一種心電信號(hào)st段的識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 該發(fā)明是一種心電信號(hào)ST段數(shù)字識(shí)別算法，主要針對(duì)人體濾波后的心電信號(hào)，采 用斜率比極值法定位S波和T波，實(shí)現(xiàn)ST段的位移、斜率和寬度特征的準(zhǔn)確識(shí)別。
【背景技術(shù)】
[0002] 心電信號(hào)（Electrocardiogram，ECG)記錄了心臟在每個(gè)心動(dòng)周期中，由起搏點(diǎn)、 心房、心室相繼興奮，伴隨的電能量的變化，其形態(tài)變化反映了人體心臟功能，是反應(yīng)心臟 狀態(tài)的參考依據(jù)，準(zhǔn)確識(shí)別心電信號(hào)的變化特征顯得至關(guān)重要。
[0003] 心電信號(hào)的幅度范圍大約在10yV-5mV，頻率范圍大約在0. 05-100Hz。典型的心 電信號(hào)波形如圖1所示：心電信號(hào)是由許多特征部分組成，分別為：P波、Q波、R波、S波、T 波，其中Q波、R波、S波同屬于QRS波群中。QRS波群起點(diǎn)對(duì)應(yīng)于Q波峰之前的第一個(gè)斜率 突變點(diǎn)，QRS波群的終點(diǎn)對(duì)應(yīng)于S波峰之后的第一個(gè)斜率突變點(diǎn)。QRS波群的終點(diǎn)到T波起 點(diǎn)的一段稱為ST段。
[0004] 然而，由于T波相對(duì)于R波而言具有幅度小、頻率低的特點(diǎn)，其有時(shí)候很難和噪聲 信號(hào)進(jìn)行區(qū)分；同時(shí)，T波的形態(tài)也不唯一，具有正向單峰T波、雙峰T波和倒向單峰T波這 三類T波。這使得ST段特征提取一直都是國(guó)內(nèi)外心電信號(hào)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，盡管 已經(jīng)有時(shí)間窗檢測(cè)法、波形消除檢測(cè)法、小波分析法、主成分分析法等判別方法識(shí)別ST段， 但是有的計(jì)算大、復(fù)雜性高，而有的對(duì)于實(shí)際非標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)心電信號(hào)ST段識(shí)別效果并不理 想，所以，隨著心電監(jiān)護(hù)的社會(huì)需求日益增加，有必要研究一種新的計(jì)算簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)的 ST段識(shí)別方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 人體心電信號(hào)反映了心肌細(xì)胞有規(guī)律的除極復(fù)極過(guò)程，準(zhǔn)確識(shí)別心電信號(hào)特征對(duì) 了解心臟功能具有重要意義。采用心電檢測(cè)儀采集出的人體心臟信號(hào)S(t)，通常經(jīng)過(guò)濾波 方法去除基線漂移、工頻干擾、肌電干擾等檢測(cè)時(shí)參雜的干擾信號(hào)，可以獲得較為清晰的心 電信號(hào)兩0 ,然后采用特征提取方法提取心電信號(hào)特征，以反映心臟功能的強(qiáng)弱。
[0006] 本發(fā)明針對(duì)濾波后的心電信號(hào)s(t)，在已知R峰位置的前提下，采用斜率比極值 法準(zhǔn)確定位S波和T波，最后實(shí)現(xiàn)ST段位移、斜率和長(zhǎng)度特征的準(zhǔn)確識(shí)別。該方法不僅計(jì) 算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，而且準(zhǔn)確率高，為心電信號(hào)快速有效識(shí)別提供新途徑。
[0007] 本發(fā)明提供一種基于斜率比極值法的心電信號(hào)ST段識(shí)別方法，在心電信號(hào)中，J點(diǎn)和1?點(diǎn)分別是ST段與S波、T波的交界點(diǎn)，其均為斜率突變點(diǎn)，其中：
[0008]根據(jù)已知心電信號(hào)S(X)，心電信號(hào)R波峰點(diǎn)（xR，yR)和RR間期Trr;
[0009] 在R峰位置xR之后0. 55TRR的區(qū)間內(nèi)尋找峰點(diǎn)中的最大值，則最大值點(diǎn)XT處的峰 值yt即為T波峰值，且有T(Xt，yt);在R峰之前0. 45TRR的區(qū)間內(nèi)尋找峰點(diǎn)的最大值，則最大 值點(diǎn)Xp^的峰值ypl即為P波峰，且有P(Xpl，yp2);在知和X之間尋找谷點(diǎn)中的最小值點(diǎn)， 則最小值點(diǎn)Xs處的谷值ys即為S波峰值點(diǎn)S(Xs，ys);
[0010] 設(shè)R峰位置XR之后0? 52TRR處的采樣點(diǎn)為X^xR之后0? 58TRR處的采樣點(diǎn)為X"2， 貝>1心電信號(hào)基線縱坐標(biāo)々去；1二凡(7 = 152，..?。?gt;其中7]為區(qū)間[^，^2]之間心電信號(hào)采 樣點(diǎn)的幅值；
[0011]對(duì)于在心電信號(hào)S波和T波采樣點(diǎn)區(qū)間[xs，xt]內(nèi)的點(diǎn)P(xp,yp)，判斷yp與f。、之 間的關(guān)系，
[0018] 逐點(diǎn)計(jì)算斜率比入；
[0019] 在心電信號(hào)采樣點(diǎn)區(qū)間[xs，xt]內(nèi)分別找出斜率比A最小的點(diǎn)&和A最大的點(diǎn) xTcm點(diǎn)，則X』為J點(diǎn)位置，其對(duì)應(yīng)的心電信號(hào)幅值為y』，而xTcin為Tm的位置，其對(duì)應(yīng)幅值為 yTon?
[0020] 求取心電信號(hào)的ST段寬度Lst=XTcin-Xj。
[0021]此外，還可以求取ST段位移Dst=yj-f。，ST段斜率kST=(yTcin-yj) / (Xtot-Xj)。
[0022] 本發(fā)明的方法不僅計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，而且準(zhǔn)確率高，為心電信號(hào)快速有效識(shí)別 提供新途徑。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 附圖1為典型心電信號(hào)波形；
[0024] 附圖2為本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)心電信號(hào)ST段示意圖；
[0025] 附圖3為本發(fā)明的心電信號(hào)ST段抽象模型I;
[0026] 附圖4為本發(fā)明的心電信號(hào)ST段抽象模型II;
[0027] 附圖5為本發(fā)明的心電信號(hào)ST段抽象模型III。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 人體心電信號(hào)反映了心肌細(xì)胞有規(guī)律的除極復(fù)極過(guò)程，采用心電檢測(cè)儀采集出人 體心臟信號(hào)S(t)，并經(jīng)過(guò)濾波方法去除基線漂移、工頻干擾、肌電干擾等檢測(cè)時(shí)參雜的干擾 信號(hào)，獲得較為清晰的心電信號(hào)?(0，然后采用特征提取方法提取心電信號(hào)QRS波、RR間 期、S波、T波、ST段位移、ST段斜率等特征，以反映心臟功能的強(qiáng)弱。
[0029] 如圖1所示，心電信號(hào)中QRS波群的終點(diǎn)J到T波起點(diǎn)Tcin的一段被稱為ST段，而 對(duì)于ECG信號(hào)ST段識(shí)別的問(wèn)題，可以轉(zhuǎn)換為對(duì)于ECG信號(hào)J點(diǎn)和1"點(diǎn)的檢測(cè)。通常對(duì)于 ST段位移特征按照R+X，J+X等方法進(jìn)行提取，但這種方法依然受噪聲影響很大，甚至可能 出現(xiàn)很大偏差。所以，本發(fā)明提出一種新的斜率比極值檢測(cè)法對(duì)ECG信號(hào)ST段中的J點(diǎn)和 Tcin點(diǎn)進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)ST段的快速準(zhǔn)確識(shí)別。
[0030] 標(biāo)準(zhǔn)心電信號(hào)ST段示意圖如圖2所示。在標(biāo)準(zhǔn)的ECG信號(hào)中，J點(diǎn)和Tcin點(diǎn)分別 是ST段與S波、T波的交界點(diǎn)，其均為斜率突變點(diǎn)。以ST段作為水平線，可以將圖2抽象 為圖3所示的ST段模型。
[0031] 圖3中P點(diǎn)為心電信號(hào)ST曲線中不與點(diǎn)S和點(diǎn)T重合的任意一點(diǎn)，連接PT以及 PS，并如圖3所示分別做直角三角形APBT和APAS，令線段TB長(zhǎng)度為yi，PB為Xl，SA為 y2,PA為X2，連線ST斜率為k，TcinT斜率為kpJS斜率為k2。設(shè)X=Xl+x2,y=yi+y2,則當(dāng) 心電信號(hào)的點(diǎn)S(xs，ys)和點(diǎn)T(xt，yt)確定后，k= (yt-ys)/(xt_xs)，X=xt_xs，y=yt_ys， 且k、x、y均不變。再設(shè)直線PT的斜率為tana，PS的斜率為tan，則PT和PS的斜率比 入為：
比越小；X1越小，斜率比越大。從而，在J點(diǎn)到T。"點(diǎn)之間，J點(diǎn)是斜率比極小值點(diǎn)，T點(diǎn)是 斜率比極大值點(diǎn)。
[0036]b?當(dāng)P(xp，yp)位于TciJljT點(diǎn)之間時(shí)（如圖4)有：
[0038] X1=xt_xp，y!=yt_yp，Ic1=(yt-yp)/(xt_xp)，此時(shí)k!、k、x、y均為常數(shù)，X1 越大， 斜率比越大；X1越小，斜率比越小。從而，在T。"到T點(diǎn)之間，斜率比極大值點(diǎn)為Tm點(diǎn)。
[0039] c?當(dāng)P(xp，yp)位于S點(diǎn)到J點(diǎn)之間時(shí)（如圖5)有：
[0041] X2=xp_xs，y2= |ys|_|yp|，k2= (|ys|-|yp|)/(xp_xs)，此時(shí)k2、k、x、y均為常數(shù)， x2越大，斜率比就越?。粁2越小，斜率比就越大。從而，在S點(diǎn)到J點(diǎn)之間時(shí)，斜率比極小值 點(diǎn)為J點(diǎn)。
[0042] 通過(guò)以上分析可以知道，在心電信號(hào)S點(diǎn)到T點(diǎn)之間的采樣點(diǎn)中，每個(gè)采樣點(diǎn)與T 波峰和S波谷連線的斜率比A的極大值點(diǎn)為TcinA，極小值點(diǎn)為J點(diǎn)。因此，在心電信號(hào)的 點(diǎn)S和點(diǎn)T確定后，根據(jù)斜率比公式（1) -(4)可以對(duì)J點(diǎn)和Ton點(diǎn)準(zhǔn)確定位，從而得到ST 段特征值。
[0043] 在R峰和RR間期Trr已知的情況下，基于斜率比極值法的心電信號(hào)ST段特征識(shí)別 方法具體步驟如下：
[0044] (I)S波和T波定位
[0045] i.對(duì)濾波后的心電信號(hào)S(X)檢測(cè)所有的峰點(diǎn)和谷點(diǎn)，采用的基本判別標(biāo)準(zhǔn)為：令 yi、y〇、yi分別為采樣點(diǎn)X^XpX1的幅值，若存在又Zy。且Yt^y1，則認(rèn)為y。為峰點(diǎn)；反之，若 存在yi>y。且y〇〈yi，則認(rèn)為y。為谷點(diǎn)；
[0046] ii.然后根據(jù)心電信號(hào)特征范圍經(jīng)驗(yàn)值，以R峰為基準(zhǔn)，在R峰位置xR之后0. 55TRR 的區(qū)間內(nèi)尋找峰點(diǎn)中的最大值，則最大值點(diǎn)xT處的峰值yt即為T波峰值，且有T(xt，yt);在 R峰之前〇. 45TRR的區(qū)間內(nèi)尋找峰點(diǎn)的最大值，則最大值點(diǎn)X"處的峰值ypl即為P波峰，且 有P(xpl，yP2);
[0047] iii?在xjPXt之間尋找谷點(diǎn)中的最小值點(diǎn)，則最小值點(diǎn)Xs處的谷值ys即為S波 峰值，且有S(xs，ys)。
[0048] (2)ST段特征識(shí)別
[0049] i.根據(jù)心電信號(hào)TP間期平穩(wěn)無(wú)波動(dòng)心電信號(hào)范圍經(jīng)驗(yàn)值，設(shè)R峰位置知之 后0. 52TRR處的采樣點(diǎn)為X，xR之后0. 58TRR處的采樣點(diǎn)為X"2，則心電信號(hào)基線縱坐標(biāo) ，其中乃為區(qū)間[Xnil,X1J之間心電信號(hào)采樣點(diǎn)的幅值；
