CN103431856B - 在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法，包括如下步骤：通过生理电极，取得多导联同步心电信号，分别对这些心电信号进行处理得到其数字的导联信号；分别对上述得到的导联信号进行信号质量分析，得到其ECG信号水平和噪声水平；分别对得到的多导联信号中的任意两个进行运算，得到其相关系数；多个相关系数组成相关系数矩阵P；选择所述相关系数绝对值最大、且无干扰的导联信号作为导联并存储。本发明还涉及一种实现上述方法的装置。实施本发明的在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法及装置，具有以下有益效果：即使在心电信号质量较差、噪声较大的情况下，也能够保证测量结果的准确性。

Description

在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法及装置

技术领域

本发明涉及信号处理，更具体地说，涉及一种在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法及装置。

背景技术

心电图自动分析的一个重要步骤就是必须首先准确地检测每一个QRS波，如果QRS波检测错误，其后进行的T波、P波检测，各种参数测量及分类均失去意义。近年来，采用多导联心电信号同步采集技术已经成为业界主流；而在QRS波检测及分类方面，大多采用固定单导联(比如，肢体II导联)分析技术或固定多导联(比如，II、V导联)分析技术。当固定导联信号质量较好、QRS波斜率和幅度都比较大时，所检测到的QRS波比较准确；一旦固定的导联出现诸如导联脱落、信号过载等干扰时，QRS波检测就会存在严重问题，导致不同程度的误检和漏检。因此，在现有技术中，如果心电信号质量较差、环境噪声较大时，可能出现检测结果不准的情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在信号质量较差时测量结果不准确的缺陷，提供一种在信号质量较差时测量结果较准确的在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法，包括如下步骤:

A）通过生理电极，取得多导联同步心电信号，分别对这些心电信号进行处理得到其数字的导联信号；

B）分别对上述得到的导联信号进行信号质量分析，得到其ECG（心电图）信号水平和噪声水平；

C）分别对得到的多个导联信号中的任意两个进行运算，得到其相关系数；包括通过两个信号的均值、协方差和方差得到其相关系数；多个相关系数组成相关系数矩阵P；

D）依据得到的导联信号的其ECG信号水平、噪声水平以及相关系数矩阵P，选择所述相关系数绝对值最大、且无干扰的导联信号作为导联并存储。

更进一步地，所述步骤B）中进一步包括如下步骤：

B1）提取单导联心电信号，对其进行差分计算，得到其差分信号；

B2）对所述单导联心电信号中的所有信号数值进行绝对值计算，并对所有得到的绝对值求和，得到第一心电质量水平；对得到的差分信号中的所有信号值进行绝对值运算，并对得到的所有绝对值求和，得到第二心电质量水平；

B3）根据得到的第一心电质量水平和第二心电质量水平，计算导联脱落检测的第一幅度阈值和第二幅度阈值、信号过载检测的第三幅度阈值、信号跳变检测的第四幅度阈值、低频干扰检测的第五幅度阈值、高频干扰检测的第六幅度阈值，并对上述幅度阈值进行预设。

更进一步地，所述步骤B）中还进一步包括如下步骤：

B4）分别进行如下检测中的一种或多种：依据所述单导联心电信号和所述差分信号进行导联脱离检测、依据所述单导联心电信号进行信号过载检测、依据所述差分信号进行信号跳变检测以及依据所述单导联心电信号进行低频噪声或高频噪声检测；每种检测执行后均依据其得到的结果对相关标志位置位或清除。

更进一步地，所述步骤B）中还包括：取得不同的单导联心电信号，并重复上述步骤B1）-B4）。

更进一步地，所述步骤C）中进一步包括：

C1）选择两个多导联同步心电信号，分别计算其均值，依据计算得到的两个导联同步心电信号的均值得到协方差；

C2）分别计算两个导联同步心电信号的方差，依据得到的方差和上述步骤中得到的协方差，并得到其相关系数；

C3）选择不同的两个多导联同步心电信号，重复步骤C1）-C2），直到所有多导联同步心电信号被选择，得到所有导联同步心电信号两两之间的相关系数，得到相关系数矩阵，如下：

其中，ρ_MN为M、N通道之间的相关系数，M的取值和N的取值相等。

更进一步地，所述步骤D）中分别依次以所述第二心电质量水平的绝对值大小、相关系数矩阵元素的绝对值大小和肢体п的导联特性为标准，选择导联并存储。

更进一步地，所述步骤D）包括如下步骤：

D1）将各导联信号的第二心电质量水平按照其绝对值由大到小的顺序排列，作为主循环导联顺序；判断其是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如是，转入下一主循环导联顺序；如否，将当前主循环导联的所有导联的按其相关系数的绝对值由大到小的顺序排列，作为子循环导联顺序，以该子循环导联为干扰且其与主循环导联相关系数大于第一相关系数阈值为条件筛选备选导联，如得到N1个备选导联，则以所述N1个备选导联为选出导联；否则，进入下一主循环导联重新选择；如本步骤中得到选出导联，跳转到步骤D5）；如本步骤未得到选出导联，执行步骤D2）；

D2）将各导联信号的第二心电质量水平按照其绝对值由大到小的顺序排列，作为主循环导联顺序；判断其是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如是，转入下一主循环导联顺序；如否，将当前主循环导联的所有导联的按其相关系数的绝对值由大到小的顺序排列，作为子循环导联顺序，以该子循环导联为干扰且其与主循环导联相关系数大于第二相关系数阈值为条件筛选备选导联，如得到N2个备选导联，则以所述N2个备选导联为选出导联；否则，进入下一主循环导联重新选择；如本步骤中得到选出导联，跳转到步骤D5）；如本步骤未得到选出导联，执行步骤D2）；其中，N2小于N1，但大于1；

D3）取得导联相关系数矩阵P中的下三角矩阵元素，并按其绝对值由大到小的顺序排列；依次判断其相关系数，如当前相关系数绝对值大于第三相关系数阈值，且对应的两个导联信号无导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰出现，选择该相关系数对应的两个导联信号作为导联，并跳转到步骤D5）；否则，判断下一个相关系数；如所有相关系数判断完毕且未选出导联，执行步骤D4）；

D4）判断肢体п导联信号是否存在导联脱落、信号过载和信号跳变，如不存在，选择肢体п导联信号作为导联并执行步骤D5）；如存在，将各导联信号的第二心电质量水平按照其绝对值由大到小的顺序排列，判断每个导联信号是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如不存在，选择该导联信号作为导联并执行步骤D5）；如所有导联信号均存在上述干扰，选择肢体п导联信号作为导联并执行步骤D5）；

D5）存储所选择的导联。

本发明还涉及一种实现上述方法的装置，包括：

心电信号取得模块：用于通过生理电极，取得多导联同步心电信号，分别对这些心电信号进行处理得到其数字的导联信号；

信号质量分析模块：用于分别对上述得到的导联信号进行信号质量分析，得到其ECG信号水平和噪声水平；

相关系数取得模块：用于分别对得到的多个导联信号中的任意两个进行运算，得到其相关系数；包括通过两个信号的均值、协方差和方差得到其相关系数；多个相关系数组成相关系数矩阵P；

导联选择及存储模块：用于依据得到的导联信号的其ECG信号水平、噪声水平以及相关系数矩阵P，选择所述相关系数绝对值最大、且无干扰的两个导联信号作为导联并存储。

更进一步地，所述信号质量分析模块进一步包括：

差分信号取得单元：用于提取单导联心电信号，对其进行差分计算，得到其差分信号；

心电质量取得单元：用于对所述单导联心电信号中的所有信号数值进行绝对值计算，并对所有得到的绝对值求和，得到第一心电质量水平；对得到的差分信号中的所有信号值进行绝对值运算，并对得到的所有绝对值求和，得到第二心电质量水平；

阈值取得单元：用于根据得到的第一心电质量水平和第二心电质量水平，计算导联脱落检测的第一幅度阈值和第二幅度阈值、信号过载检测的第三幅度阈值、信号跳变检测的第四幅度阈值、低频干扰检测的第五幅度阈值、高频干扰检测的第六幅度阈值，并对上述幅度阈值进行预设。

更进一步地，所述相关系数取得模块包括：

均值及协方差取得单元：用于选择两个多导联同步心电信号，分别计算其均值，依据计算得到的两个导联同步心电信号的均值得到协方差；

相关系数取得单元：用于分别计算两个导联同步心电信号的方差，依据得到的方差和上述步骤中得到的协方差，并得到其相关系数；

相关系数矩阵取得单元：用于选择不同的两个多导联同步心电信号，重复步骤C1）-C2），直到所有多导联同步心电信号被选择，得到所有导联同步心电信号两两之间的相关系数，得到相关系数矩阵，如下：

其中，ρ_MN为M、N通道之间的相关系数，M的取值和N的取值相等。

更进一步地，所述导联选择及存储模块包括：

第一选择单元：用于将各导联信号的第二心电质量水平按照其绝对值由大到小的顺序排列，作为主循环导联顺序；判断其是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如是，转入下一主循环导联顺序；如否，将当前主循环导联的所有导联的按其相关系数的绝对值由大到小的顺序排列，作为子循环导联顺序，以该子循环导联为干扰且其与主循环导联相关系数大于第一相关系数阈值为条件筛选备选导联，如得到N1个备选导联，则以所述N1个备选导联为选出导联；否则，进入下一主循环导联重新选择；如本单元中得到选出导联，并由导联存储单元存储；如本单元未得到选出导联，由第二选择单元进行导联选择；

第二选择单元：用于将各导联信号的第二心电质量水平按照其绝对值由大到小的顺序排列，作为主循环导联顺序；判断其是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如是，转入下一主循环导联顺序；如否，将当前主循环导联的所有导联的按其相关系数的绝对值由大到小的顺序排列，作为子循环导联顺序，以该子循环导联为干扰且其与主循环导联相关系数大于第二相关系数阈值为条件筛选备选导联，如得到N2个备选导联，则以所述N2个备选导联为选出导联；否则，进入下一主循环导联重新选择；如本单元中得到选出导联，并由导联存储单元存储；如本单元未得到选出导联，由第三选择单元进行导联选择；其中，N2小于N1，但大于1；

第三选择单元：用于取得导联相关系数矩阵P中的下三角矩阵元素，并按其绝对值由大到小的顺序排列；依次判断其相关系数，如当前相关系数绝对值大于第三相关系数阈值，且对应的两个导联信号无导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰出现，选择该相关系数对应的两个导联信号作为导联，并由导联存储单元存储；否则，判断下一个相关系数；如所有相关系数判断完毕且未选出导联，由第四选择单元进行导联选择；

第四选择单元：用于判断肢体п导联信号是否存在导联脱落、信号过载和信号跳变，如不存在，选择肢体п导联信号作为导联并由导联存储单元存储；如存在，将各导联信号的第二心电质量水平按照其绝对值由大到小的顺序排列，判断每个导联信号是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如不存在，选择该导联信号作为导联并由导联存储单元存储；如所有导联信号均存在上述干扰，选择肢体п导联信号作为导联并由导联存储单元存储；

导联存储单元：用于将选择的导联存储。

实施本发明的在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法及装置，具有以下有益效果：由于采用通过分析多导联同步的心电信号的均值、协方差以相关系数，依据其ECG信号水平绝对值、并考虑多种干扰是否存在等因素优先选择ECG信号水平绝对值较大且不存在各种干扰的导联信号作为导联。因此，即使在心电信号质量较差、噪声较大的情况下，也能够选择较为适当的导联，进而保证测量结果的准确性。

附图说明

图1是本发明在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法及装置实施例中该方法的流程图；

图2是所述实施例中信号质量分析流程图；

图3是所述实施例中低频噪声干扰检测流程图；

图4是所述实施例中高频噪声干扰检测流程图；

图5是所述实施例中导联选择流程图；

图6是所述实施例中实现在多导联同步心电信号中选择心电导联方法的装置结构示意图；

图7是所述实施例中信号质量分析模块结构示意图；

图8是所述实施例中相关系数取得模块结构示意图；

图9是所述实施例中导联选择模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明多导联同步心电信号中选择心电导联的方法及装置实施例中，所述方法包括如下步骤:

步骤S11取得多导联同步心电信号，分别对其进行处理，得到其数字信号：在本步骤中，通过生理电极，取得多导联同步心电信号，分别对这些心电信号进行处理得到其数字的导联信号；也就是说，通过生理电极连接人体，经过前置低通滤波器、信号差分放大、模数转换器得到人体多导联同步心电信号，这些信号为后续步骤的基础。生理电极一般为肢体夹、胸导吸球、电极片等导体，它与人体紧密接触以获取多导联同步心电信号；然后通过前置低通滤波器滤除高频噪声，防止采样出现混叠失真；再对信号进行差分放大，滤除共模信号，并通过放大保证后续的模数转换精度；通过模数转换器将人体多导联同步心电信号等模拟信号量转换为数字信号。

步骤S12分别对各数字信号进行质量分析，得到其ECG信号水平和噪声水平：在本步骤中，对获得的多导联同步心电信号提取单导联心电信号，并对单导联心电信号进行信号质量分析，包括ECG信号水平分析及噪声水平分析。这里所说的ECG信号水平及噪声水平，都是从QRS波检测的角度出发进行分析的。ECG信号水平高，说明该导联心电信号QRS波幅度大、斜率大、有利于QRS波检测。噪声水平主要包含：导联脱落、信号过载、信号跳变、低频干扰、高频干扰。为了保证QRS波检测及分类的最终效果，信号质量分析的信号频率最好与QRS波检测及分类的信号频率保持一致。在本实施例中，本步骤包括多个具体的、取得各种参数的步骤，将在稍后详述。

步骤S13分别对所述信号中的任意两个信号进行两两运算，得到其相关系数，并由多个相关系数得到相关系数矩阵：在本步骤中，对获得的多导联同步心电信号进行相关性分析，计算导联之间两两相关系数；首先，计算两个导联的均值、，并根据两个导联的均值得到协方差Cov(x，y)；其次，计算两个导联的方差D(x)和D(y)；最后根据协方差Cov(x，y)和方差D(x)、D(y)，计算两个导联之间的相关系数；其中，所有导联之间两两相关系数组成导联相关系数矩阵P，该矩阵的主对角线都为1，其余元素关于主对角线对称。

在本实施例中，上述计算的具体方法如下：

计算导联X、导联Y的协方差Cov(x，y)的公式为：

$\mathrm{Cov}(X,Y)=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x_i-\stackrel{\‾}{x})(y_i-\stackrel{\‾}{y})$

其中，x_i为导联X在i位置处的值；y_i为导联Y在i位置处的值；N为导联X(导联Y)的数据长度；

计算导联X的方差D(x)的公式为：

$D\left(X\right)=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2$

其中，x_i为导联X在i位置处的值；N为导联X的数据长度；

而计算导联之间两两相关系数的公式为：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{XY}}=\frac{\mathrm{Cov}(X,Y)}{\sqrt{D\left(X\right)}\sqrt{D\left(Y\right)}}$

其中，Cov(x，y)为向量x、y的协方差；D(x)为向量x的方差；D(y)为向量y的方差；

当得到所有导联之间的两两相关系数后，按照如下方法得到相关系数矩阵：

其中，ρ_MN为M、N通道之间的相关系数，M的取值和N的取值相等（即M的最大值和N的最大值是相同的，上述矩阵P的行数等于其列数）。在一定意义上，ρ_MN就是ρ_XY，这是由于在心电领域中，上述术语向量、通道等是等效或可以互换的。

步骤S14依据ECG信号水平、噪声水平和相关系数矩阵，选择相关系数绝对值最大、且无干扰的信号作为导联：在本步骤中，对获得的各导联ECG信号水平、噪声水平及导联相关系数矩阵P进行比较、处理，选择合适的导联；具体来讲，在本步骤中，按照相关系数的绝对值大小，并考虑其他干扰是否存在，选择出相关系数绝对值最大、且无干扰的信号作为导联。具体的步骤稍后详述。

在本实施例中，如图2所示，上述信号质量分析进一步包括如下步骤：

步骤S21，在多导联同步心电信号中提取单导联心电信号，并对该单导联心电信号进行差分计算，得到差分信号；且为了保证QRS波检测及分类的最终效果，这里所用的差分滤波器最好与QRS波检测及分类中所用保持一致；在现有技术中，QRS波检测及分类是在选择导联之后对心电信号的处理步骤，在本实施例中，也是如此。

步骤S22，对该单导联心电信号中所有信号的数值进行绝对值计算，再对所有的绝对值进行求和，获得第一心电质量水平；

步骤S23，对得到的差分信号中所有信号的数值进行绝对值计算，再对所有的绝对值进行求和，获得第二心电质量水平；

步骤S24，根据获得的第一心电质量水平和第二心电质量水平，计算导联脱落检测的第一幅度阈值和第二幅度阈值、信号过载检测的幅度阈值、信号跳变检测的幅度阈值、低频干扰检测的幅度阈值、高频干扰检测的幅度阈值；导联脱落检测第一幅度阈值、导联脱落检测第二幅度阈值、信号过载检测的第三幅度阈值，均为经验阈值；信号跳变检测的第四幅度阈值，为第一心电质量水平和第二心电质量水平与常数因子a0、a1的加权和，常数因子a0、a1为经验值；低频噪声检测幅度阈值，为第一心电质量水平和第二心电质量水平与常数因子a2、a3的加权和，常数因子a2、a3为经验值；高频噪声检测幅度阈值，为第一心电质量水平和第二心电质量水平与常数因子a4、a5的加权和，常数因子a4、a5为经验值；并对导联脱落检测的时间阈值、信号过载检测的时间阈值、信号跳变检测的时间阈值、低频干扰检测的时间阈值、高频干扰检测的时间阈值进行预设。

步骤S25，根据单导联心电信号及差分信号，进行导联脱落检测；若当前单导联心电信号绝对值小于导联脱落检测的第一幅度阈值，且当前差分信号绝对值小于导联脱落检测的第二幅度阈值，则导联脱落持续时间自动增加；否则导联脱落持续时间清零；若导联脱落持续时间大于导联脱落检测时间阈值，则将导联脱落标志位设置为脱落；

步骤S26，根据单导联心电信号，进行信号过载检测；若当前心电信号绝对值大于信号过载检测幅度阈值，则信号过载持续时间自动增加；否则信号过载持续时间清零；若信号过载持续时间大于信号过载检测时间阈值，则将信号过载标志位设置为过载；

步骤S27，根据差分信号，进行信号跳变检测；若当前差分信号绝对值大于信号跳变检测幅度阈值，则信号跳变持续时间自动增加；否则信号跳变持续时间清零；若信号跳变持续时间大于信号跳变检测时间阈值，则将信号跳变标志位设置为跳变；

步骤S28，根据单导联心电信号，进行低频噪声检测，低频噪声检测的具体步骤如图3所示；首先，将获得的单导联心电信号通过低通滤波器，提取心电信号中的低频信号；此处的低通滤波器，可以选择任何公知的数字低通滤波器设计方案；对提取的低频信号取绝对值，并对该绝对值进行平均滤波处理，获得平均滤波值；若当前的平均滤波值大于低频噪声检测幅度阈值，则低频噪声持续时间自动增加；否则低频噪声持续时间清零；若低频噪声持续时间大于低频噪声检测时间阈值，则将低频噪声标志位设置为低频噪声；

步骤S29，对获得的单导联心电信号，进行高频噪声检测，高频噪声检测的具体步骤如图4所示；首先，将获得的单导联心电信号通过高通滤波器，提取心电信号中的高频信号；此处的高通滤波器，可以选择任何公知的数字高通滤波器设计方案；对提取的高频信号取绝对值，并对该绝对值进行平均滤波处理，获得平均滤波值；若当前的平均滤波值大于高频噪声检测幅度阈值，则高频噪声持续时间自动增加；否则高频噪声持续时间清零；若高频噪声持续时间大于高频噪声检测时间阈值，则将高频噪声标志位设置为高频噪声；

值得一提的是，上述步骤仅仅是对一个单导联信号质量进行分析；当前单导联信号质量分析完成后，选择下一导联重复上述步骤对其进行分析；直到所有的信号被分析；当全部导联信号质量分析完成，则进行相关性分析，即执行步骤S13。

此外，值得一提的是，在一些情况下，步骤S21-24为必须执行的部分，而步骤S25-S29可以选择执行其中一个步骤或几个步骤，同时执行顺序也可以进行调换。

请参见图5，在本实施例中，步骤S14对获得的各导联ECG信号水平、噪声水平及导联相关系数矩阵P，选择合适的导联；图5示出了本实施例中步骤S14包括的具体流程，包括如下步骤：

步骤S51，进行第一轮选择；首先，将各导联ECG信号的第二心电质量水平，按照由大到小的顺序进行排列，作为主循环导联顺序；若当前主循环导联存在导联脱落、信号过载、信号跳变、低频干扰、高频干扰中的任何干扰，则结束本次主循环进入下一主循环导联；否则，将当前主循环导联与所有导联的相关系数绝对值由大到小的顺序进行排列，作为子循环导联顺序；若子循环导联无干扰且与主循环导联相关系数绝对值大于第一相关系数阈值，则该子循环导联作为备选导联；若当前主循环导联下选出N1个备选导联，则结束整个主循环，并以这N1个备选导联作为选出导联；其中，N1为期望选出的最多导联数；否则进入下一主循环导联重新选择。

若第一轮选择获得结果，则转向步骤S55；否则执行步骤S52，进入第二轮选择；

步骤S52，进行第二轮选择；首先，将各导联ECG信号的第二心电质量水平，按照由大到小的顺序进行排列，作为主循环导联顺序；若当前主循环导联存在导联脱落、信号过载、信号跳变、低频干扰、高频干扰中任何干扰，则结束本次主循环进入下一主循环导联；否则，将主循环导联与所有导联的相关系数绝对值由大到小的顺序进行排列，作为子循环导联顺序；若子循环导联无干扰且与主循环导联相关系数绝对值大于第二相关系数阈值，则该子循环导联作为备选导联，其中第二相关系数阈值小于第一相关系数阈值；若当前主循环导联下选出N2个备选导联，则结束整个主循环，并以这N2个备选导联作为选出导联；其中，N2小于N1且大于1的整数；否则进入下一主循环导联重新选择。

若第二轮选择获得结果，则转向步骤S55；否则执行步骤S53，进入第三轮选择；

步骤S53，进行第三轮选择；首先，将导联相关系数矩阵P中的下三角矩阵取出(主对角线除外)，并按照绝对值由大到小的顺序排列，作为循环顺序；若当前相关系数绝对值大于第三相关系数阈值，且对应的两个导联均无导联脱落、信号过载、信号跳变、低频干扰、高频干扰中的任何干扰，则将这两个导联选出并结束循环，其中第三相关系数阈值小于第二相关系数阈值；否则判断下一个相关系数。

若第三轮选择获得结果，则转向步骤S55；否则执行步骤S54，进入第四轮选择；

步骤S54，进行第四轮选择；若肢体II导联无导联脱落、信号过载及信号跳变，则以肢体II导联为选出导联；否则，将各导联ECG信号第二心电质量水平，按照由大到小的顺序进行排列，作为循环顺序；若当前导联无导联脱落、信号过载、信号跳变、低频干扰、高频干扰中的任何干扰，则以当前导联为选出导联结束循环。若仍无法获得结果，则以肢体II导联为选出导联。

步骤S55，存储选出的导联。

上述步骤中，第一相关系数阈值、第二相关系数阈值及第三相关系数阈值均为预设的阈值。

在本实施例中，还涉及一种实现上述方法的装置。如图6所示，该装置包括：心电信号取得模块61、信号质量分析模块62、相关系数取得模块63和导联选择及存储模块64；其中，心电信号取得模块61用于通过生理电极，取得多导联同步心电信号，分别对这些心电信号进行处理得到其数字的导联信号；信号质量分析模块62用于分别对上述得到的导联信号进行信号质量分析，得到其ECG信号水平和噪声水平；相关系数取得模块63用于分别对得到的多个导联信号中的任意两个进行运算，得到其相关系数；包括通过两个信号的均值、协方差和方差得到其相关系数；多个相关系数组成相关系数矩阵P；导联选择及存储模块64用于依据得到的导联信号的其ECG信号水平、噪声水平以及相关系数矩阵P，选择所述相关系数绝对值最大、且无干扰的导联信号作为导联并存储。

