CN105030228A - 在心电信号中确定其p波位置的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在心电信号中确定其P波位置的方法，包括如下步骤：对得到的心电信号进行预处理；在上述经过预处理后的心电信号中取得其QRS波形的初始起点位置；得到P波检测窗口；得到第一心电信号；查找得到P波的峰值位置；利用差分幅度阈值得到所述P波峰值两侧的拐点。本发明还涉及一种实现上述方法的装置。实施本发明的在心电信号中确定其P波位置的方法及装置，具有以下有益效果：较易实现、得到的判断结果误差较小。

Description

在心电信号中确定其P波位置的方法及装置

技术领域

本发明涉及心电信号处理，更具体地说，涉及一种在心电信号中确定其P波位置的方法及装置。

背景技术

心电图其实就是一种心脏搏动时电变化的时间-电压曲线图。通过特定的安置在上下肢体和胸前电极来描记心脏电传导在体表的电位变化。P、QRS、T波是心电图的重要特征波形，分别顺序对应着心房去极化、心室去极化、心室复极化的过程。在心电图诊断中，P波时限和幅度、PR间期是诊断心房异常、预激综合征、房室传导阻滞的重要指标因子。而这些参数获取的重要一步就是要正确计算出P波的峰值点、起止点位置。国际标准IEC60601-2-51规定了单道和多道心电图机专用安全要求，包括记录和分析心电图机的重要性能，其在50.101.3.1中规定了对心电图测量出的间期和时限精确度的要求。其中，P波时限偏离真实结果的能允许的最大误差范围是10mS，这对自动检测P波起、止点的准确性的要求是极高的。近年来，对P波位置检测进行了深入的研究，检测方法也较多，如幅度阈值法、差分法、空间速度检测法、函数逼近法等。但关于P波起、止点的检测方法显得相对单薄，通常有幅度阈值法、直线相交法等。现有的P波起止点判断方法在一些情况下，可能会出现误差较大的情况，例如，当P波上升沿、下降沿有可能出现斜率逐渐变化，整个上升支或下降支呈绵延图形，幅度阈值法检测出的起、止点就很容易外扩；同时，虽然理论上直线相交法最能抵抗噪声、P波多形态的问题，但却需要首先确定从哪点开始做切线，如何做切线等等，这些选择通常会带来不同的结果。总的来看，现有的P波起止点判断方法或难以实现，或难以应对信号的多变性，导致在现有技术中，一些情况下P波的起止点的判断结果出现较大误差。

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较难实现、可能使得P波起止点判断结果出现较大误差的缺陷，提供一种较易实现、判断结果的误差较小的在心电信号中确定其P波位置的方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种在心电信号中确定其P波位置的方法，包括如下步骤：

A)采集并取得心电信号，对得到的心电信号进行预处理；

B)在上述经过预处理后的心电信号中取得其QRS波形的初始起点位置；

C)使用得到的QRS波形的初始起点位置，计算得到P波检测窗口；对于预处理后的心电信号进行低通滤波，得到第一心电信号；使用上述得到的P波检测窗口在所述第一心电信号上查找得到P波的峰值位置；

D)在上述第一心电信号中，依据所述得到的P波峰值位置，利用差分幅度阈值得到所述P波峰值两侧的拐点。

更进一步地，还包括如下步骤：

E)在所述第一心电信号中，依据上述步骤中得到拐点位置，分别将两个拐点和所述P波峰值位置之间的波形分为多段，分别对基线和每段波形进行直线拟合，分别在所述P波峰值两侧选择拟合得到直线中选择其斜率绝对值最大的与基线段的交点作为P波的起止点；所述基线段是对不包括所述两个拐点之间波形的第一心电信号波形的基线的拟合直线。

更进一步地，所述步骤E)中，任意一个拐点和P波峰值位置之间的波形至少被分为该P波峰值的中值所在的半腰段和由该拐点到所述半腰段之间的起点段。

更进一步地，所述步骤A)中，进一步包括如下步骤：

A1)将采集到的模拟信号进行模拟滤波，并将模拟滤波后的信号转换为数字信号，得到心电信号；

A2)对得到的心电信号进行数字高通滤波和数字低通滤波。

更进一步地，所述步骤B)中，进一步包括：

B1)对经过预处理后的心电信号进行其通过频段为0-49Hz的带通滤波；

B2)对经过上述带通滤波的信号进行差分滤波，并对得到的差分信息进行平方和积分运算，提取出该差分信号的包络，得到积分方波信号；

B3)在得到的积分方波信号中检测其信号幅值，当其信号幅值大于设定的幅度阈值时，判断为QRS波峰；并在经过预处理的心电信号的对应区域查找极值，作为QRS的波峰值点；

