CN109091140A - 一种心电信号r波检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种心电信号R波检测方法及系统，方法包括：对心电信号进行初始R波检测，得到当前R波的极值点；计算当前R波的极值点T₁内的信号Vpp值，T₁＝t₁+t₂；计算当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值，T₂＝t₃‑t₁+t₄‑t₂，t₃＞t₁，且t₁∈t₃，t₄＞t₂，且t₂∈t₄；计算当前R波的信号Vpp值与噪声Vpp值的比值；若当前R波的比值小于当前R波的比值阈值，判定当前R波为噪声。本发明在检测到R波后在进行信噪比检测，可剔除类似R波的噪声，进一步提高R波检测的准确率。

Description

一种心电信号R波检测方法及系统

技术领域

本发明属于心电信号检测技术领域，特别涉及一种心电信号R波检测方法及系统。

背景技术

心电图信号是心脏在每个心动周期有规律的收缩和舒张过程中大量的心肌细胞产生生物点位的变化，并通过体表表现多种形式点位变化的图形信号。一个完整的心电图波形包括P波、Q波、R波、S波、T波及U 波。心电图信号中的R波是心室除极时产生点位突变，其探测在心电信号分析、处理和诊断中最为关键，尤其对各种心律失常、房颤等疾病具有重大的诊断价值。且随着智能健康穿戴设备的兴起，方便快捷的血压测量也是以心电图的R波位置识别为基础的。

传统的心电监护以静态监护多导联为主，心电图受到的运动伪迹、肌电干扰很小。而在穿戴产品中，心电图更容易受到运动伪迹、肌电干扰等噪声影响。此干扰无法消除，又可能造成类似R波的伪迹产生。而采用差分算法、形态检测算法等检测R波时，无法剔除这种类似R波的噪声，使得容易将此类噪声判别为R波，导致R波检测的准确率不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种心电信号R波检测方法及系统，在检测到R波后在进行信噪比检测，剔除类似R波的噪声，进一步提高R波检测的准确率。

本发明提供的技术方案如下：

一种心电信号R波检测方法，包括：

对心电信号进行初始R波检测，得到当前R波的极值点；

计算所述当前R波的极值点T₁内的信号Vpp值，T₁＝t₁+t₂；t₁为所述当前 R波的极值点对应的采样时间点前的第一预设时间段，t₂为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第二预设时间段；

计算所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值，T₂＝t₃-t₁+t₄-t₂，t₃＞t₁，且 t₁∈t₃，t₄＞t₂，且t₂∈t₄；t₃为所述当前R波的极值点对应的采样时间点前的第三预设时间段，t₄为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第四预设时间段；

计算所述当前R波的所述信号Vpp值与所述噪声Vpp值的比值；

若所述当前R波的比值小于所述当前R波的比值阈值，判定所述当前R 波为噪声。

进一步地，所述计算所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值， T₂＝t₃-t₁+t₄-t₂具体包括：

将所述当前R波的t₃-t₁时间段分为n段，n≥2，计算第i时间段与第i+1时间段的总时间段内的噪声Vppi值，1≤i≤n-1，且i∈N，得到n-1个噪声Vppi 值；

将所述当前R波的t₄-t₂时间段分为m段，m≥2，计算第f时间段与第f+1 时间段的总时间段内的噪声Vppf值，1≤f≤m-1，且f∈N，得到m-1个噪声Vppf 值；

计算所述n-1个噪声Vppi值和m-1个噪声Vppf值的平均值，确定所述平均值为所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值。

