【導(dǎo)讀】電工作站的軟件系統(tǒng)。本文提出了小波變換中奇異點檢測的波形識別方法，并運(yùn)用于QRS,T波的檢測，在P波的檢測方面，運(yùn)用了時頻分析中的Wigner-Ville分布方法。的瞬時頻率的不同對正常心電圖與非正常心電圖的診斷進(jìn)行了設(shè)計。刺，都被消除了。在濾波的基礎(chǔ)上，進(jìn)行波形檢測，各個波的起始點、峰點。與終點的位置得到了準(zhǔn)確定位。根據(jù)波形識別的結(jié)果，對心率的計算和信號。的自動診斷得到了良好的效果。

　　

【正文】 0202d1500 1000 1500 2020 2500 3000 3500 4000 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 6d2500 1000 1500 2020 2500 3000 3500 4000101d3500 1000 1500 2020 2500 3000 3500 4000202d4 圖 41 小波的信號分解圖 在圖 41中，將心電信號分解為尺度 d d d d4，在各尺度下，都對應(yīng) 了信號的分解信息。 500 1000 1500 2020 2500 3000 3500 4000202j=1E C G 信號在 j = 1 , 2 , 3 , 4 尺度下的小波系數(shù)的模極大值點500 1000 1500 2020 2500 3000 3500 4000 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 6j=2500 1000 1500 2020 2500 3000 3500 4000101j=3500 1000 1500 2020 2500 3000 3500 4000202j=4 圖 42 小波分解信號 在各尺度下 的模極大值圖 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 0 500 1000 1500 2020 2500 3000 3500 4000 4500 1 . 51 0 . 500 . 511 . 52尺度 3 下小波系數(shù)的模極大值點 圖 43 尺度 3下的模極大值點圖 如圖 4 43所示，對心電信號進(jìn)行尺度分解，在圖 42中，在尺度 4上，顯示了小波系數(shù)的模極大值點。圖 41是在尺度 3上的模極大值點。 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4E C G w i t h R p e a k s ( b l a c k ) a n d S p o i n t s ( g r e e n ) o v e r E C GECG+R+S 圖 44 R波和 S波的檢測位置圖 圖 44是檢測到的 R波和 S波的位置圖，從圖中可看出，小波變換檢測波形位置是非常有效的方法。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 167。 Q、 S 波的檢測 QRS波開端和 末 端的檢測 ： 在檢測到 R峰以后， QRS波群的開端與尾端也要被檢測 ， QRS波群的開端被定義為 Q波的開端，而 QRS波群的尾端也被定交為 S波的尾端。 Q波和 S波是高頻低幅的，它們的能量主要集中在小尺度上 [22]， 所以檢測QRS波的開端與尾端選擇在 12 尺度上 ， 在 12 尺度上我們可以看出 Q波對應(yīng)著這樣的模極大值的位置，這個模極大值和一個負(fù)極大值成一對，且它的過零點則是 R峰的位置，而這個模極大值的位置就是 Q波的位置 ， 同理在 R峰的右側(cè)，負(fù)極大值的位置就對應(yīng)著 S波的位置 [24]。 在這里選擇在 12 尺度上進(jìn)行檢測，是因為在此尺度上，能有效的避免低頻 (基線漂移 )的影響。 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 0 . 100 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 6I n t e g r a t e d d a t a w i t h s c a n b o u n d a r i e s o v e r s c a l e d E C GInt ECG 圖 45 QRS波的檢測位置圖 167。 P、 T 波的檢測 167。 P 波的檢測 在 P波的檢測方面，在 ECG的解釋中， P波的檢測是一個既重要又困難的工作。 P波反映 了 左、右心房激動的過程，它能夠提供重要的診斷信息。檢河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 測 P波的困難在于它與大幅度的 QRS波比較臨近且是非平穩(wěn)的，在時頻分布中， P波表現(xiàn)為振蕩式樣，它的特征主要有兩個 不同的成分確定 [ 23]。 在原始的心電圖中， QRS、 T 波都是比較明顯的，但 P波卻難以看出。 時間 t/s頻率 f/Hz0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8051015202530 圖 46 正常人的心電信號的互 Wigner_ville分布 在圖中可看出在 ～ ，這預(yù)示了 P波的位置。 