B4)在经过预处理的心电信号上，由其QRS的波峰值点向左检测其波形幅值，当检测到波形幅值小于设定的幅度阈值时，判断查找到QRS峰值的初始起点位置。

更进一步地，所述步骤C)中，进一步包括：

C1)使用得到的QRS波形的初始起点位置，计算得到P波检测窗口；对于预处理后的心电信号进行低通滤波，得到第一心电信号；

C2)以所述第一心电信号作为输入信号，进行二次样条小波分解，并得到经过小波分解后的第四层高频分量信号；

C3)对所述第四层高频分量信号进行平滑滤波和去毛刺处理；

C4)在所述P波检测窗口内搜索所述经过平滑滤波和去毛刺处理的第四层高频分量信号的极值，确认为有效极值后，在所述第一心电信号的极值对之间查找并得到P波峰值位置。

更进一步地，所述步骤D)中，进一步包括：

D1)对所述第一心电信号进行差分滤波，取得其差分信号；

D2)对所述差分信号幅度值进行检测，当分别在所述P波峰值两侧检测其幅度值大于设定阈值时，判断其所在位置为P波峰值两侧的拐点。

本发明还涉及一种实现上述方法的装置，包括：

心电信号预处理模块：用于采集并取得心电信号，对得到的心电信号进行预处理；

QRS波形初始起点取得模块：用于在上述经过预处理后的心电信号中取得其QRS波形的初始起点位置；

P波峰值位置取得模块：用于使用得到的QRS波形的初始起点位置，计算得到P波检测窗口；对于预处理后的心电信号进行低通滤波，得到第一心电信号；使用上述得到的P波检测窗口在所述第一心电信号上查找得到P波的峰值位置；

拐点位置取得模块：用于在上述第一心电信号中，依据所述得到的P波峰值位置，利用差分幅度阈值得到所述P波峰值两侧的拐点；

更进一步地，还包括：

P波起始点确定模块：用于在所述第一心电信号中，依据上述步骤中得到拐点位置，分别将两个拐点和所述P波峰值位置之间的波形分为多段，分别对基线和每段波形进行直线拟合，分别在所述P波峰值两侧选择拟合得到直线中选择其斜率绝对值最大的与基线段的交点作为P波的起止点；所述基线段是对不包括所述两个拐点之间波形的第一心电信号波形的基线的拟合直线；

所述P波起始点确定模块中，任意一个拐点和P波峰值位置之间的波形至少被分为该P波峰值的中值所在的半腰段和由该拐点到所述半腰段之间的起点段。

更进一步地，所述心电信号预处理模块中进一步包括：

心电信号取得单元：用于将采集到的模拟信号进行模拟滤波，并将模拟滤波后的信号转换为数字信号，得到心电信号；

数字滤波单元：用于对得到的心电信号进行数字高通滤波和数字低通滤波；

所述QRS波形初始起点取得模块中进一步包括：

带通滤波单元：用于对经过预处理后的心电信号进行其通过频段为1-49Hz的带通滤波；

积分方波信号取得单元：用于对经过上述带通滤波的信号进行差分滤波，并对得到的差分信息进行平方和积分运算，提取出该差分信号的包络，得到积分方波信号；

QRS波峰查找单元：用于在得到的积分方波信号中检测其信号幅值，当其信号幅值大于设定的幅度阈值时，判断为QRS波峰；并在经过预处理的心电信号的对应区域查找极值，作为QRS的波峰值点；

初始起始位置判断单元：用于在经过预处理的心电信号上，由其QRS的波峰值点向左检测其波形幅值，当检测到波形幅值小于设定的幅度阈值时，判断查找到QRS峰值的初始起点位置；

所述P波峰值取得模块中进一步包括：

第一心电信号取得单元：用于使用得到的QRS波形的初始起点位置，计算得到P波检测窗口；对于预处理后的心电信号进行低通滤波，得到第一心电信号；

小波分解单元：用于以所述第一心电信号作为输入信号，进行二次样条小波分解，并得到经过小波分解后的第四层高频分量信号；

信号平滑单元：用于对所述第四层高频分量信号进行平滑滤波和去毛刺处理；

P波峰值位置确定单元：用于在所述P波检测窗口内搜索所述经过平滑滤波和去毛刺处理的第四层高频分量信号的极值，确认为有效极值后，在所述第一心电信号的极值对之间查找并得到P波峰值位置。

