CN103860162A - 一种起搏信号检测方法、系统和心电检测设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种起搏信号检测方法、系统和心电检测设备，通过对从起搏心电信号中分离出来的原始起搏信号进行预处理，再基于预处理后的信号计算起搏信号的基本形态参数，基本形态参数包括起搏信号的宽度、摆率和幅度；基于计算出来的起搏信号基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认，对于被确认为真实的起搏信号，记录其位置信息。本申请公开的心电检测设备可以更加准确地检测出起搏信号，并将起搏信号标记在心电信号上进行输出。

Description

一种起搏信号检测方法、系统和心电检测设备

技术领域

本申请涉及一种医疗设备，尤其涉及一种起搏信号检测方法、系统和心电检测设备。

背景技术

心动过缓是指心搏频率低，并可能伴随有不规则的心律，心率值通常要低于60次/分钟。患有严重心动过缓的患者即使处于运动状态，其心脏也不能泵出足够的富含氧气的血液到全身。结果就会出现头晕，体力不足，气短甚至晕厥的症状，严重影响生活质量甚至会危及生命。而在患者体内植入起搏器是用于治疗心动过缓的最常见的方式。起搏器通过发送小的电信号到心脏来提高心率，从而帮助心脏恢复其节律，缓解心动过缓的症状。而利用心电检测设备或心电图机等心电诊断设备进行起搏信号的检测，是一种无创而快捷的检测方式，可用于起搏器安装后的患者监护，以及对佩戴起搏器患者的识别、监护和诊断等方面，在临床应用较广。

在心电图机标准和心电监护标准中都规定了起搏信号检测范围，其中监护仪对起搏信号检测范围为：宽度为0.1毫秒-2毫秒，幅度为±2毫伏-±700毫伏。但由于起搏器是一种植入设备，供电问题是起搏器需要解决的核心问题。为了延长起搏器内的电池的使用时间，起搏器厂家一直在努力降低起搏器的工作功耗，以及改进工作模式，但是这些改进虽然使得电池使用时间延长了，却导致传导到体表的起搏信号幅度越来越小，从而导致起搏信号检测困难。

此外起搏器发出的起搏脉冲传导到体表之后，因为与心电导联轴之间的投影关系，在不同导联上幅度也会有较大差异。所以随着起搏器技术的发展，仅仅满足相关标准要求是不能完全满足临床使用要求的。美国心电协会也建议监护设备制造商应根据起搏器技术的发展而提高对起搏信号的检测性能。目前大部分监护厂商都使用硬件方法，基本原理就是通过检测信号的摆率和幅度来进行起搏信号检测。但其缺点在于，由于检测策略简单，无法针对起搏信号形态进行检测，也无法基于起搏信号以及外界噪声的变化进行检测阈值的自适应调整，所以抗扰性差。有些厂家为了提高检测起搏信号模块的抗干扰性，则以牺牲检测阈值为代价，从而降低了检测灵敏度。

发明内容

本申请提供一种新的起搏信号检测方法、系统和心电检测设备，实现起搏信号更准确地检测。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种起搏信号检测方法，包括下面步骤：

获取起搏心电信号；

从选定的检测通道的起搏心电信号中分离出该通道的起搏信号,得到原始起搏信号；和

基于原始起搏信号检测真实的起搏信号；具体包括：

对原始起搏信号进行预处理；

基于预处理后的信号计算起搏信号的基本形态参数，所述基本形态参数包括起搏信号的宽度、摆率和幅度；

基于起搏信号的基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认；和

对于被确认为真实的起搏信号，记录其位置信息。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种起搏信号检测系统，包括下面模块：

预处理模块，所述预处理模块用于对从起搏心电信号中分离出的原始起搏信号进行预处理；

起搏信号检测模块，所述起搏信号检测模块基于预处理后的信号计算起搏信号的基本形态参数，并且基于所述基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认，所述基本形态参数包括起搏信号的宽度、摆率和幅度；

标记模块，用于记录被确认为真实的起搏信号的位置信息。

根据本发明的第三方面，本申请提供一种心电检测设备，包括

信号获取系统，用于获取起搏心电信号，并从起搏心电信号中分离出原始起搏信号和心电信号；

心电信号预处理系统，用于对心电信号进行预处理；

上述起搏信号检测系统；

心电分析系统，用于将所述起搏信号检测系统记录的起搏信号的位置信息在心电信号中进行标记；

结果输出系统，对标记有起搏信号的心电信号进行输出

本申请的有益效果是：本申请中，通过从获取到的起搏心电信号中分离出原始起搏信号，并输出原始起搏信号序列，对该原始起搏信号序列进行预处理后，基于预处理后的原始起搏信号序列计算起搏信号的基本形态参数，包括起搏信号的宽度、摆率和幅度，再根据起搏信号的基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认。计算起搏信号的基本形态参数能够更加准确地反应起搏信号的基本特征，根据起搏信号的基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认可以滤除因干扰信号而检测出的无效起搏信号，减少起搏信号误判的几率，让输出结果更加准确。

本实施例提供的心电检测设备可以更加准确地检测出起搏信号，并将起搏信号标记在心电信号上进行输出。

附图说明

图1为本申请一种实施例中心电检测设备的结构示意图;

图2为心电检测设备中信号获取系统的结构示意图;

图3为本申请一种实施例的起搏信号检测步骤流程图；

图4为本申请一种实施例中预处理步骤的一种具体流程图；

图5为本申请一种实施例中原始起搏心电信号及其差分信号的波形图；

图6为本申请一种实施例中预处理步骤的另一种具体流程图；

图7为本申请一种实施例中计算基本形态参数步骤的具体流程图；

图8为本申请一种实施例中关键点检测步骤的具体流程图；

图9为本申请一种实施例中原始起搏信号及其差分信号的关键点位置示意图；

图10为本申请另一种实施例中合并多通道检测结果步骤的具体流程图；

图11为本申请一种实施例中起搏信号检测系统的模块示意图；

图12为本申请一种实施例中预处理模块的单元结构示意图；

图13为本申请一种实施例中起搏信号检测模块的单元结构示意图；

图14为本申请一种实施例中关键点检测单元的子单元结构示意图；

图15为本申请另一种实施例中结果合并模块的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

起搏信号，是指起搏器产生的信号。

起搏心电信号，是指包含有起搏信号的心电信号。

原始起搏信号，是指从起搏心电信号分离出、未经真伪确认的起搏信号序列。

对于植入起搏器的患者，其在进行心电信号检测时检测到的信号中包含有起搏器产生的起搏信号，本申请中将包含有起搏信号的心电信号称为起搏心电信号。无论从心电信号的分析方面考虑还是从监控起搏器的工作情况方面考虑，都需要将起搏信号从心电监护设备或心电图机等心电检测设备检测的起搏心电信号中识别出来。

