心电信号特征波提取方法技术

一种心电信号特征波提取方法，属于心电信号处理技术领域。本发明专利技术针对现有心电信号处理方法对噪声信号或异常波形的检测效果不佳，及处理方法计算量大的问题。包括：采集被测试者的原始心电信号；进行预处理获得待识别心电信号；剔除野值，并进行RR间期的数据平滑处理，获得具有清晰波形特征波群的心电信号；对具有清晰波形特征波群的心电信号采用阈值法检测QRS波群，并将QRS波群数据点全部归零；获得QRS归零后心电信号；再获得P波归零后心电信号；再采用阈值法检测T波峰值；然后利用求导法检测T波起始点与终点；由此依次实现待识别心电信号中特征波的提取。本发明专利技术用于心电信号特征波的提取。

The method of extracting ECG characteristic wave

【技术实现步骤摘要】
心电信号特征波提取方法
本专利技术涉及心电信号特征波提取方法，属于心电信号处理

技术介绍
心电图作为反映心脏激动的电学活动量度，一直是临床上检测和诊断心脏疾病的重要依据。传统的心电图分析通常在医院记录10秒左右的数据，由医生手动完成诊断。这种诊断方法效率低，容易掺杂主观因素，对一些异常的心电波形无法检测。心电信号可以反映整个心脏跳动的节律，是测量和诊断异常心脏节律最好的方法。心电信号(ECG)波形由P波、QRS波群、T波及50％～75％可能出现的U波组成，如图6所示。通常由仪器直接采集获得的心电信号幅值较低，且会不可避免地掺杂各种噪声，如工频干扰，基线漂移和肌电干扰，这些非稳态的噪声对于ST段的检测造成较大的障碍。正常心电信号的频率范围在0.05～100Hz之间，QRS波群的能量占了很大的比例，振幅比P波高出许多，P波和T波处于0.5～10Hz之间。在心律失常监测中，通常需要分析P波与QRS波群形态，P波与QRS波群的相互关系及PR间期是否恒定等；所以QRS波群与心电信号的其他特征对心律失常等临床诊断至关重要。常见的QRS波群检测法有模板检测法、数字滤波法、非线性变换检测法、小波变换法与神经网络法。传统的数字滤波法是通过单纯数字滤波的方式提取心电信号的QRS分量，排除干扰；再利用非线性变换得到特征更加明显的决策信号；最后利用阈值和相关策略来实现R波检测。但是单一的数字滤波器对于噪声信号或异常波形的检测效果不佳；而小波变换等方法抗干扰能力强，但是计算量较大，不适合短时间的心电信号实时监测。
技术实现思路
针对现有心电信号处理方法对噪声信号或异常波形的检测效果不佳，及处理方法计算量大的问题，本专利技术提供一种心电信号特征波提取方法。本专利技术所述的一种心电信号特征波提取方法，包括：步骤一：以1000Hz的采样频率采集被测试者的原始心电信号；步骤二：对原始心电信号进行预处理，获得待识别心电信号；步骤三：对待识别心电信号采用高斯加权移动平均滤波法剔除野值，并进行RR间期的数据平滑处理，获得具有清晰波形特征波群的心电信号；步骤四：对具有清晰波形特征波群的心电信号采用阈值法检测QRS波群，并将QRS波群数据点全部归零；获得QRS归零后心电信号；步骤五：再对QRS归零后心电信号采用阈值法检测P波峰值；然后利用求导法检测P波起始点与终点，将P波数据点全部归零，获得P波归零后心电信号；步骤六：再对P波归零后心电信号采用阈值法检测T波峰值；然后利用求导法检测T波起始点与终点；由此依次实现待识别心电信号中特征波的提取。根据本专利技术所述的心电信号特征波提取方法，所述步骤一中，采集原始心电信号10分钟；所述原始心电信号的存储格式为.mat，幅值为-0.5～0.7mV。根据本专利技术所述的心电信号特征波提取方法，所述步骤二中，待识别心电信号的获得过程包括：采用局部加权回归散点平滑滤波方法对原始心电信号进行多项式加权拟合，并用最小二乘法进行估计；通过选取原始心电信号中预设比例的局部数据，将所述局部数据拟合成多项式回归曲线，得到滤波与数据平滑处理后的待识别心电信号。