所述拐点位置取得模块中进一步包括：

差分滤波单元：用于对所述第一心电信号进行差分滤波，取得其差分信号；

幅度检测单元：用于对所述差分信号幅度值进行检测，当分别在所述P波峰值两侧检测其幅度值大于设定阈值时，判断其所在位置为P波峰值两侧的拐点。

实施本发明的在心电信号中确定其P波位置的方法及装置，具有以下有益效果：由于将拐点到P波峰值点之间的波形分为多段，并且对这些分段的波形(包括基线波形)分别进行直线拟合，使得在判断过程中避免了产生波形切线的问题，使得其实现较为容易；同时，还避免了单纯的阈值判断时由于误差产生的起止点外扩的问题。所以其较易实现、得到的判断结果误差较小。

附图说明

图1是本发明在心电信号中确定其P波位置的方法及装置实施例中确定P波位置方法的流程图；

图2是所述实施例中取得QRS波初始起点的具体流程图；

图3是所述实施例查找P波峰值位置的具体流程图；

图4是所述实施例中确定P波峰值起止点的位置示意图；

图5是所述实施例中装置的结构示意图。

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，在本发明的在心电信号中确定其P波位置的方法及装置实施例中，在心电信号中确定其P波位置的方法包括如下步骤：

步骤S11采集得到心电信号，对其进行预处理：在本实施例中，心电信号的采集一般是通过生理电极来实现的，生理电极一般为肢体夹、胸导吸球、电极片等导体，通常将它与人体紧密接触，以同步地获取多导联的人体生理信号。在采集设备的前端采集到连续的模拟信号(人体生理现象通过传感器转换而得到的电信号)时，通过低通滤波器滤除高频噪声，避免信号混叠失真；再进行差分放大，消除信号中的共模干扰，并通过放大保证后续的模数转换精度；最后通过模数转换器，再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量，从而得到心电信号。在本步骤中，除了得到上述心电信号外，还对采集的信号进行数字预处理，即依次进行数字高通滤波、数字低通滤波；信号预处理的作用是抑制心电信号频带及50/60Hz工频干扰、基线漂移、肌电干扰，突出目标频率的信号。通过上述数字高通和数字低通滤波，得到经过预处理的心电信号。换句话说，在本实施例中，将采集到的模拟信号进行模拟滤波，并将模拟滤波后的信号转换为数字信号，得到心电信号；对得到的心电信号进行数字高通滤波和数字低通滤波得到经过预处理的心电信号。其中，对于上述的数字高通滤波和数字低通滤波，其滤波器的传递函数可以分别是：

$H_{hp}=z^{-(N-1)}-{\left(\frac{1}{N}\frac{1-z^N}{1-z^{-1}}\right)}^2$

$H_{1p}=\frac{1}{N}\frac{1-z^{-N}}{1-z^{-1}}$

H_hp、H_lp分别为数字高通滤波器、数字低通滤波器的传递函数，二者不仅能有效去除上述干扰，而且运算量小。

步骤S12得到上述信号中的QRS初始起点位置：在本步骤中，对于上述中取得的、经过预处理后的心电信号进行检测，取得其QRS波形的初始起点位置，即使用上述步骤中输出的经过预处理的心电信号S_source，检测QRS波的起点QRS_on，为后续步骤中的P波检测窗口Window_p的计算提供一个基础。QRS波现有的检测方法有多种，包括小波变换、差分阈值、幅度阈值法、Tompkin算法等。这些方法在步骤中均可使用；当然，在本步骤中，一个较佳的例子是使用Tompkin算法检测QRS波，其在准确性、实时性、运算量等多个方面都有突出的优势。关于其具体细节，稍后详述。

步骤S13得到第一心电信号，并得到其上的P波峰值点位置：在本步骤中，使用在上一步骤中得到的QRS波形的初始起点位置，计算得到P波检测窗口；同时，对于预处理后的心电信号进行低通滤波，得到第一心电信号；然后，使用上述得到的P波检测窗口在所述第一心电信号上查找得到P波的峰值位置。由于P波幅度小、斜率低、形态多样以及基线漂移等干扰问题的存在，P波的峰值位置定位的准确性是难点之一。一般来讲，P波的峰值位置确定使用窗口阈值法的应用较多，但是，虽然该方法简单，但过分依赖于阈值，易受高频噪声的影响。在本实施例中，虽然上述窗口阈值法也是可以使用的，但是，为提高P波检测准确性，一个较佳的例子是使用二次样条小波变换方法对心电图的P波进行检测。即利用上述步骤得到的QRS_on来计算P波检测窗口Window_p，然后，对上述经过预处理的心电信号S_source信号再次进行低通滤波处理，以进一步降低QRS波、以及高频噪声，得到第一心电信号S_p-LowPass。在本实施例中，可以采用现有的滤波方式进行上述滤波，一个较佳的例子是采用两个8点平均滤波器级联的方式实现该低通滤波，不仅可以很好的达到预期效果，而且运算量较小，易实现。之后，在上述第一心电信号S_p-LowPass上检测P波峰值位置。具体操作的步骤稍后详述。

