基于MATLAB的心電信號QRS波標定方法的研究

1、 基于matlab的心電信號qrs波標定方法的研究摘要：心電信號特征參數(shù)的提取和檢測是心電圖分析的基礎(chǔ)，而在ecg分析中，快速準確地檢出qrs波群十分關(guān)鍵，本文對qrs波的識別方法進行研究，對傳統(tǒng)的moriet-mahoudeaux算法進行改進，并提出了自己的改進算法，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)庫對這一算法進行檢驗，同時與傳統(tǒng)的算法檢測結(jié)果進行實驗對比，結(jié)果表明該算法簡單有效，準確率高。關(guān)鍵字：ecg；matlab ；mit心電數(shù)據(jù)；qrs波標定一、引言 心電數(shù)據(jù)的波形識別和參數(shù)提取是心電自動化分析系統(tǒng)的關(guān)鍵，其可靠性和準確性直接決定診斷結(jié)果的準確性。在e

2、cg檢測中qrs波是檢測的關(guān)鍵，只有正確識別了r波的位置，才能分析ecg的其他細節(jié)，從而進行參數(shù)測量和波形分析。因此r波標定的準確性，對于心電分析技術(shù)是很重要的。 目前，r波標定的方法有很多種1-3，但是各種方法均有不足，因為心電信號波形的復(fù)雜性和各種類型的噪聲存在生理上的變異性，都使r波的標定有很大困難。本文對moriet-mahoudeaux算法進行改進，在一定程度上消除了qrs波的漏檢與錯檢。由于matlab的具有強大的信號處理功能，本文采用matlab作為編程工具。二、qrs波的識別2.1心電信號的簡述 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個緊密相連的電位波動，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，各波之間的時間間隔在臨床上也有重要的理論和實踐意義。2.2 qrs波識別的算法及其改進1981年，moriet-mahoudeaux4根據(jù)正常心電信號的特點和幅頻特性，首次提出了幅值和一階導數(shù)的算法，也稱為moriet-mahoudeaux算法。但是在實際的應(yīng)用中，這個算法還存在很多的不足，例如：在r波識別的過程中會存在漏檢和錯檢，對于一些病理的心電信號的識別能力比較差，基于此對原有的算法加以改進，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）對數(shù)據(jù)進行隔點差分，其中是點的心電數(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)兩點的值大于最大斜率閾值的點及連續(xù)兩點的值小于最小斜率閾值的點。 2.2.3幅值判斷在點與之間查找的極大值，該點即為r波波峰2.2.4閾值系數(shù)的選擇5-8 由于 k值一定時，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)當前間期與前一個間期的關(guān)系對k值進行調(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，若是則判定該點位噪聲，剔除。2) 若1）中條件不滿足，則將與前一個rr間期相比較，當 時，初步判斷有漏檢，將閾

5、值系數(shù)減少為原來的0.9倍，從上一點重新開始檢測，并用記錄閾值系數(shù)調(diào)整系數(shù)，當時，若r波波峰仍在t時刻出現(xiàn)，則恢復(fù)閾值，并判定無漏檢，且該心電心律不齊。r波識別算法流程圖2.3 基于matlab的程序設(shè)計與標定結(jié)果2.3.1程序設(shè)計本文利用matlab對算法進行實現(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)計過程，下面給出程序的偽代碼：2.3.2標定結(jié)果為了進一步驗證本算法的有效性9，我們在mit-bih10心電數(shù)據(jù)庫中選擇了具有代表性的心電信號101,103,105,109,111,200,201,207,208,222。由于每一個編

6、號的心電數(shù)據(jù)非常多，共有65000個數(shù)據(jù)，為了處理簡便，在這里，我們只取了每個文件里的3000個數(shù)據(jù)。由圖3可以看出，利用mit-bih心電數(shù)據(jù)庫中的編號為101的心電信號進行標定的結(jié)果是很不錯的。圖3 r波標定的結(jié)果圖4 算法改進前后標定結(jié)果對比對以上這8組心電信號，我們分別采用原始算法和改進后的算法進行標定，通過統(tǒng)計r波的誤檢率來驗證改進算法的優(yōu)越性。圖5 兩種方法r波誤檢率比較三、結(jié)束語本文對經(jīng)典的moriet-mahoudeaux算法進行深入研究，并對這種算法的不足進行了改進，從而提高對r波的識別率。這種算法的特點：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，從而提高r波識別率2） 算法計算量較小，對正常心電信號的識別快速準確，適合在便攜式心電監(jiān)護裝置中使用。通過matlab實現(xiàn)這一算法，對各領(lǐng)域心電信號分析提供理論依據(jù)。參考文獻：1余永紀， 張亞君，洪明，基于matlab心電信號實時處理的研究，中國水運(下半月)，2009(03)2李昕, 孫媛媛. 一種改進的心電信號預(yù)處理方法研究j. 微計算機信息 , 2010,(01) 3 侯宏花, 桂志國. 基于小波熵的心電信號去噪處理j. 中國生物醫(yī)學工程學報 , 2010,(01

8、) 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去噪綜合算法j. 現(xiàn)代生物醫(yī)學進展 , 2009,(16) 6高燕, 熊焰, 李京文. qrs波相位檢測算法j. 合肥工業(yè)大學學報(自然科學版) , 2009,(01) 7譚云福, 杜磊. 動態(tài)心電信號自動分析技術(shù)的研究j. 微計算機信息 , 2009,(18) 8劉文娜. 基于小波變換的心電信號濾波算法j