进一步地，所述对心电信号进行初始R波检测，得到当前R波的极值点具体包括：

计算心电信号的各个采样点的二阶差分值；

若当前采样点的二阶差分值大于第一预设差分阈值，则在所述心电信号中找到所述当前采样点的前拐点和后拐点；

根据所述前拐点、所述当前采样点和所述后拐点组成一波形，计算所述波形的特征参数，若所述特征参数满足预设条件，则确定所述当前采样点为R波的极值点。

进一步地，所述前拐点对应的采样时间点与所述后拐点对应的采样时间点对应的总时间段为T₃，所述T₁小于所述T₃。

进一步地，所述当前R波的比值阈值的计算方法为：

获取所述当前R波的二阶差分值；

获取所述当前R波的极值点与上一R波的极值点之间的宽度值；

计算所述前拐点与所述当前采样点之间的第一高度值，计算所述后拐点与所述当前采样点之间的第二高度值；

计算所述二阶差分值对应的二阶差分值得分、所述宽度值对应的宽度值得分、所述第一高度值对应的第一高度值得分和所述第二高度值对应的第二高度值得分；所述二阶差分值得分与所述二阶差分值成反比，所述宽度值得分与所述宽度值成反比，所述第一高度值得分与所述第一高度值成反比，所述第二高度值得分与所述第二高度值成反比；

根据预设得分权重比例规则，计算所述二阶差分值得分，所述宽度值得分、所述第一高度值得分和所述第二高度值得分的得分权重值；

根据所述得分权重值计算得到第一比值阈值，且所述得分权重值与所述第一比值阈值成正比；

计算所述当前R波之前的若干个R波的信号Vpp值与噪声Vpp值的比值的平均值，根据所述平均值计算得到第二比值阈值，所述平均值与所述第二比值阈值成反比；

根据预设阈值权重比例规则，计算所述第一比值阈值与所述第二比值阈值的阈值权重值，得到所述当前R波的比值阈值。

本发明还提供一种心电信号R波检测系统，包括：

检测模块，用于对心电信号进行初始R波检测，得到当前R波的极值点；

第一计算模块，用于计算所述当前R波的极值点T₁内的信号Vpp值，T₁＝t₁ +t₂；t₁为所述当前R波的极值点对应的采样时间点前的第一预设时间段，t₂为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第二预设时间段；

第二计算模块，用于计算所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值， T₂＝t₃-t₁+t₄-t₂，t₃＞t₁，且t₁∈t₃，t₄＞t₂，且t₂∈t₄；t₃为所述当前R波的极值点对应的采样时间点前的第三预设时间段，t₄为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第四预设时间段；

第三计算模块，用于计算所述当前R波的所述信号Vpp值与所述噪声Vpp 值的比值；

判断模块，用于若所述当前R波的比值小于所述当前R波对应的比值阈值，判定所述当前R波为噪声。

进一步地，所述第二计算模块包括：

第一处理单元，用于将所述当前R波的t₃-t₁时间段分为n段，n≥2，计算第i时间段与第i+1时间段的总时间段内的噪声Vppi值，1≤i≤n-1，且i∈N，得到n-1个噪声Vppi值；

第二处理单元，用于将所述当前R波的t₄-t₂时间段分为m段，m≥2，计算第f时间段与第f+1时间段的总时间段内的噪声Vppf值，1≤f≤m-1，且f∈N，得到m-1个噪声Vppf值；

第一计算单元，用于计算所述n-1个噪声Vppi值和m-1个噪声Vppf值的平均值，确定所述平均值为所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值。

进一步地，所述检测模块包括：

第二计算单元，用于计算心电信号的各个采样点的二阶差分值；

查找单元，用于若当前采样点的二阶差分值大于第一预设差分阈值，则在所述心电信号中找到所述当前采样点的前拐点和后拐点；

分析单元，用于根据所述前拐点、所述当前采样点和所述后拐点组成一波形，计算所述波形的特征参数，若所述特征参数满足预设条件，则确定所述当前采样点为R波的极值点。

进一步地，所述第二计算单元还用于计算所述前拐点对应的采样时间点与所述后拐点对应的采样时间点对应的总时间段T₃，所述T₁小于所述T₃。

进一步地，还包括阈值计算模块，

所述阈值计算模块包括：

第一获取单元，用于获取所述当前R波的二阶差分值；

第二获取单元，用于获取所述当前R波的极值点与上一R波的极值点之间的宽度值；

第三计算单元，用于计算所述前拐点与所述当前采样点之间的第一高度值，计算所述后拐点与所述当前采样点之间的第二高度值；

第四计算单元，用于计算所述二阶差分值对应的二阶差分值得分、所述宽度值对应的宽度值得分、所述第一高度值对应的第一高度值得分和所述第二高度值对应的第二高度值得分；二阶差分值得分与二阶差分值成反比，宽度值得分与宽度值成反比，第一高度值得分与第一高度值成反比，第二高度值得分与第二高度值成反比；