步骤S14得到P波峰值两侧的拐点位置：在本步骤中，在上述第一心电信号中，依据所述得到的P波峰值位置，利用差分幅度阈值得到所述P波峰值两侧的拐点。即首先对信号S_p-LowPass进行差分滤波，获取差分信号S_c。同样地，本步骤中的差分滤波器也可以使用现有技术中的满足要求的差分滤波器，但是，一个较佳的例子是：该差分滤波器满足如下描述：

S_c(n)＝S_p-LowPass(n+5)-S_p-LowPass(n)

这样，不仅计算量小，且抗噪性能好。

上述差分信号S_c的幅度反映了第一心电信号S_p-LowPass幅度的斜率。在P波真实拐点处，S_p-LowPass信号的幅度会开始上升，斜率也会因此而增大，对应在S_c信号上就是幅度有明显的上涨。根据这个原理在该差分信号上，使用幅度阈值法，检测得到P波峰值左、右两侧的拐点JL、JR。

在本步骤中，上述确定拐点的方法除了差分幅度阈值法，还可以使用幅度阈值法等方法。而在本实施例中，优选差分幅度阈值发的原因在于：其计算简单，再加上配合后面提及的利用斜率进行检测拐点位置，有利于提高计算结果的有效性，效果更好(即得到的位置更准确)。

步骤S15对上述拐点到峰值位置的波形分别分段，进行直线拟合，得到P波起止点位置：在本步骤中，在上述第一心电信号中，依据上述步骤中得到拐点位置，分别将两个拐点和所述P波峰值位置之间的波形分为多段，分别对基线和每段波形进行直线拟合，分别在所述P波峰值两侧选择拟合得到直线中选择其斜率绝对值最大的与基线段的交点作为P波的起止点；所述基线段是对不包括所述两个拐点之间波形的第一心电信号波形的基线的直线拟合。也就是说，对基线拟合得到的直线，对波形各段拟合得到的直线中，选择对P波峰值前的波形各段拟合得到的直线中斜率绝对值最大的一条，得到的交点为P波起点；选择对P波峰值后的波形各段拟合得到的直线中斜率绝对值最大的一条，得到的交点为P波终点。值得一提的是，上述各拟合、比较的步骤并不是一定按照上述顺序进行的。例如，可以先拟合所有的波形段，然后在将其分为P波峰值前或后的波形，然后在分别比较其斜率绝对值；也可以先得到P波终点，再得到P波起点等等。

在现有技术中，对于P波起止点的定位，大多采用切线法，即人工绘制出基线的切线和波形的切线，交叉点即为P波的起点或止点。而对于自动分析而言，这种波形上的切线是较难实现的。

而在本发明中，将P波峰值与其一侧的拐点JL或JR之间的信号波形分成多段，分别对每段进行直线拟合，根据拐点JL或JR位置，在拟合直线上重新确定P波起、止点位置。例如，可以分别对基线、起点段、和半腰段分别进行直线拟合，再比较起点段与半腰段拟合出的直线斜率，选择斜率绝对值较大的与基线拟合出的直线进行延拓、相交，交点位置即为P波起、止点。值得注意的是，上述峰值与拐点JL之间波形的划分、拟合和得到其交点的步骤，得到P波波形的起始点；而上述峰值与拐点JL之间波形的划分、拟合和得到其交点的步骤，得到P波波形的终止点。

在本实施例中，任意一个拐点和P波峰值位置之间的波形至少被分为该P波峰值的中值所在的半腰段和由该拐点到所述半腰段之间的起点段。

为更好的理解各个区段，本发明定义起点段为左拐点JL的临近右侧段(右拐点JR的左侧段)，半腰段定义为P波两外侧上升支(或下降支)的幅度中值处的分段。

在本实施例中，直线拟合均采用下述公式进行：

拟合直线S_λ＝a*S_p-LowPass+b

关于使用分段直线拟合出P波终止点的方法，与P波起始点类似，只不过以上述P波峰值点为轴线对称，故在本实施例中仅以P波起点为例，进行方法阐述。

为获取较好定位效果，在本实施例中，一个较佳的实施方式是包含但不局限于对起点段、半腰段、基线的直线拟合，必要时可以调整拟合段的位置以及拟合的先后顺序，以达到更好的定位效果。

