本發(fā)明涉及一種心電信號(hào)r波實(shí)時(shí)檢測(cè)的改進(jìn)方法。

背景技術(shù)：

心血管疾病發(fā)病率越來(lái)越高，已成為目前對(duì)人類生命構(gòu)成最大的危害疾病之一。心電圖(ecg)作為心臟狀態(tài)的重要表征，在檢測(cè)心臟疾病時(shí)起到非常重要的作用。傳統(tǒng)的pc監(jiān)護(hù)儀價(jià)格昂貴，體積龐大，不便移動(dòng)且主要集中在醫(yī)院，而無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)患者的病情，給病人和醫(yī)生帶來(lái)很大不便。隨著嵌入式和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，可穿戴式心電監(jiān)護(hù)設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，它具有低成本、體積小、可靠性高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，適用于個(gè)人、家庭、中小型醫(yī)院和社區(qū)醫(yī)療單位。可穿戴式心電監(jiān)護(hù)設(shè)備需要快速對(duì)動(dòng)態(tài)心電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和心臟疾病的自動(dòng)診斷，以便能為用戶提供緊急救護(hù)、疾病預(yù)警、醫(yī)學(xué)咨詢和指導(dǎo)等多種服務(wù)，因此需要一種準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)心電r波檢測(cè)方法。

目前，心電r波檢測(cè)方法有：差分閾值法，小波變換法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模板匹配法和斜率法等。其中，差分閾值法正確率較高，但易受到噪聲的干擾；小波變換法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法識(shí)別正確率高，但算法復(fù)雜，不適合用于實(shí)時(shí)檢測(cè)；模板匹配法算法簡(jiǎn)單，但對(duì)高頻噪聲和基線漂移很敏感。斜率法算法簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，滿足實(shí)時(shí)心電監(jiān)測(cè)的要求，但識(shí)別正確率通常不高，如chan等人提到的一種利用斜率法檢測(cè)r波的實(shí)時(shí)性算法(tankf,chankl,choik.detectionoftheqrscomplex,pwaveandtwaveinelectrocardiogram[c]//internationalconferenceonadvancesinmedicalsignal&informationprocessing.iet,2000:41-47)，該方法的閾值選取固定而導(dǎo)致檢測(cè)正確率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是為了提高斜率法r波實(shí)時(shí)檢測(cè)正確率，提出了一種改進(jìn)的實(shí)時(shí)r波檢測(cè)算法，通過(guò)實(shí)時(shí)更新幅值篩選閾值和斜率比較閾值，并增加r波間隔校驗(yàn)，使得r波檢測(cè)正確率顯著提高，而算法運(yùn)算量只有少量增加，適用于便攜式可穿戴心電監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)r波檢測(cè)。

本發(fā)明提供的一種心電信號(hào)實(shí)時(shí)r波檢測(cè)方法，包括如下步驟：

1)原始心電信號(hào)去噪處理：采集到的原始心電信號(hào)中的噪聲包括工頻干擾、基線漂移及運(yùn)動(dòng)噪聲，利用高通濾波器去除基線漂移和運(yùn)動(dòng)噪聲，使用陷波濾波器法去除50hz工頻干擾及其諧波，得到去噪后的心電信號(hào)數(shù)據(jù)；

2)幅值閾值求取：若去噪后的心電信號(hào)數(shù)據(jù)為心電信號(hào)的第一個(gè)20秒，對(duì)心電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行幅值篩選，得到樣本r(n)，n＝1,2，…，n，n為正整數(shù)；選樣本r(n)前10s數(shù)據(jù)中的10個(gè)最大值，為防止信號(hào)中出現(xiàn)幅值較大的噪聲，取樣本r(n)中的第三個(gè)至第十二個(gè)為最大值的樣本，求其平均值并以此平均值作為幅值閾值at：

若去噪后的心電信號(hào)數(shù)據(jù)不為心電信號(hào)的第一個(gè)20秒，則幅值閾值at由步驟10)的更新公式(5)計(jì)算；

3)r波識(shí)別數(shù)據(jù)篩選：根據(jù)步驟2)中得到的幅值閾值at，選取心電信號(hào)數(shù)據(jù)幅值在[0.72*at,1.75*at]范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行r波識(shí)別，記為數(shù)據(jù)x(n)，對(duì)于幅值不在此范圍的數(shù)據(jù)，不予識(shí)別；

4)斜率閾值求取：若步驟3)中得到幅值篩選后的數(shù)據(jù)x(n)為心電信號(hào)的第一個(gè)20秒，信號(hào)長(zhǎng)度為l，根據(jù)公式(2)求得斜率：

s(l)＝-2x(l-2)-x(l-1)+x(l+1)+2x(l+2),l＝3,...,l-2(2)

并取此20秒數(shù)據(jù)中斜率s(l)的最大值作為斜率閾值st和斜率修正值maxi的初始值，若數(shù)據(jù)x(n)不為心電信號(hào)的第一個(gè)20秒，則斜率閾值st和斜率修正值maxi由步驟10)的更新公式(6)至(7)計(jì)算；

