CN102028459A

CN102028459A - 一种心电图机通道起搏信号检测方法

Info

Publication number: CN102028459A
Application number: CN 201010569174
Authority: CN
Inventors: 勾大海
Original assignee: Guangdong Biolight Meditech Co Ltd
Current assignee: Guangdong Biolight Meditech Co Ltd
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: CN102028459B

Abstract

本发明公开了一种心电图机通道起搏信号检测方法，包括以下步骤：(1)对原始信号进行采样，采样所得的信号进行差分处理；(2)基于第一阈值TH和第二阈值TH_Trail设定判断起搏信号的必要条件C1，对差分信号y(n)进行检测，根据所设定的必要条件C1过滤出脉冲尖峰；(3)对过滤出的脉冲尖峰周围的高斜率和低斜率尖峰个数进行统计，基于所统计的个数对过滤出的脉冲尖峰进行噪声评估。本发明能够有效地分辨出噪声和正确的起搏信号，提高QRS检测和噪声水平估计的准确性，能够方便地应用于12导联的心电图机的通道起搏信号的检测处理上，从而对心电信号检测分析过程起到良好的改善效果。

Description

一种心电图机通道起搏信号检测方法

技术领域

本发明涉及一种心电信号的检测方法，特别是一种心电图机通道起搏信号检测方法。

背景技术

起搏心电图中的起搏信号属于心电信号中的高频成分，如果不加以处理可能会影响心电图波形的检测，特征点检测，波形特征的提取。在信号质量评估中也会影响高频噪声成分的估计。美国专利5682902《心电信号起搏信号检测和处理方法》提出利用软件方法检测起搏信号，该方法如下：（1）对每个通道的信号片段按固定格式差分；（2）在一个固定时间范围内搜索差分信号幅度超过检测阈值且方向相反的两点；（3）更新检测阈值。但由于上述方法并没有考虑到噪声的影响，因此其检测结果会存在较大的误差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种心电图机通道起搏信号检测方法，利用此方法能够准确地分辨出噪声和起搏信号。

本发明为解决其问题所采用的技术方案是：

一种心电图机通道起搏信号检测方法，包括以下步骤：

（1）对原始信号进行采样得到x(n)，采样所得的信号进行差分处理得到y(n)，差分信号幅度为Peak(n)；

（2）定义差分信号幅度检测的第一阈值TH和第二阈值TH_Trail，基于第一阈值TH和第二阈值TH_Trail设定判断起搏信号的必要条件C1，对差分信号y(n)进行检测，根据所设定的必要条件C1过滤出脉冲尖峰；

（3）对过滤出的脉冲尖峰周围的高斜率和低斜率尖峰个数进行统计，基于所统计的个数对过滤出的脉冲尖峰进行噪声评估。

其中，采样所得的信号进行差分处理的方法为y(n)=x(n)-x(n-1)，其中x(n-1)为x(n)的前一个采样信号。

步骤（2）中对差分信号y(n)进行检测的时间点比步骤（1）中差分处理的时间点具有固定延迟T_delay。

基于第一阈值TH和第二阈值TH_Trail所设定的判断起搏信号的必要条件C1为差分信号幅度依次满足事件1a~1c或事件2a~2c：

1a、差分信号幅度大于第一阈值TH，大小随时间递增；

1b、差分信号幅度小于第二阈值的负值-TH_Trail，大小随时间递减；

1c、差分信号幅度小于第二阈值的负值-TH_Trail，大小随时间递增；

2a、差分信号幅度小于第一阈值的负值-TH，大小随时间递减；

2b、差分信号幅度大于第二阈值TH_Trail，大小随时间递增；

2c、差分信号幅度大于第二阈值TH_Trail，大小随时间递减。

差分信号幅度所满足的条件从事件1a转为事件1b、事件1b转为事件1c或事件2a转为事件2b、事件2b转为事件2c之间设有时长限制EVENT_WINDOW。所述时长限制EVENT_WINDOW为9毫秒。

该检测方法设置有事件状态标记pulsflag，事件状态标记pulsflag包含状态1、状态2、状态3、状态-1、状态-2、状态-3以及状态0的7种状态，状态1、状态2、状态3分别对应事件1a、事件1b、事件1c，状态-1、状态-2、状态-3分别对应事件2a、事件2b、事件2c，状态0对应差分信号幅度不大于第一阈值TH和不小于第一阈值的负值-TH的事件。

所定义的第一阈值TH和第二阈值TH_Trail处于不断的更新过程中。所述第一阈值TH和第二阈值TH_Trail的更新方法为：记录最近N个差分信号幅度，搜索N个差分信号幅度中的最大值PkMax，根据N个差分信号幅度的大小情况判断信号噪声干扰情况，信号噪声干扰强时第一阈值TH设为PkMax的两倍大小，否则第一阈值TH设为PkMax的三倍大小，第一阈值TH设有最小下限值MIN_TH，第二阈值TH_Trail设为TH * 4 / 5。

步骤（3）进一步限定为：搜索最近M个差分信号中的最大幅度值maxSlope和最小幅度值minSlope，定义Cross_up = maxSlope / 2，Cross_down = minSlope / 2，统计M个差分信号上大于Cross_up和小于Cross_down的个数Cross_cnt，当Cross_cnt – 2> 3时，判断该脉冲尖峰为噪声，返回噪声标识，否则判断为起搏信号。

本发明的有益效果是：本发明在对起搏信号进行检测时，全面地考虑了起搏信号的信号特征以及噪声的影响，基于该方法所进行的起搏信号检测结果准确，能够有效地分辨出噪声和正确的起搏信号，分辨后可以进一步利用对应合适的方法分别将噪声和起搏信号滤除，从而有效地减小它们的影响，提高QRS检测和噪声水平估计的准确性，本发明的方法简单、便捷，运算量少，能够方便地应用于12导联的心电图机的通道起搏信号的检测处理上，从而对心电信号检测分析过程起到良好的改善效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种优选实施例的流程图；

图2为含起搏信号的原始心电信号图；

图3为经差分处理后所得的信号图；

图4为图3中单个波形的放大示意图；

图5为对图2中的起搏信号过滤后所得的信号图；

图6为事件状态标记的转换示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明的一种心电图机通道起搏信号检测方法，本发明可以应用于12导联的心电信号处理上，每个导联上的信号处理都包括下述的相应步骤。

步骤（1），对原始信号进行采样得到x(n)，采样频率可以为1000Hz，采样所得的M个最新数据存储于数据缓冲区ecg[M]内，一般地，每个通道只需缓冲最近的32ms的最新数据即可，采样所得的信号进行差分处理得到y(n)，差分信号幅度为Peak(n)，差分处理的N个最新数据存储于数据缓冲区y[N]内，其中，采样所得的信号进行差分处理的方法为y(n)=x(n)-x(n-1)，其中x(n-1)为x(n)的前一个采样信号。参照图2-图4，其中图2为含起搏信号的原始心电信号图，该心电信号图经过上述差分处理后可以得到图3中图示，从图4中的放大图可以看出，起搏信号经过差分处理后会转为一包含斜率特征的波形，在大约10ms的时间范围内它包括上升沿、下降沿和上升沿（对于方向向下的脉冲则是包含下降沿、上升沿和下降沿），下面的步骤会基于此特征对其进行判断。

步骤（2），定义差分信号幅度检测的第一阈值TH和第二阈值TH_Trail，基于第一阈值TH和第二阈值TH_Trail设定判断起搏信号的必要条件C1，对差分信号y(n)进行检测，根据所设定的必要条件C1过滤出脉冲尖峰。一般地，此步骤中对差分信号y(n)进行检测的时间点比步骤（1）中差分处理的时间点具有固定延迟T_delay，延迟T_delay的大小一般在15毫秒左右，这一设置兼顾了处理速度和时间问题。

作为优选的实施方式，基于第一阈值TH和第二阈值TH_Trail所设定的判断起搏信号的必要条件C1为差分信号幅度依次满足事件1a~1c或事件2a~2c：

1a、差分信号幅度大于第一阈值TH，大小随时间递增；

2b、差分信号幅度大于第二阈值TH_Trail，大小随时间递增；

2c、差分信号幅度大于第二阈值TH_Trail，大小随时间递减。

上述1a~1c的事件对应方向向上的起搏信号（包含上升沿、下降沿和上升沿）的条件检测，而2a~2c的事件则对应方向向下的起搏信号（包含下降沿、上升沿和下降沿）的条件检测，具体的示意图请参照图6所示。当然，上述事件之间转换的时限并不是无限的，差分信号幅度所满足的条件从事件1a转为事件1b、事件1b转为事件1c或事件2a转为事件2b、事件2b转为事件2c之间设有时长限制，当检测到某一事件（1a、1b、2a、2b）后在时长限制EVENT_WINDOW后还没有检测到下一事件，那么系统会复位，下次检测时继续从事件1a和事件2a开始检测。考虑到起搏信号的维持时间一般在10ms左右，因此作为优选的是，时长限制EVENT_WINDOW设为9ms。

为了简化判断过程，该检测方法设置有事件状态标记pulsflag，事件状态标记pulsflag包含状态1、状态2、状态3、状态-1、状态-2、状态-3以及状态0的7种状态，状态1、状态2、状态3分别对应事件1a、事件1b、事件1c，状态-1、状态-2、状态-3分别对应事件2a、事件2b、事件2c，状态0对应差分信号幅度不大于第一阈值TH和不小于第一阈值的负值-TH的事件。设置了上述事件状态标记后，系统可以基于上述事件状态标记的状态变化而对信号进行判断，复位时则回归至状态0，这种设置事件状态标记的方法简单方便，易于实现。