当检测到P波左、右拐点位置JL、JR，即P波粗略或初始的起止点，为本步骤中的分段提供了优质的界定标准，间接解决了拟合段难定义的问题。同时为更好的取代切线法，本步骤中采用分段式的直线拟合，根据拟合直线的交点，确定P波的起止点。

由于在本发明中联合使用步骤S14和步骤S15，可以有效改善检测到的P波起止点外扩的问题，尤其是P波宽大、低平时的外扩问题。这是由于当信号起点附近有噪声时，经过滤波、平滑处理后，虽然能够让信号变得光滑，但却使得起点附近的斜率变化不明显，P波起点附近的信号幅度呈缓慢延拓式的渐进增长，间接地造成了P波起止点的外扩。此时，在滤波信号上定位到的P波起点必然不够准确。而在本发明中，采用上述步骤S14和步骤S15的组合方法可以有效改善此问题。

如图4所示，图4给出了一种情况下分段直线拟合出的P波起点的大致情况。由于P波起点附近有噪声，低通滤波信号的幅度在起点附近缓慢上升，真实的P波起点已经被掩藏起来；在第一心电信号S_p-LowPass上通过直线拟合基线段(拟合段1)和P波上升支的半腰段(拟合段2)，二者交叉点即为真实的P波起点位置。

与P波起点一样，P波终点(或止点)同样是通过上述方法确定的。上述P波的起点和止点，合起来成为P波的起止点。

如图2所示，在本实施例中，一种较佳的取得QRS波的初始起点的流程包括如下步骤：

步骤S21对经过预处理的心电信号进行带通滤波：在本步骤中，对上述经过预处理的心电信号S_source进行带通滤波，滤波的频带宽度设置在0～49Hz之间，可以有效排除基线漂移、工频干扰、高频噪声的影响。

步骤S22对通过带通滤波后的信号进行差分滤波：在本步骤中，对经过上述带通滤波后的带通信号进行差分滤波，削弱信号中斜率较小的P/T波。

步骤S23对差分滤波后的差分信号进行平方和积分，得到积分方波信号：对上述步骤中输出的差分信号进行平方、积分两个操作，消除毛刺噪声，提取出差分信号的包络，形成积分方波信号S_J。

步骤S24本步骤包括了图2中虚线框中的几个较小的步骤，这几个步骤实现了QRS波峰值的查找。这些步骤始于在上述步骤得到的积分方波信号中检测其一个信号点的信号幅值，由于上述经过预处理的心电信号是数字信号，因而该信号是一个离散的信号，该信号在时间轴上是一系列离散的点构成的(其自变量是离散的点)。所以，当该信号经过一系列处理后，得到的积分方波信号也仍然是离散的。在上述检测信号幅度的步骤中，就是检测一个时间轴上的点的幅值，当其信号幅值大于设定的幅度阈值时，判断该点为QRS波峰；当上述信号幅值不大于上述设定的阈值时，则认为该点并不是QRS波峰，于是转到该积分方波信号的下一个点，再次重复步骤S24中的上述步骤(即对构成上述经过预处理的心电信号的序列中的下一个点进行处理)，直到查找到上述QRS波峰。当找到上述QRS波峰后，并在经过预处理的心电信号的对应区域查找极值，作为QRS的波峰值点；

步骤S25使用幅度阈值法得到QRS波的初始起始点：在本步骤中，在上述经过预处理的心电信号S_source上，从上述的QRS波峰值点开始，向左(即指向信号较早开始采集的方向)检测，当幅度小于所设定的阈值时，则认为找到了QRS波的初始起点位置QRS_on。

如图3所示，在本实施例中，一种较佳的确定P波峰值位置的流程包括如下步骤：

步骤S31确定P波检测窗口：在本步骤中，使用上述步骤中得到的QRS波形的初始起点位置，计算得到P波检测窗口。例如，采用现有技术中的利用心率和其他一些经验系数确定P波检测窗口的长度的方法，以QRS波起点开始，向左延伸该长度段为P波检测窗口。