5)qrs波起始點(diǎn)確定：計(jì)算出第一個(gè)20秒之后的每組20秒數(shù)據(jù)的斜率，并與斜率閾值st比較，當(dāng)連續(xù)兩個(gè)心電信號(hào)數(shù)據(jù)的斜率s(l)和s(l+1)均大于閾值st時(shí)，認(rèn)為斜率s(l)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)是一個(gè)qrs波段的起點(diǎn)，記該起點(diǎn)的幅值為h；

6)qrs波段r波初判：步驟5)中檢測(cè)到一個(gè)qrs波段的起點(diǎn)后，在此波段中找到幅值最大的點(diǎn)，該最大點(diǎn)暫記為r波位置；

7)rr間隔確定：已檢測(cè)出序號(hào)為n的r波位置記為p(n)，由公式(3)計(jì)算出rr間隔記ir，ts為采樣頻率fs的倒數(shù)：

ir(n)＝(p(n)-p(n-1))*ts(3)

平均rr間隔ira由公式(4)計(jì)算實(shí)現(xiàn)，采取最近檢測(cè)到的10個(gè)間隔ir確定，

8)qrs波段r波排除：根據(jù)步驟7)中得到的平均rr間隔ira，在步驟6)檢測(cè)r波幅值最大點(diǎn)后，若該最大點(diǎn)與其前一個(gè)r波間隔時(shí)間ir(n)>1.66*ira，則該最大點(diǎn)與其前一個(gè)r波之間可能存在幅值較低的r波漏判，此時(shí)降低幅度閾值，令at＝0.6*at，若ir(n)<0.6*ira，該最大點(diǎn)與其前一個(gè)r波間隙過(guò)小，認(rèn)定為誤判；

9)qrs波段r波確定：根據(jù)步驟7)中得到的平均rr間隔ira，在步驟6)檢測(cè)r波幅值最大點(diǎn)后，若該最大點(diǎn)與其前一個(gè)r波間隔時(shí)間ir(n)∈(0.6*ira，1.66*ira)，則認(rèn)定為識(shí)別到一個(gè)r波，并記該最大點(diǎn)的幅值為hr；

10)閾值更新：幅值閾值at、斜率閾值st和斜率修正值maxi的值根據(jù)公式(5)-(7)自適應(yīng)更新：

st＝0.5*maxi(6)

其中，a(n)為序號(hào)為n的r波的幅值；

11)閾值自適應(yīng)更新后，重復(fù)步驟2)，直至數(shù)據(jù)停止傳輸。

進(jìn)一步地，步驟2)中，最大值存在選取規(guī)則：為避免前10個(gè)最大值中存在同一個(gè)r波峰值附近的點(diǎn)，利用高通濾波器去除噪聲后的數(shù)據(jù)每m個(gè)中取一個(gè)，然后按照所取點(diǎn)的幅值從大到小排序；m的數(shù)值由r波峰值下降到0之間的時(shí)間決定，設(shè)采樣率為fs，正常心電信號(hào)的一個(gè)qrs波群寬度約0.06～0.1s，信號(hào)幅度從0到r波峰值再下降到0的時(shí)間約為0.03s，其中，表示向下取整，即不超過(guò)x的最大整數(shù)。

本發(fā)明在現(xiàn)有斜率法檢測(cè)算法的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)時(shí)更新幅值篩選閾值和斜率比較閾值，以及增加r波間隔校驗(yàn)，能夠在較大干擾情況下以更高的正確率實(shí)時(shí)檢測(cè)r波，具有方法簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好，克服干擾能力強(qiáng)，準(zhǔn)確率高的顯著優(yōu)點(diǎn)，更適用于便攜式可穿戴設(shè)備中心電信號(hào)的實(shí)時(shí)r波監(jiān)測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中干性接觸心電信號(hào)采集方式。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中干性接觸采集心電信號(hào)去噪前后波形圖(a)原始信號(hào)，(b)陷波濾波器法去噪后的信號(hào)，(c)陷波濾波器法去噪和高通濾波器去噪后的信號(hào)。

圖4是現(xiàn)有斜率法檢測(cè)r波的檢測(cè)結(jié)果。

圖5是本發(fā)明方法r波檢測(cè)結(jié)果。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例所采取的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)一手表干性采集單導(dǎo)聯(lián)獲取的，一個(gè)電極信號(hào)取自一只手手腕處，另一個(gè)電極信號(hào)取自另一只手手指，干性接觸測(cè)得單導(dǎo)聯(lián)ecg信號(hào)，兩個(gè)電極采用差分的方法得到兩點(diǎn)的電勢(shì)差，以250hz的采樣頻率采集心電信號(hào)，采樣方式如圖2。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述和介紹：

1)心電數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理：采用自適應(yīng)陷波器來(lái)去除工頻干擾，可在去除50hz及其諧波干擾，采用陷波器濾除50hz工頻干擾，高通濾波器截止頻率為4hz濾除基線漂移和運(yùn)動(dòng)干擾，去噪效果如圖3；