第五计算单元，用于根据预设权重比例规则，计算所述二阶差分值得分，所述宽度值得分，所述第一高度值得分和所述第二高度值得分的得分权重值；

第六计算单元，用于根据所述得分权重值计算得到第一比值阈值，且所述得分权重值与所述第一比值阈值成正比；

第七计算单元，用于计算所述当前R波之前的若干个R波的信号Vpp值与噪声Vpp值的比值的平均值，根据所述平均值计算得到第二比值阈值，所述平均值与所述第二比值阈值成反比；

第八计算单元，根据预设阈值权重比例规则，计算所述第一比值阈值与所述第二比值阈值的阈值权重值，得到所述当前R波的比值阈值。

通过本发明提供的一种心电信号R波检测方法及系统，能够带来以下至少一种有益效果：

1、本发明通过计算信号Vpp值和噪声Vpp值的比值，来判断R波与周围噪声信号的差别，若比值小于比值阈值，则认为R波与周围噪声信号相比突出性不强，因此，该R波为形态上类似于R波的噪声，需要剔除，通过剔除类似 R波的噪声，可进一步提高R波的检测准确率。

2、本发明通过将T₂时间段分为若干段，然后计算若干段的噪声Vpp值的平均值，可提高T₂时间段内的噪声Vpp值的准确率，从而进一步提高R波检测的准确率。

3、本发明通过将T₁时间段控制在小于T₃时间段，可防止将噪声信号计算在信号Vpp值中，以提高信号Vpp值的计算准确率，从而进一步提高R波检测的准确率。

4、本发明根据当前R波的形态和当前R波之前的若干个R波的信噪比来计算得到当前R波的比值阈值，使得当前R波的比值阈值的设置更合理，从而提高检测的准确率。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种心电信号R波检测方法及系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明一种心电信号R波检测方法的实施例一的流程示意图；

图2是本发明一种心电信号R波检测方法的实施例二的流程示意图；

图3是本发明一种心电信号R波检测方法的实施例二的t₄-t₂时间段的分段示意图；

图4是本发明一种心电信号R波检测方法的实施例三的流程示意图；

图5是本发明一种心电信号R波检测方法的实施例三的心电信号不良时的示意图图；

图6是本发明一种心电信号R波检测方法的实施例三的心电信号良好时的示意图；

图7是本发明一种心电信号R波检测方法的实施例四的流程示意图；

图8是本发明一种心电信号R波检测系统的一个实施例的结构示意框图；

图9是本发明一种心电信号R波检测系统的另一个实施例的结构示意框图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

根据本发明提供的第一实施例，如图1所示，

一种心电信号R波检测方法，包括：

对实时采集的心电信号进行初始R波检测，得到当前R波的极值点；

计算所述当前R波的极值点T₁内的信号Vpp值，T₁＝t₁+t₂；t₁为所述当前 R波的极值点对应的采样时间点前的第一预设时间段，t₂为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第二预设时间段；

计算所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值，T₂＝t₃-t₁+t₄-t₂，t₃＞t₁，且 t₁∈t₃，t₄＞t₂，且t₂∈t₄；t₃为所述当前R波的极值点对应的采样时间点前的第三预设时间段，t₄为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第四预设时间段；