步骤S32对经过预处理的心电信号进行低通滤波得到第一心电信号：在本步骤中，对于预处理后的心电信号进行低通滤波，得到第一心电信号；对S_source信号进行低通滤波处理，以进一步降低QRS波、以及高频噪声。其中，一种较佳的实施方式是采用两个8点平均滤波器级联的方式实现该低通滤波，不仅可以很好的达到预期效果，而且运算量较小，易实现。本步骤计算所得的第一心电信号S_p-LowPass，一个主要的用途是用于下一步骤中小波分解的输入。

步骤S33对第一心电信号进行小波分解：在本步骤中，以上述第一心电信号作为输入信号，进行二次样条小波分解，并得到经过小波分解后的第四层高频分量信号；由于信号经过二次样条小波分解后，其高频分量信号上的一对模极值，必然对应着该原信号上的一个极大值。而在小波变换的第四层信号上，P波能量最为丰富。因此在本步骤中对S_p-LowPass进行二次样条小波变换后，选取其第四层的高频分量信号作为下一步骤中的输入信号。

步骤S34对分解后得到的信号进行平滑滤波：在本步骤中，对上一步骤中得到的进行平滑滤波，获取平滑后的信号由于信号上仍存在毛刺噪声，不利于极值的检测，因此需要在检测前对其进行平滑处理。在本实施例中，本步骤中的平滑方式可以采用现有的任何方式，包括提取包络，多点取平均平滑、低通滤波等等；但一个较佳的实施情况是采用5点取平均值平滑，该方法简单易实现，且运算量小。

步骤S35在P波检测窗口内检测极值，并在第一心电信号上得到P波峰值位置：在本步骤中，在上述P波检测窗口内搜索所述经过平滑滤波和去毛刺处理的第四层高频分量信号的极值，确认为有效极值后，在上述第一心电信号的极值对之间查找并得到P波峰值位置。也就是说，在检测窗口内搜索极值，根据极值出现的位置、方向、斜率、间隔等信息，确认有效的极值对，并在第一心电信号S_p-LowPass信号上的极值对之间检测P波峰值位置。

如图5所示，本发明中还涉及一种实现上述方法的装置，该装置包括心电信号预处理模块51、QRS波形初始起点取得模块52、P波峰值位置取得模块53、拐点位置取得模块54和P波起始点确定模块55。这些模块均是实现上述方法中各步骤的代码集合。如果由取得生理信号并处理该信号的角度来看，取得的信号是按照上述模块编号的顺序逐个通过上述模块的。也就是说，由图5中来看，信号是由位于该图顶部的模块向位于该图底部的模块流动的，当然，在经过任何一个模块时，信号均会被按照设定的步骤处理，得到设计的结果或数据，用于下一个模块的信号处理。

在本实施例中，心电信号预处理模块51用于采集并取得心电信号，对得到的心电信号进行预处理；QRS波形初始起点取得模块52用于在上述经过预处理后的心电信号中取得其QRS波形的初始起点位置；P波峰值位置取得模块53用于使用得到的QRS波形的初始起点位置，计算得到P波检测窗口；对于预处理后的心电信号进行低通滤波，得到第一心电信号；使用上述得到的P波检测窗口在所述第一心电信号上查找得到P波的峰值位置；拐点位置取得模块54用于在上述第一心电信号中，依据所述得到的P波峰值位置，利用差分幅度阈值得到所述P波峰值两侧的拐点；P波起始点确定模块55用于在所述第一心电信号中，依据上述步骤中得到拐点位置，分别将两个拐点和所述P波峰值位置之间的波形分为多段，分别对基线和每段波形进行直线拟合，分别在所述P波峰值两侧选择拟合得到直线中选择其斜率绝对值最大的与基线段的交点作为P波的起止点；所述基线段是对不包括所述两个拐点之间波形的第一心电信号波形的基线的拟合直线。其中，所述P波起始点确定模块中，任意一个拐点和P波峰值位置之间的波形至少被分为该P波峰值的中值所在的半腰段和由该拐点到所述半腰段之间的起点段。

虽然图5中并未示出，但是，在本实施例中，上述心电信号预处理模块51中可以进一步包括心电信号取得单元和数字滤波单元。其中，心电信号取得单元用于将采集到的模拟信号进行模拟滤波，并将模拟滤波后的信号转换为数字信号，得到心电信号；而数字滤波单元用于对得到的心电信号进行数字高通滤波和数字低通滤波；