如图7所示，在本实施例中，信号质量分析模块62进一步包括：差分信号取得单元71，用于提取单导联心电信号，对其进行差分计算，得到其差分信号；心电质量取得单元72，其用于对所述单导联心电信号中的所有信号数值进行绝对值计算，并对所有得到的绝对值求和，得到第一心电质量水平；对得到的差分信号中的所有信号值进行绝对值运算，并对得到的所有绝对值求和，得到第二心电质量水平；阈值取得单元73，用于根据得到的第一心电质量水平和第二心电质量水平，计算导联脱落检测的第一幅度阈值和第二幅度阈值、信号过载检测的第三幅度阈值、信号跳变检测的第四幅度阈值、低频干扰检测的第五幅度阈值、高频干扰检测的第六幅度阈值，并对上述幅度阈值进行预设。

如图8所示，相关系数取得模块63包括：均值及协方差取得单元81、相关系数取得单元82以及相关系数矩阵取得单元83；其中，均值及协方差取得单元81用于选择两个多导联同步心电信号，分别计算其均值，依据计算得到的两个导联同步心电信号的均值得到协方差；相关系数取得单元82用于分别计算两个导联同步心电信号的方差，依据得到的方差和上述步骤中得到的协方差，按照如下方法得到其相关系数：

计算导联X、导联Y的协方差Cov(x，y)的公式如式(1)所示；

$\mathrm{Cov}(X,Y)=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x_i-\stackrel{\‾}{x})(y_i-\stackrel{\‾}{y})---\left(1\right)$

式(1)中，x_i为导联X在i位置处的值；y_i为导联Y在i位置处的值；N为导联X(导联Y)的数据长度；

计算导联X的方差D(x)的公式如式(2)所示；

$D\left(X\right)=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2---\left(2\right)$

式(2)中，x_i为导联X在i位置处的值；N为导联X的数据长度；

计算导联之间两两相关系数的公式如式(3)所示；

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{XY}}=\frac{\mathrm{Cov}(X,Y)}{\sqrt{D\left(X\right)}\sqrt{D\left(Y\right)}}---\left(3\right)$

式(3)中，Cov(x，y)为向量x、y的协方差；D(x)为向量x的方差；D(y)为向量y的方差；

相关系数矩阵取得单元83用于选择不同的两个多导联同步心电信号，重复步骤C1）-C2），直到所有多导联同步心电信号被选择，得到所有导联同步心电信号两两之间的相关系数，得到相关系数矩阵，如下：

其中，ρ_MN为M、N通道之间的相关系数，同样地，M的取值和N的取值相等（即M的最大值和N的最大值是相同的）。

如图9所示，导联选择及存储模块64包括：第一选择单元91、第二选择单元92、第三选择单元93、第四选择单元94以及导联存储单元95；其中，第一选择单元91用于将各导联信号的第二心电质量水平按照其绝对值由大到小的顺序排列，作为主循环导联顺序；判断其是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如是，转入下一主循环导联顺序；如否，将当前主循环导联的所有导联的按其相关系数的绝对值由大到小的顺序排列，作为子循环导联顺序，以该子循环导联为干扰且其与主循环导联相关系数大于第一相关系数阈值为条件筛选备选导联，如得到N1个备选导联，则以所述N1个备选导联为选出导联；否则，进入下一主循环导联重新选择；如本步骤中得到选出导联，并由导联存储单元存储；如本步骤未得到选出导联，由第二选择单元92进行导联选择；第二选择单元92用于将各导联信号的第二心电质量水平按照其绝对值由大到小的顺序排列，作为主循环导联顺序；判断其是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如是，转入下一主循环导联顺序；如否，将当前主循环导联的所有导联的按其相关系数的绝对值由大到小的顺序排列，作为子循环导联顺序，以该子循环导联为干扰且其与主循环导联相关系数大于第二相关系数阈值为条件筛选备选导联，如得到N2个备选导联，则以所述N2个备选导联为选出导联；否则，进入下一主循环导联重新选择；如本步骤中得到选出导联，并由导联存储单元存储；如本单元未得到选出导联，由第三选择单元93进行导联选择；其中，N2小于N1，但大于1；第三选择单元93用于取得导联相关系数矩阵P中的下三角矩阵元素，并按其绝对值由大到小的顺序排列；依次判断其相关系数，如当前相关系数绝对值大于第三相关系数阈值，且对应的两个导联信号无导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰出现，选择该相关系数对应的两个导联信号作为导联，并由导联存储单元存储；否则，判断下一个相关系数；如所有相关系数判断完毕且未选出导联，由第四选择单元进行导联选择；第四选择单元94用于判断肢体п导联信号是否存在导联脱落、信号过载和信号跳变，如不存在，选择肢体п导联信号作为导联并由导联存储单元存储；如存在，将各导联信号的第二心电质量水平按照其绝对值由大到小的顺序排列，判断每个导联信号是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如不存在，选择该导联信号作为导联并由导联存储单元存储；如所有导联信号均存在上述干扰，选择肢体п导联信号作为导联并由导联存储单元95存储；导联存储单元95用于将选择的导联存储。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法，其特征在于，包括如下步骤:

