專利名稱：一種心電信號(hào)r波峰檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及心電信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)與分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于心電信號(hào)特征 提取和匹配的心電信號(hào)R波峰檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
心電圖(Electrocardiogram，簡(jiǎn)稱ECG)是指，心臟在每個(gè)心動(dòng)周期中，由起搏點(diǎn)、 心房、心室相繼興奮，伴隨著生物電的變化，通過心電描記器從體表引出多種形式的電位變 化的圖形。心電圖是心臟興奮的發(fā)生、傳播及恢復(fù)過程的客觀指標(biāo)。QRS復(fù)合波是心電信號(hào) 的一個(gè)重要特征，也是心電信號(hào)檢測(cè)中最基本的問題，它不僅是診斷心律失常的最重要依 據(jù)，而且只有在QRS復(fù)波確定后才能分析心電信號(hào)的其它細(xì)節(jié)，獲取更多的信息。如果QRS 復(fù)波檢測(cè)不準(zhǔn)確，會(huì)大大影響到后面的分析判斷工作。QRS復(fù)波的檢測(cè)是所有分析算法的前 提，而波形定位的精度將直接影響指標(biāo)的可信度。QRS復(fù)波檢測(cè)往往以R波峰為準(zhǔn)進(jìn)行定 位，R波峰定位便成為QRS復(fù)波檢測(cè)的基礎(chǔ)；同時(shí)，R波峰作為心電信號(hào)單拍節(jié)律的最高點(diǎn)， 常作為其余波形定位的基點(diǎn)，并可通過檢測(cè)R波峰得到RR間期、心率、心率變異性等重要參 數(shù)。因此，R波峰的檢測(cè)在心電信號(hào)檢測(cè)中具有重要的臨床意義。如圖2所示的心電信號(hào) 實(shí)例波形圖中，I^iva分別為其中的3個(gè)R波峰。目前，應(yīng)用比較普遍的R波峰檢測(cè)方法大致可以分為兩類一類是幾何變換方法，如閾值檢測(cè)法、斜率法、面積法以及采用一系列帶通濾波器 提取QRS復(fù)合波技術(shù)等。這些方法對(duì)短周期平穩(wěn)的心電信號(hào)可以提供較高的檢測(cè)精度，但 對(duì)于如圖3所示的心電信號(hào)，由于其中部分波峰異常對(duì)R波峰檢測(cè)形成干擾，幾何變換方法 并不能提供良好的R波峰檢測(cè)精度。專利號(hào)為200810238523. 4的中國(guó)專利“基于心電間期序列歸一化直方圖的心衰 檢測(cè)方法和裝置”中，對(duì)心電信號(hào)R峰值的檢測(cè)應(yīng)用了另一類方法，即小波變換模極大值檢 測(cè)法。由于R波是高頻波，在心電波形中的幅值遠(yuǎn)大于其他波，經(jīng)過小波變換后，信號(hào)的R波 能量主要集中在小尺度上，因此，應(yīng)在低尺度上檢測(cè)R波。采樣后的心電信號(hào)往往含有高頻 噪聲，但是噪聲的幅值相比R波小的多，利用小波變換模極大值線在小尺度上定位R波時(shí)， 噪聲可以得到有效的抑制；R波在每個(gè)尺度上均能產(chǎn)生一對(duì)模極大值點(diǎn)，從而形成2條模極 大值序列，它們?cè)诔叨?上會(huì)收斂于一點(diǎn)，即R波峰的橫坐標(biāo)點(diǎn)，通過檢測(cè)收斂點(diǎn)即可確定 R波峰的位置。但小波變換模極大值檢測(cè)法在很多情況下也無能為力，例如當(dāng)出現(xiàn)頻率較 高、幅值較大的干擾時(shí)，小波變換模極大值檢測(cè)就不能有效的區(qū)分出該波段是R波還是干 擾；當(dāng)干擾持續(xù)比較長(zhǎng)的時(shí)間而不是在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)部，小波變換模極大值檢測(cè)也會(huì)將頻率 和幅值與R波相當(dāng)?shù)母蓴_判斷為R波。這些干擾都會(huì)讓小波變換模極大值檢測(cè)法失效，從 而影響心電信號(hào)中R波峰的檢測(cè)精度。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明方法所解決的技術(shù)問題是提高心電信號(hào)R
5波峰檢測(cè)的準(zhǔn)確性。將該方法應(yīng)用于計(jì)算機(jī)或心電圖分析設(shè)備對(duì)連續(xù)的心電信號(hào)的R波峰 檢測(cè)技術(shù)中，有助于提高計(jì)算機(jī)或心電信號(hào)分析設(shè)備的檢測(cè)和分析精度。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種心電信號(hào)R波峰檢測(cè)方法，將心電檢測(cè)儀采集 的心電信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行低通濾波和采樣預(yù)處理，然后對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行R波 峰檢測(cè)，進(jìn)行R波峰檢測(cè)的具體步驟包括a)建立K個(gè)互不相同的模板信號(hào)；每個(gè)模板信號(hào)是已識(shí)別的心電信號(hào)中一個(gè)R波 峰前后各|周期的一段信號(hào)，且該段信號(hào)通過采樣或插值處理為N個(gè)采樣點(diǎn)；其中，K ^ 2，N 的取值范圍為100 1000 ；b)分別建立每個(gè)模板信號(hào)中的N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)；c)對(duì)于待測(cè)的心電信號(hào)，從其起始點(diǎn)提取時(shí)長(zhǎng)為、的信號(hào)段作為檢測(cè)段；然后對(duì) 檢測(cè)段進(jìn)行自相關(guān)分析，計(jì)算檢測(cè)段的自相關(guān)函數(shù)中每相鄰兩個(gè)局部最大值之間的時(shí)間間 隔，取所述時(shí)間間隔的平均值作為檢測(cè)段的近似周期；其中，t0的取值范圍為30 90s ；d)計(jì)算出檢測(cè)段起中從始處至e倍近似周期處的所有的局部最大值點(diǎn)；其中，￡ 的取值范圍為1.2 1.6;e)提取每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)；每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)是待測(cè)的心電 信號(hào)中該局部最大值點(diǎn)前后各|近似周期的一段信號(hào)，且該段信號(hào)通過采樣或插值處理為 N個(gè)采樣點(diǎn)；f)分別建立每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)中的N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其局部最大值點(diǎn) 的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)；g)分別計(jì)算每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)與各個(gè)模板信號(hào)基于歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo) 的互相關(guān)系數(shù)，將每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)與各個(gè)模板信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)中的最大值作 為該局部最大值點(diǎn)的相似度；所述互相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為 其中，Pi,k為檢測(cè)段中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)第i個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)與第 k個(gè)模板信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)；，Yi.J為檢測(cè)段中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)第i個(gè)局部 最大值點(diǎn)的特征區(qū)中第n個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于該局部最大值點(diǎn)的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)，0 i,n為歸 一化極徑，為極角；(％, ，％,J為第k個(gè)模板信號(hào)中第n個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的歸 一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)，^！^為歸一化極徑，約力為極角；kG {1，2，...，K}，n G {1,2, ... ,N}；h)比較得出檢測(cè)段中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)相似度最大的一個(gè)局部最大值點(diǎn)， 并將該局部最大值點(diǎn)的相似度與預(yù)先設(shè)定的閾值Q進(jìn)行比較；若其相似度大于閾值Q，即 判定該局部最大值點(diǎn)為一個(gè)R波峰；其中，閾值Q的取值范圍為0. 2 0. 4 ；i)以檢測(cè)段中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)相似度最大的一個(gè)局部最大值點(diǎn)為起始 點(diǎn)，計(jì)算出其后￡倍近似周期以內(nèi)所有的局部最大值點(diǎn)；然后重復(fù)步驟e) i)，由此判斷 出檢測(cè)段中所有的R波峰；j)在待測(cè)心電信號(hào)中，以當(dāng)前檢測(cè)段中最后一個(gè)R波峰所在位置為起始點(diǎn)，提取 其后時(shí)長(zhǎng)為、的信號(hào)段作為新的檢測(cè)段；并且，以當(dāng)前檢測(cè)段中最后3個(gè)正常周期時(shí)間間隔的平均值作為新的檢測(cè)段的近似周期；然后重復(fù)步驟d) j)，由此判斷出待測(cè)心電信號(hào) 中所有的R波峰；所述正常周期時(shí)間間隔是指相鄰兩個(gè)R波峰之間不超過1. 5倍且不小于0. 5倍當(dāng) 前近似周期時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間間隔；k)對(duì)待測(cè)心電信號(hào)進(jìn)行R波峰檢測(cè)，存儲(chǔ)并顯示待測(cè)心電信號(hào)R波峰檢測(cè)結(jié)果。