根据本专利技术所述的心电信号特征波提取方法，所述步骤二具体包括：步骤二一：对原始心电信号进行局部一元三次多项式估计，假设原始心电信号中点(xi,yi)的权数是xi处权函数曲线的高度，取立方权函数wi(vj)为：其中，Δ[i](vj)＝|xi-xj|/|xq-xj|i,j＝1,2,...,n；q＝[hn]，h表示拟合多项式的次数；从而得到包含噪声的原始心电信号m(Xi)的估计值进而得到误差ri＝Yi-m(Xi)，Yi表示利用最小二乘法估计后的心电信号；步骤二二：计算稳健权数δi：其中，步骤二三：使用稳健权数δi对原始心电信号进行再次局部多项式估计，得到新的误差ri；步骤二四：重复步骤二二和步骤二三七次后得到稳健估计，得到滤波与数据平滑处理后的待识别心电信号。根据本专利技术所述的心电信号特征波提取方法，所述步骤三中，剔除野值的方法包括：对待识别心电信号采用级数为三十的高斯加权移动平均滤波法剔除心电信号中存在的野值。根据本专利技术所述的心电信号特征波提取方法，所述步骤三具体包括：将待识别心电信号x(i)输入30级高斯滤波器，设定输出序列为y(i)，输出序列y(i)单次均值计算方法如下：式中k为高斯滤波器的级数，k＝1,2,...,30；相应的，30级高斯滤波器的计算过程为：yp(i)＝yp(i-1)+yp-1(i+k)-yp-1(i-(k+1)),i＝pk+2,pk+3,...,n-pk，经过滤波处理的心电信号，边界效应区间长度固定，经过预设长度的迭代计算后将收敛稳定，剔除野值，得到具有清晰波形特征波群的心电信号。根据本专利技术所述的心电信号特征波提取方法，步骤四中，获得QRS归零后心电信号的过程包括：利用阈值法，设定阈值a为0.2mV，检测R波的峰值，并设定R波峰值之间最小距离为500个数据点；对R波波峰的位置进行标记，将QRS波群的范围固定在R波波峰前80个数据点和波峰后160个数据点之间；利用最大值检测法，检测得到R波波峰波前40至10个数据点之间的Q波与S波位置，并标记相应的波峰位置；根据QRS波群的特点，将窗口数据中QRS波群数据点全部归零，获得QRS归零后心电信号。根据本专利技术所述的心电信号特征波提取方法，步骤五中，获得P波归零后心电信号的过程包括：利用阈值法，设定阈值b为0.005mV，检测P波峰值，并设定P波峰值之间的最小距离为550个数据点；以宽度不小于20个数据点的方式重新寻找QRS归零后心电信号的最大值作为P波峰值，并设定峰值宽度不小于20个数据点，并标记P波峰值位置；根据P波的特点，将窗口数据中P波波峰前后100个数据，利用求导法，找到P波的起点与终点，并标记位置，再将P波的全部数据点清零；获得P波归零后心电信号。根据本专利技术所述的心电信号特征波提取方法，步骤六中，获得T波起始点与终点的方法包括：利用阈值法，设定阈值c为0.002mV，检测T波峰值，并设定峰值之间的最小距离为550个数据点；利用求导法，找到T波的起点与终点，并标记T波各特征点位置。本专利技术的有益效果：本专利技术方法中滤波过程简单，计算量小；其特征提取方法准确率高，可有效的节约计算时间，同时对心电信号处理分析系统进行功能扩展也带来了便利。本专利技术方法是基于多数字滤波法的多阈值心电信号特征实时检测方法。附图说明图1是本专利技术所述心电信号特征波提取方法的示例性流程图；图2是LOWESS滤波后的心电信号波形图；图3是Gaussian滤波后的心电信号波形图；图4是原始心电信号波形；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种心电信号特征波提取方法，其特征在于包括：/n步骤一：以1000Hz的采样频率采集被测试者的原始心电信号；/n步骤二：对原始心电信号进行预处理，获得待识别心电信号；/n步骤三：对待识别心电信号采用高斯加权移动平均滤波法剔除野值，并进行RR间期的数据平滑处理，获得具有清晰波形特征波群的心电信号；/n步骤四：对具有清晰波形特征波群的心电信号采用阈值法检测QRS波群，并将QRS波群数据点全部归零；获得QRS归零后心电信号；/n步骤五：再对QRS归零后心电信号采用阈值法检测P波峰值；然后利用求导法检测P波起始点与终点，将P波数据点全部归零，获得P波归零后心电信号；/n步骤六：再对P波归零后心电信号采用阈值法检测T波峰值；然后利用求导法检测T波起始点与终点；由此依次实现待识别心电信号中特征波的提取。/n

