CN109009087A - 一种心电信号r波的快速检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种心电信号R波的快速检测方法，包括以下步骤：获取原始ECG数据并进行滤波处理；针对滤波处理后的ECG数据，在设定的初始搜索区间内，查找最大值和最小值来计算R波搜索梯度因子k；将最大值对应的采样点标记为第一个R波波峰Peak0，将Peak0设定为当前R波波峰Peak_now；利用搜索梯度因子k，从Peak_now位置开始，对滤波后的ECG数据，按搜索梯度因子k下降搜索直至相交；从得到的相交点位置开始，对滤波后的ECG数据，继续往后查找出现的第一个极大值，将该极大值标记为新的R波波峰Peak_new；将Peak_new更新为Peak_now，再重复搜索直至搜索完所有滤波后的ECG数据；返回检测到的所有R波波峰。本发明具有准确率高、抗干扰能力强、运算简单和易于工程实现等优点。

Description

一种心电信号R波的快速检测方法

技术领域

本发明涉及心电信号自动检测技术领域，特别是一种心电信号R波的快速检测方法。

背景技术

心电信号(Electrocardiograph，ECG)是一种可以反映人类身体健康状态的重要生理信号，QRS波群则是心电信号的主要特征。由于R波是QRS波群中波幅最大的波，因而，R波的检测是QRS波群定位的关键步骤。

目前心电信号的R波检测方法有：差分阈值法、模板匹配法、小波变换法以及神经网络法等。差分阈值法具有简单快速且易于工程实现的特点，但容易出现漏检错检的问题；模板匹配法的原理简单，但对高频噪声和基线漂移的抗干扰能力弱；小波变换法对R波检测的准确度较高，但运算开销大且计算复杂度高；神经网络法具有很好的R波检测效果，但往往需要较长的训练时间，也不易于工程实现。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种心电信号R波的快速检测方法，该方法具有准确率高、抗干扰能力强、运算简单和易于工程实现等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种心电信号R波的快速检测方法，包括以下步骤：

步骤一、获取设定采样时间T内的心电信号，获取的心电信号为原始ECG数据，对原始ECG数据做频谱分析，通过频谱分析结果对原始ECG数据进行滤波处理；

步骤二、针对滤波处理后的ECG数据，在设定的初始搜索区间内，查找最大值ECG_max和最小值ECG_min来计算R波搜索梯度因子k，且所述的初始搜索区间的长度至少包含一个心跳周期；

步骤三、将步骤二中的最大值ECG_max对应的采样点标记为第一个R波波峰Peak0，将Peak0设定为当前R波波峰Peak_now；

步骤四、利用步骤二算出的搜索梯度因子k，从Peak_now位置开始，对滤波后的ECG数据，按搜索梯度因子k下降搜索直至相交，若相交点与R波波峰的间隔nT大于设定的相邻波峰间隔阈值sT，则停止下降搜索并返回相交点位置，否则，继续按搜索梯度因子k下降搜索；其中，间隔阈值sT大于标准ECG数据中Q-T间期的最小值，且小于最小的正常心跳间隔；

步骤五、从步骤四得到的相交点位置开始，对滤波后的ECG数据，继续往后查找出现的第一个极大值，将该极大值标记为新的R波波峰Peak_new；

步骤六、将步骤五的Peak_new更新为Peak_now，重复步骤四和步骤五的搜索过程，直至搜索完所有滤波后的ECG数据；

步骤七、返回检测到的所有R波波峰{Peak0，Peak_new1,Peak_new2,…..}。

作为一种优选的实施方式，步骤一中所述的滤波处理为带通滤波处理。

作为另一种优选的实施方式，所述的带通滤波处理的通带为5Hz-25Hz。

作为另一种优选的实施方式，步骤二中所述的搜索梯度因子k的计算公式为：

k＝θ*(ECG_max-ECG_min)，其中，θ为可设定的梯度调整参数，取值范围为(0,1)。

本发明的有益效果是：

1、本发明对采集的原始ECG信号进行了频谱分析，并利用带通滤波器消除了低频、高频以及50Hz工频噪声对ECG信号的干扰。

2、针对滤波后的ECG数据，利用梯度搜索因子k，快速简便的搜索R波波峰位置，并根据设定的相邻波峰间隔阈值sT判断波峰位置的有效性，提升了R波波峰检测的准确度。

3、本发明所提供的心电信号R波的快速检测方法，不仅抗干扰能力强，且运算量小易于工程实现，尤其适用于计算资源有限的智能穿戴设备。

附图说明

图1为本发明实施例中原始ECG信号波形图；

图2为本发明实施例中原始ECG信号的频谱图；

图3为本发明实施例中经滤波处理后的ECG信号波形图；

图4为本发明实施例中检测方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例

一种心电信号R波的快速检测方法，包括以下步骤：

步骤一、获取设定采样时间T内的如图1所示的心电信号(ECG数据)，并进行滤波处理；获取的心电信号为原始ECG数据，对原始ECG数据做频谱分析(如图2所示)发现存在严重的高频、低频以及50Hz的工频噪声干扰，且ECG信号主要分布于5Hz-25Hz之间，因此，应用5Hz-25Hz带通滤波器对原始ECG数据进行滤波，滤波后的ECG信号波信号如图3所示。