上述步驟中，所述步驟b)具體為bl)分別建立每個(gè)模板信號(hào)中的N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)，并 進(jìn)行均值歸一化處理；均值歸一化處理的計(jì)算公式如下 其中，(Xk,n，yk,n)為第k個(gè)模板信號(hào)中第n個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的笛卡爾相 對(duì)坐標(biāo)，(Pk,n，9k,n)為與(xk,n, yk,n)相對(duì)應(yīng)的極坐標(biāo)；(Pk,n'，9k,n‘)為(Pk,n，9k,n) 經(jīng)均值歸一化處理后的極坐標(biāo)；k G {1,2,... ,K},n G {1,2,... ,N}；b2)根據(jù)步驟bl)所得的經(jīng)均值歸一化處理后的極坐標(biāo)，分別將每個(gè)模板信號(hào)中 的N個(gè)采樣點(diǎn)投射到對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域，并進(jìn)行歸一化處理，得到每個(gè)模板信號(hào)中的N個(gè)采樣點(diǎn) 相對(duì)于其R波峰的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)；歸一化處理的計(jì)算公式如下 其中，㈨, ，％, )為第k個(gè)模板信號(hào)中第n個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的歸一化對(duì)數(shù) 極坐標(biāo)，。。為歸一化極徑，約力為極角；^“，Vk,n)為第k個(gè)模板信號(hào)中第n個(gè)采樣點(diǎn) 經(jīng)投射后對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)極坐標(biāo)，極徑lk,n= logPk,n'，極角Vk,n= 9k,n' ；k G {1,2,..., K}，ne {1，2，...，N}和€ k,min分別為第k個(gè)模板信號(hào)中各個(gè)采樣點(diǎn)經(jīng)投射后對(duì)應(yīng) 的對(duì)數(shù)極坐標(biāo)中極徑的最大值和最小值。上述步驟中，所述步驟f)具體為fl)分別建立每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)中的N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于該局部最大值點(diǎn) 的笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)，并進(jìn)行均值歸一化處理；均值歸一化處理的計(jì)算公式如下 其中，(Xi,n，yi,n)為檢測(cè)段中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)第i個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征 區(qū)中第n個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于該局部最大值點(diǎn)的笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)，(Pi,n，6^)為與(Xi,n，yi,n) 相對(duì)應(yīng)的極坐標(biāo)；(P i,n'，e i,n')為(p i,n，e i,n)經(jīng)均值歸一化處理后的極坐標(biāo)；n G {1， 2， ，N}；f2)根據(jù)步驟n)所得的經(jīng)均值歸一化處理后的極坐標(biāo)，分別將每個(gè)局部最大值 點(diǎn)的特征區(qū)中的N個(gè)采樣點(diǎn)投射到對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域，并進(jìn)行歸一化處理，得到每個(gè)局部最大 值點(diǎn)的特征區(qū)中的N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于該局部最大值點(diǎn)的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)；歸一化處理的計(jì)算公式如下 其中，(l,n，Yi,n)為檢測(cè)段中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)第i個(gè)局部最大值點(diǎn)的特 征區(qū)中第n個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于該局部最大值點(diǎn)的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)，日“為歸一化極徑， 為極角；(l,n，Vi,n)為檢測(cè)段中當(dāng)前e倍近似周期以內(nèi)第i個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū) 中第n個(gè)采樣點(diǎn)經(jīng)投射后對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)極坐標(biāo)，極徑logPi,/，極角Vi,n= ‘； nG {1,2,..,N} ； I 和\ 分別為檢測(cè)段中第i個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)中各個(gè)采 樣點(diǎn)經(jīng)投射后對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)極坐標(biāo)中極徑的最大值和最小值。在上述方案中，所述低通濾波的截止頻率為100 120Hz ；所述預(yù)采樣預(yù)處理的采 樣頻率為250 lOOOHzo作為進(jìn)一步的優(yōu)化，所述N的優(yōu)選取值為200 ；所述、的優(yōu)選取值為60s ；所述e 的優(yōu)選取值為1. 5 ；所述閾值Q的優(yōu)選取值為0. 20。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果1、本發(fā)明方法以點(diǎn)與點(diǎn)之間的差向量作為基礎(chǔ)特征，該基礎(chǔ)特征具有平移和旋轉(zhuǎn) 不變性，能夠克服心電信號(hào)的基線漂移的影響。2、對(duì)差向量進(jìn)行對(duì)數(shù)極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換來度量波形的相似性，這種度量對(duì)鄰近的波形形 態(tài)特征敏感，同時(shí)又能捕獲波形的全局輪廓信息，并對(duì)波形抖動(dòng)具有魯棒性。3、僅以心電信號(hào)中的局部最大值點(diǎn)作為識(shí)別點(diǎn)，忽略對(duì)非局部最大值點(diǎn)的計(jì)算和 識(shí)別，大大簡(jiǎn)化了檢測(cè)過程中的數(shù)據(jù)計(jì)算量，進(jìn)一步提高了識(shí)別的魯棒性。4、通過設(shè)置恰當(dāng)?shù)拈撝?，能夠進(jìn)一步有效排除干擾點(diǎn)，提高R波峰的識(shí)別準(zhǔn)確率。5、適用于在臨床上應(yīng)用的采用各種導(dǎo)聯(lián)方式得到的心電信號(hào)。


圖1為本發(fā)明方法的流程框圖；圖2為心電信號(hào)示例波形圖；圖3為部分波峰異常的心電信號(hào)示例波形圖；圖4為一個(gè)模板信號(hào)的笛卡爾坐標(biāo)映射示意圖；圖5為圖4所示模板信號(hào)中點(diǎn)a在對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域中的歸一化映射示意圖；圖6為實(shí)施例中模板信號(hào)A6的波形圖；圖7為實(shí)施例中待測(cè)心電信號(hào)首個(gè)檢測(cè)段中前8秒信號(hào)的波形圖；圖8為圖7所示信號(hào)中局部最大值點(diǎn)Sl、s2、s3、s4、s5、s6、和s7所在位置；圖9為圖7所示信號(hào)中R波峰s2以及局部最大值點(diǎn)s3、s4、s5、s6、s7、s8和s9所在 位置；圖10為圖7所示信號(hào)中R波峰s26以及局部最大值點(diǎn)S27、S28、S29、S3(1、S31、S32、S33、
S34、S35 和 S3e
所在位置；圖11為圖7所示信號(hào)中各個(gè)R波峰所在位置；圖12為圖7所示信號(hào)中各個(gè)局部最大值點(diǎn)的相似度分布圖。
8
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明本發(fā)明提出了一種結(jié)合心電信號(hào)的波形輪廓進(jìn)行綜合分析的心電信號(hào)R波峰檢 測(cè)方法。心電信號(hào)的逐拍對(duì)應(yīng)著心臟搏動(dòng)，而且各節(jié)拍的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)機(jī)制相同，都是由起搏 點(diǎn)、心房、心室相繼興奮的共同作用驅(qū)動(dòng)的結(jié)果，相鄰的節(jié)拍的波形具有相似性；如果能夠 對(duì)相似性加以度量和匹配，就可以找到與R波峰相似的點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)R波峰的抗干擾檢測(cè)。本發(fā) 明提取心電信號(hào)中的點(diǎn)與其所在波形上的其它點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系，并通過度量其在對(duì)數(shù)極 坐標(biāo)域中的分布特征，來度量這些點(diǎn)與R波峰之間的相似性；同時(shí)，將點(diǎn)與點(diǎn)的相似性度量 轉(zhuǎn)化為對(duì)點(diǎn)所在的波形經(jīng)對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換后的相似性匹配程度來加以度量，轉(zhuǎn)換后的度量 對(duì)鄰近的波形形態(tài)特征敏感，同時(shí)又能捕獲波形的全局輪廓信息。將本發(fā)明方法應(yīng)用于帶 有微處理器等計(jì)算處理單元的識(shí)別處理設(shè)備(如具備計(jì)算機(jī)功能的心電圖分析儀、心電圖 分析系統(tǒng)等)，結(jié)合對(duì)心電信號(hào)局部形態(tài)結(jié)構(gòu)和全局輪廓信息進(jìn)行識(shí)別，便能夠準(zhǔn)確的判斷 R波峰的位置。本發(fā)明采用心電檢測(cè)儀采集心電信號(hào)，這些信號(hào)是通過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào) (A/D轉(zhuǎn)換的采樣頻率為400Hz)，將這些信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行低通濾波和預(yù)采樣處理，其 濾波的截止頻率為100 120Hz，預(yù)采樣頻率在250 1000Hz之間；然后由計(jì)算機(jī)建立模 板，對(duì)待側(cè)心電信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)而通過匹配對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行R波峰檢測(cè)。