[0050] ii.對(duì)于在心電信號(hào)S波和T波采樣點(diǎn)區(qū)間[xs，xt]內(nèi)的點(diǎn)P(xp,yp)，通過(guò)判斷 7|5>心、7|5 =:^。還是7|5〈:^，確定？點(diǎn)在1'。111'間、]1" 1間還是在51間，并分另帳據(jù)公式（3)」2)、 (4)，逐點(diǎn)計(jì)算斜率比入；
[0051] iii.在心電信號(hào)采樣點(diǎn)區(qū)間[xs，xt]內(nèi)分別找出斜率比入最小的點(diǎn)&和入最大 的點(diǎn)Xtm^，則X』為J點(diǎn)位置，心電信號(hào)幅值為y』，而xT。為T的位置，幅值為yT。；
[0052] iv.最后求取心電信號(hào)的ST段寬度Lst=XTcin_Xl，ST段位移Dst=y「f。，ST段斜 率kST=(yTcin_yj) / (Xtot-Xj)。
[0053] 上述說(shuō)明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本 文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫 離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于斜率比極值法的心電信號(hào)ST段識(shí)別方法，在心電信號(hào)中，J點(diǎn)和T^點(diǎn)分別 是ST段與S波、T波的交界點(diǎn)，其均為斜率突變點(diǎn)，其特征在于： 根據(jù)已知心電信號(hào)S(X)，心電信號(hào)R波峰點(diǎn)（xR，yR)和RR間期Trr; 在R峰位置Xr之后〇. 55TRR的區(qū)間內(nèi)尋找峰點(diǎn)中的最大值，則最大值點(diǎn)XT處的峰值yt 即為T波峰值，且有T(xt，yt);在R峰之前0. 45TRR的區(qū)間內(nèi)尋找峰點(diǎn)的最大值，則最大值點(diǎn) xP1#的峰值ypl即為P波峰，且有P(xpl，yp2);在知和Xt之間尋找谷點(diǎn)中的最小值點(diǎn)，則最 小值點(diǎn)Xs處的谷值ys即為S波峰值點(diǎn)S(Xs，ys); 設(shè)R峰位置xR之后0. 52TRR處的采樣點(diǎn)為x^xR之后0. 58TRR處的采樣點(diǎn)為x"2，則心 電信號(hào)基線縱坐標(biāo)々，其中y]為區(qū)間[Xnl，Xn2]之間心電信號(hào)采樣點(diǎn) 的幅值； 對(duì)于在心電信號(hào)S波和T波采樣點(diǎn)區(qū)間[xs，xt]內(nèi)的點(diǎn)P(xp，yp)，判斷yp與f。、之間的 關(guān)系， 當(dāng)yP>f。時(shí)，P(Xp,yp)位于1?到T點(diǎn)之間，逐點(diǎn)計(jì)算斜率比入； 在心電信號(hào)采樣點(diǎn)區(qū)間[Xs，Xt]內(nèi)分別找出斜率比A最小的點(diǎn)&和A最大的Axtm 點(diǎn)，則^為J點(diǎn)位置，其對(duì)應(yīng)的心電信號(hào)幅值為y;，而xTcin為Tm的位置，其對(duì)應(yīng)幅值為yTcm; 求取心電信號(hào)的ST段寬度Lst=XTcin_Xl。2. 如權(quán)利要求1所述的心電信號(hào)ST段識(shí)別方法，其特征在于：求取ST段位移DST = yj-fD，ST段斜率kST=(yTcinIj)Axtot-Xj)。
【專利摘要】本發(fā)明針對(duì)濾波后的心電信號(hào)，基于R峰采用斜率比極值法準(zhǔn)確定位S波和T波，最后實(shí)現(xiàn)ST段位移、斜率和長(zhǎng)度特征的準(zhǔn)確識(shí)別。本發(fā)明的方法不僅計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，而且準(zhǔn)確率高，為心電信號(hào)快速有效識(shí)別提供新途徑。
【IPC分類】A61B5/0452
【公開(kāi)號(hào)】CN105030233
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510398091
【發(fā)明人】何宏, 王爭(zhēng), 譚永紅, 王月霞, 閆曉雯
【申請(qǐng)人】上海師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年7月8日