请参考图1，图1所示为一种心电检测设备的模块结构示意图，可作为心电诊断设备或患者监护设备的一部分，也可作为独立的心电检测设备。心电检测设备包括：信号获取系统11、心电信号预处理系统12、心电分析系统14、结果输出系统15和起搏信号检测系统13，实现对起搏信号的检测，并将检测结果在输出心电信号分析结果中标记出来。

起搏心电信号由电极16拾取后，进入信号获取系统11，信号获取系统11用于从起搏心电信号中分离出原始起搏信号和心电信号，并输出原始起搏信号到起搏信号检测系统13，输出心电信号到心电信号预处理系统12。

心电信号预处理系统12用于对心电信号序列中的心电信号进行预处理，然后输出到心电分析系统14。心电分析系统14用于对心电信号进行分析处理。

起搏信号检测系统13用于对原始起搏信号进行处理，确认起搏信号的真伪，并记录真实的起搏信号的位置，生成起搏信号标记信息后输出到心电分析系统14，心电分析系统14将起搏信号检测系统13检测的结果标记在心电信号中。

输出系统15对标记有起搏信号的心电信号进行输出。

信号获取系统11的具体结构见图2，由心电输入级模块21、心电信号采集模块22、起搏信号采集电路模块23构成。其中心电输入级模块21包括：起搏心电信号的输入保护/滤波单元2101，阻抗变换单元2102。心电采集模块22包括心电放大/滤波单元2201，数模转换单元2202。起搏信号采集模块包括信号选择单元2301、用于利用起搏信号与心电信号频率成分不同而进行信号选取的带通滤波放大单元2302、用于输出原始起搏信号序列的起搏信号模数转换单元2303。最终，信号获取系统11输出两个数据序列：心电信号序列和原始起搏信号序列。

为了更准确地识别起搏信号，本申请实施例中起搏信号检测系统以从起搏心电信号中分离出的原始起搏信号为基础进行进一步处理，在对原始起搏信号进行预处理后，基于预处理后的信号计算起搏信号的基本形态参数，并根据起搏信号的基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认，减少起搏信号漏检和误判的几率，从而更准确地检测起搏信号。以下对起搏信号检测系统采用的检测方法进行具体说明。

实施例一：

请参考图3，本实施例提供了一种起搏信号检测方法，包括下面步骤：

步骤101，获取起搏心电信号，具体为，起搏心电信号由电极拾取后，经过输入保护电路、滤波电路和阻抗变换电路实现起搏心电信号的提取。

步骤102，从步骤101提取的起搏心电信号中分离出原始起搏信号，具体为，对起搏心电信号采用硬件进行高通或带通滤波处理，滤除心电信号，分离出原始起搏信号。

步骤103，输出原始起搏信号序列，具体的，对分离出的原始起搏信号进行模数转换，得到原始起搏信号序列。

步骤104，对原始起搏信号序列进行预处理，以突出起搏信号的特征。

步骤105，根据预处理后的信号计算起搏信号的基本形态参数，基本形态参数包括起搏信号的宽度、摆率和幅度。

步骤106，基于起搏信号的基本形态参数确认该起搏信号的真伪。

步骤107，当步骤106中确认出起搏信号为伪时，即该起搏信号为无效的起搏信号，则放弃本次检测结果。

步骤108，当骤106中确认出起搏信号为真时，即该起搏信号为有效的起搏信号，则记录该起搏信号的位置信息。

请参考图4，步骤104中，对原始起搏信号序列进行预处理的一种具体实例包括下面步骤：

步骤202，将固定长度的原始起搏信号序列201保存至检测数据缓冲区内，本方案可以避免在高采样频率下，占用过多的处理器资源，比如，设置原始起搏信号序列的检测为每2ms检测一次，即将2ms长度的原始起搏信号序列存入检测数据缓冲区进行检测。当原始起搏信号序列的检测为每4ms执行一次时，则固定长度定为4ms。

优选的，在步骤202后先执行步骤203，对原始起搏信号序列进行滤波处理，滤波处理可以是带通滤波或高通滤波，而带通滤波包括低通滤波和高通滤波。

当选择高通滤波时通过用原始起搏信号减去平均滤波后信号的方式实现，平均滤波点数可以根据具体需要选择，下面以平均滤波点数为16点为例对滤波进行说明。

定义原始起搏信号为x(n)，经过高通滤波后的信号为x_hpf(n)，则x_hpf(n)为：

x_hpf(n)=x(n)-[x(n)+x(n-1)+…+x(n-15)]/16----------（1）

高通滤波可以有效抑制信号中的低频噪声，如工频干扰、QRS波和中低频肌电等。当起搏心电信号含有较大干扰信号时，经过硬件高通滤波后仍然有部分残留，影响起搏信号检测。因此，步骤203中对原始起搏信号再进行软件滤波处理，这样可以减小如工频、肌电、QRS波等对检测的影响，同时软件滤波相对硬件滤波具有较大的灵活性，方便针对不同应用场合进行调整。