2)幅度閾值確定：得到去噪后的數(shù)據(jù)后，若數(shù)據(jù)為心電信號(hào)的第一個(gè)20秒，在前10秒數(shù)據(jù)中每3個(gè)數(shù)據(jù)取一個(gè)，并將取得的數(shù)據(jù)按幅值由大到小進(jìn)行排序，記為r(n)，n＝1,2，…，n，n為正整數(shù)；為防止前10秒數(shù)據(jù)中出現(xiàn)幅值較大的噪聲，從而干擾到初始幅度閾值的取值，根據(jù)公式(1)取r(n)中的第3至第12個(gè)幅值的平均值作為幅度篩選閾值at，若該數(shù)據(jù)不為心電信號(hào)的第一個(gè)20秒數(shù)據(jù)，則幅度閾值at由公式(5)更新計(jì)算；

3)幅值篩選：得到幅度篩選閾值后，對(duì)下一組20秒的數(shù)據(jù)進(jìn)行幅值篩選，通過(guò)對(duì)已有ecg數(shù)據(jù)作概率分布函數(shù)分析可知，幅值在[0.72*at，1.75*at]范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)有可能為r波，對(duì)這部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行r波檢測(cè)，超出此范圍的數(shù)據(jù)一般不是r波，不予識(shí)別；

4)斜率閾值和斜率修正值求取：經(jīng)過(guò)幅值篩選后，對(duì)符合r波幅值范圍的數(shù)據(jù)x(n)進(jìn)行r波識(shí)別。以公式(2)計(jì)算斜率，若數(shù)據(jù)為心電信號(hào)的第一個(gè)20秒，取此20秒數(shù)據(jù)中斜率s(l)的最大值作為斜率閾值st和斜率修正值maxi的初始值，若該數(shù)據(jù)不為心電信號(hào)的第一個(gè)20秒，則斜率閾值st和斜率修正值maxi由公式(6)-(7)更新計(jì)算；

5)qrs波起始點(diǎn)確定：計(jì)算出之后每組20s數(shù)據(jù)的s(l)，并與st比較，當(dāng)連續(xù)兩個(gè)心電信號(hào)數(shù)據(jù)滿足s(l)>st時(shí)，認(rèn)為該處是一個(gè)qrs波段的起點(diǎn)，記該點(diǎn)的幅值為h；

6)qrs波段r波初判：步驟5)中檢測(cè)到一個(gè)qrs波段的起點(diǎn)后，在此波段中找到幅值最大的點(diǎn)，將此點(diǎn)暫記為r波位置；

7)rr間隔確定：已檢測(cè)出的序號(hào)為n的r波位置記為p(n)，幅值記為a(n)，由公式(3)計(jì)算出rr間隔ir，公式(4)計(jì)算出平均rr間隔ira；

8)qrs波段r波排除：根據(jù)步驟7)中得到的平均rr間隔ira，在步驟6)檢測(cè)r波幅值最大點(diǎn)后，若該點(diǎn)與前一個(gè)r波間隔時(shí)間ir(n)>1.66*ira，則此處與上一個(gè)r波之間可能存在幅值較低的r波被漏判，此時(shí)降低幅度閾值，令at＝0.6*at，若ir(n)<0.6*ira，此處與上一個(gè)r波之間間隙過(guò)小，認(rèn)為為誤判；

9)qrs波段r波確定：根據(jù)步驟7)中得到的平均rr間隔ira，在步驟6)檢測(cè)r波幅值最大點(diǎn)后，若該點(diǎn)與前一個(gè)r波間隔時(shí)間ir(n)∈(0.6*ira，1.66*ira)，則認(rèn)定為識(shí)別到一個(gè)r波，并記該點(diǎn)的幅值為hr；

10)閾值更新：幅度閾值at，斜率閾值st，和斜率修正值maxi的值根據(jù)公式(5)-(7)自適應(yīng)更新；

11)閾值自適應(yīng)更新后，以新的閾值進(jìn)行幅值篩選以及r波識(shí)別，重復(fù)步驟2)，數(shù)據(jù)停止傳輸后，退出循環(huán)，方法結(jié)束。

采用現(xiàn)有斜率法對(duì)圖2干性接觸采集的心電信號(hào)進(jìn)行r波檢測(cè)，結(jié)果如圖4所示。采用本發(fā)明所提出的改進(jìn)的實(shí)時(shí)r波檢測(cè)方法對(duì)圖2干性接觸采集的心電信號(hào)進(jìn)行r波檢測(cè)，結(jié)果如圖5所示，兩圖中黑色實(shí)線為ecg信號(hào)，黑色圓點(diǎn)為檢測(cè)出的r波位置。由圖可知，現(xiàn)有斜率檢測(cè)方法對(duì)形態(tài)與r波類似的噪聲、較大t波等信號(hào)很容易誤判為r波，本發(fā)明所提出的改進(jìn)的實(shí)時(shí)r波檢測(cè)方法可以有效檢測(cè)出真正的r波，正確率顯著提升，說(shuō)明了本發(fā)明所提方法的可行性。

需要說(shuō)明的是上所述實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。即凡依本技術(shù)方案的基礎(chǔ)上所作的等同變換或替代及修飾，皆應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍。