CN101028186A - 基于模板匹配的心电图st段自动识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模板匹配的心电图ST段自动识别方法，该方法包括以下步骤：A)用模板匹配的方法查找R点；B)查找S点：在R点后继续往后查找到拐点处即是S点；C)查找ST段：S点后斜率变化点设为J1点，J1点后斜率变化点设为J2点，J1点和J2点之间即为ST段。本发明采用预处理模板来匹配实时的心电图，并且还能够根据当前心电图重新学习来获得模板，用多种异常心电信号发生器发出的心电信号来测试，其匹配成功率在98％以上，而且实时性很好，能在一个心动周期完成匹配，找到R点，继而根据R点求出ST段，并与基准点进行比较得知病者心脏的状况。

Description

基于模板匹配的心电图ST段自动识别方法

技术领域

本发明涉及一种心电图ST段的识别技术，具体的说是一种基于模板匹配的心电图ST段自动识别方法。

背景技术

心脏是一个肌肉泵，在产生机械收缩之前，心肌细胞先产生电变化。心电变化传到体表，用仪器记录到放大的心电变化曲线就是心电图。

一个正常心脏的电激动起源于窦房结，最先激动心房，当左、右心房兴奋时，心电图仪记录下一个时间较短的圆头的正波，称为P波。此后，有一个波群，波群中第一个向下的小且尖的负波，称为Q波，其后是狭窄而高耸的向上非常大的尖的正波，称为R波，紧接的又是向下的一个尖大的负波，称为S波。这三个紧密相连的波被称为QRS波群。QRS波群反映了左右心室的电兴奋。ORS波群之后，有一个持续时间比较长的圆头正波，称为T波。这样，心电图的各间期就赋予了相应的生理意义和病理意义：“PR间期”代表心房开始兴奋至心室开始兴奋的时间，测量时从P波开始至QRS波开始的时间。“ST间期”自QRS波终点至T波的起点，为一条平线。而“QT间期”自QRS波起点至T波终点，反映了心室从兴奋开始至结束的时间。

心电图ST段常见改变分为ST段的压低和ST段提高：

ST段的压低，见于冠心病心绞痛及因冠脉粥样硬化，心肌供血不足，心肌缺血，心肌病(扩张型、肥厚型、限制型)，心律失常，心衰，迷走神经功能亢进，窦性心动过速，脑心综合症；

ST段抬高，见于急性心包炎，心肌损伤，心肌梗塞的急性期、室壁瘤，过早复极综合征及变异型心绞痛。

因此，在心电监护过程中，能够自动识别ST段提高或压低并且报警，其意义非常重大。但是，由于人体的个体差异，人的心电图表现不一样，而且，病态的心电图表现也不一样，要想找到ST段是一件比较困难的事。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种在心电图中，自动识别ST段的方法，并能自动判断出ST段是抬高还是压低，并能根据医生设置的报警门限自动报警的设备。

本发明的技术方案是：

一种基于模板匹配的心电图ST段自动识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A)用模板匹配的方法查找R点：在系统内设有预处理模板，设模板T(M×N)叠放在被搜索的心电图S上平移，模板覆盖下的那块搜索图为子图S^i，j，i，j为这块子图左上角像点在被搜索的心电图S中的坐标，作为参考点，用下面的公式计算参考点的相似度R：

$R(i,j)=\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{S}^{i,j}(m,n)\×T(m,n)}{\sqrt{\left(\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\left[S^{i,j}(m,n)\right]}^2\right)}\sqrt{\left(\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\left[T(m,n)\right]}^2\right)}}$

在搜索完被搜索的心电图S后，找到最大相似度的位置，此时模板覆盖的区域就认为是R波存在的区域，然后进一步确认R波的存在，如果正是R波存在的区域，则匹配成功，跳出循环，否则，替换模板继续进行匹配查找R点；

B)查找S点：在R点后继续往后查找到拐点处即是S点；

C)查找ST段：S点后斜率变化点设为J1点，J1点后斜率变化点设为J2点，J1点和J2点之间即为ST段。

在上述步骤的C)后可以加入以下步骤，进而可以得到ST段与基准点的比值。

D)查找基准点：在R点前，当心电数据的斜率小于60，并且连续超过30次，则认为是基准点所在段，然后把该段求均值作为基准点；

E)用ST段的平均值减去基准点的值，如果是负值，说明ST段压低，如果是正值，说明ST段抬高；

F)根据医生设置的报警门限，确认是否报警。

系统内还可以设有一个根据当前心电图重新学习自动获得的模板，当预处理模板均不能匹配成功，本系统根据当前心电图重新学习，获得模板，再用此重新获得的模板来匹配当前心电图。

系统还可以将预处理模板按照匹配成功率排序，在A步骤中如果匹配成功，则停止匹配，并且调整模板的匹配成功率顺序。

本发明的有益效果是：采用预处理模板来匹配实时的心电图，并且还能够根据当前心电图重新学习来获得模板，用多种异常心电信号发生器发出的心电信号来测试，其匹配成功率在98％以上，而且实时性很好，能在一个心动周期完成匹配，找到R点，继而根据R点求出ST段，并与基准点进行比较得知病者心脏的状况。

附图说明

图1是标准的心电图。

图2是本发明方法的整体流程图。

图3是本发明方法中查找R波步骤的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的具体实施例，如图1所示一个标准的心电图，依照本发明的方法查找其中的ST段，并与基准值进行比较：

A)用模板匹配的方法查找R点：在系统内设有4个预处理模板，设模板T(M×N)叠放在被搜索的心电图S上平移，模板覆盖下的那块搜索图为子图S^i，j，i，j为这块子图左上角像点在被搜索的心电图S中的坐标，作为参考点，用下面的公式计算参考点的相似度R：

$R(i,j)=\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{S}^{i,j}(m,n)\×T(m,n)}{\sqrt{\left(\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\left[S^{i,j}(m,n)\right]}^2\right)}\sqrt{\left(\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\left[T(m,n)\right]}^2\right)}}$

在搜索完被搜索的心电图S后，找到最大相似度的位置，此时模板覆盖的区域就认为是R波存在的区域，然后进一步确认R波的存在，如果正是R波存在的区域，则匹配成功，跳出循环，否则，替换模板继续进行匹配查找R点；

B)查找S点：在R点后继续往后查找到拐点处即是S点；

C)查找ST段：S点后斜率变化点设为J1点，J1点后斜率变化点设为J2点，J1点和J2点之间即为ST段；

D)查找基准点：在R点前，当心电数据的斜率小于60，并且连续超过30次，则认为是基准点所在段，然后把该段求均值作为基准点；

E)用ST段的平均值减去基准点的值，如果是负值，说明ST段压低，如果是正值，说明ST段抬高；

F)根据医生设置的报警门限，确认是否报警。

上述步骤流程如图2所示。

在C步骤中因为心电图的多样性和个体差异，有的病人的心电图可能不好确认J2点，因此如果不能找到J2点，则根据心率的大小和经验值来确定J2点，公式为：J2＝J1+(40+X)×P，其中P为每毫秒的心电数据个数，X根据表1来确定。J1-J2就是ST段。然后把ST段做平均以减少误差。

      表1  心率与J2点的关系表

心率(次/分钟)	X值(毫秒)
		＞110	-20
90---110	-15
		75---90	-10
65---75	-5
		55---65	0
45---55	5
		35---45	10
＜35	15

本发明的具体实施例2，在实施例1的基础上，除了系统提供4个预处理的模板外，还提供一个根据当前心电图重新学习自动获得的模板，根据试验的结果，把这4个预处理模板按照匹配成功率排好序，然后分别用这4个预处理模板来匹配当前的心电图，如果匹配成功，则停止匹配，并且调整模板的匹配顺序，匹配成功的模板在下一次首先匹配，这样可以节约时间，而且同一个人的心电信号变化不大，因此匹配成功率也很高；如果4个预处理模板均不能匹配成功，本系统还会根据当前心电图重新学习，然后获得模板，再用此重新获得的模板来匹配当前心电图.匹配成功后，就找到了QRS波群。然后根据QRS波群的特性，根据斜率查找QRS波群的拐点，这个拐点就是R点，其流程如图3所示。本实施例用多种异常心电信号发生器发出的心电信号来测试，其匹配成功率在98％以上，而且实时性很好。

Claims (5)

1.一种基于模板匹配的心电图ST段自动识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A)用模板匹配的方法查找R点：在系统内设有预处理模板，设模板T(M×N)叠放在被搜索的心电图S上平移，模板覆盖下的那块搜索图为子图S^i，j，i，j为这块子图左上角像点在被搜索的心电图S中的坐标，作为参考点，用下面的公式计算参考点的相似度R：

$R(i,j)=\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{S}^{i,j}(m,n)\×T(m,n)}{\sqrt{\left(\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\left[S^{i,j}(m,n)\right]}^2\right)}\sqrt{\left(\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{[m,n]}^2\right)}}$

在搜索完被搜索的心电图S后，找到最大相似度的位置，此时模板覆盖的区域就认为是R波存在的区域，然后进一步确认R波的存在，如果正是R波存在的区域，则匹配成功，执行B步骤，否则，替换模板继续进行匹配查找R点；

B)查找S点：在R点后继续往后查找到拐点处即是S点；

C)查找ST段：查找S点后斜率变化点为J1点，J1点后斜率变化点设为J2点，J1点和J2点之间即为ST段。

2.根据权利要求1所述基于模板匹配的心电图ST段自动识别方法，其特征在于，在步骤C后加入步骤：

D)查找基准点：在R点前，当心电数据的斜率小于60，并且连续超过30次，则认为是基准点所在段，然后把该段求均值作为基准点。

3.根据权利要求2所述基于模板匹配的心电图ST段自动识别方法，其特征在于，在步骤D后加入步骤：

E)用ST段的平均值减去基准点的值，如果是负值，说明ST段压低，如果是正值，说明ST段抬高；

F)当ST段值超过医生设置的ST段报警门限，报警。

4.根据权利要求1所述基于模板匹配的心电图ST段自动识别方法，其特征在于，系统内还设有一个根据当前心电图重新学习自动获得的模板，当预处理模板均不能匹配成功，本系统根据当前心电图重新学习，获得模板，再用此重新获得的模板来匹配当前心电图。

5.根据权利要求1或4所述基于模板匹配的心电图ST段自动识别方法，其特征在于，预处理模板按照匹配成功率排序，A步骤中如果匹配成功，则停止匹配，并且调整模板的匹配成功率顺序。

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