在实际应用中，所定义的第一阈值TH和第二阈值TH_Trail处于不断的更新过程中，其更新方法可以采用以下进行：记录最近N个差分信号幅度，搜索N个差分信号幅度中的最大值PkMax，根据N个差分信号幅度的大小情况判断信号噪声干扰情况，信号噪声干扰强时第一阈值TH设为PkMax的两倍大小，否则第一阈值TH设为PkMax的三倍大小，第一阈值TH设有最小下限值MIN_TH，该最小下限值可以为0.25mV左右，第二阈值TH_Trail设为TH * 4 / 5，其中第二阈值TH_Trail的计算一般是在差分信号幅度满足第一阈值（或其负值）后进行的。由于PkMax也是出于不断的更新过程中的，在某些实施例中，PkMax为最近4秒的差分信号幅度最值，因此第一阈值TH和第二阈值TH_Trail的值必然也会处于不断更新之中。当然，上述阈值的更新方法只是其中一种较为优选的方法。

步骤（3），对过滤出的脉冲尖峰周围的高斜率和低斜率尖峰个数进行统计，基于所统计的个数对过滤出的脉冲尖峰进行噪声评估。步骤（3）优选进一步限定为：搜索最近M个差分信号中的最大幅度值maxSlope和最小幅度值minSlope，定义Cross_up = maxSlope / 2，Cross_down = minSlope / 2，统计M个差分信号上大于Cross_up和小于Cross_down的个数Cross_cnt，减去自身脉冲产生的计数，当Cross_cnt – 2> 3时，判断该脉冲尖峰为噪声，返回噪声标识，否则判断为起搏信号。

当起搏脉冲检出后，可以测量其幅度值，也可以利用直接替换或是线性内插方法将脉冲去除，对图1中的起搏信号滤除后所得的波形如图5所示。

Claims

1.一种心电图机通道起搏信号检测方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种心电图机通道起搏信号检测方法，其特征在于采样所得的信号进行差分处理的方法为y(n)=x(n)-x(n-1)，其中x(n-1)为x(n)的前一个采样信号。

3.根据权利要求1所述的一种心电图机通道起搏信号检测方法，其特征在于步骤（2）中对差分信号y(n)进行检测的时间点比步骤（1）中差分处理的时间点具有固定延迟T_delay。

4.根据权利要求1所述的一种心电图机通道起搏信号检测方法，其特征在于基于第一阈值TH和第二阈值TH_Trail所设定的判断起搏信号的必要条件C1为差分信号幅度依次满足事件1a~1c或事件2a~2c：

1a、差分信号幅度大于第一阈值TH，大小随时间递增；

2b、差分信号幅度大于第二阈值TH_Trail，大小随时间递增；

2c、差分信号幅度大于第二阈值TH_Trail，大小随时间递减。

5.根据权利要求4所述的一种心电图机通道起搏信号检测方法，其特征在于差分信号幅度所满足的条件从事件1a转为事件1b、事件1b转为事件1c或事件2a转为事件2b、事件2b转为事件2c之间设有时长限制EVENT_WINDOW。

6.根据权利要求5所述的一种心电图机通道起搏信号检测方法，其特征在于所述时长限制EVENT_WINDOW为9毫秒。

7.根据权利要求4或5所述的一种心电图机通道起搏信号检测方法，其特征在于该检测方法设置有事件状态标记pulsflag，事件状态标记pulsflag包含状态1、状态2、状态3、状态-1、状态-2、状态-3以及状态0的7种状态，状态1、状态2、状态3分别对应事件1a、事件1b、事件1c，状态-1、状态-2、状态-3分别对应事件2a、事件2b、事件2c，状态0对应差分信号幅度不大于第一阈值TH和不小于第一阈值的负值-TH的事件。

8.根据权利要求1所述的一种心电图机通道起搏信号检测方法，其特征在于所定义的第一阈值TH和第二阈值TH_Trail处于不断的更新过程中。

9.根据权利要求8所述的一种心电图机通道起搏信号检测方法，其特征在于所述第一阈值TH和第二阈值TH_Trail的更新方法为：记录最近N个差分信号幅度，搜索N个差分信号幅度中的最大值PkMax，根据N个差分信号幅度的大小情况判断信号噪声干扰情况，信号噪声干扰强时第一阈值TH设为PkMax的两倍大小，否则第一阈值TH设为PkMax的三倍大小，第一阈值TH设有最小下限值MIN_TH，第二阈值TH_Trail设为TH * 4 / 5。

10.根据权利要求1所述的一种心电图机通道起搏信号检测方法，其特征在于步骤（3）进一步限定为：搜索最近M个差分信号中的最大幅度值maxSlope和最小幅度值minSlope，定义Cross_up = maxSlope / 2，Cross_down = minSlope / 2，统计M个差分信号上大于Cross_up和小于Cross_down的个数Cross_cnt，当Cross_cnt – 2> 3时，判断该脉冲尖峰为噪声，返回噪声标识，否则判断为起搏信号。