專利名稱：基于模板匹配的心電圖st段自動識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種心電圖ST段的識別技術(shù)，具體的說是一種基于模板匹配的心電圖ST段自動識別方法。
背景技術(shù)：
心臟是一個肌肉泵，在產(chǎn)生機(jī)械收縮之前，心肌細(xì)胞先產(chǎn)生電變化。心電變化傳到體表，用儀器記錄到放大的心電變化曲線就是心電圖。
一個正常心臟的電激動起源于竇房結(jié)，最先激動心房，當(dāng)左、右心房興奮時，心電圖儀記錄下一個時間較短的圓頭的正波，稱為P波。此后，有一個波群，波群中第一個向下的小且尖的負(fù)波，稱為Q波，其后是狹窄而高聳的向上非常大的尖的正波，稱為R波，緊接的又是向下的一個尖大的負(fù)波，稱為S波。這三個緊密相連的波被稱為QRS波群。QRS波群反映了左右心室的電興奮。ORS波群之后，有一個持續(xù)時間比較長的圓頭正波，稱為T波。這樣，心電圖的各間期就賦予了相應(yīng)的生理意義和病理意義“PR間期”代表心房開始興奮至心室開始興奮的時間，測量時從P波開始至QRS波開始的時間?！癝T間期”自QRS波終點(diǎn)至T波的起點(diǎn)，為一條平線。而“QT間期”自QRS波起點(diǎn)至T波終點(diǎn)，反映了心室從興奮開始至結(jié)束的時間。
心電圖ST段常見改變分為ST段的壓低和ST段提高ST段的壓低，見于冠心病心絞痛及因冠脈粥樣硬化，心肌供血不足，心肌缺血，心肌病(擴(kuò)張型、肥厚型、限制型)，心律失常，心衰，迷走神經(jīng)功能亢進(jìn)，竇性心動過速，腦心綜合癥；ST段抬高，見于急性心包炎，心肌損傷，心肌梗塞的急性期、室壁瘤，過早復(fù)極綜合征及變異型心絞痛。
因此，在心電監(jiān)護(hù)過程中，能夠自動識別ST段提高或壓低并且報警，其意義非常重大。但是，由于人體的個體差異，人的心電圖表現(xiàn)不一樣，而且，病態(tài)的心電圖表現(xiàn)也不一樣，要想找到ST段是一件比較困難的事。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在心電圖中，自動識別ST段的方法，并能自動判斷出ST段是抬高還是壓低，并能根據(jù)醫(yī)生設(shè)置的報警門限自動報警的設(shè)備。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于模板匹配的心電圖ST段自動識別方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A)用模板匹配的方法查找R點(diǎn)在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有預(yù)處理模板，設(shè)模板T(M×N)疊放在被搜索的心電圖S上平移，模板覆蓋下的那塊搜索圖為子圖Si，j，i，j為這塊子圖左上角像點(diǎn)在被搜索的心電圖S中的坐標(biāo)，作為參考點(diǎn)，用下面的公式計算參考點(diǎn)的相似度RR(i,j)=Σm=1MΣn=1MSi,j(m,n)×T(m,n)(Σm=1MΣn=1M[Si,j(m,n)]2)(Σm=1MΣn=1M[T(m,n)]2)]]>在搜索完被搜索的心電圖S后，找到最大相似度的位置，此時模板覆蓋的區(qū)域就認(rèn)為是R波存在的區(qū)域，然后進(jìn)一步確認(rèn)R波的存在，如果正是R波存在的區(qū)域，則匹配成功，跳出循環(huán)，否則，替換模板繼續(xù)進(jìn)行匹配查找R點(diǎn)；B)查找S點(diǎn)在R點(diǎn)后繼續(xù)往后查找到拐點(diǎn)處即是S點(diǎn)；C)查找ST段S點(diǎn)后斜率變化點(diǎn)設(shè)為J1點(diǎn)，J1點(diǎn)后斜率變化點(diǎn)設(shè)為J2點(diǎn)，J1點(diǎn)和J2點(diǎn)之間即為ST段。
在上述步驟的C)后可以加入以下步驟，進(jìn)而可以得到ST段與基準(zhǔn)點(diǎn)的比值。
D)查找基準(zhǔn)點(diǎn)在R點(diǎn)前，當(dāng)心電數(shù)據(jù)的斜率小于60，并且連續(xù)超過30次，則認(rèn)為是基準(zhǔn)點(diǎn)所在段，然后把該段求均值作為基準(zhǔn)點(diǎn)；E)用ST段的平均值減去基準(zhǔn)點(diǎn)的值，如果是負(fù)值，說明ST段壓低，如果是正值，說明ST段抬高；F)根據(jù)醫(yī)生設(shè)置的報警門限，確認(rèn)是否報警。
系統(tǒng)內(nèi)還可以設(shè)有一個根據(jù)當(dāng)前心電圖重新學(xué)習(xí)自動獲得的模板，當(dāng)預(yù)處理模板均不能匹配成功，本系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前心電圖重新學(xué)習(xí)，獲得模板，再用此重新獲得的模板來匹配當(dāng)前心電圖。