【技术特征摘要】
1.一种心电信号特征波提取方法，其特征在于包括：
步骤一：以1000Hz的采样频率采集被测试者的原始心电信号；
步骤二：对原始心电信号进行预处理，获得待识别心电信号；
步骤三：对待识别心电信号采用高斯加权移动平均滤波法剔除野值，并进行RR间期的数据平滑处理，获得具有清晰波形特征波群的心电信号；
步骤四：对具有清晰波形特征波群的心电信号采用阈值法检测QRS波群，并将QRS波群数据点全部归零；获得QRS归零后心电信号；
步骤五：再对QRS归零后心电信号采用阈值法检测P波峰值；然后利用求导法检测P波起始点与终点，将P波数据点全部归零，获得P波归零后心电信号；
步骤六：再对P波归零后心电信号采用阈值法检测T波峰值；然后利用求导法检测T波起始点与终点；由此依次实现待识别心电信号中特征波的提取。


2.根据权利要求1所述的心电信号特征波提取方法，其特征在于，
所述步骤一中，采集原始心电信号10分钟；所述原始心电信号的存储格式为.mat，幅值为-0.5～0.7mV。


3.根据权利要求2所述的心电信号特征波提取方法，其特征在于，
所述步骤二中，待识别心电信号的获得过程包括：
采用局部加权回归散点平滑滤波方法对原始心电信号进行多项式加权拟合，并用最小二乘法进行估计；通过选取原始心电信号中预设比例的局部数据，将所述局部数据拟合成多项式回归曲线，得到滤波与数据平滑处理后的待识别心电信号。


4.根据权利要求3所述的心电信号特征波提取方法，其特征在于，
所述步骤二具体包括：
步骤二一：对原始心电信号进行局部一元三次多项式估计，假设原始心电信号中点(xi,yi)的权数是xi处权函数曲线的高度，取立方权函数wi(vj)为：



其中，Δ[i](vj)＝|xi-xj|/|xq-xj|i,j＝1,2,...,n；q＝[hn]，h表示拟合多项式的次数；
从而得到包含噪声的原始心电信号m(Xi)的估计值



进而得到误差ri＝Yi-m(Xi)，Yi表示利用最小二乘法估计后的心电信号；
步骤二二：计算稳健权数δi：



其中，
步骤二三：使用稳健权数δi对原始心电信号进行再次局部多项式估计，得到新的误差ri；
步骤二四：重复步骤二二和步骤二三七次后得到稳健估计，得到滤波与数据平滑处理后的待识别心电信号。


5.根据权利要求4所述的心电信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽旭，乔衍迪，迟旭，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，苏州点石仿真科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙;23