A)通过生理电极，取得多导联同步心电信号，分别对这些心电信号进行处理得到其数字的导联信号；

B)分别对上述得到的导联信号进行信号质量分析，得到其ECG信号质量和噪声水平；

C)分别对得到的多导联信号中的任意两个导联信号进行运算，得到其相关系数；包括通过两个导联信号的均值、协方差和方差得到其相关系数；多个相关系数组成相关系数矩阵P；

D)依据得到的导联信号的ECG信号质量、噪声水平以及相关系数矩阵P，选择所述相关系数绝对值最大、且无干扰的导联信号作为导联并存储。

2.根据权利要求1所述的在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法，其特征在于，所述步骤B)中进一步包括如下步骤：

B1)提取单导联心电信号，对其进行差分计算，得到其差分信号；

B2)对所述单导联心电信号中的所有信号数值进行绝对值计算，并对所有得到的绝对值求和，得到第一心电信号质量；对得到的差分信号中的所有信号值进行绝对值运算，并对得到的所有绝对值求和，得到第二心电信号质量；

B3)根据得到的第一心电信号质量和第二心电信号质量，计算导联脱落检测的第一幅度阈值和第二幅度阈值、信号过载检测的第三幅度阈值、信号跳变检测的第四幅度阈值、低频干扰检测的第五幅度阈值、高频干扰检测的第六幅度阈值，并对上述幅度阈值进行预设。

3.根据权利要求2所述的在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法，其特征在于，所述步骤B)中还进一步包括如下步骤：

B4)分别进行如下检测中的一种或多种：依据所述单导联心电信号和所述差分信号进行导联脱落检测、依据所述单导联心电信号进行信号过载检测、依据所述差分信号进行信号跳变检测以及依据所述单导联心电信号进行低频噪声或高频噪声检测；每种检测执行后均依据其得到的结果对相关标志位置位或清除。

4.根据权利要求3所述的在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法，其特征在于，所述步骤B)中还包括：取得不同的单导联心电信号，并重复上述步骤B1)-B4)。

5.根据权利要求4所述的在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法，其特征在于，所述步骤C)中进一步包括：

C1)选择多导联同步心电信号中的两个导联信号，分别计算其均值，依据计算得到的两个导联同步心电信号的均值得到协方差；

C2)分别计算两个导联同步心电信号的方差，依据得到的方差和上述步骤中得到的协方差，得到其相关系数；

C3)选择不同的两个多导联同步心电信号，重复步骤C1)-C2)，直到所有多导联同步心电信号被选择，得到所有导联同步心电信号两两之间的相关系数，得到相关系数矩阵，如下：

其中，ρ_MN为M、N通道之间的相关系数，M的取值和N的取值相等。

6.根据权利要求5所述的在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法，其特征在于，所述步骤D)中分别依次以所述第二心电信号质量的绝对值大小、相关系数矩阵元素的绝对值大小和肢体п的导联特性为标准，选择导联并存储。

7.根据权利要求6所述的在多导联同步心电信号中选择心电导联的方法，其特征在于，所述步骤D)包括如下步骤：

D1)将各导联信号的第二心电信号质量按照其绝对值由大到小的顺序排列，作为主循环导联顺序；判断其是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如是，转入下一主循环导联；如否，将当前主循环导联与所有导联的相关系数按照绝对值由大到小的顺序排列，作为子循环导联顺序，以该子循环导联无干扰且其与主循环导联相关系数大于第一相关系数阈值为条件筛选备选导联，如得到N1个备选导联，则以所述N1个备选导联为选出导联；否则，进入下一主循环导联重新选择；如本步骤中得到选出导联，跳转到步骤D5)；如本步骤未得到选出导联，执行步骤D2)；

D2)将各导联信号的第二心电信号质量按照其绝对值由大到小的顺序排列，作为主循环导联顺序；判断其是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如是，转入下一主循环导联；如否，将当前主循环导联与所有导联的相关系数按照绝对值由大到小的顺序排列，作为子循环导联顺序，以该子循环导联无干扰且其与主循环导联相关系数大于第二相关系数阈值为条件筛选备选导联，如得到N2个备选导联，则以所述N2个备选导联为选出导联；否则，进入下一主循环导联重新选择；如本步骤中得到选出导联，跳转到步骤D5)；如本步骤未得到选出导联，执行步骤D3)；其中，N2小于N1，但大于1；

D3)取得导联相关系数矩阵P中的下三角矩阵元素，并按其绝对值由大到小的顺序排列；依次判断其相关系数，如当前相关系数绝对值大于第三相关系数阈值，且对应的两个导联信号无导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰出现，选择该相关系数对应的两个导联信号作为导联，并跳转到步骤D5)；否则，判断下一个相关系数；如所有相关系数判断完毕且未选出导联，执行步骤D4)；

D4)判断肢体п导联信号是否存在导联脱落、信号过载和信号跳变，如不存在，选择肢体п导联信号作为导联并执行步骤D5)；如存在，将各导联信号的第二心电信号质量按照其绝对值由大到小的顺序排列，判断每个导联信号是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如不存在，选择该导联信号作为导联并执行步骤D5)；如所有导联信号均存在上述干扰，选择肢体п导联信号作为导联并执行步骤D5)；