167。 T 波的檢測 T波反映了晚期心室復(fù)極過程電位改變，位于 QRS綜合波之后。對于低頻的 T波來說，往往只在大尺度上產(chǎn)生模極值對，而在小尺度上產(chǎn)生的模極大值很小或不存在。因此在尺度 4下從 R波極值對的右側(cè)開始檢測，與 R波的檢測類似，通過兩個 模極大值間的過零點的位置便可以獲取 T波的峰值點。從 T波峰值對應(yīng)的極值對左側(cè)開始， T波的起點對應(yīng)于第一個極值對中較小的極值點 ， 從 T波波峰值對應(yīng)的極值對右側(cè)開始， T波的終點對應(yīng)于第一個拐點[24]。拐點判斷流程如下 ： 從 T波波峰值對應(yīng)的極值對的極大值的右側(cè)開始；設(shè)連續(xù)三點為 nT 、 1?nT和 2?nT ，且滿 足 nT ＞ 1?nT ＞ 2?nT ，如果 發(fā)生 在第 k 次滿 足 knT? ＞ 1??knT ，1??knT ≤ 2??knT 。 則 1??knT 為 T波終點。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 167。 參數(shù)計算 心電信號參數(shù)的計算是以波形分析為基礎(chǔ)的，即在提取出各個波形的起點、峰點和結(jié)束點之后，根據(jù)這些值來計算出一些具有臨床意義的參數(shù) [26]。心電信號包括的參數(shù)有心率 (RR間期 )， P波時限， PR (PQ)間期， QRS時限，QT間期，平均心電軸等 [25]。由于受呼吸、干擾等因素影響，各心動周期的心電波形存在某些差異，應(yīng)選擇心電圖記錄中最具代表性的心搏，通常選擇基線平穩(wěn)，干擾最小的 P, QRS, T波測量。 在進(jìn)行參數(shù)計算時，為了使設(shè)計 簡 便， 本文 只進(jìn)行了 心率 的計算 。 心率為每分鐘內(nèi)出現(xiàn)的心動周期次數(shù)，其單位為 ： 次 /min，可縮寫為 bmp，是用于診斷 心率變異、心率不齊等病癥的重要參數(shù)，其測量心率的常用的方法有 [27]： （ 1） 秒內(nèi) P波或 QRS波群出現(xiàn)的數(shù)目 。 在心電圖上，以 P波或 QRS波群起始部作為起點，測量至 6秒處作為終點，清點 6秒內(nèi) (在紙速為 25mm/s時， 15厘米為 6秒鐘 )P波或 QRS波群的數(shù)目，乘以 10,即為每分種的心率。 （ 2） RR間期 ： 測量若干個 RR間期 (一般要求至少測量 5個或 5個以上 )，計算其平均值，代表一個心臟激動周期的時間，為兩個 R峰的間隔，以秒 (s)為單位，則 60/（ RR間期 )。 在本 文的設(shè)計中 采用了求 R波的峰值個數(shù)來確定心率，將大約一分鐘的心電信號內(nèi)出現(xiàn)的 R波峰值算出，再對峰值個數(shù)進(jìn)行計算，即可得出心率 。 167。 心電的自動診斷分析 經(jīng)過預(yù)處理、波形分析 和參數(shù)計算的 EGG信號就可以根據(jù)各參數(shù)的臨床意義，通過計算機(jī)診斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動診斷。計算機(jī)自動診斷心電圖的研究至今離臨床實用尚有一定的距離，還有許多工作需要完善的。主要有： 1)收集更多的各種臨床心電數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改進(jìn)，使之更準(zhǔn)確、可靠。2)做好軟件可靠性測量，使之在心電分析過程中更準(zhǔn)確、可靠。 現(xiàn)在醫(yī)學(xué)上也沒有絕對的正常與非正常心電圖的診斷標(biāo)準(zhǔn)，許多醫(yī)療儀器的公司如光電的產(chǎn)品說明書上只對部分病癥的診斷給出了自己的診斷標(biāo)準(zhǔn)，并說明了僅供醫(yī)學(xué)參考。這里我們由于參考的樣本病癥不是很全面，進(jìn)對正常心電圖、 異常心電圖病癥的診斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了總結(jié)和研究，僅供醫(yī)學(xué)參考 [28]。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 我們對兩組已知醫(yī)生診斷結(jié)果的實際正常與非正常心電圖進(jìn)行了診斷，得出了診斷正確率的統(tǒng)計，可見對于正常與非正常心電圖的區(qū)分取得了較好的自動診斷效果。 在設(shè)計中分別采用了了兩路信號，一路為人體正常的心電信號，另一路為人體異常的心電信號，利用時頻分析在心電圖信號處理中的應(yīng)用，進(jìn)行信號處理。 利用在時頻分析的作用下，兩種不同狀態(tài)下的 ECG信號的時域波形及其瞬時頻率的顯著差別來診斷，正常和異常的 ECG信號波形差別較大，表現(xiàn)在P、 QRS、和 T波的位置及其形 狀上 [ 29]。 兩中狀態(tài)下的瞬時頻率明顯不同，正常的 ECG信號的頻率變化主要發(fā)生在 QRS波的附近，而異常的 ECG信號的頻率變化位置有多處，且無規(guī)則。 167。 本章小結(jié) QRS波的檢測是心電信號處理過程中最重要的步驟 ，它的檢測質(zhì)量關(guān)系到整個自動處理過程的質(zhì)量。 