同样地，QRS波形初始起点取得模块52中也可以进一步包括带通滤波单元、积分方波信号取得单元、QRS波峰查找单元和初始起始位置判断单元。其中，带通滤波单元用于对经过预处理后的心电信号进行其通过频段为0-49Hz的带通滤波；积分方波信号取得单元用于对经过上述带通滤波的信号进行差分滤波，并对得到的差分信息进行平方和积分运算，提取出该差分信号的包络，得到积分方波信号；QRS波峰查找单元用于在得到的积分方波信号中检测其信号幅值，当其信号幅值大于设定的幅度阈值时，判断为QRS波峰；并在经过预处理的心电信号的对应区域查找极值，作为QRS的波峰值点；初始起始位置判断单元用于在经过预处理的心电信号上，由其QRS的波峰值点向左检测其波形幅值，当检测到波形幅值小于设定的幅度阈值时，判断查找到QRS峰值的初始起点位置。

同样地，P波峰值取得模块中也可以进一步包括第一心电信号取得单元、小波分解单元、信号平滑单元和P波峰值位置确定单元。其中，第一心电信号取得单元用于使用得到的QRS波形的初始起点位置，计算得到P波检测窗口；对于预处理后的心电信号进行低通滤波，得到第一心电信号；小波分解单元用于以所述第一心电信号作为输入信号，进行二次样条小波分解，并得到经过小波分解后的第四层高频分量信号；信号平滑单元用于对所述第四层高频分量信号进行平滑滤波和去毛刺处理；P波峰值位置确定单元用于在所述P波检测窗口内搜索所述经过平滑滤波和去毛刺处理的第四层高频分量信号的极值，确认为有效极值后，在所述第一心电信号的极值对之间查找并得到P波峰值位置。

同样地，在本实施例中，拐点位置取得模块中也可以进一步包括差分滤波单元和幅度检测单元。其中，差分滤波单元用于对所述第一心电信号进行差分滤波，取得其差分信号；幅度检测单元用于对所述差分信号幅度值进行检测，当分别在所述P波峰值两侧检测其幅度值大于设定阈值时，判断其所在位置为P波峰值两侧的拐点。

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 (10)

1.一种在心电信号中确定其P波位置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A）采集并取得心电信号，对得到的心电信号进行预处理；

B）在上述经过预处理后的心电信号中取得其QRS波形的初始起点位置；

C）使用得到的QRS波形的初始起点位置，计算得到P波检测窗口；对于预处理后的心电信号进行低通滤波，得到第一心电信号；使用上述得到的P波检测窗口在所述第一心电信号上查找得到P波的峰值位置；

D）在上述第一心电信号中，依据所述得到的P波峰值位置，利用差分幅度阈值得到所述P波峰值两侧的拐点。

2.根据权利要求1所述的在心电信号中确定其P波位置的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

E）在所述第一心电信号中，依据上述步骤中得到拐点位置，分别将两个拐点和所述P波峰值位置之间的波形分为多段，分别对基线和每段波形进行直线拟合，分别在所述P波峰值两侧拟合得到直线中选择其斜率绝对值最大的与基线段的交点作为P波的起止点；所述基线段是对不包括所述两个拐点之间波形的第一心电信号波形的基线的拟合直线。

3.根据权利要求2所述的在心电信号中确定其P波位置的方法，其特征在于，所述步骤E）中，任意一个拐点和P波峰值位置之间的波形至少被分为该P波峰值的中值所在的半腰段和由该拐点到所述半腰段之间的起点段。

4.根据权利要求1所述的在心电信号中确定其P波位置的方法，其特征在于，所述步骤A）中，进一步包括如下步骤：

A1）将采集到的模拟信号进行模拟滤波，并将模拟滤波后的信号转换为数字信号，得到心电信号；

A2）对得到的心电信号进行数字高通滤波和数字低通滤波。

5.根据权利要求1所述的在心电信号中确定其P波位置的方法，其特征在于，所述步骤B）中，进一步包括：

B1）对经过预处理后的心电信号进行其通过频段为0-49Hz的带通滤波；

B2）对经过上述带通滤波的信号进行差分滤波，并对得到的差分信息进行平方和积分运算，提取出该差分信号的包络，得到积分方波信号；

B3）在得到的积分方波信号中检测其信号幅值，当其信号幅值大于设定的幅度阈值时，判断为QRS波峰；并在经过预处理的心电信号的对应区域查找极值，作为QRS的波峰值点；

B4）在经过预处理的心电信号上，由其QRS的波峰值点向左检测其波形幅值，当检测到波形幅值小于设定的幅度阈值时，判断查找到QRS峰值的初始起点位置。

6.根据权利要求1所述的在心电信号中确定其P波位置的方法，其特征在于，所述步骤C）中，进一步包括：

C1）使用得到的QRS波形的初始起点位置，计算得到P波检测窗口；对于预处理后的心电信号进行低通滤波，得到第一心电信号；

C2）以所述第一心电信号作为输入信号，进行二次样条小波分解，并得到经过小波分解后的第四层高频分量信号；

C3）对所述第四层高频分量信号进行平滑滤波和去毛刺处理；

C4）在所述P波检测窗口内搜索所述经过平滑滤波和去毛刺处理的第四层高频分量信号的极值，确认为有效极值后，在所述第一心电信号的极值对之间查找并得到P波峰值位置。

7.根据权利要求1所述的在心电信号中确定其P波位置的方法，其特征在于，所述步骤D）中，进一步包括：

D1）对所述第一心电信号进行差分滤波，取得其差分信号；

D2）对所述差分信号幅度值进行检测，当分别在所述P波峰值两侧检测其幅度值大于设定阈值时，判断其所在位置为P波峰值两侧的拐点。

8.一种实现如权利要求1所述的在心电信号中确定其P波位置方法的装置，其特征在于，包括：

心电信号预处理模块：用于采集并取得心电信号，对得到的心电信号进行预处理；

QRS波形初始起点取得模块：用于在上述经过预处理后的心电信号中取得其QRS波形的初始起点位置；

P波峰值位置取得模块：用于使用得到的QRS波形的初始起点位置，计算得到P波检测窗口；对于预处理后的心电信号进行低通滤波，得到第一心电信号；使用上述得到的P波检测窗口在所述第一心电信号上查找得到P波的峰值位置；

拐点位置取得模块：用于在上述第一心电信号中，依据所述得到的P波峰值位置，利用差分幅度阈值得到所述P波峰值两侧的拐点。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

P波起始点确定模块：用于在所述第一心电信号中，依据上述步骤中得到拐点位置，分别将两个拐点和所述P波峰值位置之间的波形分为多段，分别对基线和每段波形进行直线拟合，分别在所述P波峰值两侧选择拟合得到直线中选择其斜率绝对值最大的与基线段的交点作为P波的起止点；所述基线段是对不包括所述两个拐点之间波形的第一心电信号波形的基线的拟合直线；

所述P波起始点确定模块中，任意一个拐点和P波峰值位置之间的波形至少被分为该P波峰值的中值所在的半腰段和由该拐点到所述半腰段之间的起点段。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述心电信号预处理模块中进一步包括：

心电信号取得单元：用于将采集到的模拟信号进行模拟滤波，并将模拟滤波后的信号转换为数字信号，得到心电信号；

数字滤波单元：用于对得到的心电信号进行数字高通滤波和数字低通滤波；

所述QRS波形初始起点取得模块中进一步包括：

带通滤波单元：用于对经过预处理后的心电信号进行其通过频段为0-49Hz的带通滤波；

积分方波信号取得单元：用于对经过上述带通滤波的信号进行差分滤波，并对得到的差分信息进行平方和积分运算，提取出该差分信号的包络，得到积分方波信号；

QRS波峰查找单元：用于在得到的积分方波信号中检测其信号幅值，当其信号幅值大于设定的幅度阈值时，判断为QRS波峰；并在经过预处理的心电信号的对应区域查找极值，作为QRS的波峰值点；

初始起始位置判断单元：用于在经过预处理的心电信号上，由其QRS的波峰值点向左检测其波形幅值，当检测到波形幅值小于设定的幅度阈值时，判断查找到QRS峰值的初始起点位置；

所述P波峰值取得模块中进一步包括：

第一心电信号取得单元：用于使用得到的QRS波形的初始起点位置，计算得到P波检测窗口；对于预处理后的心电信号进行低通滤波，得到第一心电信号；

小波分解单元：用于以所述第一心电信号作为输入信号，进行二次样条小波分解，并得到经过小波分解后的第四层高频分量信号；

信号平滑单元：用于对所述第四层高频分量信号进行平滑滤波和去毛刺处理；

P波峰值位置确定单元：用于在所述P波检测窗口内搜索所述经过平滑滤波和去毛刺处理的第四层高频分量信号的极值，确认为有效极值后，在所述第一心电信号的极值对之间查找并得到P波峰值位置；

所述拐点位置取得模块中进一步包括：

差分滤波单元：用于对所述第一心电信号进行差分滤波，取得其差分信号；

幅度检测单元：用于对所述差分信号幅度值进行检测，当分别在所述P波峰值两侧检测其幅度值大于设定阈值时，判断其所在位置为P波峰值两侧的拐点。