基于MATLAB的心電信號(hào)QRS波標(biāo)定方法的研究

1、 基于matlab的心電信號(hào)qrs波標(biāo)定方法的研究摘要：心電信號(hào)特征參數(shù)的提取和檢測(cè)是心電圖分析的基礎(chǔ)，而在ecg分析中，快速準(zhǔn)確地檢出qrs波群十分關(guān)鍵，本文對(duì)qrs波的識(shí)別方法進(jìn)行研究，對(duì)傳統(tǒng)的moriet-mahoudeaux算法進(jìn)行改進(jìn)，并提出了自己的改進(jìn)算法，通過matlab編寫程序?qū)崿F(xiàn)這一算法，并用mit-bih心電數(shù)據(jù)庫對(duì)這一算法進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)與傳統(tǒng)的算法檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果表明該算法簡單有效，準(zhǔn)確率高。關(guān)鍵字：ecg；matlab ；mit心電數(shù)據(jù)；qrs波標(biāo)定一、引言 心電數(shù)據(jù)的波形識(shí)別和參數(shù)提取是心電自動(dòng)化分析系統(tǒng)的關(guān)鍵，其可靠性和準(zhǔn)確性直接決定診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。在e

2、cg檢測(cè)中qrs波是檢測(cè)的關(guān)鍵，只有正確識(shí)別了r波的位置，才能分析ecg的其他細(xì)節(jié)，從而進(jìn)行參數(shù)測(cè)量和波形分析。因此r波標(biāo)定的準(zhǔn)確性，對(duì)于心電分析技術(shù)是很重要的。 目前，r波標(biāo)定的方法有很多種1-3，但是各種方法均有不足，因?yàn)樾碾娦盘?hào)波形的復(fù)雜性和各種類型的噪聲存在生理上的變異性，都使r波的標(biāo)定有很大困難。本文對(duì)moriet-mahoudeaux算法進(jìn)行改進(jìn)，在一定程度上消除了qrs波的漏檢與錯(cuò)檢。由于matlab的具有強(qiáng)大的信號(hào)處理功能，本文采用matlab作為編程工具。二、qrs波的識(shí)別2.1心電信號(hào)的簡述 典型的心電波形包括p波、qrs波群和t波。p波反映了左右兩心房的去極化過程，qrs

3、波群代表左右兩心室去極化過程的電位變化，它通常包括了3個(gè)緊密相連的電位波動(dòng)，t波反映了心室復(fù)極化過程中的電位變化除了各波的形狀有特定意義外，各波之間的時(shí)間間隔在臨床上也有重要的理論和實(shí)踐意義。2.2 qrs波識(shí)別的算法及其改進(jìn)1981年，moriet-mahoudeaux4根據(jù)正常心電信號(hào)的特點(diǎn)和幅頻特性，首次提出了幅值和一階導(dǎo)數(shù)的算法，也稱為moriet-mahoudeaux算法。但是在實(shí)際的應(yīng)用中，這個(gè)算法還存在很多的不足，例如：在r波識(shí)別的過程中會(huì)存在漏檢和錯(cuò)檢，對(duì)于一些病理的心電信號(hào)的識(shí)別能力比較差，基于此對(duì)原有的算法加以改進(jìn)，在一定程度上減少了漏檢和多檢。具體算法如下： 2.2.1閾

4、值選擇1）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行隔點(diǎn)差分，其中是點(diǎn)的心電數(shù)據(jù)的幅值。 2）得出中的最大值和最小值，根據(jù)其求斜率閾值 其中為閾值系數(shù)。 2.2.2斜率判斷查找中連續(xù)兩點(diǎn)的值大于最大斜率閾值的點(diǎn)及連續(xù)兩點(diǎn)的值小于最小斜率閾值的點(diǎn)。 2.2.3幅值判斷在點(diǎn)與之間查找的極大值，該點(diǎn)即為r波波峰2.2.4閾值系數(shù)的選擇5-8 由于 k值一定時(shí)，大p波，大t波，小r波可能使該算法產(chǎn)生多檢或漏檢，所以本文根據(jù)當(dāng)前間期與前一個(gè)間期的關(guān)系對(duì)k值進(jìn)行調(diào)整，以消除多檢或漏檢，其具體方法如下：1）判斷是否小于300ms，若是則判定該點(diǎn)位噪聲，剔除。2) 若1）中條件不滿足，則將與前一個(gè)rr間期相比較，當(dāng) 時(shí)，初步判斷有漏檢，將閾

