[发明专利]心电信号特征提取的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及心电信号分析技术，更具体地说，涉及一种心电信号特征提取的方法和系统。

背景技术

心电信号(electrocardiogram)是由体表电极随时间所记录的，反映心脏电活动的记录，是最早研究并应用于临床的生物电信号。ECG因为在心血管疾病的诊断、药物疗效评估等有重要临床应用，因而时至今日依然是医学界和生物医疗工程学界的研究热点。ECG具体可用于诊断心律失常、反映电解质紊乱、判断血钾、血钙浓度。评定起搏器共工作状况、手术后心脏状况的检查和提示必要的药物处理等等。标准的ECG如图1所示。心电信号由4个基本波形所组成，分别是QRS波、P波、T波和正常情况下出现几率75％的U波，该特征划分由Willem Einthoven提出并沿用至今。心电信号的产生与各个特征对应关系如图1所示。

心电信号的特征提取一直是心电信号自动分析的主要研究方向，主要包括了QRS波、P波、T波和ST段的检测。所谓特征提取即检测出各个特征的位置、起始点、终止点以及幅度等参数。特征提取的准确性以及稳定性会对临床诊断起到重要的影响，因此是心电信号处理系统研发中的关键问题之一。

1)、P波：表示心房从右至左除极。其幅度、宽度、形状以及持续时间可作为诊断心房扩大、心肌梗塞的依据。

2)、QRS波：表示左右心室除极。QRS波所包含的关于心脏健康情况信息最为丰富，Q波的状况可用于诊断心房肥大、心室扩大和心肌梗塞；R波和S波可用于诊断心肌炎。

3)、ST段与T波：表示左右心室复极。可用于诊断急性心肌梗塞和心室肥大。

4)、U波：产生机制未明，正常情况下极性同T波；通常可用于判断血钾浓度，诊断心室肥大和心肌梗塞。

5)、PR间期：表示心房去极化到心室除极的时间间隔。用于诊断房室传导阻滞。

5)、QT间期：表示心室由除极到复极的时间间隔。反映了心率的快慢。

对上述ECG信号特征参数的检测和提取是ECG信号处理的关键所在，其准确性和稳定性会影响到对患者状况进行诊断和治疗的效果。心电信号的特征提取是对心电进行分析的基础，其研究主要集中在检测QRS波、P波、T波和ST段等几项特征上面。其中，QRS波的提取是提取其他特征的基础。对QRS波进行检测的方法中，较常见的有由Jackson和Ahlstrom提出差分阈值法，Pan和Tompkins在此基础上引入了可变阈值和不应期等策略，使得错检率降低至0.675％以下。

另外，还有一种基于第一代小波变换的检测方法，能够有效地降低由工频、肌电噪声和呼吸基线漂移等噪声带来的干扰，使得检测准确率得到进一步的提升，错检率减至0.2％以下。

但是，不管是差分阈值法还是基于第一代小波变换的检测方法，都存在缺陷。

差分阈值法缺点主要在于以下方面：

1)特征提取的检测准确率较低，通常R波错检率在0.4％以上；

2)在时域进行检测，必须进行各类信号预处理，易受到心电信号采集过程中产生的各类噪声的干扰，鲁棒性差；

基于第一代小波变换的方法缺点主要在于以下方面：

1)运算量大，对实时性要求较高的便携式设备平台上并不适合，应用范围有限；

2)对存储空间要求高，对比其他方法如差分阈值法，所占用的存储空间要多出至少30％，限制了对其他功能的扩展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述准确率低、运算量大、鲁棒性差、存储空间要求高的缺陷，提供一种心电信号特征提取方法和系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种心电信号特征提取方法，包括：

A、基于自适应提升方法对经采样的心电信号x(n)进行多次小波变换直至达到预设尺度值；

B、依据小波系数d(n)计算阈值；

C、依据所述阈值检测所述心电信号中R波的位置；

D、依据尺度系数c(n)判断所述R波的位置是否正确，若否，则以预设步长调整所述阈值并返回步骤C。

在本发明所述的方法中，基于自适应提升方法进行小波变换的步骤包括：

分裂步骤，对经采样的心电信号x(n)分裂为奇数序列x_o(n)和偶数序列x_e(n)，可由下式表示：

x_o(n)＝x(2n+1)    x_e(n)＝x(2n)；

预测步骤，基于所述偶数序列x_e(n)预测所述奇数序列x_o(n)，得到小波系数d(n)；可由下式表示：