經(jīng)過分析處理，應(yīng)用小波變換奇異點分析在 QRS波的檢測方面取得了很好的效果； P波的檢測利用時頻分析，在互 WignerVille的算法結(jié)果下，能得到很明顯的振蕩，在 P波位置確定上非常有效。 標(biāo)準(zhǔn)心電波形特征提取對有的信號效果非常好，但它對有些信號就不 能很好的處理。 參數(shù)計算，計算心率次數(shù)在分析心電中是非常重要的 ，在處理心率失常方面非常重要。這里本文 利用計算 R波的峰值來確定心率， R波峰值有多少個，心率就是多少，這個方法在計算心率時很有效。 本章對心電 信號的自動 診斷進(jìn)行了 分析 ， 通過對兩組已知醫(yī)生診斷結(jié)果的實際正常與非正常心電 信號進(jìn)行時頻分析處理，比較兩種信號的瞬時頻率的差異，即能得出結(jié)果。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 本課題結(jié)合現(xiàn)有的心電采樣模塊及上述幾章關(guān)于心電所述的關(guān)于心電預(yù)處理、識別、參數(shù)計算及自動診斷的方法，設(shè)計出了一套較完整的心電分析的軟件系統(tǒng)。本 章首先介紹軟件的模塊設(shè)計，接著主要介紹了主界面及實現(xiàn)功能的 matlab程序。 167。 結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)本設(shè)計研究的內(nèi)容，設(shè)計是在 matlab軟件環(huán)境下開發(fā)了比較完整的系統(tǒng)軟件，其各功能模塊如下： 圖 51 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖 該軟件 的分析功能模塊包括： 首先 將下載的心電數(shù)據(jù)編程實現(xiàn)圖形可視化， 在界面上顯示出來，之后對心電信號進(jìn)行分析將其所含的噪聲濾掉，接著是本設(shè)計最關(guān)鍵的一部分，心電的波形分析，分別對 P、 QRS、 T波進(jìn)行檢測，本設(shè)計接下來對心電進(jìn)行參數(shù)計算和心率失常自動分析。 在 MATLAB軟件 [30]中設(shè)計的 GUI界面如下： GUI 界面 輸入 ECG 信號 QRS 波檢測 QRS 波檢 測 測 S波檢測測 濾掉各種噪聲 心電波形檢測 心電參數(shù)計算 心電自動分析 P 波檢測測 T 波檢測 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 圖 52 GUI界面圖 167。 模塊實現(xiàn) 讀入信號 心電信號是以數(shù)據(jù)形式出現(xiàn)，為了 更加方便的對信號進(jìn)行處理， 必須將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可視化的圖像，在 MATLAB 軟件中實現(xiàn)的程序見附錄。 噪聲的濾除 為了得到準(zhǔn)確的心電信號分析數(shù)據(jù)，在對其進(jìn)行處理時必須先濾噪，分析參考第三章，實現(xiàn)程序見附錄。 波形分析 及參數(shù)計算 心電分析的關(guān)鍵問題是檢測，可靠的檢測不僅是診斷心律失常的重 要依據(jù)，而且只有在確定之后，才有可能計算心率，才能分析心電的其它細(xì)節(jié)信息。 分析參考第四章，波形檢測實現(xiàn)程序見附錄。 心電的自動診斷 利用在時頻分析的作用下，兩種不同狀態(tài)下的 ECG信號的時域波形及其瞬時頻率的顯著差別來診斷，正常和異常的 ECG信號波形差別較大，表現(xiàn)在P、 QRS、和 T波的位置及其形狀上。 實現(xiàn)程序見附錄。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 總 結(jié) ECG信號對心血管疾病診斷的重要意義以及 在 檢測中存在的許多困難，使 ECG信號 的 檢測與診斷 至今 仍然是醫(yī)學(xué)信號處理中的一大重要而熱門的課題。本 文對 ECG信號的預(yù)處理、波形分析、參數(shù) 計算、自動診斷等，作了較詳細(xì)的研究，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了一套較完整的、具有實際運(yùn)用價值的心電工作站的軟件系統(tǒng)。本論文主要工作歸納如下 ： （ 1） 分析 心電信號的干擾，針對不同的噪聲提出了 小波 的消噪方法；并利 用 小波變換 對 ECG噪聲 進(jìn)行消除設(shè)計 ，通過仿真可以看出該方法對于工頻濾波 、 肌電噪聲 和基線漂移 的消除具有較好的結(jié)果。 （ 2） 本文 提出了小波變換的波形識別方法 ，并 用于 QRS、 T波的識別 ，將小波變換運(yùn)用于 QRS波的起 始 點的定位，雖然其算法較為復(fù)雜，但其使波形檢測在干擾較大的情況下也能夠順利進(jìn)行，且該算法有效抑制了 P波和 T波對檢測 結(jié)果的不利影響，提高了檢測精度。 P波的檢測運(yùn)用了時頻分析中的WignerVille分布。 （ 3） 根據(jù)波形識別的結(jié)果，對心電圖中心率的計