本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)電子信息領(lǐng)域，具體涉及一種基于心電信號的心率計算方法。

背景技術(shù)：

心電圖是臨床最常用的檢查之一，應(yīng)用廣泛，包括幫助診斷心律失常、心肌缺血、心肌梗死等。心電圖記錄的是隨心動周期變化的體表特定位置的電位差。心電信號是典型的人體電信號，人體電信號本質(zhì)是兩點的電位差信號。直接加電壓于身體并通過一定的導(dǎo)聯(lián)方式就可以觀察到心電信號。導(dǎo)聯(lián)方式即輸入導(dǎo)線與電極放置在機(jī)體特定的測試部位(正輸入端)、參比部位(負(fù)輸入端)和接地部位的連接方式。在心電圖學(xué)中，雙極肢體導(dǎo)聯(lián)又稱標(biāo)準(zhǔn)i、ii、iii導(dǎo)聯(lián)，它是以兩肢體間的電位差作為所獲取的體表心電。由于雙極肢體導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)獲取的心電圖中有較大的r波，因此利用雙極肢體導(dǎo)聯(lián)就能夠可靠地識別每次心跳并進(jìn)行節(jié)律分析。

如果能夠從某一導(dǎo)聯(lián)的心電信號中準(zhǔn)確識別出所有r波，那么根據(jù)相鄰r波的時間間隔就可以很容易得到心率值。顯然利用雙極肢體導(dǎo)聯(lián)(如i導(dǎo)聯(lián))獲取的心電信號r波幅值較大的特點，可以方便快捷識別其中的r波。

由于心電信號容易因呼吸、肢體運動等產(chǎn)生基線漂移，以及易受肌電信號干擾，因此現(xiàn)有技術(shù)直接在原始心電信號上自動準(zhǔn)確尋找r波有較大難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中不足，提出基于心電信號的差分信號搜尋r波的心率計算方法，用于解決上述問題。

為了達(dá)到上述的技術(shù)效果，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種基于心電信號的心率計算方法，包括以下步驟：

第一步：獲取心電信號的差分絕對值信號

給定一段時長l秒的肢體導(dǎo)聯(lián)i導(dǎo)聯(lián)心電信號x1(n)，其中n＝1，1、2、…、f*l，f為信號采樣頻率；計算其差分信號d_x1(n)＝x1(n+k)–x1(n)，其中n＝1、2、…、f*l–k，k為小于n的一個正整數(shù)；對差分信號d_x1(n)中各個元素取絕對值，得到差分絕對值信號abs_d_x1(n)；

第二步：搜索峰值點

對差分絕對值信號abs_d_x1從起始位置點開始搜索，當(dāng)遇到幅值大于thres1的點p1，則在區(qū)間[p1，p2]上搜索幅值大于thres1的點的數(shù)量cnt1，其中p2、p1為點的索引值，且p2與p1的時長間距為0.1秒，如果cnt1/(p2–p1)大于閾值thres2，thres2＝0.5，則將[p1,p2]區(qū)間上幅值最大點定義為一個峰值點；然后，從p2+1點繼續(xù)采用上述方法向前搜索，如此循環(huán)直到差分絕對值信號abs_d_x1結(jié)束位置時停止搜索；此過程將獲得若干個峰值點的集合a＝{a1,a2,…}，a1、a2……分別表示各峰值點；

第三步：定位r波

在心電信號x1(n)上以集合a中各峰值點為中心的鄰域，即區(qū)間[ai–d，ai+d]上搜索最大幅值點，這些點即為r波頂點；其中ai表示集合a＝{a1,a2,…}中任意一峰值點的相應(yīng)索引值，d為正整數(shù)；

第四步：計算心率

計算相鄰兩r波頂點的時間間隔t，由t可以換算得到一個瞬時心率；對所有瞬時心率求平均，即可得到該時長l秒內(nèi)的平均心率；其中t的單位為秒。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是：在第一步中，l≥2。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是：第二步中，令閾值thres1＝4*m，其中m為差分絕對值信號abs_d_x1的均值。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是：第三步中，d為0.1*f向下取整的結(jié)果，f為信號采樣頻率。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是：第四步中，瞬時心率為60/t。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是：第一步中，k為0.01*f向下取整的結(jié)果，f為信號采樣頻率。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果：本發(fā)明提供的方法從采集的一段連續(xù)心電信號序列中提取特征點(如r波頂點)，并計算出相鄰特征點間的時間間隔，再計算這些時間間隔的均值，利用該均值即可換算得到一定時間長度內(nèi)的平均心率。該方法可以快速準(zhǔn)確地從心電信號中自動計算得到心率值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例心電信號x1(n)的示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例差分絕對值信號abs_d_x1(n)的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合本發(fā)明的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述和說明。

實施例：

一種基于心電信號的心率計算方法，第一步是獲取心電信號的差分絕對值信號。如圖1所示，已知一段長度l＝3秒的人體肢體導(dǎo)聯(lián)i導(dǎo)聯(lián)心電信號x1(n)，n＝1、2、…、f*l，其中信號采樣頻率f＝512。其差分信號d_x1(n)＝x(n+k)–x(n)，n＝1、2、…、f*l–k，k為0.01*f向下取整的結(jié)果即5。對d_x1(n)中各個元素取絕對，得到差分絕對值信號abs_d_x1(n)，如圖2所示。

第二步，搜索峰值點。首先計算abs_d_x1(n)的均值m為161，取閾值thres1＝4*m，即644。閾值thres2取0.5。其次，如圖2所示，對信號abs_d_x1(n)從起始位置點abs_d_x1(1)開始搜索，當(dāng)遇到幅值大于thres1的點p1時，則在區(qū)間[p1,p2]上搜索幅值大于thres1的點的數(shù)量cnt1，其中p2、p1為點的索引，且p2與p1的時長間距為0.1秒，如果cnt1/(p2–p1)大于閾值thres2，則將[p1,p2]區(qū)間上幅值最大點定義為一個峰值點。然后，從p2+1點繼續(xù)采用上述方法向前搜索，如此循環(huán)直到信號abs_d_x1(n)結(jié)束位置時停止搜索。此過程將獲得若干個峰值點的集合a＝{a1,a2,…}，a1、a2等表示各個峰值點。

第三步，定位r波。在心電信號x1(n)上的以集合a中各峰值點為中心的鄰域即區(qū)間[ai–d,ai+d]上搜索最大幅值點，這些點即為r波頂點，如圖1所示。其中，d為0.1*f向下取整的結(jié)果即51，ai表示集合a＝{a1,a2,…}中任意一峰值點的相應(yīng)索引值。

第四步，計算心率。計算相鄰兩r波頂點的時間間隔t，即0.84和0.86，依據(jù)瞬時心率r＝60/t，可得對應(yīng)的瞬時心率71.4和70.6；對所有瞬時心率求平均，即可得到該時長l內(nèi)的平均心率即70。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于心電信號的心率計算方法，涉及醫(yī)學(xué)電子信息領(lǐng)域。本發(fā)明提供的方法包括以下步驟：第一步：獲取心電信號的差分絕對值信號；第二步：搜索峰值點；第三步：定位R波；第四步：計算心率。該方法從采集的一段連續(xù)心電信號序列中提取特征點，R波頂點，并計算出相鄰特征點間的時間間隔，再計算這些時間間隔的均值，利用該均值即可換算得到一定時間長度內(nèi)的平均心率。該方法可以快速準(zhǔn)確地從心電信號中自動計算得到心率值。

技術(shù)研發(fā)人員：周楊;張雅勤;劉傳銀;張長安;朱文濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川長虹電器股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.26
技術(shù)公布日：2017.08.29