计算所述当前R波的所述信号Vpp值与所述噪声Vpp值的比值；

若当前R波的比值小于当前R波的比值阈值，判定当前R波为噪声。

具体地，采集到用户的心电信号后，可先对原始心电信号的每个采样点进行滤波处理，为了更快的获得滤波数据且有效保证一些非正常的R波群不被抑制，可对心电信号进行Alpha高通滤波以滤除基线，并进行低阶的FIR低通滤波以滤除工频信号。由于滤波有延迟时间差，因此可利用滤波的延迟时间差，对原始心电信号提前一小段时间进行饱和判决，如果信号饱和，则不对滤波后的心电信号进行检测，信号饱和是指检测时信号超过最大量程，信号完全被淹没，此时的波形为无效波形，所以不对波形进行检测，由于信号达到饱和状态后不会立即恢复正常状态，所以延迟一段时间结束饱和判断。滤波和饱和判断同时进行，当判断出当前采用时间段的心电信号饱和后，则不对滤波后的当前采样时间段的心电信号进行R波检测。当判断出当前采样时间段的心电信号未饱和时，则对滤波后的当前采样时间段的心电信号进行R波检测。

经过饱和判断和滤波处理后，对心电信号进行初始R波检测，得到当前R 波的极值点；初始R波检测可通过二阶差分算法和形态检测法等进行检测。

经过初始R波检测，得到当前R波的极值点后，先计算当前R波极值点 T₁内的信号Vpp值，T₁＝t₁+t₂；t₁为所述当前R波的极值点对应的采样时间点前的第一预设时间段，t₂为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第二预设时间段；Vpp值是指交流信号或脉冲信号的最高电压值减最低电压值，即峰峰值。信号Vpp值可用T₁时间段内的最高电压值减最低电压值。

然后计算所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值，T₂＝t₃-t₁+t₄-t₂，t₃＞t₁，且t₁∈t₃，t₄＞t₂，且t₂∈t₄；t₃为所述当前R波的极值点对应的采样时间点前的第三预设时间段，t₄为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第四预设时间段，噪声Vpp值可用T₂时间段内的最高电压值减最低电压值。

得到信号Vpp值与噪声Vpp值后，计算信号Vpp值与噪声Vpp值的比值，若当前R波的比值小于当前R波的比值阈值，则认为当前R波与周围噪声信号相比突出性不强，因此，判定当前R波为噪声，应该将该经初始R波检测到的当前R波剔除。本发明在经初始R波检测后，再进行噪声检测，可剔除由肌电和运动伪迹噪声干扰造成的类似R波的噪声存在，从而可提高R波的检测准确率。

根据本发明提供的第二实施例，一种心电信号R波检测方法，如图2 所示，本实施例为上述第一实施例的优选实施例，其主要改进点在于，计算当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值，T₂＝t₃-t₁+t₄-t₂具体包括：

将当前R波的t₃-t₁时间段分为n段，n≥2，计算第i时间段与第i+1时间段的总时间段内的噪声Vppi值，1≤i≤n-1，且i∈N，得到n-1个噪声Vppi值；

将当前R波的t₄-t₂时间段分为m段，m≥2，计算第f时间段与第f+1时间段的总时间段内的噪声Vppf值，1≤f≤m-1，且f∈N，得到m-1个噪声Vppf值；

计算所述n-1个噪声Vppi值和m-1个噪声Vppf值的平均值，确定所述平均值为当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值。

具体地，在计算当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值时，虽然可直接用 T₂内的最高电压值减最低电压值，但是此种方式获取到的噪声Vpp值误差较大，不能真实的反应噪声Vpp值，因此，为了更好评估噪声的水平，本实施例通过将t₃-t₁时间段分为n段，然后分别计算相邻两段时间段内的噪声Vpp值，并将t₄-t₂时间段分为m段，然后分别计算相邻两段时间段内的噪声Vpp值，最后计算这些噪声Vpp值的平均值，得到误差较小的噪声Vpp值。

如图3所示，如将当前R波的t₄-t₂时间段分为9段，图3中数字1、2、3、 4、5、6、7、8、9分别表示第一段至第九段，然后计算第一段和第二段的总时间段内的噪声Vpp1值、第二段和第三段的总时间段内的噪声Vpp2值，第三段和第四段的总时间段内的噪声Vpp3值，第四段和第五段的总时间段内的噪声Vpp4值，第五段和第六段的总时间段内的噪声Vpp5值，第六段和第七段的总时间段内的噪声Vpp6值，第七段和第八段的总时间段内的噪声Vpp7值，第八段和第九段的总时间段内的噪声Vpp8值；同理，可将t₃-t₁时间段分为9 段，得到8个噪声Vpp值，然后计算这16个噪声Vpp值的平均值，得到T2 内的噪声Vpp值。

