【導讀】隨著生活節(jié)奏的加快、工作壓力的增大，心臟病成為嚴重危害人民健康的疾病之一。我國死亡人口中大約有20%～30%是與心臟病有關。及時了解人類心臟病的狀況，對于適。時治療、預防心臟病突發(fā)死亡，具有十分重要的意義。目前，醫(yī)生對心血管疾病的診斷。傳播過程及心臟的機能狀態(tài)。如果心臟的傳導系統(tǒng)發(fā)生障礙或某部分心肌發(fā)生病變，心。產生心電圖的波形信號和其他生命體系統(tǒng)產生的信號一樣，具有以下幾個主要。第一隨機性較強：即信號無法用確定的函數(shù)式來描述；第三是信號頻率相對低：難以正確識別信息；經成為目前信號處理領域一個比較熱門的研究課題。與此同時也出現(xiàn)了相應的分析方法。早期在處理信號受限于硬件設備而難以實。小波變換便是當今一項重要的檢測技術，它是以數(shù)學理論為基礎，小波分析還具有多尺度性和“數(shù)。學顯微”特性，這些特性使得小波分析能夠識別信號中的突變信號。信息的真實性，給醫(yī)生提供清晰的心電圖形，真實地反應心臟內病灶的部位或嚴重程度，

　　

【正文】 常的 R波在特征尺度上對應于一對模極大值對。如果在一定時間范圍內有多個正負極值對如圖 ，那必須刪去無用的極值對。我們利用幅值最大的原則來確定極值對。 圖 變異波形存在多余的特征極值點 圖 存在多余的模極值對 50 100 150 200 250 300 350 400 2 1 0 1 2 ECG 50 100 150 200 250 300 350 400 2 1 0 1 2 D3 R波 S波 20 40 60 80 100 120 140 160 1 0.5 0 0.5 1 ECG 20 40 60 80 100 120 140 160 2 1 0 1 2 D3 1 2 3 5．丟失補償 (漏檢判斷 ) 由于心率失常， QRS 波幅度、頻率突然變得很小如圖 所示， R 峰點所對應的極值點或斜率達不到設定閾值，導致漏檢。我們可以則自動降低閾值，然后在上一 R波位置起，進行重新檢測。 根據(jù)前人提供的經驗，在平均的 RR峰間隔的 166%的時間間隔內沒有發(fā)現(xiàn) R 峰值，則用降低閾值在相鄰區(qū)域進行回溯查找，以免漏檢一些 R 波，此處的 166%是根據(jù)人的生理特性選取的。 20 40 60 80 100 1202101ECGSRS R 圖 心率失常 R波波峰 6 時移矯正： FIR濾波器具有線性相位，距離中心點的時延為 2/)12( ?j ，當尺度較小時，這個時延可以忽略，但是當尺 度較大時，我們就需要在檢測的過程中考慮到模極值對的時延值。也就是 ECG信號的 R波峰值對應著小波變換在 12?s 尺度上正極大值負極大值對的過零點，而在其它尺度上該 R波與相應的模極大值對的過零點則有 2/)12( ?j 的偏移量。 因此在相應尺度上確定變換后零穿越點位置后，還需要減去 2/)12( ?j 個采樣點才能得到波形的峰值。 b） R波檢測主要有步驟： 1．輸入 ECG 信號； 2．用小波函數(shù)對其分解，分別得到 )(2 nfWj ； 3．信號以 10s 為周期對濾波后的心電數(shù)據(jù)（ 3600 點數(shù)據(jù)）進行自然分段，段間重疊 200 個采樣點； 4．在 32 尺度上用閾值確定 R 波模極大值序列，初步定位出本段的模極大值。 若點 A 的值 ThpVa? ，則記 A 為正的局部極大值，若點 B 的值 ThnVb? ，則點 B 記為負的局部極大值。流程圖如 所示，對 104 號（含噪）心電信號的仿真實驗如圖 所示。 圖 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 . 500 . 51心電信號200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 . 500 . 5D3200 400 600 800 1000 1200 1400 1600202正極值點200 400 600 800 1000 1200 1400 1600202負極值點 圖 確定 104號心電圖模極值 否 否 是 否 是 是 在 j=3 尺度上檢測 搜索極值特征點 是否為正極值點 小于負閾值 大于正閾值 刪 除該點 記錄正極值點 記錄正極值點 順序處理下一個點 5. 