5、值系數(shù)減少為原來的0.9倍，從上一點(diǎn)重新開始檢測(cè)，并用記錄閾值系數(shù)調(diào)整系數(shù)，當(dāng)時(shí)，若r波波峰仍在t時(shí)刻出現(xiàn)，則恢復(fù)閾值，并判定無漏檢，且該心電心律不齊。r波識(shí)別算法流程圖2.3 基于matlab的程序設(shè)計(jì)與標(biāo)定結(jié)果2.3.1程序設(shè)計(jì)本文利用matlab對(duì)算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，matlab的版本為version 7.0.019920(r14)。為了讓讀者更直觀的了解程序的設(shè)計(jì)過程，下面給出程序的偽代碼：2.3.2標(biāo)定結(jié)果為了進(jìn)一步驗(yàn)證本算法的有效性9，我們?cè)趍it-bih10心電數(shù)據(jù)庫中選擇了具有代表性的心電信號(hào)101,103,105,109,111,200,201,207,208,222。由于每一個(gè)編

6、號(hào)的心電數(shù)據(jù)非常多，共有65000個(gè)數(shù)據(jù)，為了處理簡便，在這里，我們只取了每個(gè)文件里的3000個(gè)數(shù)據(jù)。由圖3可以看出，利用mit-bih心電數(shù)據(jù)庫中的編號(hào)為101的心電信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定的結(jié)果是很不錯(cuò)的。圖3 r波標(biāo)定的結(jié)果圖4 算法改進(jìn)前后標(biāo)定結(jié)果對(duì)比對(duì)以上這8組心電信號(hào)，我們分別采用原始算法和改進(jìn)后的算法進(jìn)行標(biāo)定，通過統(tǒng)計(jì)r波的誤檢率來驗(yàn)證改進(jìn)算法的優(yōu)越性。圖5 兩種方法r波誤檢率比較三、結(jié)束語本文對(duì)經(jīng)典的moriet-mahoudeaux算法進(jìn)行深入研究，并對(duì)這種算法的不足進(jìn)行了改進(jìn)，從而提高對(duì)r波的識(shí)別率。這種算法的特點(diǎn)：1） 采用了自適應(yīng)的閾值系數(shù)，一改以往使用固定閾值的方法，能夠更好的適

7、應(yīng)各種心電信號(hào)，從而提高r波識(shí)別率2） 算法計(jì)算量較小，對(duì)正常心電信號(hào)的識(shí)別快速準(zhǔn)確，適合在便攜式心電監(jiān)護(hù)裝置中使用。通過matlab實(shí)現(xiàn)這一算法，對(duì)各領(lǐng)域心電信號(hào)分析提供理論依據(jù)。參考文獻(xiàn)：1余永紀(jì)，張亞君，洪明，基于matlab心電信號(hào)實(shí)時(shí)處理的研究，中國水運(yùn)(下半月)，2009(03)2李昕, 孫媛媛.一種改進(jìn)的心電信號(hào)預(yù)處理方法研究j.微計(jì)算機(jī)信息,2010,(01)3侯宏花, 桂志國.基于小波熵的心電信號(hào)去噪處理j.中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào),2010,(01)4p. m. mahoudeaux et al,simple microprocessor-based system for on-line ecg analysis,med.biol.eng. 1981:vo1.19: 497500.5趙艷娜, 魏瓏, 徐舫舟, 趙捷, 田杰, 王越.基于小波變換的心電信號(hào)去噪綜合算法j.現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展,2009,(16)6高燕, 熊焰, 李京文.qrs波相位檢測(cè)算法j.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,(01)7譚云福, 杜磊.動(dòng)態(tài)心電信號(hào)自動(dòng)分析技術(shù)的研究j.微計(jì)算機(jī)信息,2009,(18)8