系統(tǒng)還可以將預(yù)處理模板按照匹配成功率排序，在A步驟中如果匹配成功，則停止匹配，并且調(diào)整模板的匹配成功率順序。
本發(fā)明的有益效果是采用預(yù)處理模板來匹配實(shí)時的心電圖，并且還能夠根據(jù)當(dāng)前心電圖重新學(xué)習(xí)來獲得模板，用多種異常心電信號發(fā)生器發(fā)出的心電信號來測試，其匹配成功率在98％以上，而且實(shí)時性很好，能在一個心動周期完成匹配，找到R點(diǎn)，繼而根據(jù)R點(diǎn)求出ST段，并與基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比較得知病者心臟的狀況。


圖1是標(biāo)準(zhǔn)的心電圖。
圖2是本發(fā)明方法的整體流程圖。
圖3是本發(fā)明方法中查找R波步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
本發(fā)明的具體實(shí)施例，如圖1所示一個標(biāo)準(zhǔn)的心電圖，依照本發(fā)明的方法查找其中的ST段，并與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較A)用模板匹配的方法查找R點(diǎn)在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有4個預(yù)處理模板，設(shè)模板T(M×N)疊放在被搜索的心電圖S上平移，模板覆蓋下的那塊搜索圖為子圖Si，j，i，j為這塊子圖左上角像點(diǎn)在被搜索的心電圖S中的坐標(biāo)，作為參考點(diǎn)，用下面的公式計算參考點(diǎn)的相似度RR(i,j)=Σm=1MΣn=1MSi,j(m,n)×T(m,n)(Σm=1MΣn=1M[Si,j(m,n)]2)(Σm=1MΣn=1M[T(m,n)]2)]]>在搜索完被搜索的心電圖S后，找到最大相似度的位置，此時模板覆蓋的區(qū)域就認(rèn)為是R波存在的區(qū)域，然后進(jìn)一步確認(rèn)R波的存在，如果正是R波存在的區(qū)域，則匹配成功，跳出循環(huán)，否則，替換模板繼續(xù)進(jìn)行匹配查找R點(diǎn)；B)查找S點(diǎn)在R點(diǎn)后繼續(xù)往后查找到拐點(diǎn)處即是S點(diǎn)；C)查找ST段S點(diǎn)后斜率變化點(diǎn)設(shè)為J1點(diǎn)，J1點(diǎn)后斜率變化點(diǎn)設(shè)為J2點(diǎn)，J1點(diǎn)和J2點(diǎn)之間即為ST段；
D)查找基準(zhǔn)點(diǎn)在R點(diǎn)前，當(dāng)心電數(shù)據(jù)的斜率小于60，并且連續(xù)超過30次，則認(rèn)為是基準(zhǔn)點(diǎn)所在段，然后把該段求均值作為基準(zhǔn)點(diǎn)；E)用ST段的平均值減去基準(zhǔn)點(diǎn)的值，如果是負(fù)值，說明ST段壓低，如果是正值，說明ST段抬高；F)根據(jù)醫(yī)生設(shè)置的報警門限，確認(rèn)是否報警。
上述步驟流程如圖2所示。
在C步驟中因?yàn)樾碾妶D的多樣性和個體差異，有的病人的心電圖可能不好確認(rèn)J2點(diǎn)，因此如果不能找到J2點(diǎn)，則根據(jù)心率的大小和經(jīng)驗(yàn)值來確定J2點(diǎn)，公式為J2＝J1+(40+X)×P，其中P為每毫秒的心電數(shù)據(jù)個數(shù)，X根據(jù)表1來確定。J1-J2就是ST段。然后把ST段做平均以減少誤差。
表1 心率與J2點(diǎn)的關(guān)系表

本發(fā)明的具體實(shí)施例2，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，除了系統(tǒng)提供4個預(yù)處理的模板外，還提供一個根據(jù)當(dāng)前心電圖重新學(xué)習(xí)自動獲得的模板，根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，把這4個預(yù)處理模板按照匹配成功率排好序，然后分別用這4個預(yù)處理模板來匹配當(dāng)前的心電圖，如果匹配成功，則停止匹配，并且調(diào)整模板的匹配順序，匹配成功的模板在下一次首先匹配，這樣可以節(jié)約時間，而且同一個人的心電信號變化不大，因此匹配成功率也很高；如果4個預(yù)處理模板均不能匹配成功，本系統(tǒng)還會根據(jù)當(dāng)前心電圖重新學(xué)習(xí)，然后獲得模板，再用此重新獲得的模板來匹配當(dāng)前心電圖.匹配成功后，就找到了QRS波群。然后根據(jù)QRS波群的特性，根據(jù)斜率查找QRS波群的拐點(diǎn)，這個拐點(diǎn)就是R點(diǎn)，其流程如圖3所示。本實(shí)施例用多種異常心電信號發(fā)生器發(fā)出的心電信號來測試，其匹配成功率在98％以上，而且實(shí)時性很好。
