV，6ms<dmin<16ms。优选的，所述步骤E中筛选特征点和关键特征点的具体方法包括如下步骤：E1、从极值点P中选择一个极值点pj，用以下公式在处理段qn中搜索极值点pj的左右支撑区间其中j和qj为极值点pj在qn中的位置和幅值，τ为QRS最大的有意义的生理时间宽度，取80～160ms；i、a、b和k均是为了求解支撑区间的辅助变量，没有特别含义；qx是qn中第x个数据，与qj一个意义；E2、若极值点pj的左本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种心电QRS波群的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：A、获取采样率为fs的原始心电波形幅值数据S，并将心电波形S分成以N秒为时间单位的处理段信号X，N为8～120间的任意一值；B、将信号X经过包络处理得到包络信号Xe，然后在包络信号Xe上利用阈值法定位QRS波群的位置得到集合Bxe；在包络信号Xe上利用面积法找出每个QRS波群的起始点QRSon和终末点QRSoff的预估位置；C、在集合Bxe中选取第n个QRS波群位置Bxe(n)，求出该QRS波群的RR间期RRxe(n)＝Bxe(n)‑Bxe(n‑1)；从信号X中截取一片段Xios，截取的起始位置为Bxe(n‑1)+RRxe(n)×k3，终止位置为Bxe(n)‑RRxe(n)×(0.5‑k3)，其中0.3＜k3＜0.5，即第n‑1个心跳的T波之后到第n个心跳的P波之前的一段数据；作出片段Xios中幅值范围的直方图Gp，得到Xios数据取值的统计分布；在直方图Gp中找出Xios幅值分布个数最多的子区间b，该子区间b代表的电位即为第n次心跳之前的等电位段电位vios；D、从信号X中第n个QRS波群位置Bxe(n)周围截取一数据段qn，在数据段qn中找到所有极大值和极小值点的集合为极值点P和QRS波群中绝对幅值最大的波QM；E、极值点P中满足最小QRS可识别波条件的为主极点Dn，再从主极点Dn中筛选出特征点...

【技术特征摘要】
1.一种心电QRS波群的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：A、获取采样率为fs的原始心电波形幅值数据S，并将心电波形S分成以N秒为时间单位的处理段信号X，N为8～120间的任意一值；B、将信号X经过包络处理得到包络信号Xe，然后在包络信号Xe上利用阈值法定位QRS波群的位置得到集合Bxe；在包络信号Xe上利用面积法找出每个QRS波群的起始点QRSon和终末点QRSoff的预估位置；C、在集合Bxe中选取第n个QRS波群位置Bxe(n)，求出该QRS波群的RR间期RRxe(n)＝Bxe(n)-Bxe(n-1)；从信号X中截取一片段Xios，截取的起始位置为Bxe(n-1)+RRxe(n)×k3，终止位置为Bxe(n)-RRxe(n)×(0.5-k3)，其中0.3＜k3＜0.5，即第n-1个心跳的T波之后到第n个心跳的P波之前的一段数据；作出片段Xios中幅值范围的直方图Gp，得到Xios数据取值的统计分布；在直方图Gp中找出Xios幅值分布个数最多的子区间b，该子区间b代表的电位即为第n次心跳之前的等电位段电位vios；D、从信号X中第n个QRS波群位置Bxe(n)周围截取一数据段qn，在数据段qn中找到所有极大值和极小值点的集合为极值点P和QRS波群中绝对幅值最大的波QM；E、极值点P中满足最小QRS可识别波条件的为主极点Dn，再从主极点Dn中筛选出特征点和关键特征点F、将特征点和关键特征点中所有位置小于QRSon和大于QRSoff的特征点删除，形成新的代表QRS波群的特征点Rn和关键特征点G、采用新的Rn或者并结合步骤C中的等电位段的电势值vios，确定QRS波群中的子波形Q、R、S、r′、s′、r″、s″位置；H、重复C到H步，直至检出集合Bxe中所有QRS的特征点，用Bn＝{Bn(j)}表示；I、重复A到I步，直到识别完全部原始心电波形幅值数据S。2.根据权利要求1所述的一种心电QRS波群的检测方法，其特征在于，所述步骤B中信号X的处理方法、利用阀值法和面积法的定位方法包括如下步骤：B1、将信号X经过一个带通滤波器，其频率范围为5Hz～25Hz，得到凸显出QRS波群特征且滤除干扰波的信号Xfiltered；对信号Xfiltered做微分后再平方得到信号Xdiff，对Xdiff进行积分得到包络信号Xe；B2、将包络信号Xe按0.2N秒的长度分段得到5个包络片段Xe(i)，其中i＝1...5，在每个包络片段内找到最大值XEmax(i)，然后求出这5个最大值的中值并用中值计算出阈值其中0.2＜k1＜0.8；再在包络信号Xe中寻找一个大于阈值TH的区间[Iover，Ilower]，该区间即为QRS波群的位置所在区域；然后确定QRS波群的坐标位置Bxe(n)＝argmaxXe(Iover，Ilower)，n代表第n个QRS波，其中arg为自变量argument的英文缩写，argmax即代表取式子达到最大值时的变量取值，Bxe(n)是Iover～Ilower之间的使Xe最大的一个值；依次利用阀值在Xe上找出所有QRS波群的位置，记为集合Bxe；B3、在包络信号Xe上，截取第n个QRS波包络信号B4、利用公式求出中第t个点的前向面积τ是积分索引，0.08fs＜W＜0.15fs为求面积时的时间跨度；得到中所有数据的前向面积求出使前向面积最大的t值，即为第n个QRS波的预估终末点QRSoff；B5、利用公式求出中第t个点的后向面积τ是积分索引，0.08fs＜W＜0.15fs为求面积时的时间跨度；得到中所有数据的后向面积求出使后向面积最大的t值，即为第n个QRS波的预估起始点QRSon；B6、重复B4～B6步，直到确定所有由Bxe定位的QRS波群的预估起止点。