为了避免将当前R波后面的R波拉进来当成噪声，t₃、t₄的时间段应分别小于心脏的不应期时间，即t₃、t₄分别要小于200ms，在计算噪声时，可在排除当前R波的极值点前75ms的时间段内和排除当前R波的极值点后75ms的时间段内分别进行噪声计算。因为心电信号R波的频率范围大多在20Hz以内，大于20Hz则认为是噪声，而噪声干扰基本上都是类似于正弦波比较多，正弦波的频率f＝1/T＝20Hz，其对应的周期为T＝50ms。在求波形的Vpp值时，如要选择比较合适的区间，选周期的一半时长就可以了，大概是25ms左右，因此，我们可以计算20ms时间长度的Vpp值，即为噪声Vpp值。如果我们将t₃-t₁时间段分为9段，每段的时长可选为10ms，计算相邻两段的总时间段的Vpp值，即计算的是20ms内的噪声Vpp值，通过此种方式计算得到的噪声Vpp值误差较小，更能反映噪声的真实值。

根据本发明提供的第三实施例，一种心电信号R波检测方法，如图4所示，本实施例是上述第一实施例或第二实施例的优选实施例，其主要改进点在于，对心电信号进行初始R波检测，得到当前R波的极值点具体包括：

计算心电信号的各个采样点的二阶差分值；

若当前采样点的二阶差分值大于第一预设差分阈值，则在所述心电信号中找到所述当前采样点的前拐点和后拐点；

根据所述前拐点、所述当前采样点和所述后拐点组成一波形，计算所述波形的特征参数，若所述特征参数满足预设条件，则确定所述当前采样点为R波的极值点。

具体地，心电信号经过上述第一实施例中的饱和判断和滤波处理后，计算滤波处理后的心电信号的各个采样点的二阶差分值。由于二阶差分值能在一定程度上反映波形的圆钝程度，所以首先对波形的圆钝进行判别。通常来说，R 波的波形比较尖，二阶差分值比较大，通过二阶差分值处理可抑制T波、P波的干扰，突显R波。因此，先筛选出二阶差分值大于第一预设差分阈值的采样点，然后在滤波后的心电信号中找到各个采样点对应的前拐点和后拐点。

在心电信号中找到当前采样点的前拐点和后拐点的方法具体为：在心电信号中找到二阶差分值大于第二预设差分阈值的拐点；第二预设差分阈值小于第一预设差分阈值；在位于当前采样点的采样时间之前的拐点中找到与当前采样点之间的高度值大于第一预设高度阈值，且与当前采样点的时间间隔最小的目标前拐点，目标前拐点为当前采样点的前拐点；在位于当前采样点的采样时间之后的拐点中找到与当前采样点之间的高度值大于第一预设高度阈值，且与当前采样点的时间间隔最小的目标后拐点，目标后拐点为当前采样点的后拐点。前拐点对应的采样时间点与后拐点对应的采样时间点对应的总时间段为T₃，在计算信号Vpp值时，为了避免将噪声信号拉进来作为信号，T₁的时间段应该小于T₃。

由于R波在拐点处会波动几下，然后再往下走，可能又有一个比较大的拐点，为了在滤波后的心电信号中找到比较大的拐点，避免找到一些因信号波动而产生的小拐点，可以对拐点设置一定的条件，如拐点的二阶差分值需要大于第二预设差分阈值，以保证拐点的较尖，同时拐点与当前采样点之间的高度值需要大于第一预设高度阈值，防止找到由噪声波动而产生的伪拐点，以确保在根据前拐点、对应的采样点和后拐点组成的波形计算特征参数时，能够获得比较准确的波形参数，使得根据波形参数进行R波检测判断时，能够获得比较准确的结果，从而提高R波的检测效率。