計(jì)算機(jī)進(jìn)行R波 峰檢測(cè)的流程框圖如圖1所示，依次按如下步驟進(jìn)行I、建立模板信號(hào)，以及模板信號(hào)中R波峰的度量特征a)建立模板信號(hào)在不同個(gè)體、不同身體狀態(tài)、不同導(dǎo)聯(lián)方式下，所采集到的心電信號(hào)的周期、幅值 和波形輪廓都不盡相同，因此在建立模板時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮這些因素，建立K個(gè)互不相同的 模板信號(hào)，K > 2。模板信號(hào)的建立過程是針對(duì)不同的導(dǎo)聯(lián)方式，分別選取多個(gè)波形輪廓互 不相同的心電信號(hào)，并且其各自的周期、幅度和R波峰等參數(shù)均預(yù)先通過人工檢測(cè)識(shí)別或 其他現(xiàn)有的檢測(cè)識(shí)別手段獲取為已知條件，便于建立模板信號(hào)。這些選取的心電信號(hào)，應(yīng)當(dāng) 對(duì)應(yīng)I導(dǎo)聯(lián)、II導(dǎo)聯(lián)、III導(dǎo)聯(lián)、加壓?jiǎn)螛O肢導(dǎo)聯(lián)、單擊胸導(dǎo)聯(lián)等多種常用心電信號(hào)導(dǎo)聯(lián)方 式；針對(duì)每種導(dǎo)聯(lián)方式所選取的多個(gè)模板信號(hào)，應(yīng)當(dāng)盡可能涵蓋實(shí)踐臨床上常見幾種心電 信號(hào)的波形輪廓，其周期在0. 43 1. 5秒之間，以盡可能使得這些模板信號(hào)能夠用于識(shí)別 心率范圍在40 140次/分鐘的心電信號(hào)。由心電檢測(cè)儀采集上述各類心電信號(hào)，輸入計(jì) 算機(jī)進(jìn)行低通濾波和預(yù)采樣處理后，然后從這已識(shí)別的心電信號(hào)中選取K個(gè)R波峰，其中任 意的第k個(gè)R波峰記為0k，k e {1，2，...，K}。由于心電信號(hào)為準(zhǔn)周期信號(hào)，一個(gè)周期的信 號(hào)段足以體現(xiàn)R波峰附近的波形輪廓信息，因此從提高魯棒性的角度考慮，提取R波峰0k前
▲周期和后|周期的信號(hào)段J作為建立模板信號(hào)的長(zhǎng)度范圍。然而，對(duì)于不同的心電信號(hào)，其
22八k
周期不盡相同，因而所提取的一個(gè)周期信號(hào)段內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)也不一致；為了建立統(tǒng)一的模 板標(biāo)準(zhǔn)，需要通過再采樣或再插值處理將各模板信號(hào)的長(zhǎng)度統(tǒng)一為固定的N個(gè)采樣點(diǎn)。對(duì) 于信號(hào)段義而言，即計(jì)算其中經(jīng)采樣預(yù)處理后所包含的采樣點(diǎn)數(shù)Nk，若Nk大于統(tǒng)一長(zhǎng)度N則 對(duì)信號(hào)段劣進(jìn)行再采樣，若Nk小于統(tǒng)一長(zhǎng)度N則對(duì)信號(hào)段劣進(jìn)行再插值，最終將其長(zhǎng)度調(diào)整 為N個(gè)采樣點(diǎn)，形成模板信號(hào)Ak。通過上述步驟對(duì)選取的K個(gè)信號(hào)段進(jìn)行處理，即可建立K
9個(gè)模板信號(hào)，每個(gè)模板信號(hào)的長(zhǎng)度均為N個(gè)采樣點(diǎn)。N的大小在一定程度上決定了后期識(shí)別 的精度，兼顧識(shí)別精度和魯棒性的考慮，N的適宜取值范圍為100 1000。b)分別建立每個(gè)模板信號(hào)中的N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)由于多種因素的影響，心電信號(hào)中各個(gè)節(jié)拍的波形輪廓不可能完全吻合，因此只 能通過比較波形形態(tài)的相似性匹配程度來識(shí)別R波峰。R波峰鄰近的波形形態(tài)與非R波峰 鄰近的波形形態(tài)之間存在較大的差異，如果可以建立一種度量關(guān)系，讓度量對(duì)鄰近的波形 形態(tài)特征更加敏感，就更容易將R波峰與非R波峰加以明顯的區(qū)分，達(dá)到檢測(cè)目標(biāo)。本發(fā)明 將采集的心電信號(hào)映射到對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域中，讓心電信號(hào)中待測(cè)點(diǎn)的與其所在波形上的其它 點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系呈現(xiàn)對(duì)數(shù)變化規(guī)律，通過度量心電信號(hào)中的識(shí)別點(diǎn)相對(duì)于其所在波形的 其它點(diǎn)在對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域中的分布特征，以其對(duì)數(shù)變化規(guī)律來體現(xiàn)識(shí)別點(diǎn)對(duì)其鄰近的波形形 態(tài)的敏感特性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)心電信號(hào)中R波峰的匹配識(shí)別。對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域能夠與笛卡爾坐 標(biāo)系相互映射轉(zhuǎn)換。若對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域?yàn)?I，uO，其與笛卡爾坐標(biāo)系(x，y)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如 下 其中，(p，e )為笛卡爾坐標(biāo)系(x，y)所對(duì)應(yīng)的極坐標(biāo)，對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域中極徑I 即表示點(diǎn)與點(diǎn)之間距離的對(duì)數(shù)值，對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域中極角V的取值范圍為(_n，n]。本發(fā)明的具體處理方式是，對(duì)于模板信號(hào)Ak而言，為了度量和計(jì)算模板信號(hào)Ak中 R波峰0k與N個(gè)采樣點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系，將這N個(gè)采樣點(diǎn)投射到以R波峰0k為原點(diǎn)的笛卡 爾坐標(biāo)系中，建立各采樣點(diǎn)相對(duì)于該R波峰的笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)，以笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)度量各 采樣點(diǎn)與R波峰0k的差向量；差向量的大小僅與R波峰0k和其分布特征點(diǎn)之間的相對(duì)位置
關(guān)系有關(guān)，而與R波峰0k前|周期和后-周期信號(hào)波形的基線無關(guān)，因此以點(diǎn)與點(diǎn)之間的差
向量作為基礎(chǔ)特征，使得基礎(chǔ)特征具有平移和旋轉(zhuǎn)不變性，該特性能夠克服心電信號(hào)的基 線漂移的影響。Ak中各個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰0k的笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)，需要進(jìn)行均值歸一 化處理，主要是對(duì)笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)所表示的差向量的長(zhǎng)度進(jìn)行均值歸一化處理，而保持差 向量的方向不變，目的是消除模板信號(hào)Ak的各差向量中所附帶的部分個(gè)性特征信息，同時(shí) 可以使得其中含有的R波峰周邊波形輪廓的共性特征得以保留。然后，再根據(jù)經(jīng)均值歸一化處理后的差向量，將模板信號(hào)Ak的N個(gè)采樣點(diǎn)映射到對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域中，得到采樣點(diǎn)的對(duì)數(shù)極坐標(biāo)；這N個(gè)采樣點(diǎn)的對(duì)數(shù)極坐標(biāo)直接的反映了其 與R波峰0k之間的位置關(guān)系，并且分布呈對(duì)數(shù)規(guī)律變化，通過度量N個(gè)采樣點(diǎn)的對(duì)數(shù)極坐 標(biāo)，這種度量對(duì)R波峰0k鄰近的波形形態(tài)特征敏感，同時(shí)又能捕獲波形的全局輪廓信息。最 后，再對(duì)模板信號(hào)中采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的對(duì)數(shù)極坐標(biāo)進(jìn)行再一次的歸一化處理，得到 歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)，進(jìn)一步消除其中的個(gè)性差異。記模板信號(hào)中采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的 歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)為鉍，灼。例如，模板信號(hào)Ak中第n個(gè)采樣點(diǎn)ak,n，n G {1，2，. . .，N}，在以R波峰0k為原點(diǎn) 的笛卡爾坐標(biāo)系中的笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)為(xk,n，yk,n)，相應(yīng)的極坐標(biāo)為(Pk,n，ek,n)，如圖4 所示；對(duì)其進(jìn)行均值歸一化處理，即 (pk,n‘，0 k,n‘)則為(P k,n，0 k,n)經(jīng)均值歸一化處理后的極坐標(biāo)；再由(P k,n'， ek,n')映射到對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域之后，得到采樣點(diǎn)ak,n相對(duì)于R波峰0k的對(duì)數(shù)極坐標(biāo)(\ k,n, vk,n)，其中，極徑 €k,n= logPk,n'，極角 ￥k,n= ek,n' = ek,n，且 Vk,nG (-JI，JI]；由 此得到模板信號(hào)Ak中各個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于R波峰ok的對(duì)數(shù)極坐標(biāo)后，計(jì)算得到其中極徑的最 大值I k,fflax和最小值I k,min，再將各個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)數(shù)極坐標(biāo)的極徑歸一化處理到o 1之間， 保持極角不變，具體對(duì)于采樣點(diǎn)ak,n而言，即為氣 =》’"—‘/■， =(A, ，％, )則為模板信號(hào)Ak中第n個(gè)采樣點(diǎn)ak, n相對(duì)于R波峰0k的歸一化對(duì)數(shù)極 坐標(biāo)，ak,nG W，l]，％, e(-7r,7T]，如圖 5 所示。