3.根据权利要求1所述的一种心电QRS波群的检测方法，其特征在于，所述步骤D中获取极值点P和QM的方法包括如下步骤：D1、信号X在Bxe(n)处往前ω-＝(0.07～0.15)fs、往后ω+＝(0.1～0.23)fs个点，截取信号X中的QRS波群的数据段qn＝(q1，…，qj，…，qω)，其中ω＝ω-+ω+表示qn的数据长度，qj表示qn中第j个数据；D2、在数据段qn中找到所有极大值Pk和极小值点Lo，极大值Pk和极小值点Lo合称为极值点P；然后再找出极大值Pk中的最大值Pmax＝(Vmax，Imax)和极小值Lo中的最小值Lmin＝(Vmin，Imin)，/、V分别表示点在qn中的位置和数据幅值大小；D3、定义QRS波群中最明显的波顶点为QRS波群中绝对幅值最大的波QM，如果|Vmax-vios|＞k4×|Vmin-vios|则QM点为Lmin点，否则QM点为Pmax点，其中2＜k4＜10。4.根据权利要求1所述的一种心电QRS波群的检测方法，其特征在于，所述步骤E中最小QRS可识别波条件为：幅度大于ρmin微伏且持续时间大于dmin毫秒，其中20uV＜ρmin＜80uV，6ms＜dmin＜16ms。5.根据权利要求1所述的一种心电QRS波群的检测方法，其特征在于，所述步骤E中筛选特征点和关键特征点的具体方法包括如下步骤：E1、从极值点P中选择一个极值点pj，用以下公式在处理段qn中搜索极值点pj的左右支撑区间Δqj，x＝|qj-qx|其中j和qj为极值点pj在qn中的位置和幅值，τ为QRS最大的有意义的生理时间宽度，取80～160ms：i、a、b和k均是为了求解支撑区间的辅助变量，没有特别含义；qx是qn中第x个数据，与qj一个意义；E2、若极值点pj的左右支撑区间不存在，或者则认为该极值点pj不是可识别波，否则认为pj为可识别波将其归入主极点Dn中；qn区间内的数据构成了以极值点pj为顶点的子波；E3、重复步骤E1、E2直到筛选出极值点P中所有可识别波，记为主极值点集合Dn＝{pj}；E4、极值点pj的左斜率为点pj与点两点构成的直线的斜率，极值点pj的右斜率为点pj与点两点构成的直线的斜率；得到与Dn对应的左右斜率集合和如果pj的都大于tan(β°)则确认特征点pj为QRS中的特征点；如果中有一个小于tan(β°)，满足和则确认特征点pj为QRS中的特征点，如果不满足则确认特征点pj不是QRS中的关键特征点，其中30°＜α＜β＜65°；对Dn中的所有极点进行判断，最后得到QRS中的特征点E5、如中的极值点幅值满足条件：其中表示两点间的绝对幅度差，是步骤E4中找到的关键点，ρmin是最小可识别波幅值阈值，ρQRs是为了抗干扰而设置的比ρmin更大的幅度阈值，即为关键特征点6.根据权利要求1所述的一种心电QRS波群的检测方法，其特征在于，所述步骤G中确定QRS波群中的子波形位置的方法包括如下步骤：G1、当0＜Rn中特征点的个数≤6时，用Rn作为分配QRS波群的集合On；当中特征点的个数≤6时，用作为分配QRS波群的集合On；如果Rn和中特征点个数均不满足条件，则认为找到的不是QRS波群，返回步骤C重新选择一个QRS波群位置，重复执行C～G步，直到确定集合On；G2、若集合On中的特征点oj是极大值点且大于电势值vios，则oj是正向波；如果特征点oj是极大值点且小于电势值vios，则抛弃oj；如果集合On中的特征点oj是极小值点且小于电势值vios，则oj是负向波；如果特征点oj是极小值点且大于电势值vios，则抛弃oj；直至得到包含QRS波群中的所有正向波和负向波的集合G3、若集合中包含连续几个的正向或负向波，则合并连续的同向波；其中如果是连续的正向波，只取幅值最大的特征点，抛弃其他连续同向波；如果是连续负向波则只取幅值最小的波，抛弃其他连续同向波；则得到正负波交替的特征点集合G4、集合中的特征点按照一定的排列规则命名子波形；G5、用代表第j个QRS波的形态特征和特征参数。7.根据权利要求6所述的一种心电QRS波群的检测方法，其特征在于，所述步骤G4中根据QRS波群的排列规则，对QRS波群中的子波形命名判断条件作出适用于计算机实现的定义，具体定义为：第一个向下的波称为Q波，第一个向上的波称为R波，第二个向下的波称为S波，S波后向上的波为r′波，r′波后向下的波为s′波，s′波后向上的波为r″波，r″波后向...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁新宝，周作建，姜晓东，
申请(专利权)人：江苏华康信息技术有限公司，南京贺普检测仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32