找到当前采样点的前拐点和后拐点后，由前拐点、对应的采样点和后拐点组成一波形，计算各个波形的特征参数，波形的特征参数可包括波形的高度值、宽度值和斜率值等，最后判断各个波形的特征参数是否满足预设条件，如满足预设条件，则确定该波形为R波，此步骤可通过R波的形态来筛选出真正的R 波。

如计算前拐点与后拐点之间的宽度值，计算前拐点与当前采样点之间的第一斜率值，计算后拐点与当前采样点之间的第二斜率值，计算前拐点与当前采样点之间的第一高度值，计算后拐点与当前采样点之间的第二高度值；

当第一高度值和第二高度值分别大于第二预设高度阈值，所述第二预设高度阈值大于第一预设高度阈值，且宽度值小于预设宽度阈值，且第一斜率值和第二斜率值分别大于预设斜率阈值时，确定所述当前采样点为R波的极值点，并确定R波的极值点对应的波形为R波。

其中，前拐点与后拐点之间的宽度值是指前拐点与后拐点的横坐标差值，即用后拐点的横坐标减去前拐点的横坐标。前拐点与对应的采样点之间的第一高度值是指对应的采样点与前拐点的纵坐标差值。前拐点与对应的采样点之间的第一斜率值是指前拐点和对应的采样点之间的纵坐标差值与前拐点和对应的采样点之间的横坐标差值的比值。同理，第二高度值是指对应的采样点与后拐点的纵坐标差值，第二斜率值是指后拐点和对应的采样点之间的纵坐标差值与后拐点和对应的采样点之间的横坐标差值的比值。

计算得到波形的特征参数后，将当前采样点对应的波形的特征参数与预设条件中的特征参数阈值进行比较，如满足条件，则该当前采样点对应的波形为 R波。该判断方法是根据R波的形态进行检测的，由于R波一般较窄，为了进一步提高检测准确率，还可以设置多个宽度判断条件，如在上述条件满足的基础上判断1/10高度处的宽度值是否满足条件，如满足当前采样点对应的波形为 R波，如不满足则不为R波。其具体计算方法为：获取从前拐点到当前采样点的1/10高度处对应的第一横坐标，获取从后拐点到当前采样点的1/10高度处对应的第二横坐标，计算第二横坐标与第一横坐标之间的数值差，如该数值差小于一定阈值，则认为1/10高度处的宽度值满足条件。

由于每个人的R波波形差异性很大，因此，在最初设置特征参数的阈值时，会将特征参数的阈值设置的相对宽松一点，此时，可能有极少量的类似R波的噪声被检测为R波；并且，由于一个人的R波的波形一般不会突变，所以，在根据初始特征参数阈值检测到R波后，我们可根据检测到的R波的特征参数来更新预设条件中的特征参数阈值，以使特征参数阈值更接近每个用户的R波的特征参数，使得在后面的检测中能排除上述类似R波噪声。其中，特征参数阈值的更新方法为：根据检测到的R波的特征参数进行Alpha滤波更新，如当前高度阈值为h1，检测到的R波的高度值为h2，更新后的高度阈值＝α×h1+(1-α) ×h2，0＜α＜1，α可根据实际情况进行设置。

由于在检测过程中，肌电干扰或电极与皮肤之间的相对运动产生的运动伪迹干扰，会造成心电信号波形的基线漂移很严重，此干扰无法消除，又可能造成类似R波的伪迹产生。因此，当将类似R波的伪迹检测为R波之后，我们不能根据伪R波的特征参数来更新R波检测的阈值，否则容易造成阈值超调，使阈值会向更大或者更小的方向走，从而导致阈值不起作用将所有的波都检测为R波，或者完全起作用使真正的R波也无法检测出来。所以，在进行阈值更新前需要判断当前检测到的R波的数据段是否良好。