由上述步驟可分別建立各模板信號(hào)中采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的歸一化對(duì)數(shù)極坐 標(biāo)，將之儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)或心電圖分析設(shè)備的存儲(chǔ)設(shè)備中，作為待測(cè)心電信號(hào)中R波峰的匹 配標(biāo)準(zhǔn)。至此，測(cè)試準(zhǔn)備工作已完成，接下來即可進(jìn)行待測(cè)心電信號(hào)的測(cè)試步驟。II、識(shí)別待測(cè)心電信號(hào)中的R波峰待測(cè)心電信號(hào)也由心電檢測(cè)儀采集，再輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行低通濾波和采樣預(yù)處理， 以備分割處理。待測(cè)心電信號(hào)中的每個(gè)R波峰都應(yīng)該是一個(gè)局部最大值點(diǎn)，若僅以檢測(cè)段 中的各個(gè)局部最大值點(diǎn)作為識(shí)別點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，可以避免對(duì)信號(hào)中大量的明顯非R波峰進(jìn)行 識(shí)別，大大簡(jiǎn)化了檢測(cè)過程中的數(shù)據(jù)計(jì)算量，能夠進(jìn)一步提高識(shí)別的魯棒性。在每個(gè)節(jié)拍 中，除實(shí)際R波峰以外的局部最大值點(diǎn)均為干擾點(diǎn)，判斷單個(gè)節(jié)拍中與模板信號(hào)的R波峰最 相似的局部最大值點(diǎn)即為該節(jié)拍中的實(shí)際R波峰。但在確定R波峰之前，單個(gè)節(jié)拍的周期時(shí) 長(zhǎng)無法準(zhǔn)確的判定，因此需要一個(gè)判定時(shí)長(zhǎng)，該判定時(shí)長(zhǎng)中既能確定至少包含一個(gè)R波峰， 又不會(huì)超過2個(gè)節(jié)拍時(shí)長(zhǎng)，以盡可能保證判定的準(zhǔn)確性。我們以一個(gè)“近似周期”來作為待 測(cè)信號(hào)中單個(gè)節(jié)拍的判定時(shí)長(zhǎng)基準(zhǔn)。但實(shí)際操作中，不同時(shí)段心率的快慢很可能各有差異，心率的變化直接引起心電 信號(hào)周期的變化，因此在采集的整段待測(cè)心電信號(hào)中，可能存在周期互不相同的節(jié)拍；若不 同點(diǎn)所在節(jié)拍之間的周期差別過大，卻以同一近似周期對(duì)這不同點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，勢(shì)必導(dǎo)致識(shí)
11別結(jié)果存在較大的誤差。為此，本發(fā)明采用了對(duì)待測(cè)心電信號(hào)以分段方式逐進(jìn)行檢測(cè)處理， 每一個(gè)分段的時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為30 90s，以避免單個(gè)分段中不同節(jié)拍之間的周期差別過大，從 而將識(shí)別誤差控制在有限的范圍內(nèi)。綜合考慮上述因素，本發(fā)明對(duì)待測(cè)心電信號(hào)中R波峰的識(shí)別過程如下c)確定待測(cè)心電信號(hào)的首個(gè)檢測(cè)段對(duì)于待測(cè)心電信號(hào)的首個(gè)檢測(cè)段而言，是從待測(cè)心電信號(hào)的起始點(diǎn)提取時(shí)長(zhǎng)為、 的信號(hào)段作為檢測(cè)段；然后對(duì)檢測(cè)段進(jìn)行自相關(guān)分析，計(jì)算檢測(cè)段的自相關(guān)函數(shù)中每相鄰 兩個(gè)局部最大值之間的時(shí)間間隔，取所述時(shí)間間隔的平均值作為檢測(cè)段的近似周期；其中， t0的取值范圍為30 90s。計(jì)算檢測(cè)段的近似周期，可采用本領(lǐng)域常用的自相關(guān)函數(shù)求解，對(duì)檢測(cè)段進(jìn)行自 相關(guān)分析，計(jì)算其自相關(guān)函數(shù)中每相鄰兩個(gè)局部最大值之間的時(shí)間間隔，取所述時(shí)間間隔 的平均值作為檢測(cè)段的近似周期。例如，對(duì)于檢測(cè)段及，其信號(hào)值為時(shí)間的函數(shù)，記為S(t)， 則檢測(cè)段S的自相關(guān)函數(shù)Rs ( t )為 計(jì)算其自相關(guān)函數(shù)Rs(T)取局部最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的L個(gè)T值，記為h，l G {1， 2，. . .，L}，則檢測(cè)段^的近似周期^為 d)確定檢測(cè)段中首個(gè)判定時(shí)長(zhǎng)中的局部最大值點(diǎn)在一個(gè)檢測(cè)段中，某些節(jié)拍的時(shí)長(zhǎng)有可能大于預(yù)上述近似周期的長(zhǎng)度。為了保證 一個(gè)判定時(shí)長(zhǎng)中確定包含一個(gè)R波峰，本發(fā)明以近似周期的長(zhǎng)度為基準(zhǔn)，取e倍(￡ >1) 近似周期作為實(shí)際的判定時(shí)長(zhǎng)；￡的取值不能過大，其取值范圍為1. 2 1. 6，以避免判定 時(shí)長(zhǎng)超過了 2個(gè)節(jié)拍的時(shí)長(zhǎng)導(dǎo)致其中包含了 2個(gè)實(shí)際的R波峰，進(jìn)而產(chǎn)生漏檢情況。對(duì)于檢測(cè)段的首個(gè)判定時(shí)長(zhǎng)而言，則是計(jì)算出檢測(cè)段中從起始處至￡倍近似周 期處的所有的局部最大值點(diǎn)，以備進(jìn)行后續(xù)的檢測(cè)判定。計(jì)算局部最大值點(diǎn)可采用本領(lǐng)域 常用一些方法。例如，可以計(jì)算各相鄰采樣點(diǎn)之間的幅值差，若某一采樣點(diǎn)與其前、后相鄰 采樣點(diǎn)之間的幅值差均不小于零，則判定該采樣點(diǎn)為局部最大值點(diǎn)。也可利用求導(dǎo)法，對(duì)檢 測(cè)段進(jìn)行求導(dǎo)運(yùn)算，取得檢測(cè)段上導(dǎo)數(shù)為“0”的極值點(diǎn)，再進(jìn)一步判斷這些極值點(diǎn)是極大值 點(diǎn)還是極小值點(diǎn)，其中的極大值點(diǎn)即為心電信號(hào)的局部最大值點(diǎn)。e)提取局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)為了讓每個(gè)局部最大值點(diǎn)能夠分別與模板信號(hào)中的R波峰進(jìn)行對(duì)應(yīng)的匹配和度 量，需要提取每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)。提取的具體方法是，從待測(cè)心電信號(hào)的波形輪廓
中提取每個(gè)局部最大值點(diǎn)前|近似周期和后|近似周期的信號(hào)段，利用與步驟a)相似的方
法，將提取的各個(gè)信號(hào)段的長(zhǎng)度統(tǒng)一為N個(gè)采樣點(diǎn)(與模板信號(hào)中的采樣點(diǎn)數(shù)一致)，以便 與模板信號(hào)進(jìn)行匹配和比較，從而形成每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)。例如，檢測(cè)段5近似周 期為巧，通過計(jì)算得到檢測(cè)段左中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)的I個(gè)局部最大值點(diǎn)，其中第i個(gè)
12局部最大值點(diǎn)為Si，i e {1，2，...，1}。從待測(cè)的心電信號(hào)中提取局部最大值點(diǎn)Si前|近
似周期和后|近似周期的信號(hào)段々計(jì)算其中包含的預(yù)采樣點(diǎn)數(shù)隊(duì)，若隊(duì)大于統(tǒng)一長(zhǎng)度N則 2 ，
對(duì)信號(hào)段豕進(jìn)行再采樣，若隊(duì)小于統(tǒng)一長(zhǎng)度N則對(duì)信號(hào)段戈進(jìn)行再插值，最終將其長(zhǎng)度調(diào)整
為N個(gè)采樣點(diǎn)，形成局部最大值點(diǎn)Si的特征區(qū)S”通過上述步驟，從待測(cè)的心電信號(hào)中提
取檢測(cè)段^中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)I個(gè)局部最大值點(diǎn)各自對(duì)應(yīng)的特征區(qū)。f)分別建立每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)中的N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其局部最大值點(diǎn) 的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)；相應(yīng)地，與步驟b)相似，分別建立每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)中N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì) 于其局部最大值點(diǎn)的笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)，然后對(duì)笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)所表示的差向量的長(zhǎng)度進(jìn)行 均值歸一化處理，保持差向量的方向不變；再根據(jù)經(jīng)均值歸一化處理后的差向量，將每個(gè)局 部最大值點(diǎn)的特征區(qū)中N個(gè)采樣點(diǎn)映射到對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域中，得到其對(duì)數(shù)極坐標(biāo)，最后通過 進(jìn)一步歸一化處理得到歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)。記特征區(qū)中采樣點(diǎn)相對(duì)于其局部最大值點(diǎn)的歸 一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)為⑶，Y)。對(duì)于檢測(cè)段左中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)第i個(gè)局部最大值點(diǎn)&的特征gSi而言， i G U，2，. ..，1}，將其中N個(gè)采樣點(diǎn)投射到以局部最大值點(diǎn)Si為原點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)系中， 建立各采樣點(diǎn)相對(duì)于Si的笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)，以笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)度量各采樣點(diǎn)與局部最大值 點(diǎn)Si的差向量；其中，特征區(qū)&中第n個(gè)采樣點(diǎn)Si,n，n G {1，2，. . .，N}，其在以局部最大 值點(diǎn)為原點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)系中的笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)為(Xi,n，yi,n)，相應(yīng)的極坐標(biāo)為(Pi,n， e “)，對(duì)其進(jìn)行均值歸一化處理，即 θi.n' = θi.n，且 θi.n' ∈ (-π, π]；(Pi,θi.n' )為(Pi,n，經(jīng)均值歸一化處理后的極坐標(biāo)；再由(Pi, θi.n)映射到對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域之后，得到采樣點(diǎn)Si,n相對(duì)于局部最大值點(diǎn)Si的對(duì)數(shù)極坐標(biāo) d,n，Vi,n)，極徑iogpi n'，極角Vi n= eijn' = 0 由此得到局部最大值點(diǎn) Si的特征區(qū)Si中各個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于局部最大值點(diǎn)Si的對(duì)數(shù)極坐標(biāo)后，計(jì)算得到其中極徑的 最大值和最小值分別為1和I ^，則采樣點(diǎn)Si,n相對(duì)于局部最大值點(diǎn)Si的歸一化對(duì) 數(shù)極坐標(biāo)(l,n，Yi.J滿足 經(jīng)歸一化處理后,βi,n G
，γi,n e (- π，π]。由上述步驟可分別建立檢測(cè) 段中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)中的N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其局部最 大值點(diǎn)的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)。g)分別計(jì)算檢測(cè)段中當(dāng)前e倍近似周期以內(nèi)各個(gè)局部最大值點(diǎn)的相似度在檢測(cè)段的每一個(gè)節(jié)拍周期中，只有一個(gè)局部最大值點(diǎn)是真正的R波峰，該局部 最大值點(diǎn)應(yīng)該與模板信號(hào)中R波峰的相似性匹配程度最高。所以，在此引入“相似度”這一概念，通過計(jì)算局部最大值點(diǎn)的相似度，來描述局部最大值點(diǎn)與模板信號(hào)中R波峰的相似 性匹配程度；局部最大值點(diǎn)的相似度越大，則表示該局部最大值點(diǎn)與模板信號(hào)中R波峰的 相似性匹配程度越高，該局部最大值點(diǎn)就越有可能是檢測(cè)段的實(shí)際R波峰。本發(fā)明是采用 局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)與模板信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)來度量檢測(cè)段中各個(gè)局部最大值點(diǎn)的相 似度的，具體處理方式是基于步驟b)和步驟f)所建立的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)，分別計(jì)算每 個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)與各模板信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)，將每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)與各 個(gè)模板信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)中的最大值作為該局部最大值點(diǎn)的相似度，從而得到各局部最大 值點(diǎn)的相似度。例如，檢測(cè)段g中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)第i個(gè)局部最大值點(diǎn)&的特征區(qū)Sp i G {l，2，...，I}，該特征區(qū)的N個(gè)采樣點(diǎn)中的第n個(gè)采樣點(diǎn)為Si,n，nG {1，2，...，N}，Si, n相對(duì)于局部最大值點(diǎn)歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)為，Yi,n)；同時(shí)，第k個(gè)模板信號(hào)Ak， kG {1，2，. . .，K}，該模板信號(hào)中的R波峰為0k，其N個(gè)采樣點(diǎn)中的第n個(gè)采樣點(diǎn)為ak, n， n G {1，2，. . .，N}，ak,n相對(duì)于R波峰0k的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)為(％, ，％， )。則局部最大值點(diǎn)
Si的特征區(qū)Si與模板信號(hào)Ak的互相關(guān)系數(shù)Pu為 其中，n G {1，2，...，N}；由于特征區(qū)Si的N個(gè)采樣點(diǎn)中，局部最大值點(diǎn)Si與其自 身的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)的極徑長(zhǎng)度為0，因此，實(shí)際僅有N-1個(gè)不為0的內(nèi)積求和取平均，
所以求和項(xiàng)前的系數(shù)為77、。由此，即可得到檢測(cè)段5中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)第i個(gè)局
部最大值點(diǎn)Si的特征區(qū)Si與各個(gè)模板信號(hào)中R波峰的互相關(guān)系數(shù)Py、Pi,2、Pi,2、……Pi,
K。將Py、Pi,2、Pi,2、……Pi,K中的最大值作為局部最大值點(diǎn)Si的相似度Q，以此來度量檢
測(cè)段左中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)第i個(gè)局部最大值A(chǔ)si與模板信號(hào)中R波峰的相似性匹
配程度。通過該步驟逐一對(duì)檢測(cè)段中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)每個(gè)局部最大值點(diǎn)進(jìn)行互相 關(guān)分析，得到各個(gè)局部最大值點(diǎn)的相似度。h)判定檢測(cè)段中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)的R波峰檢測(cè)段每一節(jié)拍中，除實(shí)際R波峰以外的局部最大值點(diǎn)均為干擾點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)在識(shí)別 過程中加以排除。心電信號(hào)中對(duì)于檢測(cè)R波峰的干擾點(diǎn)是多方面的，從識(shí)別角度來講可將 這些干擾點(diǎn)分為自干擾點(diǎn)和劇烈干擾點(diǎn)兩種。自干擾點(diǎn)，是心電信號(hào)的中的P波、T波和U 波中的峰值點(diǎn)，但由于P波、T波和U波的波形輪廓與R波的波形輪廓差別比較明顯，因此這 種干擾點(diǎn)與模板信號(hào)的相似度往往比R波峰要小，可以通過比較相似度大小加以排除。劇 烈干擾點(diǎn)，是除了心電信號(hào)的中的P波、T波和U波之外，還由于咳嗽、噴嚏等動(dòng)作導(dǎo)致心電 信號(hào)劇烈抖動(dòng)，這種波動(dòng)或劇烈抖動(dòng)具有隨機(jī)性，并且振幅較大、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，形成一段 劇烈的干擾波；這種劇烈的干擾波若重疊在一個(gè)節(jié)拍以上的心電信號(hào)中，就可能導(dǎo)致被重 疊干擾的部分信號(hào)被嚴(yán)重的破壞，這種存在于被劇烈的干擾波破壞的信號(hào)段中的局部最大 值點(diǎn)被視為劇烈干擾點(diǎn)。如果一段心電信號(hào)中存在這樣的劇烈干擾，該段信號(hào)中有用信息 也就被破壞了，實(shí)際上就失去了心電信號(hào)臨床的識(shí)別意義。因此，本發(fā)明通過預(yù)先設(shè)定一個(gè)閾值Q將R波峰與劇烈干擾點(diǎn)區(qū)分開，避免把被劇烈干擾波破壞的信號(hào)段中的局部最大值 點(diǎn)誤檢測(cè)為正常的R波峰而導(dǎo)致出錯(cuò)。具體處理方式是，先通過比較求出檢測(cè)段中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)相似度最大 的一個(gè)局部最大值點(diǎn)，而除該點(diǎn)以外的其它局部最大值點(diǎn)均被視為自干擾點(diǎn)加以排除；然 后將該局部最大值點(diǎn)的相似度與預(yù)先設(shè)定的閾值Q進(jìn)行比較，若其相似度大于閾值Q，即 判定該局部最大值點(diǎn)為一個(gè)R波峰；若其相似度小于閾值Q，則判定該局部最大值點(diǎn)為一 個(gè)劇烈干擾點(diǎn)。例如，計(jì)算得到檢測(cè)段g中當(dāng)前￡倍近似周期內(nèi)相似度最大的局部最大值 點(diǎn)為Si，其相似度為Ci ；將Ci與預(yù)先設(shè)定的閾值Q進(jìn)行比較，若Ci彡Q，則將局部最大值點(diǎn) Si視為劇烈干擾點(diǎn)排除掉；若C, > Q，則判定局部最大值點(diǎn)Si為R波峰。該步驟中，閾值Q的取值是排除劇烈干擾點(diǎn)的決定值，若閾值Q取值過小，則會(huì)造 成劇烈干擾點(diǎn)的漏檢；若閾值Q取值過大，則可能將實(shí)際為R波峰的局部最大值點(diǎn)視為劇 烈干擾點(diǎn)一并排除，導(dǎo)致R波峰檢測(cè)混亂。通常，作為檢測(cè)段的實(shí)際R波峰，其相似度最高 可達(dá)到0.4;但當(dāng)存在較大振幅干擾信號(hào)的情況下，若被干擾的信號(hào)中實(shí)際R波峰的相似度 大于0. 2，依然可以認(rèn)為其中的有用信息沒有被完全破壞，將其作為有意義R波峰加以識(shí)別 在臨床上還是可以被接受的。因此，閾值Q的取值范圍取0. 2 0. 4為宜，閾值Q取值越 大即表示判定R波峰的要求越嚴(yán)格。i)判定檢測(cè)段中的所有R波峰以檢測(cè)段中當(dāng)前e倍近似周期以內(nèi)相似度最大的一個(gè)局部最大值點(diǎn)為起始點(diǎn)， 計(jì)算出其后￡倍近似周期以內(nèi)所有的局部最大值點(diǎn)；然后重復(fù)步驟e) i)，由此判斷出 檢測(cè)段中所有的R波峰。例如在當(dāng)前的檢測(cè)段力中，以當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)相似度最大 的局部最大值A(chǔ)si為起始點(diǎn)，計(jì)算檢測(cè)段^中點(diǎn)Si之后￡倍近似周期內(nèi)相似度最大的局部 最大值點(diǎn)，然后判斷其相似度與閾值Q之間的大小，從而判定其是否為R波峰；再以該點(diǎn)為 起始點(diǎn)，計(jì)算其后￡倍近似周期內(nèi)相似度最大的局部最大值點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步判斷……由此類 推，逐段計(jì)算出當(dāng)前的檢測(cè)段及中所有的R波峰。j)判定待測(cè)心電信號(hào)中的所有R波峰在待測(cè)心電信號(hào)中，以當(dāng)前檢測(cè)段中最后一個(gè)R波峰所在位置為起始點(diǎn)，提取其 后時(shí)長(zhǎng)為、的信號(hào)段作為新的檢測(cè)段，準(zhǔn)備檢測(cè)新的檢測(cè)段中的R波峰。但新的檢測(cè)段與 當(dāng)前檢測(cè)段中節(jié)拍周期可能存在差異，因此需要先更新近似周期，以避免出現(xiàn)較大的計(jì)算 誤差。更新近似周期的方法是，以當(dāng)前檢測(cè)段中最后3個(gè)正常周期時(shí)間間隔的平均值作為 新的檢測(cè)段的近似周期；所述正常周期時(shí)間間隔是指相鄰兩個(gè)R波峰之間不超過1. 5倍且 不小于0.5倍當(dāng)前近似周期時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間間隔。然后重復(fù)步驟d) j)，由此判斷出待測(cè)心電 信號(hào)中所有的R波峰。III、對(duì)待測(cè)心電信號(hào)進(jìn)行R波峰檢測(cè)k)最后，將待測(cè)心電信號(hào)R波峰檢測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備中，并通過顯 示設(shè)備輸出顯示R波峰檢測(cè)結(jié)果，以便觀察和進(jìn)行后續(xù)處理。下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本采用發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)R波峰檢測(cè)的具體過程。實(shí)施例本實(shí)施例中，由心電檢測(cè)儀(ECG-9130P，福田公司，日本)采集心電信號(hào)，這些信
15號(hào)是采樣頻率為500Hz的數(shù)字信號(hào)，將這些信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行低通濾波和采樣預(yù)處理， 其濾波器采用二階Butterworth低通濾波器，截止頻率為100Hz，采樣頻率為250Hz，將得到 的信號(hào)作為待測(cè)心電信號(hào)。利用本發(fā)明方法，對(duì)該待測(cè)心電信號(hào)進(jìn)行R波峰檢測(cè)，R波峰檢 測(cè)過程由計(jì)算機(jī)按如下步驟進(jìn)行首先，采用多種不同的導(dǎo)聯(lián)方式，由心電檢測(cè)儀采集多個(gè)周期不同、分別代表臨床 上常見波形輪廓的已識(shí)別心電信號(hào)(周期、幅度、R波峰等參數(shù)均已經(jīng)識(shí)別獲知)，這些信號(hào) 也是采樣頻率為500Hz的數(shù)字信號(hào)，將這些信號(hào)及其相應(yīng)參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行低通濾波 和采樣預(yù)處理，其濾波器采用二階Butterworth低通濾波器，截止頻率為100Hz，采樣頻率 為250Hz。從上述各個(gè)已識(shí)別信號(hào)中選取50個(gè)R波峰(取K = 50)，分別提取每個(gè)R波峰
前|周期和后|周期的一段信號(hào)；其中第32個(gè)R波峰032前|周期和后*周期的一段信號(hào)為
An，該段信號(hào)是從一個(gè)已識(shí)別的II導(dǎo)聯(lián)的心電信號(hào)中提取出來的。然后通過再采樣或再插 值處理將提取的各段信號(hào)的長(zhǎng)度統(tǒng)一為固定的200個(gè)采樣點(diǎn)(取N = 200)；例如，經(jīng)計(jì)算R
波峰032前‘周期和后|周期的一段信號(hào)卩中采樣預(yù)處理后包含的采樣點(diǎn)數(shù)為221個(gè)，預(yù)定
22^32
的模板信號(hào)統(tǒng)一長(zhǎng)度為200個(gè)采樣點(diǎn)，因此將信號(hào)段！^再采樣為200個(gè)采樣點(diǎn)，得到模板信 號(hào)A32，其波形輪廓如圖6所示；由此得到50個(gè)模板信號(hào)。再按照步驟b)所述方法建立每 個(gè)模板信號(hào)中200個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)。關(guān)于模板信號(hào)的準(zhǔn)備工作完成后，接著進(jìn)行待測(cè)心電信號(hào)中R波峰的識(shí)別。該待 測(cè)信號(hào)為一個(gè)II導(dǎo)聯(lián)的心電信號(hào)，先確定待測(cè)心電信號(hào)的首個(gè)檢測(cè)段，從待測(cè)心電信號(hào)的 起始點(diǎn)提取時(shí)長(zhǎng)為60s的信號(hào)段(取、=608)作為首個(gè)檢測(cè)段對(duì)1)，并通過自相關(guān)分析得 到檢測(cè)段如)的近似周期E⑴。檢測(cè)段負(fù)1)中前8秒的波形輪廓如圖7所示，從圖7中可見， 在2000 3000采樣點(diǎn)之間存在一段由于咳嗽引起的劇烈干擾信號(hào)，致使此間的一個(gè)信號(hào) 節(jié)拍已被較嚴(yán)重的破壞。接下來，以1. 5倍近似周期乃(1)為判定時(shí)長(zhǎng)，計(jì)算出檢測(cè)段歡1)中從起始處至 處的所有的局部最大值點(diǎn)；但由于待測(cè)心電信號(hào)起始第一個(gè)|近似周期中的波形輪
廓不完整，因此起始第一個(gè)|近似周期中的局部最大值點(diǎn)無法提取其前|周期的完整信號(hào)，
便無法利用本發(fā)明方法進(jìn)行測(cè)試，所以將待測(cè)心電信號(hào)起始第一個(gè)-近似周期中的局部最
大值點(diǎn)舍去，得到檢測(cè)段如)中從起始處至1.5巧(1)處能夠作為識(shí)別對(duì)象的局部最大值點(diǎn)分 別為點(diǎn)Si、s2、s3、s4、s5、s6、和s7，如圖8所示。然后，分別提取這7個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征
區(qū)；以點(diǎn)為例，提取Sl前|近似周期和后i近似周期的信號(hào)段彳計(jì)算其中經(jīng)采樣預(yù)處理
2 2 ‘
后包含的采樣點(diǎn)數(shù)為193個(gè)，小于預(yù)定的統(tǒng)一長(zhǎng)度200個(gè)采樣點(diǎn)，因此將信號(hào)段戈進(jìn)行插值 處理為200個(gè)采樣點(diǎn)，形成點(diǎn)Sl的特征區(qū)Si ；以相同方法分別形成點(diǎn)s2、s3、s4、s5、s6、禾口 s7 的特征區(qū)32、33、、、35、36、和37。再按照步驟f)所述方法分別建立上述每個(gè)特征區(qū)中的200 個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于各自局部最大值點(diǎn)的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)。計(jì)算點(diǎn)的特征區(qū)Si與50個(gè)模 板信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)，得到特征區(qū)Si的50個(gè)互相關(guān)系數(shù)中的最大值是與II導(dǎo)聯(lián)的模板信
16號(hào)A32的互相關(guān)系數(shù)Pi,32 = 0. 04，即確定點(diǎn)Sl的相似度Q = P1j32 = 0. 04 ；計(jì)算點(diǎn)s2的特 征區(qū)S2與50個(gè)模板信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)，得到特征區(qū)S2的50個(gè)互相關(guān)系數(shù)中的最大值也 是與II導(dǎo)聯(lián)的模板信號(hào)A32的互相關(guān)系數(shù)P2,32 = 0. 27，即確定點(diǎn)s2的相似度C2 = P2,32 = 0. 27 ；以同樣的方法計(jì)算得到點(diǎn)s3、s4、s5、s6、和s7的相似度分別為C3 = P3,32 = 0. 15、C4 = P4,32 = 0. 12、C5 = P5,32 = 0. 13、C6 = P6,32 = 0. 14和(7 = P7,32 = 0.24。相比而言，Q < C4
<C5 < C6 < C3 < C7 < C2，點(diǎn)s2的相似度較大，將s2的相似度與預(yù)先設(shè)定的閾值Q進(jìn)行比 較，c0取值為0. 20 ；由于C2 = 0. 27 > C0,從而局部最大值點(diǎn)s2被判定為檢測(cè)段匆1)的一個(gè) R波峰。接下來，又以局部最大值點(diǎn)s2為起始點(diǎn)，計(jì)算出檢測(cè)段對(duì)1)中點(diǎn)s2之后1.5 以內(nèi) 的所有的局部最大值點(diǎn)分別為s3、s4、s5、s6、s7、s8和s9，如圖9所示；同樣，分別提取點(diǎn)s3、 s4、s5、s6、s7、s8和s9的特征區(qū)為S3、S4、S5、S6、S7、S8和S9，再按照步驟f)所述方法分別建 立上述每個(gè)特征區(qū)中的200個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于各自局部最大值點(diǎn)的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)，分別 計(jì)算點(diǎn)s3、s4、s5、s6、s7、s8和s9的特征區(qū)S3、S4、S5、S6、S7、S8和S9與各模板信號(hào)基于對(duì)數(shù) 極坐標(biāo)的互相關(guān)系數(shù)；通過計(jì)算，點(diǎn)S3、S4、S5、S6、S7、S8和s9的特征區(qū)均相對(duì)于II導(dǎo)聯(lián)的模 板信號(hào)A32的互相關(guān)系數(shù)最大，即得s3、s4、s5、s6、s7、s8和s9的相似度分別為C3 = P3,32 = 0. 15、C4 — P4,32 — 0. 12、C5 — P5,32 — 0. 13、C6 — P6,32 — 0. 14、C7 — P7，32 — 0. 24、C8 — P8， 32 = 0. 14和C9 = P9,32 = 0. 11。通過比較得知，相似度大小為C9 < C4 < C5 < C6 = C8 < C3
<c7，從而當(dāng)前1. 5倍近似周期中相似度最大的局部最大值點(diǎn)為s7，并且C7 = 0. 24 > C0, 即判定局部最大值點(diǎn)s7為檢測(cè)段歡1)的又一個(gè)R波峰。接著，再以局部最大值點(diǎn)s7為起始 點(diǎn)，計(jì)算出檢測(cè)段釘1)中點(diǎn)s7之后1.5乃(1)以內(nèi)的所有的局部最大值點(diǎn)s8、S9、Sl(1、Sll、Sl2、Sl3、 S14和s15進(jìn)行進(jìn)一步判定……判定R波峰s26后，計(jì)算出檢測(cè)段奐1)中點(diǎn)S26之后1.5 以 內(nèi)的所有的局部最大值點(diǎn)分別為s27、s28、s29、s3Q、s31、s32、s33、s34、s35和s36，如圖10所示；再 次重復(fù)上述步驟計(jì)算相似度的步驟，得到S
27、S28、S29、S30、S31、S32、S33、S34、S35 和 S36 中點(diǎn) S33
的相似度最大，為C33 = 0. 19，但由于C33 < C0,即判定局部最大值點(diǎn)s33為檢測(cè)段如)中的一 個(gè)劇烈干擾點(diǎn)，因此將點(diǎn)s33排除。再以局部最大值點(diǎn)s33為起始點(diǎn)，計(jì)算出檢測(cè)段如)中點(diǎn) s33之后1.5巧(1)以內(nèi)的所有的局部最大值點(diǎn) S34、S35、S36、S37、S38、S39、S41、S42、S43 和 S44 35 行進(jìn)一步判定……由此遞推確定檢測(cè)段歡1)中的87個(gè)R波峰分別為s2、s7、s12、……、s425、 s432、s446、s452和s457 ；另還確定檢測(cè)段負(fù)1)中存在2個(gè)劇烈干擾點(diǎn)，分別為s33和s439，劇烈干 擾點(diǎn)s33位于R波峰s26與s38之間，劇烈干擾點(diǎn)s439位于R波峰s432與s446之間。其中，檢 測(cè)段匆1)前8秒以內(nèi)的R波峰如圖11所示，檢測(cè)段及(1)前8秒以內(nèi)各局部最大值點(diǎn)的相似度 分布圖如圖12所示；結(jié)合圖10和11能夠看到，信號(hào)中2000 3000采樣點(diǎn)內(nèi)R波峰s26與 S38之間的局部最大值點(diǎn)均被視為干擾點(diǎn)排除掉，因此在點(diǎn)S26與S38之間不存在有意義的R 波峰點(diǎn)。 判定出待測(cè)心電信號(hào)首個(gè)檢測(cè)段歡1)中所有的R波峰以后，以檢測(cè)段釘1)中最后一 個(gè)R波峰s282所在位置為起始點(diǎn)，從待測(cè)心電信號(hào)中提取點(diǎn)s282之后60s時(shí)長(zhǎng)的信號(hào)段作 為新的檢測(cè)段5(2)，準(zhǔn)備檢測(cè)新的檢測(cè)段5(2)中的R波峰。此時(shí)更新近似周期的值，以檢測(cè) 段攻1)中最后3個(gè)正常周期時(shí)間間隔的平均值作為新的檢測(cè)段匆2)的近似周期；由于R波峰 s432與s446之間因存在劇烈干擾信號(hào)導(dǎo)致其間時(shí)間間隔T87超過1.5 ，因此T87并不是正常周期時(shí)間間隔，取R波峰s425與s432的時(shí)間間隔T86、R波峰s446與s452的時(shí)間間隔T88和R 波峰s452與s457的時(shí)間間隔T89三者的平均值作為新的檢測(cè)段歡2)的平均周期^(2)7:(2) = ix(r86 + r88 + r89);然后，重復(fù)上述步驟，判定待測(cè)心電信號(hào)的檢測(cè)段對(duì)2)中所有的R波峰。同樣由此 遞推判定待測(cè)心電信號(hào)的檢測(cè)段對(duì)3)、釘4)、S(5)……直至判斷出待測(cè)心電信號(hào)中所有 的R波峰。最后，將待測(cè)心電信號(hào)R波峰檢測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備中，并通過顯示 設(shè)備輸出顯示R波峰檢測(cè)結(jié)果。為了評(píng)估本發(fā)明方法的檢測(cè)性能，我們構(gòu)建了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中待測(cè)心電信 號(hào)的R波峰數(shù)量為82612個(gè)，這些待測(cè)心電信號(hào)的R波峰已經(jīng)過臨床專家手工標(biāo)記。利用 本發(fā)明方法對(duì)待測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中待測(cè)心電信號(hào)進(jìn)行R波峰檢測(cè)，然后將檢測(cè)結(jié)果與專家標(biāo)記的 R波峰進(jìn)行比較，進(jìn)而評(píng)估本發(fā)明的檢測(cè)性能。我們將手工標(biāo)記的R波峰前后8ms設(shè)為容錯(cuò) 區(qū)間，即由本發(fā)明檢測(cè)的起拍點(diǎn)與專家手工標(biāo)記的起拍點(diǎn)誤差不大于8ms時(shí)認(rèn)為該檢測(cè) 是正確的。本發(fā)明方法對(duì)此82612個(gè)R波峰的識(shí)別精確度為98. 80%，特異度為98. 33%, 滿足臨床識(shí)別的要求。本發(fā)明方法不僅僅把心電信號(hào)中的幅值、局部最大值點(diǎn)等局部信息作為參考因 素，更結(jié)合了心電信號(hào)的波形輪廓進(jìn)行綜合分析，以點(diǎn)與點(diǎn)之間的差向量作為基礎(chǔ)特征，該 基礎(chǔ)特征具有平移和旋轉(zhuǎn)不變性，能夠克服心電信號(hào)的基線漂移的影響；對(duì)差向量進(jìn)行對(duì) 數(shù)極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換來度量波形的相似性，這種度量對(duì)識(shí)別點(diǎn)鄰近的波形形態(tài)特征敏感，又能捕 獲波形的全局輪廓信息，同時(shí)對(duì)波形抖動(dòng)和變形具有魯棒性，能夠有效識(shí)別和排除干擾波 峰和干擾波段，進(jìn)而準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)了對(duì)心電信號(hào)R波峰的識(shí)別。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種心電信號(hào)R波峰檢測(cè)方法，其特征在于，將心電檢測(cè)儀采集的心電信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行低通濾波和采樣預(yù)處理，然后檢測(cè)心電信號(hào)中的R波峰，檢測(cè)R波峰的具體步驟包括a)建立K個(gè)互不相同的模板信號(hào)；每個(gè)模板信號(hào)是已識(shí)別的心電信號(hào)中一個(gè)R波峰前后各周期的一段信號(hào)，且該段信號(hào)通過采樣或插值處理為N個(gè)采樣點(diǎn)；其中，K≥2，N的取值范圍為100～1000；b)分別建立每個(gè)模板信號(hào)中的N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)；c)對(duì)于待測(cè)的心電信號(hào)，從其起始點(diǎn)提取時(shí)長(zhǎng)為t0的信號(hào)段作為檢測(cè)段；然后對(duì)檢測(cè)段進(jìn)行自相關(guān)分析，計(jì)算檢測(cè)段的自相關(guān)函數(shù)中每相鄰兩個(gè)局部最大值之間的時(shí)間間隔，取所述時(shí)間間隔的平均值作為檢測(cè)段的近似周期；其中，t0的取值范圍為30～90s；d)計(jì)算出檢測(cè)段起中從始處至ε倍近似周期處的所有的局部最大值點(diǎn)；其中，ε的取值范圍為1.2～1.6；e)提取每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)；每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)是待測(cè)的心電信號(hào)中該局部最大值點(diǎn)前后各近似周期的一段信號(hào)，且該段信號(hào)通過采樣或插值處理為N個(gè)采樣點(diǎn)；f)分別建立每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)中的N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其局部最大值點(diǎn)的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)；g)分別計(jì)算每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)與各個(gè)模板信號(hào)基于歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)的互相關(guān)系數(shù)，將每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)與各個(gè)模板信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)中的最大值作為該局部最大值點(diǎn)的相似度；所述互相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為其中，Pi，k為檢測(cè)段中當(dāng)前ε倍近似周期以內(nèi)第i個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)與第k個(gè)模板信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)；(βi，n，γi，n)為檢測(cè)段中當(dāng)前ε倍近似周期以內(nèi)第i個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)中第n個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于該局部最大值點(diǎn)的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)， βi，n為歸一化極徑，γi，n為極角；為第k個(gè)模板信號(hào)中第n個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)，αk，n為歸一化極徑，為極角；k∈{1，2，...