步骤二、如图4所示，针对滤波后的ECG数据，在设定的初始搜索区间内，查找最大值和最小值来计算R波搜索梯度因子k；

具体的，初始搜索区间长度的设置，需要满足至少包含一个心跳周期；

假设找到的最大值为ECG_max，最小值为ECG_min，那么，R波搜索梯度因子k＝θ*(ECG_max-ECG_min)，其中，θ为可设定的梯度调整参数，取值范围(0,1)；

假定，默认设定θ参考值为1/3，则k＝(ECG_max-ECG_min)/3。

步骤三、将步骤二中的最大值ECG_max对应的采样点标记为第一个R波波峰Peak0，将Peak0设定为当前R波波峰Peak_now。

步骤四、利用步骤二算出的搜索梯度因子k，从Peak_now位置开始，对滤波后的ECG数据，按搜索梯度因子k下降搜索直至相交，若相交点与R波波峰的间隔nT大于设定的阈值sT，则停止下降搜索并返回相交点位置，否则，继续按搜索梯度因子k下降搜索；对于间隔阈值sT的设定，间隔阈值sT应当大于标准ECG数据中Q-T间期的最小值，且小于最小的正常心跳间隔(即至少包含一个P-R间期和Q-T间期)；其中，P-R间期正常范围：120ms～200ms，Q-T间期正常范围：320ms～440ms，则间隔阈值sT可设定范围：(320ms，120+320ms)，例如：可设定间隔阈值sT＝333ms。

步骤五、从步骤四得到的相交点位置开始，对滤波后的ECG数据，继续往后查找出现的第一个极大值，将该极大值标记为新的R波波峰Peak_new。

步骤六、将步骤五的Peak_new更新为Peak_now，重复步骤四和步骤五的搜索过程，直至搜索完所有滤波后的ECG数据。

返回检测到的所有R波波峰{Peak0，Peak_new1,Peak_new2,…..}。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，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。

Claims (4)

1.一种心电信号R波的快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、获取设定采样时间T内的心电信号，获取的心电信号为原始ECG数据，对原始ECG数据做频谱分析，通过频谱分析结果对原始ECG数据进行滤波处理；

步骤二、针对滤波处理后的ECG数据，在设定的初始搜索区间内，查找最大值ECG_max和最小值ECG_mi n来计算R波搜索梯度因子k，且所述的初始搜索区间的长度至少包含一个心跳周期；

步骤三、将步骤二中的最大值ECG_max对应的采样点标记为第一个R波波峰Peak0，将Peak0设定为当前R波波峰Peak_now；

步骤四、利用步骤二算出的搜索梯度因子k，从Peak_now位置开始，对滤波后的ECG数据，按搜索梯度因子k下降搜索直至相交，若相交点与R波波峰的间隔nT大于设定的相邻波峰间隔阈值sT，则停止下降搜索并返回相交点位置，否则，继续按搜索梯度因子k下降搜索；其中，间隔阈值sT大于标准ECG数据中Q-T间期的最小值，且小于最小的正常心跳间隔；

步骤五、从步骤四得到的相交点位置开始，对滤波后的ECG数据，继续往后查找出现的第一个极大值，将该极大值标记为新的R波波峰Peak_new；

步骤六、将步骤五的Peak_new更新为Peak_now，重复步骤四和步骤五的搜索过程，直至搜索完所有滤波后的ECG数据；

步骤七、返回检测到的所有R波波峰{Peak0，Peak_new1,Peak_new2,…..}。

2.根据权利要求1所述的心电信号R波的快速检测方法，其特征在于，步骤一中所述的滤波处理为带通滤波处理。

3.根据权利要求2所述的心电信号R波的快速检测方法，其特征在于，所述的带通滤波处理的通带为5Hz-25Hz。

4.根据权利要求1所述的心电信号R波的快速检测方法，其特征在于，步骤二中所述的搜索梯度因子k的计算公式为：

k＝θ*(ECG_max-ECG_mi n)，其中，θ为可设定的梯度调整参数，取值范围为(0,1)。