[发明专利]基于波形特征匹配的心电信号R波峰检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及心电信号自动检测与分析技术领域，特别涉及一种用于心电信号特征提取和匹配的心电信号R波峰检测方法。

背景技术

心电图(Electrocardiogram，简称ECG)是指，心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着生物电的变化，通过心电描记器从体表引出多种形式的电位变化的图形。心电图是心脏兴奋的发生、传播及恢复过程的客观指标。QRS复合波是心电信号的一个重要特征，也是心电信号检测中最基本的问题，它不仅是诊断心律失常的最重要依据，而且只有在QRS复波确定后才能分析心电信号的其它细节，获取更多的信息。如果QRS复波检测不准确，会大大影响到后面的分析判断工作。QRS复波的检测是所有分析算法的前提，而波形定位的精度将直接影响指标的可信度。QRS复波检测往往以R波峰为准进行定位，R波峰定位便成为QRS复波检测的基础；同时，R波峰作为心电信号单拍节律的最高点，常作为其余波形定位的基点，并可通过检测R波峰得到RR间期、心率、心率变异性等重要参数。因此，R波峰的检测在心电信号检测中具有重要的临床意义。如图2所示的心电信号实例波形图中，r₁、r₂、r₃分别为其中的3个R波峰。

目前，应用比较普遍的R波峰检测方法大致可以分为两类：

一类是几何变换方法，如阈值检测法、斜率法、面积法以及采用一系列带通滤波器提取QRS复合波技术等。这些方法对短周期平稳的心电信号可以提供较高的检测精度，但对于如图3所示的心电信号，由于其中部分波峰异常对R波峰检测形成干扰，几何变换方法并不能提供良好的R波峰检测精度。

专利号为200810238523.4的中国专利“基于心电间期序列归一化直方图的心衰检测方法和装置”中，对心电信号R峰值的检测应用了另一类方法，即小波变换模极大值检测法。由于R波是高频波，在心电波形中的幅值远大于其他波，经过小波变换后，信号的R波能量主要集中在小尺度上，因此，应在低尺度上检测R波。采样后的心电信号往往含有高频噪声，但是噪声的幅值相比R波小的多，利用小波变换模极大值线在小尺度上定位R波时，噪声可以得到有效的抑制；R波在每个尺度上均能产生一对模极大值点，从而形成2条模极大值序列，它们在尺度1上会收敛于一点，即R波峰的横坐标点，通过检测收敛点即可确定R波峰的位置。但小波变换模极大值检测法在很多情况下也无能为力，例如：当出现频率较高、幅值较大的干扰时，小波变换模极大值检测就不能有效的区分出该波段是R波还是干扰；当干扰持续比较长的时间而不是在一个几拍内部，小波变换模极大值检测也会将频率和幅值与R波相当的干扰判断为R波。这些干扰都会让小波变换模极大值检测法失效，从而影响心电信号中R波峰的检测精度。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种采用计算机实现的、抗干扰能力更强的心电信号R波峰检测方法，该方法通过提取某些点与其所在波形上的其它点的相对位置关系，并通过度量其在对数极坐标分布模型中的分布特征，进而排除干扰、实现对心电信号上R波峰的准确识别。

本发明的目的是这样实现的：基于波形特征匹配的心电信号R波峰检测方法，将心电检测仪采集的心电信号输入计算机，由计算机进行低通滤波和采样预处理，并识别心电信号中的R波峰，依次包括如下步骤：

a)建立对数极坐标分布模型：在对数极坐标中预先设定对数极径的取值半径ξ_max以及极角的取值范围Δψ，将对数极径的取值半径ξ_max划分为M个等间隔区间，将极角的取值范围Δψ划分为N个等间隔区间，则对数极径的取值半径ξ_max、极角的取值范围Δψ以内的对数极坐标域划分为M×N个等间隔的二维区间，构成对数极坐标分布模型；

b)针对不同的导联方式，分别选取多个波形轮廓互不相同并且周期、幅度和R波峰均已知的心电信号分别作为模板信号，分别将各模板信号中R波峰前后各周期内的采样点映射到对数极坐标分布模型中，获取各模板信号中R波峰的分布特征；

c)对待测心电信号进行自相关分析，计算其自相关系数中每相邻两个局部最大值之间的时间间隔，取所述时间间隔的平均值作为待测心电信号的近似周期；

d)提取待测心电信号中的局部最大值点；

e)分别将待测心电信号中各局部最大值点前后各近似周期内的采样点映射到对数极坐标分布模型中，获取待测心电信号中各个局部最大值点的分布特征；