運用策略處理正、負模極值： （ 1）不應期判斷：若相鄰負（正）極值點 Bw 和正（負）極值點 Aw 間的距離小于 200ms，則被看作是一個局部模極值對；否則忽略相應的極值。 （ 2）去除孤立的極值點： 通常采用檢測到的正極大值一負極小值對之間的斜率加以判別。本文針對此情況的產生，同時參考相關文獻資料用的以下判別方法： 規(guī)則一：假如在負極值 點位置的鄰近 (120ms)有兩個（多個）正極值點位置，設這兩個正極值點幅值為 1A ， 2A ，且各別離負特征極值點位置的距離為 1M , 2M ，則有： 21211 MAL ?? 22222 MAL ?? （式 ） 如果 212 LLL ?? ，則 舍去 2M ，否則舍去 1M 。 規(guī)則二：如果 iM 小于平均模極值對距離的 倍以下并且 iA 小于平均負極大值幅度 倍以下則認為是多余極值點； avri AA ? , avri MM ? （式 ） 其中 avrM 平均模極值對距 離 , avrA 平均負極大值幅度，根據(jù)先驗經驗得到。 規(guī)則三：若不能同時滿足規(guī)則一、二。則對于同側點，刪除距離較遠的正極值點；對于異側點，刪除左側點。如圖 所示 圖 二個正極值點一個負極值 A1 A2 M1 M2 L1 L2 A1 A2 M1 M2 L1 L2 （ 3）去除冗余的極值對： 規(guī)則一：本段的斜率閾值 iK ,若 KKi ?? *21，則認為該模極大值對 相應對應一個 QRS復合波，否則，去掉它們，其中 k? 為前兩段 R波斜率的平均值。 規(guī)則二： AP 和 BP 是兩個負、正極值對 A和 B的位置， RP 是 A 和 B 之前極大值對的位置， avgR 是 RR間期的平均值。比較 A,B 與最近被檢測到 R 波的距離，保留最接近 avgR的一對。 av gRBav gRA RPPRPP ????? ，則保留 A否則保留 B。 為了防止誤檢，在上訴步驟后還應有以下補充策略：如果當前 R波幅度不在前一個幅度的 40%160%之內，則說明這個波峰是個強干擾，去除；如果檢測的極值點數(shù)過多則說明說明噪聲干擾太大，變門限為原來的 。上述過程用流程圖表示如圖 所示。對 104 號心電信號仿真結果如圖 所示 6 漏檢 在平均的 RR峰間隔的 166%的時間間隔內沒有發(fā)現(xiàn) R 峰值，則降低閾值至原來的一半，在相鄰區(qū)域進行回溯查找，為了提高檢測準確性，本文中設計新的檢測區(qū)域 ],[ higlow來檢測 R 波： ))((* 8...2,11 ?? ?? ji RRm e a nRlo w ))((* 8...2,11 ?? ?? ji RRm e a nRh ig （式 ） 式中， low 和 hig 是新的檢測區(qū)間下限和上限， 1?iR 是上一個 R 波位置。式中)( 8...2,1?jRRmean 是前 8個合理范圍內的 RR間隔的平均值。在新的檢測區(qū)間中，實踐證明采用該方法可以減少很多漏檢，是行之有效的。圖 表示了防止漏檢流程圖。 7 時移矯正：所以在 4尺度上確定變換后零穿越點位置后，還需要減去 212?j 個采樣點才能得到波形的峰值 [27]。 圖 處理模極值 200 ms 內 讀入極值 負（正）極值點 120 ms內搜索正（負）極值點 否 刪除該正（負）極值點 是 是 否 記錄該正 （負）極值點 一個極值點 運用策略刪除 多余的極值點 記錄該 極值點 組成負（正負）極值對 一個極值對 是 記錄該極值對，插入到原序列中 運用策略去 除多余數(shù)對 否 極值對的零穿越點就是 R 波波峰 根據(jù) R 幅度間期進行誤檢判斷 符合條件 刪除該正（負）點 是 零交叉點既是 R 位置 否 繼續(xù)計算 RR間期 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600505未經過處理的極值點200 400 600 800 1000 1200 1400 1600505運用策略處理后的極值點 圖 運用策略處理模極值 圖 防止漏檢流程圖 判斷極值對 相鄰模極大值點間 距離 降低閾值查找局部極值點 是 否 相鄰模極大值點間 距離 200ms 是 否 該點暫不處理 進行去孤、誤檢判斷 重新檢測到的極值對按位置插入到主極值對中 結束 C） 仿真實驗 這里我們直接使用 MTI一 BIH數(shù)據(jù)庫中的 ，運用上述算法進行波形定位，進行四尺度分解，在第三尺度上檢測 R波。