權(quán)利要求
1.一種基于模板匹配的心電圖ST段自動識別方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A)用模板匹配的方法查找R點(diǎn)在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有預(yù)處理模板，設(shè)模板T(M×N)疊放在被搜索的心電圖S上平移，模板覆蓋下的那塊搜索圖為子圖Si，j，i，j為這塊子圖左上角像點(diǎn)在被搜索的心電圖S中的坐標(biāo)，作為參考點(diǎn)，用下面的公式計算參考點(diǎn)的相似度RR(i,j)=Σm=1MΣn=1MSi,j(m,n)×T(m,n)(Σm=1MΣn=1M[Si,j(m,n)]2)(Σm=1MΣn=1M[m,n]2)]]>在搜索完被搜索的心電圖S后，找到最大相似度的位置，此時模板覆蓋的區(qū)域就認(rèn)為是R波存在的區(qū)域，然后進(jìn)一步確認(rèn)R波的存在，如果正是R波存在的區(qū)域，則匹配成功，執(zhí)行B步驟，否則，替換模板繼續(xù)進(jìn)行匹配查找R點(diǎn)；B)查找S點(diǎn)在R點(diǎn)后繼續(xù)往后查找到拐點(diǎn)處即是S點(diǎn)；C)查找ST段查找S點(diǎn)后斜率變化點(diǎn)為J1點(diǎn)，J1點(diǎn)后斜率變化點(diǎn)設(shè)為J2點(diǎn)，J1點(diǎn)和J2點(diǎn)之間即為ST段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模板匹配的心電圖ST段自動識別方法，其特征在于，在步驟C后加入步驟D)查找基準(zhǔn)點(diǎn)在R點(diǎn)前，當(dāng)心電數(shù)據(jù)的斜率小于60，并且連續(xù)超過30次，則認(rèn)為是基準(zhǔn)點(diǎn)所在段，然后把該段求均值作為基準(zhǔn)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于模板匹配的心電圖ST段自動識別方法，其特征在于，在步驟D后加入步驟E)用ST段的平均值減去基準(zhǔn)點(diǎn)的值，如果是負(fù)值，說明ST段壓低，如果是正值，說明ST段抬高；F)當(dāng)ST段值超過醫(yī)生設(shè)置的ST段報警門限，報警。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模板匹配的心電圖ST段自動識別方法，其特征在于，系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)有一個根據(jù)當(dāng)前心電圖重新學(xué)習(xí)自動獲得的模板，當(dāng)預(yù)處理模板均不能匹配成功，本系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前心電圖重新學(xué)習(xí)，獲得模板，再用此重新獲得的模板來匹配當(dāng)前心電圖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述基于模板匹配的心電圖ST段自動識別方法，其特征在于，預(yù)處理模板按照匹配成功率排序，A步驟中如果匹配成功，則停止匹配，并且調(diào)整模板的匹配成功率順序。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于模板匹配的心電圖ST段自動識別方法，該方法包括以下步驟A)用模板匹配的方法查找R點(diǎn)；B)查找S點(diǎn)在R點(diǎn)后繼續(xù)往后查找到拐點(diǎn)處即是S點(diǎn)；C)查找ST段S點(diǎn)后斜率變化點(diǎn)設(shè)為J1點(diǎn)，J1點(diǎn)后斜率變化點(diǎn)設(shè)為J2點(diǎn)，J1點(diǎn)和J2點(diǎn)之間即為ST段。本發(fā)明采用預(yù)處理模板來匹配實(shí)時的心電圖，并且還能夠根據(jù)當(dāng)前心電圖重新學(xué)習(xí)來獲得模板，用多種異常心電信號發(fā)生器發(fā)出的心電信號來測試，其匹配成功率在98％以上，而且實(shí)時性很好，能在一個心動周期完成匹配，找到R點(diǎn)，繼而根據(jù)R點(diǎn)求出ST段，并與基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比較得知病者心臟的狀況。
文檔編號G06F17/00GK101028186SQ200710048750
公開日2007年9月5日 申請日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者李楚雅, 楊益軍 申請人:李楚雅