步骤204，对经过滤波处理的原始起搏信号序列进行差分处理，得到差分信号205。当然，本领域技术人员应该理解，当不存在步骤203的滤波处理时，本步骤中可直接针对原始数据进行差分处理。差分处理中可以是2点差分、4点差分或16点差分等，本实施例中以选择2点差分为例进行说明。具体为，定义差分信号y(n)，

y(n)=x_hpf(n)-x_hpf(n-2)-----------（2）

差分处理是通过差分来提取信号的摆率信息，剔除摆率小的噪声，可以有效突出起搏信号特征。

如图5所示，对比原始起搏信号（上图）及其高通差分信号（下图），可以看出对原始起搏信号进行高通差分处理后可以有效突出起搏信号的特征。

请参考图6，在另一种实施例中，在预处理步骤中还可根据原始起搏信号序列判断是否存在噪声，以使后续计算中根据是否存在噪声而采取不同的计算策略。例如，步骤104对原始起搏信号序列进行预处理还可以包括下面步骤：

步骤401，求出当前数据缓冲区内的数据能量总和，数据能量总和指保存在数据缓冲区内的原始起搏信号序列的信号绝对值之和。

步骤402，根据步骤401求出的能量总和求出该段数据的平均能量。

步骤403，判断步骤402中求出的平均能量是否超出能量阈值，同时根据设定时间段内平均能量的波动判断平均能量是否稳定，如果平均能量超出了能量阈值且平均能量稳定，则判断为存在类工频的周期性噪声，否则判断为不存在类工频的周期性噪声。能量阈值根据具体需要进行设定，其值一般设定为在原始起搏信号序列不存在类工频的周期性噪声时平均能量的最大值。

在根据预处理后的信号计算起搏信号的基本形态参数时基于差分信号和原始起搏信号序列来计算起搏信号的基本形态参数。在一种具体实例中，根据起搏信号的起点、终点和顶点计算起搏信号的基本形态参数。起搏信号的顶点是指起搏信号上与起搏信号方向相同的幅值绝对值最大的点，起搏信号的起点是指按照检测时间顺序从起搏信号的顶点向前检测到的幅度稳定点或反向急转点或拐点，起搏信号的终点是指按照检测时间顺序从起搏信号的顶点向后检测到的幅度稳定点或反向急转点或拐点。

在一种具体实例中，结合原始起搏信号在预处理中得到的高通差分信号共同进行起搏信号检测。首先，在原始起搏信号和高通差分信号上进行起搏信号关键点检测；接着，利用检测出的关键点计算起搏信号的基本形态参数；然后对起搏信号基本形态参数进行确认，判断该脉冲是真实的起搏信号还是噪声干扰；最后根据确认结果输出单通道起搏信号标志。本具体实例中，通过检测第一边缘点A、过零点B、第一最值点C、起点D、第二边缘点X、终点E和顶点G等几个关键点来计算起搏信号的基本形态参数。

请参考图7步骤105和步骤106（即计算基本形态参数和判断起搏信号的真伪）可以具体包括下面步骤：

步骤501，首先基于差分信号检测起搏信号的起点和终点，差分信号中起搏信号的起点和终点对应于原始起搏信号序列中的点分别为原始起搏信号序列中起搏信号的起点和终点；然后在原始起搏信号序列的起点和终点之间搜索起搏信号的顶点。

如图8所示，基于差分信号检测起搏信号的起点和终点具体包括下面步骤：

步骤601，按照时间顺序在差分信号205上检测第一边缘点A，第一边缘点A为差分信号205的绝对值首次大于检测阈值的点；同时，根据第一边缘点A的信息确认起搏信号的方向。

步骤602，在第一边缘点A后搜索过零点B，过零点B为第一边缘点A后差分信号205中差分值符号首次与其前一点差分值符号相反的点；优选的，设定一固定时间段，在第一边缘点A后固定时间段内搜索差分值符号首次与其前一点差分值符号相反的点，当该点存在时，则定义了过零点B，当该点不存在时，则定义该固定时间段内的最后一点为过零点B。

步骤603，在第一边缘点A和过零点B之间搜索与起搏信号方向相同的最值，对应点为第一最值点C。

步骤604，在第一边缘点A之前搜索满足起搏信号起点条件的点，将该点对应到原始起搏信号序列中的点作为起搏信号的起点D；例如起点条件可以是：当前点与其后三个点的差分值之差均较大并且当前点与其前三个点的差分值之差均较小；或者当前点与其后一点的差分值之差大于当前点与其前一点的差分值之差的4倍。如果当前点满足该起点条件则认为当前点为起点。当然，本领域技术人员可以理解，起点条件可根据实际需要设计，当采用的关键点检测方法不同时，起点条件可能不同。

步骤605，在过零点B之后检测差分信号205中满足第二边缘点条件的第二边缘点X；例如，第二边缘点条件可以是：当前点差分值的绝对值超过第一最值点C差分值的绝对值的一半并且与起搏信号方向相反。满足该条件的则认为当前点为X点。当然，本领域技术人员可以理解，第二边缘点条件可根据实际需要设计，当采用的关键点检测方法不同时，第二边缘点条件可能不同。优选的，设定一固定时间段，在过零点B之后固定时间段时检测差分信号205中满足第二边缘点条件的点，当该点存在时，则定义为第二边缘点X，当该点不存在时，则判断为第一边缘点A是由干扰产生的，则终止本次关键点检测步骤，转到步骤601，重新开始检测差分信号205中绝对值大于检测阈值的第一边缘点A。

步骤606，在第二边缘点X后检测满足起搏信号终点条件的点，将该点对应到原始起搏信号序列中的点作为起搏信号的终点E。终点条件可以是：当前点的幅值与起点D接近或相等。满足该条件的则认为当前点为终点E。当然，本领域技术人员可以理解，终点条件可根据实际需要设计，当采用的关键点检测方法不同时，终点条件可能不同。优选的，设定一固定时间段，在第二边缘点X后固定时间段内检测满足起搏信号终点条件的点，若该点存在，则定义为终点E，若不存在，则将该固定时间段内的最后一点作为终点E。

步骤609，在原始起搏信号序列的起点D和终点E之间搜索起搏信号的顶点G。一般情况下，可将原始起搏信号序列的起点D和终点E之间与起搏信号方向相同的最值点作为起搏信号的顶点G。当在预处理过程中有对是否存在类工频的周期性噪声进行判断时，可根据判断结果对顶点G的检测采取不同的策略，例如，当步骤403判断为存在类工频的周期性噪声时，考虑到起搏信号变形较大，直接将步骤603检测出的第一最值点C对应于原始起搏信号序列的点作为顶点G；当步骤403判断为不存在类工频的周期性噪声时，以原始起搏信号序列的起点D和终点E之间与起搏信号方向相同的最值点作为起搏信号的顶点G。

检测出的原始起搏信号序列和差分信号中对应的关键点位置如图9所示。

在检测出起搏信号的起点、顶点和终点后进行步骤502。

步骤502，基于在原始起搏信号序列上的起点、顶点和终点计算起搏信号的基本形态参数，基本形态参数包括起搏信号的宽度、摆率和幅度。起搏信号的宽度为起点和终点之间的距离，幅度是顶点的幅度，摆率就是斜率，摆率=(幅度*采样率)/(宽度*采样精度)。

步骤503，起搏信号确认，即判断起搏信号的真伪。步骤503是对步骤502计算出的起搏信号形态特征参数进行确认的过程，判断检测到的脉冲是真实的起搏信号，还是噪声干扰。具体为，将起搏信号的基本形态参数与设定的形态参数范围进行比较，设定的形态参数范围包括起搏信号宽度范围、摆率和幅度下限值，根据比较结果判断起搏信号是否是真实的起搏信号，当起搏信号的基本形态参数满足任一个判断条件时，则认为该起搏信号为噪声，否则认为该起搏信号为真实的起搏信号；判断条件包括：

起搏信号的宽度超出设定的宽度范围；

起搏信号的摆率小于设定的摆率下限值；

起搏信号的幅度小于设定的幅度下限值；

起搏信号的右边幅度小于左边幅度一设定阈值；在原始起搏信号中，起搏信号顶点与起点幅度差的绝对值为左边幅度，起搏信号顶点与终点幅度差的绝对值为右边幅度；该固定阈值可以预先设置为左边幅度的0.6倍或0.7倍。

在另一种实施例中，当在预处理过程中有对是否存在类工频的周期性噪声进行判断时，可根据判断结果对起搏信号的确认采取不同的策略，例如，当步骤403判断为不存在类似工频的周期性噪声时，步骤503直接对步骤502计算出的参数进行起搏信号的确认；当步骤403判断为存在类似工频的周期性噪声时，则先利用差分信号205对步骤502计算出的幅度和摆率进行修正，本领域技术人员可根据需要选择不同的修正方案，对幅度和摆率进行修正，并用修正后的特征参数进行起搏信号的确认。

优选的，设定的形态参数范围根据信号的质量进行自适应调整，当信号质量不满足质量条件时，提高摆率和幅度下限值，当信号质量满足质量条件时，降低摆率和幅度下限值。可采用一段时间内的差分信号的幅值是否满足质量条件来判断信号质量的好坏，例如每隔2ms将前2ms内数据段的差分信号的最大值存入缓冲区，若前面一段时间内的差分信号的幅值超过质量阈值（该质量阈值根据前面一段时间内的差分信号确定，比如前面一段时间内缓冲区中数据的平均值）的次数较少，或者在一定时间范围内检测到的起搏信号个数较少，则认为满足质量条件，说明信号稳定，反之，则认为不满足质量条件，信号杂乱，信号质量不好。

步骤504，对于当前选定的检测通道，对检测出的起搏信号进行标记，记录起搏信号的位置。

当采用步骤601中的方案检测第一边缘点A时，还可进一步包括检测阈值的更新步骤，以进行下一轮检测。对步骤601中的检测阈值进行自适应更新具体为，定义检测阈值为阈值系数和临时阈值的乘积，基于差分信号对阈值系数和临时阈值进行动态更新。阈值系数动态更新方法为：根据差分信号的质量自适应更新，阈值系数默认为2，当存在噪声干扰、信号比较杂乱时，阈值系数提高为3；当噪声干扰较小、信号稳定时，系数降低为1.25。临时阈值更新方法为：根据当前分析数据段之前一定时间段内（比如20ms）的差分信号的最大值来自适应更新。检测阈值的自适应更新可以在不同检测环境下实现对起搏信号的准确检测。

本实施例中，通过检测原始起搏信号的差分信号中的关键点来确定原始起搏信号中起搏信号的起点、终点和顶点，然后再根据起搏信号的起点、终点和顶点计算出可以反应起搏信号特征在基本形态参数，基于该基本形态参数判断起搏信号的真伪，可以提高起搏信号检测的准确性。

实施例二：

实施例一是对单通道的起搏心电信号进行起搏信号检测，在实际应用中，通常通过多通道来采集心电信号，如果只选择其中的一个通道检测起搏信号，有些起搏信号可能会因幅度较小而导致漏检，为避免漏检起搏信号，在本实施例中，从采集心电信号的多个通道中选择全部或其中的若干通道，对选定的各个通道可采用实施例一的方案进行单通道的起搏信号检测，记录每个通道的起搏信号位置，然后将各单通道检测出的起搏信号进行合并。

请参考图10，在本实施例中，在步骤804对起搏信号序列进行预处理之后，执行步骤801，对每个通道都基于该通道的原始起搏信号序列检测该通道的起搏信号，将被确认为真实的起搏信号的位置信息作为该通道的检测结果。

步骤802，将步骤801中每个通道的检测结果进行合并，合并的步骤包括：

检测多个通道中是否有真实的起搏信号的数量达到预设的信号个数阈值;

如果是,则将最先达到信号个数阈值的通道的真实起搏信号的位置信息作为多通道合并后的结果;

如果各个通道的真实起搏信号的数量都没有达到预设的信号个数阈值,则求多个通道的检测结果的逻辑或，计算逻辑或后的相邻两个起搏信号的位置距离，如果位置距离小于设定的距离阈值，则该两个起搏信号作为一个真实的起搏信号记录其位置信息，否则作为两个真实的起搏信号并分别记录其位置信息,作为合并后的结果。

步骤803，根据合并后的结果，输出起搏检测信息，将起搏信号标记表示在各通道的心电信号上。

例如，规定在一个数据段内每个通道最多检测2个起搏信号，这样可以在一定程度上限制由高频噪声导致的连续误检。当各通道最多仅检出一个起搏信号波时，记录第一个检出起搏信号波的位置信息，对比其余各通道的起搏信号位置信息。如果两个起搏信号间距过小，则认为是一个起搏信号，仅输出第一个起搏信号信息；否则认为是不同的起搏信号波，两个起搏信号信息均输出。当各通道最多检出2个起搏信号波时，直接将该通道号对应的起搏信号信息输出。最后将合并后的起搏信号标志输出。

通过多通道检测结果的合并可以避免在某个或某些通道上因为起搏信号较小而无法显示起搏信号标志的问题，增加起搏信号检测的准确性。

实施例三：

请参考图11，本实施例提供了一种起搏信号检测系统，包括下面模块：预处理模块901、起搏信号检测模块902和标记模块903。

预处理模块901对从起搏心电信号中分离出的原始起搏信号进行预处理，以突出起搏信号的特征。本实施例中，预处理模块901接收信号获取系统11输出的原始起搏信号序列并进行预处理。

起搏信号检测模块902基于预处理后的信号计算起搏信号的基本形态参数，基本形态参数包括起搏信号的宽度、摆率和幅度；并且基于基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认。

标记模块903用于记录被确认为真实的起搏信号的位置信息。

请参考图12，在一种具体实例中，预处理模块901包括差分处理单元1003，优选的，还包括缓冲单元1001、滤波单元1002和噪声干扰判断单元1004。

缓冲单元1001将固定长度的原始起搏信号序列进行保存以待检测，比如，设置原始起搏信号序列的检测为每2ms检测一次，即将2ms长度的原始起搏信号序列存入缓冲单元1001进行检测。当原始起搏信号序列的检测为每4ms执行一次时，则固定长度设置为4ms。

优选的，在差分处理单元1003对原始起搏信号序列进行差分处理之前先通过滤波单元1002对原始起搏信号序列进行滤波处理，滤波处理可以是带通滤波或高通滤波。当选择高通滤波时，可选用上述实施例中的高通滤波方法。

差分处理单元1003对滤波后的原始起搏信号进行差分处理，得到可以突出起搏信号特征的差分信号。差分处理可以采用上述实施例中的方法。

优选的，预处理模块还包括噪声干扰判断单元1004，噪声干扰判断单元1004按照设定的时间间隔计算该段时间间隔内的原始起搏信号的平均能量，具体为，噪声干扰判断单元1004求出保存在缓冲单元1001内的数据能量总和，数据能量总和指保存在数据缓冲区内的原始起搏信号序列的信号绝对值之和，再根据能量总和求出设定的时间段内原始起搏信号的平均能量。然后再根据一段时间内的平均能量的波动判断平均能量是否稳定。噪声干扰判断单元1004将平均能量和设定的能量阈值进行比较，当平均能量超过能量阈值且稳定时，判断为存在类工频的周期性噪声，否则判断为不存在类工频的周期性噪声。

请参考图13，在一种具体实例中，起搏信号检测模块902包括关键点检测单元1101、参数计算单元1102和起搏信号判断单元1103，优选的，还包括阈值更新单元1104。

关键点检测单元1101基于原始起搏信号序列和差分信号检测起搏信号的起点、终点和顶点。

请参考图14，关键点检测单元1101包括第一边缘点检测子单元1201、过零点检测子单元1202、第一最值点检测子单元1203、起点检测子单元1204、第二边缘点检测子单元1205、终点检测子单元1206和顶点检测子单元1207。

第一边缘点检测子单元1201按照检测时间顺序在差分信号上检测第一边缘点，第一边缘点为差分信号的绝对值首次大于检测阈值的点；同时，根据第一边缘点的信息确认起搏信号的方向。

过零点检测子单元1202在第一边缘点后搜索过零点，过零点为第一边缘点后差分信号差分值符号首次与其前一点差分值符号相反的点。优选的，设定一固定时间段，在第一边缘点后固定时间段内搜索差分值符号首次与其前一点差分值符号相反的点，当该点存在时，则定义了过零点，当该点不存在时，则定义该固定时间段内的最后一点为过零点。

第一最值点检测子单元1203在第一边缘点和过零点之间搜索与起搏信号方向相同的最值，对应点为第一最值点。

起点检测子单元1204，在第一边缘点之前检测满足起搏信号起点条件的点，将该点对应到原始起搏信号序列中的点作为起搏信号的起点；优选的，起点条件指，当前点与其后三个点的差分值之差均较大并且当前点与其前三个点的差分值之差均较小；或者当前点与其后一点的差分值之差大于当前点与其前一点的差分值之差的4倍。

第二边缘点检测子单元1205在过零点之后检测差分信号中满足第二边缘点条件的第二边缘点；优选的，第二边缘点条件指，当前点差分值的绝对值超过第一最值点差分值的绝对值的一半并且与起搏信号方向相反。优选的，设定一固定时间段，在过零点之后固定时间段时检测差分信号中满足第二边缘点条件的点，当该点存在时，则定义为第二边缘点，当该点不存在时，则判断为第一边缘点是由干扰产生的，则终止本次关键点检测步骤，由第一边缘点检测子单元1201重新开始检测差分信号中绝对值大于检测阈值的第一边缘点。

终点检测子单元1206在第二边缘点后检测满足起搏信号终点条件的点，将该点对应到原始起搏信号序列中的点作为起搏信号的终点；终点条件指，当前点的幅值与起点接近或相等。优选的，设定一固定时间段，在第二边缘点后固定时间段内检测满足起搏信号终点条件的点，若该点存在，则定义为终点，若不存在，则将该固定时间段内的最后一点作为终点。

顶点检测子单元1207在原始起搏信号序列的起点和终点之间搜索起搏信号的顶点。优选的，当噪声干扰判断单元1004判断为存在类工频的周期性噪声时，将第一最值检测子单元1203检测出的第一最值点对应于原始起搏信号序列的点作为顶点；当噪声干扰判断单元1004判断为不存在类工频的周期性噪声时，以原始起搏信号序列的起点和终点之间与起搏信号方向相同的最值点作为起搏信号的顶点。

图13中，参数计算单元1102根据起搏信号的起点、终点和顶点计算起搏信号的基本形态参数，基本形态参数包括起搏信号的宽度、摆率和幅度。

起搏信号判断单元1103基于基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认，判断检测到的脉冲是真实的起搏信号还是噪声干扰，具体为，起搏信号判断单元1103将起搏信号的基本形态参数与设定的形态参数范围进行比较，设定的形态参数范围包括起搏信号宽度范围、摆率和幅度下限值，根据比较结果判断起搏信号是否是真实的起搏信号，当起搏信号的基本形态参数满足任一个判断条件时，则认为该起搏信号为噪声，否则认为该起搏信号为真实的起搏信号；判断条件包括：

起搏信号的宽度超出设定的宽度范围；

起搏信号的摆率小于设定的摆率下限值；

起搏信号的幅度小于设定的幅度下限值；

起搏信号的右边幅度小于左边幅度一设定阈值，该固定阈值可以预先设置为左边幅度的0.6倍或0.7倍。

优选的，当噪声干扰判断单元1004判断为不存在类似工频的周期性噪声时，起搏信号判断单元1103直接对参数计算单元1102计算出的参数进行起搏信号的确认；当噪声干扰判断单元1004判断为存在类似工频的周期性噪声时，则先利用差分信号对参数计算单元1102计算出的幅度和摆率进行修正，用修正后的特征参数进行起搏信号的确认。

在优选的具体实例中，起搏信号判断单元1103根据信号的质量对设定的形态参数范围进行调整，当信号质量不满足质量条件时，提高摆率和幅度下限值，当信号质量满足质量条件时，降低摆率和幅度下限值。可采用一段时间内的差分信号的幅值是否满足质量条件来判断信号质量的好坏，例如每隔2ms将前2ms内数据段的差分信号的最大值存入缓冲区，若前面一段时间内的差分信号的幅值超过质量阈值（该质量域值根据前面一段时间内的差分信号确定，比如前面一段时间内缓冲区中数据的平均值）的次数较少或者在一定时间范围内检测到的起搏信号个数较少，则认为满足质量条件，说明信号稳定，反之，则认为不满足质量条件，信号杂乱，信号质量不好。

优选的，起搏信号检测模块还可以进一步包括阈值更新单元1104，阈值更新单元1104基于差分信号对第一边缘点检测子单元1201用于检测第一边缘点的检测阈值进行动态更新，具体为，定义检测阈值为阈值系数和临时阈值的乘积，阈值更新单元基于差分信号对阈值系数和临时阈值进行动态更新。阈值系数动态更新方法为：根据差分信号的质量自适应更新，阈值系数默认为2，当存在噪声干扰、信号比较杂乱时，阈值系数提高为3；当噪声干扰较小、信号稳定时，系数降低为1.25。临时阈值更新方法为：根据当前分析数据段之前一定时间段内（比如20ms）的差分信号的最大值来自适应更新。

标记模块903对起搏信号判断单元1103判断为有效的起搏信号进行位置标记后即输出标记信息。

请参考图15，在另一种实施例中，起搏信号检测系统还包括结果合并模块1301，每个通道基于原始起搏信号序列检测该通道的起搏信号，将被确认为真实的起搏信号的位置信息作为该通道的检测结果，结果合并模块1301获取各个通道起搏信号检测结果后对其进行合并处理，然后将合并后的起搏信号标记信息表示在各通道的心电信号上进行输出。具体合并处理方式可采用以下方式：

结果合并模块1301检测多个通道中是否有真实的起搏信号的数量达到预设的信号个数阈值,如果是,则将最先达到信号个数阈值的通道的真实起搏信号的位置信息作为多通道合并后的结果;否则求多个通道的检测结果的逻辑或，计算逻辑或后的相邻两个起搏信号的位置距离，如果位置距离小于设定的距离阈值，则该两个起搏信号作为一个真实的起搏信号记录其位置信息，否则作为两个真实的起搏信号并分别记录其位置信息。

通过结果合并模块1301对多通道检测结果进行合并可以减少对起搏信号的漏检，增加起搏信号检测的准确性。

除了上述实施例中阐述的通过顺序检测第一边缘点A、过零点B、第一最值点C、起点D、第二边缘点X、终点E和顶点G的方案外，另外，在其它的具体实例中，还可采用其它方案检测起点D、终点E和顶点G。

例如，在差分信号中检测第一边缘点A、过零点B、第一最值点C和第二边缘点X，可以定义此处的第二边缘点X为反向超过检测阈值的点，在X点之后搜索第二过零点，然后在原始起搏信号中的A点和第二过零点之间确定起搏信号顶点。在差分信号中从A点向前搜索起始过零点，在原始信号中通过起始过零点和顶点值之差确定顶点幅值。在原始信号中从顶点向前后分别搜索起搏信号的起点和终点。起点和终点的检测方法为：从顶点向前检测稳定点或反向急转点或拐点作为起搏信号的起点，从顶点向后检测稳定点或反向急转点或拐点作为起搏信号的终点。

再例如，还可以是在差分信号中检测第一边缘点A、过零点B、第一最值点C和第二边缘点X，可以定义此处的第二边缘点X为反向超过检测阈值的点，然后在原始信号中的A点和X点之间确定起搏信号顶点。在差分信号中从A点向前搜索起始过零点，在原始信号中通过起始过零点和顶点值之差确定顶点幅值。在原始信号中从顶点向前后分别搜索起搏信号的起点和终点。起点和终点有两种检测方法：

1、从顶点向前搜索幅值下降到顶点幅值的0.9倍的点为起点；

2、从顶点向后搜索幅值下降到顶点幅值的0.75倍的点为终点。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (28)

1.一种起搏信号检测方法,其特征在于包括：

获取起搏心电信号；

从选定的检测通道的起搏心电信号中分离出该通道的起搏信号,得到原始起搏信号；和

基于原始起搏信号检测真实的起搏信号，具体包括：

对原始起搏信号进行预处理；

基于预处理后的信号计算起搏信号的基本形态参数，所述基本形态参数包括起搏信号的宽度、摆率和幅度；

基于起搏信号的基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认；和

对于被确认为真实的起搏信号，记录其位置信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原始起搏信号进行预处理包括对原始起搏信号进行差分处理，得到差分信号；所述基于预处理后的信号计算起搏信号的基本形态参数为基于差分信号和原始起搏信号计算起搏信号的基本形态参数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于差分信号和原始起搏信号计算起搏信号的基本形态参数步骤中根据起搏信号的起点、终点和顶点计算起搏信号的基本形态参数，所述起搏信号的顶点是指起搏信号上与起搏信号方向相同的幅值绝对值最大的点，起搏信号的起点是指按照检测时间顺序从起搏信号的顶点向前检测到的幅度稳定点或反向急转点或拐点，起搏信号的终点是指按照检测时间顺序从起搏信号的顶点向后检测到的幅度稳定点或反向急转点或拐点。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于差分信号和原始起搏信号计算起搏信号的基本形态参数包括：

基于差分信号检测起搏信号的起点和终点，差分信号中起搏信号的起点和终点对应于原始起搏信号中的点分别为起搏信号的起点和终点；

在原始起搏信号的起点和终点之间搜索起搏信号的顶点；

基于在原始起搏信号上的起点、顶点和终点计算起搏信号的基本形态参数。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于差分信号检测起搏信号的起点和终点包括：

按照时间顺序在差分信号上检测第一边缘点，所述第一边缘点为差分信号的绝对值首次大于检测阈值的点；

在第一边缘点后搜索过零点，所述过零点为第一边缘点后差分信号差分值符号首次与其前一点差分值符号相反的点；

在第一边缘点和过零点之间搜索与起搏信号方向相同的最值，对应点为第一最值点；

在第一边缘点之前检测满足起搏信号起点条件的点，将该点对应到原始起搏信号中的点作为起搏信号的起点；

在过零点之后检测差分信号中满足第二边缘点条件的第二边缘点；

在第二边缘点后检测满足起搏信号终点条件的点，将该点对应到原始起搏信号中的点作为起搏信号的终点。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述检测阈值为阈值系数和临时阈值的乘积，所述阈值系数和临时阈值均基于差分信号进行动态更新。

7.如权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，还包括判断是否存在周期性噪声干扰的步骤，具体包括：

按照设定的时间间隔计算该段时间间隔内的原始起搏信号的平均能量，并根据一段时间内的平均能量的波动判断平均能量是否稳定；

将所述平均能量和设定的能量阈值进行比较，当平均能量超过能量阈值且稳定时，认为存在类工频的周期性噪声，否则认为不存在类工频的周期性噪声。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当存在类工频的周期性噪声时，在搜索起搏信号的顶点时直接将第一最值点作为起搏信号的顶点；当不存在类工频的周期性噪声时，在起搏信号的起点和终点之间搜索与起搏信号方向相同的最值点作为起搏信号的顶点。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当存在类工频的周期性噪声时，采用差分信号对计算出的基本形态参数进行修正，采用修正后的基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认；当不存在类工频的周期性噪声时直接采用计算出的基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于起搏信号的基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认包括：

将起搏信号的基本形态参数与设定的形态参数范围进行比较，所述设定的形态参数范围包括起搏信号宽度范围、摆率和幅度下限值，根据比较结果判断起搏信号是否是真实的起搏信号，当起搏信号的基本形态参数满足任一个判断条件时，则认为该起搏信号为噪声，否则认为该起搏信号为真实的起搏信号；所述判断条件包括：

起搏信号的宽度超出设定的宽度范围；

起搏信号的摆率小于设定的摆率下限值；

起搏信号的幅度小于设定的幅度下限值；

起搏信号的右边幅度小于左边幅度一设定阈值。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述设定的形态参数范围根据信号的质量进行自适应调整，当信号质量不满足质量条件时，提高摆率和幅度下限值，当信号质量满足质量条件时，降低摆率和幅度下限值。

12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述基于原始起搏信号检测真实的起搏信号是分别针对每个通道的原始起搏信号检测该通道的起搏信号，将被确认为真实的起搏信号的位置信息作为该通道的检测结果，在各通道基于原始起搏信号检测真实的起搏信号之后还包括将多个通道的检测结果进行合并的步骤。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，将多个通道的检测结果进行合并的步骤包括：

检测多个通道中是否有真实的起搏信号的数量达到预设的信号个数阈值;

如果是,则将最先达到信号个数阈值的通道的真实起搏信号的位置信息作为多通道合并后的结果;

如果各个通道的真实起搏信号的数量都没有达到预设的信号个数阈值,则求多个通道的检测结果的逻辑或，计算逻辑或后的相邻两个起搏信号的位置距离，如果位置距离小于设定的距离阈值，则该两个起搏信号作为一个真实的起搏信号记录其位置信息，否则作为两个真实的起搏信号并分别记录其位置信息。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，根据合并后的结果，将起搏信号标记表示在各通道的心电信号上。

15.一种起搏信号检测系统,其特征在于包括：

预处理模块，所述预处理模块用于对从起搏心电信号中分离出的原始起搏信号进行预处理；

起搏信号检测模块，所述起搏信号检测模块基于预处理后的信号计算起搏信号的基本形态参数，并且基于所述基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认，所述基本形态参数包括起搏信号的宽度、摆率和幅度；

标记模块，用于记录被确认为真实的起搏信号的位置信息。

16.如权利要求15所述的起搏信号检测系统，其特征在于，所述预处理模块包括用于对原始起搏信号进行差分处理的差分处理单元，所述起搏信号检测模块基于原始起搏信号和差分处理单元输出的差分信号计算起搏信号的基本形态参数。

17.如权利要求16所述的起搏信号检测系统，其特征在于，所述预处理模块还包括：

缓冲单元，所述缓冲单元用于存储固定长度的原始起搏信号；

滤波单元，所述滤波单元先对存储在缓冲单元内的原始起搏信号序列进行滤波处理，再将滤波处理后的原始起搏信号输出到差分处理单元进行差分处理。

18.如权利要求15至17中任一项所述的起搏信号检测系统，其特征在于，起搏信号检测模块包括：

关键点检测单元，用于基于所述差分信号和原始起搏信号检测起搏信号的起点、终点和顶点，所述起搏信号的顶点是指起搏信号上与起搏信号方向相同的幅值绝对值最大的点，起搏信号的起点是指按照检测时间顺序从起搏信号的顶点向前检测到的幅度稳定点或反向急转点或拐点，起搏信号的终点是指按照检测时间顺序从起搏信号的顶点向后检测到的幅度稳定点或反向急转点或拐点；

参数计算单元，所述参数计算单元用于根据起搏信号的起点、终点和顶点计算起搏信号的基本形态参数；

起搏信号判断单元，所述起搏信号判断单元用于基于所述基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认。

19.如权利要求18所述的起搏信号检测系统，其特征在于，所述关键点检测单元包括：

第一边缘点检测子单元，所述第一边缘点检测子单元用于按照时间顺序在所述差分信号上检测第一边缘点，所述第一边缘点为差分信号的绝对值首次大于检测阈值的点；

过零点检测子单元，所述过零点检测子单元用于在第一边缘点后搜索过零点，所述过零点为第一边缘点后差分信号差分值符号首次与其前一点差分值符号相反的点；

第一最值点检测子单元，所述第一最值点检测子单元用于在第一边缘点和过零点之间搜索与起搏信号方向相同的最值，对应点为第一最值点；

起点检测子单元，所述起点检测子单元用于在第一边缘点之前检测满足起搏信号起点条件的点，将该点对应到原始起搏信号中的点作为起搏信号的起点；

第二边缘点检测子单元，所述第二边缘点检测子单元用于在过零点之后检测差分信号中满足第二边缘点条件的第二边缘点；

终点检测子单元，所述终点检测子单元用于在第二边缘点后检测满足起搏信号终点条件的点，将该点对应到原始起搏信号中的点作为起搏信号的终点；

顶点检测子单元，所述顶点检测子单元用于在原始起搏信号的起点和终点之间搜索起搏信号的顶点。

20.如权利要求19所述的起搏信号检测系统，其特征在于，所述起搏信号检测模块还包括：

阈值更新单元，所述阈值更新单元用于基于差分信号对所述检测阈值进行动态更新。

21.如权利要求18至20中任一项所述的起搏信号检测系统，其特征在于所述预处理模块还包括:

噪声干扰判断单元,所述噪声干扰判断模块按照设定的时间间隔计算该段时间间隔内的原始起搏信号的平均能量，并根据一段时间内的平均能量的波动判断平均能量是否稳定，将所述平均能量和设定的能量阈值进行比较，当平均能量超过能量阈值且稳定时，判断为存在类工频的周期性噪声，否则判断为不存在类工频的周期性噪声。

22.如权利要求21所述的起搏信号检测系统，其特征在于，当噪声干扰判断单元判断为存在类工频的周期性噪声时，顶点检测子单元直接将所述第一最值点作为起搏信号的顶点；当噪声干扰判断单元判断为不存在类工频的周期性噪声时，顶点检测子单元则在原始起搏信号的起点和终点之间搜索与起搏信号方向相同的最值点作为起搏信号的顶点。

23.如权利要求21所述的起搏信号检测系统，其特征在于，当噪声干扰判断单元判断为存在类工频的周期性噪声时，参数计算单元采用差分信号对计算出的基本形态参数进行修正，起搏信号判断模块再基于修正后的基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认；当噪声干扰判断单元判断为不存在类工频的周期性噪声时，参数计算模块不对采用差分信号对计算出的基本形态参数进行修正，起搏信号判断模块直接基于采用差分信号计算出的基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认。

24.如权利要求18所述的起搏信号检测系统，其特征在于，所述起搏信号判断单元基于起搏信号的基本形态参数对起搏信号的真伪进行确认包括：

起搏信号判断单元将起搏信号的基本形态参数与设定的形态参数范围进行比较，所述设定的形态参数范围包括起搏信号宽度范围、摆率和幅度下限值，根据比较结果判断起搏信号是否是真实的起搏信号，当起搏信号的基本形态参数满足任一个判断条件时，则认为该起搏信号为噪声，否则认为该起搏信号为真实的起搏信号；所述判断条件包括：

起搏信号的宽度超出设定的宽度范围；

起搏信号的摆率小于设定的摆率下限值；

起搏信号的幅度小于设定的幅度下限值；

起搏信号的右边幅度小于左边幅度一设定阈值。

25.如权利要求24所述的起搏信号检测系统，其特征在于，所述起搏信号判断单元根据信号的质量对设定的形态参数范围进行调整，当信号质量不满足质量条件时，提高摆率和幅度下限值，当信号质量满足质量条件时，降低摆率和幅度下限值。

26.如权利要求15至25中任一项所述的起搏信号检测系统，其特征在于，所述预处理模块、起搏信号检测模块和标记模块基于原始起搏信号检测起搏信号是分别针对每个通道原始起搏信号检测该通道的起搏信号，将被确认为真实的起搏信号的位置信息作为该通道的检测结果；所述起搏信号检测系统还包括用于将多个通道的检测结果进行合并的结果合并模块，所述标记模块根据合并后的结果，将起搏信号标记表示在各通道的心电信号上。

27.如权利要求26所述的起搏信号检测系统，其特征在于，所述结果合并模块用于检测多个通道中是否有真实的起搏信号的数量达到预设的信号个数阈值,如果是,则将最先达到信号个数阈值的通道的真实起搏信号的位置信息作为多通道合并后的结果;否则求多个通道的检测结果的逻辑或，计算逻辑或后的相邻两个起搏信号的位置距离，如果位置距离小于设定的距离阈值，则该两个起搏信号作为一个真实的起搏信号记录其位置信息，否则作为两个真实的起搏信号并分别记录其位置信息。

28.一种心电检测设备，包括：

信号获取系统，用于获取起搏心电信号，并从起搏心电信号中分离出原始起搏信号和心电信号；

心电信号预处理系统，用于对心电信号进行预处理；

如权利要求15至27中任一项所述起搏信号检测系统；

心电分析系统，用于将所述起搏信号检测系统记录的起搏信号的位置信息在心电信号中进行标记；和

结果输出系统，对标记有起搏信号的心电信号进行输出。

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