，K}，n∈{1，2，...，N}；h)比較得出檢測(cè)段中當(dāng)前ε倍近似周期以內(nèi)相似度最大的一個(gè)局部最大值點(diǎn)，并將該局部最大值點(diǎn)的相似度與預(yù)先設(shè)定的閾值C0進(jìn)行比較；若其相似度大于閾值C0，即判定該局部最大值點(diǎn)為一個(gè)R波峰；其中，閾值C0的取值范圍為0.2～0.4；i)以檢測(cè)段中當(dāng)前ε倍近似周期以內(nèi)相似度最大的一個(gè)局部最大值點(diǎn)為起始點(diǎn)，計(jì)算出其后ε倍近似周期以內(nèi)所有的局部最大值點(diǎn)；然后重復(fù)步驟e)～i)，由此判斷出檢測(cè)段中所有的R波峰；j)在待測(cè)心電信號(hào)中，以當(dāng)前檢測(cè)段中最后一個(gè)R波峰所在位置為起始點(diǎn)，提取其后時(shí)長(zhǎng)為t0的信號(hào)段作為新的檢測(cè)段；并且，以當(dāng)前檢測(cè)段中最后3個(gè)正常周期時(shí)間間隔的平均值作為新的檢測(cè)段的近似周期；然后重復(fù)步驟d)～j)，由此判斷出待測(cè)心電信號(hào)中所有的R波峰；所述正常周期時(shí)間間隔是指相鄰兩個(gè)R波峰之間不超過1.5倍且不小于0.5倍當(dāng)前近似周期時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間間隔；k)對(duì)待測(cè)心電信號(hào)進(jìn)行R波峰檢測(cè)，存儲(chǔ)并顯示待測(cè)心電信號(hào)R波峰檢測(cè)結(jié)果。FSA00000186910900011.tif,FSA00000186910900012.tif,FSA00000186910900013.tif,FSA00000186910900014.tif,FSA00000186910900015.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電信號(hào)R波峰檢測(cè)方法，其特征在于所述步驟b)具體為bl)分別建立每個(gè)模板信號(hào)中的N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)，并進(jìn)行 均值歸一化處理；均值歸一化處理的計(jì)算公式如下 其中，(xk,n, yk,n)為第k個(gè)模板信號(hào)中第n個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的笛卡爾相對(duì)坐 標(biāo)，(Pk,n，0k,n)為與(xk,n，yk,n)相對(duì)應(yīng)的極坐標(biāo)；(Pk,n'，0k,n')為(Pk,n，0k,n)經(jīng)均 值歸一化處理后的極坐標(biāo)；k G {1，2，...，K}，n G {1，2，...，N}；b2)根據(jù)步驟bl)所得的經(jīng)均值歸一化處理后的極坐標(biāo)，分別將每個(gè)模板信號(hào)中的N個(gè) 采樣點(diǎn)投射到對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域，并進(jìn)行歸一化處理，得到每個(gè)模板信號(hào)中的N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì) 于其R波峰的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)；歸一化處理的計(jì)算公式如下 ；其中，(氣 ，％, )為第k個(gè)模板信號(hào)中第n個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其R波峰的歸一化對(duì)數(shù)極坐 標(biāo)，、彳為歸一化極徑，^^為極角；^“，￥k,n)為第k個(gè)模板信號(hào)中第n個(gè)采樣點(diǎn)經(jīng)投 射后對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)極坐標(biāo)，極徑€k,n= logPk,n'，極角Vk,n= 9k,n' ；k G {1，2，...，K}， nG {1，2，...，N} ；和別為第k個(gè)模板信號(hào)中各個(gè)采樣點(diǎn)經(jīng)投射后對(duì)應(yīng)的對(duì) 數(shù)極坐標(biāo)中極徑的最大值和最小值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電信號(hào)R波峰檢測(cè)方法，其特征在于所述步驟f)具體為fl)分別建立每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)中的N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于該局部最大值點(diǎn)的笛 卡爾相對(duì)坐標(biāo)，并進(jìn)行均值歸一化處理；均值歸一化處理的計(jì)算公式如下 其中，(Xi,n，yi,n)為檢測(cè)段中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)第i個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)中 第n個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于該局部最大值點(diǎn)的笛卡爾相對(duì)坐標(biāo)，(Pi,n，為與(Xi,n，Yi,n)相 對(duì)應(yīng)的極坐標(biāo)；(Pi,n'，)為(Pi,n，e^)經(jīng)均值歸一化處理后的極坐標(biāo)；n e {1， 2， ，N}；f2)根據(jù)步驟n)所得的經(jīng)均值歸一化處理后的極坐標(biāo)，分別將每個(gè)局部最大值點(diǎn)的 特征區(qū)中的N個(gè)采樣點(diǎn)投射到對(duì)數(shù)極坐標(biāo)域，并進(jìn)行歸一化處理，得到每個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)中的N個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于該局部最大值點(diǎn)的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)；歸一化處理的計(jì)算 公式如下 其中，(l,n，Yi.J為檢測(cè)段中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)第i個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū) 中第n個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于該局部最大值點(diǎn)的歸一化對(duì)數(shù)極坐標(biāo)，日“為歸一化極徑，Yi’j 極角；(l,n，Vi,n)為檢測(cè)段中當(dāng)前￡倍近似周期以內(nèi)第i個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)中 第n個(gè)采樣點(diǎn)經(jīng)投射后對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)極坐標(biāo)，極徑logPi,/，極角Vi,n= ‘； n G {1，2，...，N} ； 和分別為檢測(cè)段中第i個(gè)局部最大值點(diǎn)的特征區(qū)中各個(gè)采 樣點(diǎn)經(jīng)投射后對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)極坐標(biāo)中極徑的最大值和最小值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的心電信號(hào)R波峰檢測(cè)方法，其特征在于所述 低通濾波的截止頻率為100 120Hz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的心電信號(hào)R波峰檢測(cè)方法，其特征在于所述 預(yù)采樣預(yù)處理的采樣頻率為250 1000Hz。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的心電信號(hào)R波峰檢測(cè)方法，其特征在于所述N 的優(yōu)選取值為200。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的心電信號(hào)R波峰檢測(cè)方法，其特征在于所述 、的優(yōu)選取值為60s。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的心電信號(hào)R波峰檢測(cè)方法，其特征在于所述 e的優(yōu)選取值為1.5。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的心電信號(hào)R波峰檢測(cè)方法，其特征在于所述 閾值Q的優(yōu)選取值為0. 20。
全文摘要
本發(fā)明提供一種心電信號(hào)R波峰檢測(cè)方法。該方法以點(diǎn)與點(diǎn)之間的差向量作為基礎(chǔ)特征，該基礎(chǔ)特征具有平移和旋轉(zhuǎn)不變性，能夠克服心電信號(hào)的基線漂移的影響；同時(shí)，對(duì)差向量進(jìn)行對(duì)數(shù)極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換來度量波形的相似性，這種度量對(duì)鄰近的波形形態(tài)特征敏感，同時(shí)又能捕獲波形的全局輪廓信息并對(duì)波形抖動(dòng)具有魯棒性；此外，通過設(shè)定恰當(dāng)?shù)拈撝的軌蛴行懦蓴_信號(hào)的影響。這種將點(diǎn)與點(diǎn)的相似性度量轉(zhuǎn)化為點(diǎn)所在波形的度量的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)心電信號(hào)R波峰的準(zhǔn)確識(shí)別和檢測(cè)。將該方法應(yīng)用于相關(guān)的心電圖分析儀器中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)心電信號(hào)中R波峰的準(zhǔn)確識(shí)別，有助于提高心電圖分析設(shè)備的檢測(cè)和分析能力。
文檔編號(hào)A61B5/0456GK101856225SQ20101021462
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者彭承琳, 楊力, 趙明璽 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)