D5)存储所选择的导联。

8.一种在多导联同步心电信号中选择心电导联的装置，包括：

心电信号取得模块：用于通过生理电极，取得多导联同步心电信号，分别对这些心电信号进行处理得到其数字的导联信号；

信号质量分析模块：用于分别对上述得到的导联信号进行信号质量分析，得到其ECG信号质量和噪声水平；

导联选择及存储模块：用于选择导联信号作为导联并存储；

其特征在于，还包括：

相关系数取得模块：用于分别对得到的多个导联信号中的任意两个进行运算，得到其相关系数；包括通过两个信号的均值、协方差和方差得到其相关系数；多个相关系数组成相关系数矩阵P；

其中，所述导联选择及存储模块依据得到的导联信号的ECG信号质量、噪声水平以及相关系数矩阵P，选择所述相关系数绝对值最大、且无干扰的导联信号作为导联并存储。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述信号质量分析模块进一步包括：

差分信号取得单元：用于提取单导联心电信号，对其进行差分计算，得到其差分信号；

心电质量取得单元：用于对所述单导联心电信号中的所有信号数值进行绝对值计算，并对所有得到的绝对值求和，得到第一心电信号质量；对得到的差分信号中的所有信号值进行绝对值运算，并对得到的所有绝对值求和，得到第二心电信号质量；

阈值取得单元：用于根据得到的第一心电信号质量和第二心电信号质量，计算导联脱落检测的第一幅度阈值和第二幅度阈值、信号过载检测的第三幅度阈值、信号跳变检测的第四幅度阈值、低频干扰检测的第五幅度阈值、高频干扰检测的第六幅度阈值，并对上述幅度阈值进行预设。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述相关系数取得模块包括：

均值及协方差取得单元：用于选择多导联同步心电信号中的两个导联信号，分别计算其均值，依据计算得到的两个导联同步心电信号的均值得到协方差；

相关系数取得单元：用于分别计算两个导联同步心电信号的方差，依据得到的方差和上述步骤中得到的协方差，并得到其相关系数；

相关系数矩阵取得单元：用于选择不同的两个多导联同步心电信号，重复调用所述均值及协方差取得单元和所述相关系数取得单元，直到所有多导联同步心电信号被选择，得到所有导联同步心电信号两两之间的相关系数，得到相关系数矩阵，如下：

其中，ρ_MN为M、N通道之间的相关系数，M的取值和N的取值相等。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述导联选择及存储模块包括：

第一选择单元：用于将各导联信号的第二心电信号质量按照其绝对值由大到小的顺序排列，作为主循环导联顺序；判断其是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如是，转入下一主循环导联；如否，将当前主循环导联与所有导联的相关系数按照绝对值由大到小的顺序排列，作为子循环导联顺序，以该子循环导联无干扰且其与主循环导联相关系数大于第一相关系数阈值为条件筛选备选导联，如得到N1个备选导联，则以所述N1个备选导联为选出导联；否则，进入下一主循环导联重新选择；如本单元中得到选出导联，并由导联存储单元存储；如本单元未得到选出导联，由第二选择单元进行导联选择；

第二选择单元：用于将各导联信号的第二心电信号质量按照其绝对值由大到小的顺序排列，作为主循环导联顺序；判断其是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如是，转入下一主循环导联；如否，将当前主循环导联与所有导联的相关系数按照绝对值由大到小的顺序排列，作为子循环导联顺序，以该子循环导联无干扰且其与主循环导联相关系数大于第二相关系数阈值为条件筛选备选导联，如得到N2个备选导联，则以所述N2个备选导联为选出导联；否则，进入下一主循环导联重新选择；如本单元中得到选出导联，并由导联存储单元存储；如本单元未得到选出导联，由第三选择单元进行导联选择；其中，N2小于N1，但大于1；

第三选择单元：用于取得导联相关系数矩阵P中的下三角矩阵元素，并按其绝对值由大到小的顺序排列；依次判断其相关系数，如当前相关系数绝对值大于第三相关系数阈值，且对应的两个导联信号无导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰出现，选择该相关系数对应的两个导联信号作为导联，并由导联存储单元存储；否则，判断下一个相关系数；如所有相关系数判断完毕且未选出导联，由第四选择单元进行导联选择；

第四选择单元：用于判断肢体п导联信号是否存在导联脱落、信号过载和信号跳变，如不存在，选择肢体п导联信号作为导联并由导联存储单元存储；如存在，将各导联信号的第二心电信号质量按照其绝对值由大到小的顺序排列，判断每个导联信号是否存在导联脱落、信号过载、信号跳变、信号低频干扰和信号高频干扰，如不存在，选择该导联信号作为导联并由导联存储单元存储；如所有导联信号均存在上述干扰，选择肢体п导联信号作为导联并由导联存储单元存储；

导联存储单元：用于将选择的导联存储。