檢測示意圖如 500 1000 1500 2020 2500 3000 3500 400021012待檢測心電信號 1000 2020 3000 4000 0 . 0 200 . 0 2d1小波系數(shù)1000 2020 3000 4000 0 . 0 200 . 0 2j=1小波系數(shù)的模極大值點1000 2020 3000 4000 0 . 200 . 2d21000 2020 3000 4000 0 . 200 . 2j=21000 2020 3000 4000101d31000 2020 3000 4000101j=31000 2020 3000 40002101d41000 2020 3000 40002101j=4 500 1000 1500 2020 2500 3000 3500 40002024E C G 信號的 R 波峰值 圖 對 R波檢測 根據(jù)以上算法，我們依次檢測了數(shù)據(jù)庫中的其他數(shù)據(jù)，如表 2所示。 表 實驗結果數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)庫文件 心拍 數(shù) 檢測到的心拍數(shù) 正確率 100 2273 2273 100% 101 1865 1865 100% 102 2187 2158 % 103 2084 2067 % 104 2230 2189 % 105 2572 2539 % 111 2124 2098 112 2539 2528 % 113 1795 1760 % 114 1879 1866 % 115 1953 1932 200 2601 2609 誤檢 基于小波變換的 Q、 S 波檢測 同一波群的 Q、 S波和 R 波連接在一起，他們相距很近，一般情況下 Q、 S波幅度都比 R 波要小，通常是高頻低幅波，能量主要集中在小波變換的小尺度上，因此，我們在小尺度來檢測 Q波、 S波的有關參數(shù)，這樣可以避免低頻噪聲帶來的影響。 1. 確定波峰位置 根據(jù)檢測到的 R波峰值位置，常規(guī)的心電圖搜索 Q波及 S波方法如下：在尺度 j=2上，我們從 R波的模極值對出發(fā)，在其前后的一段時間窗口內尋找一個模極大值點，若在該時間窗口內找不到一個模極大值點，即說明如 Q 波或 S波不存 在。上面所用的時間窗口是根據(jù)以前檢測到的 QRS 波的起點或終點與其 R峰之間的間距來確定的。 1） S 峰的位置 由 R 峰的峰值點向后 內尋找第一個向下的波峰作為 S波波峰。為了降低高頻噪聲影響，本文選擇在 j=2尺度下檢測 S波，并且 S 波對應著 R波小波變換后生成的模極值對后一個零交叉點。 2） Q 峰位置 由 R 峰的峰值點向前 內尋找第一個極值點，即為 Q峰的位置。其余同上。 圖 峰值檢測示意圖 波群的起點、終點 在 Q 波、 S 波的位置確定 之后 QRS 波群的起點、終點也隨之確定。 QRS 波群的起點是指 Q波 (當 Q 波不存在時為 R波 )的起點； QRS 波的終點是指 S波 (當 S波不存在時為 R10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 300 200 100 0 100 200 300 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 20 0 20 40 j=2 R Q S 波 )的終點。理論上 QRS 波的起點對應于 R 波生成的模極大值對之前的第一個模極大值的起點 (過零點或趨零點 )，而終點對應于