由于肌电干扰和运动伪迹干扰，都会造成心电信号波形的基线漂移严重，因此，我们可以通过判断基线的波动幅度来判断信号是否良好。如图5和6所示，图5为心电信号不良时的示意图；图6为心电信号良好时的示意图，从图 5可看出，信号不良时基线漂移很严重。首先，对实时采集的用户的心电信号进行存储，然后分别进行多个频率值的低通滤波，以得到多个基线信号，为了避免将一些病态的R波和一些T波提取出来，我们可以选择5Hz以下的多个频率进行滤波，而经过5Hz以下的频率滤波得到的信号基本上为基线信号。经过滤波得到多个基线信号后，通过计算我们可以得到多个频率范围的带通信号，然后计算当前采样时间段内各个带通信号的标准差，通过计算标准差可得到当前采样时间段内基线信号的波动状况，再根据权重比例规则，计算各个带通信号对应的标准差的加权值，得到总的标准差，最后将总标准差与标准差阈值比较，如大于标准差阈值，则认为当前采样时间段内的基线波动幅度超过阈值，因此，当前采样时间段内的心电信号为不良数据段，此时将不根据当前采样时间段内的R波的特征参数更新阈值，可防止阈值超调，提高R波的检测效率。

如将存储的心电信号分别进行0Hz、0.5Hz、1Hz和5Hz的低通滤波，将四个滤波结果进行相减得到1-5Hz之间的第一带通信号，0.5-1Hz之间的第二带通信号，0-0.5Hz之间的第三带通信号，分别对三个带通信号缓存1s，然后分别计算三个带通信号1s内的标准差σ1、σ2和σ3，为了区别肌电干扰和伪迹干扰与非正常心电信号波形的区别，分别对0-0.5Hz带通信号内的标准差σ3、 0.5-1Hz带通信号内的标准差σ2、1-5Hz带通信号内的标准差σ1赋予不同的权重系数，σ1的权重系数＞σ2的权重系数＞σ3的权重系数，且σ1的权重系统与σ2的权重系数相近，σ1的权重系数与σ2的权重系数远大于σ3的权重系数，如将σ1、σ2和σ3的权重系数分别设为0.5、0.42和0.08，根据σ1、σ2和σ3的权重系数即可计算得到1s内的总标准差，总标准差＝0.5×σ1+0.42×σ2+0.08×σ3，如果总标准差大于当前标准差阈值，则认为该1s内的心电信号为不良数据段，然后通过此方法计算各个1s内的心电信号是否良好。

其中，当前标准差阈值的计算方法为：在当前采样时间段之前检测到多个 R波；计算多个R波的高度值的平均值和高度值的标准差；计算平均值与标准差的比值；当比值小于预设阈值时，根据平均值计算得到当前标准差阈值；当所述比值大于所述预设阈值时，所述当前标准差阈值为上一标准差阈值。

由于每个人的R波幅度不同，基线波动幅度的阈值也会不同，因此，在设置标准差阈值时，如将标准差阈值设置为一个定值，会导致信号质量判断的准确率非常低，因此，我们需要根据检测出的R波的特征参数来计算标准差阈值。并且在实际检测过程中，当采集到心电信号后，会对心电信号同时进行R波检测和质量判断，因此，在对当前采样时间段的心电信号进行质量判断时，在当前采样时间段之前已检测出多个R波，我们可根据这些R波的参数来计算得到当前标准差阈值。

在当前采样时间段之前检测出多个R波后，计算多个R波的高度值的平均值和高度值的标准差，然后计算平均值与标准差的比值，当比值小于预设阈值时，则认为这多个R波是质量良好数据段内的R波，可根据这多个R波的高度值的平均值计算得到当前标准差阈值，当比值大于预设阈值时，则认为这多个R波不是良好数据段内的R波，此时不可根据这多个R波的高度值的平均值来计算得到当前标准差阈值，而采用上一标准差阈值作为当前标准差阈值。

如在当前采样时间段前检测出8个R波后，缓存这8个R波的数据，然后计算这8个R波的高度值的平均值和8个R波的高度值的标准差的比值，若比值小于一定阈值0.3(该阈值为一个定值且是预先设置好的)时，说明这8个R 波是质量良好数据段内的R波，可根据这8个R波的高度值的平均值来计算得到当前标准差阈值，当前标准差阈值与平均值成线性关系，当前方差阈值＝a×平均值+b，其中，0.5＜a＜0.8，0.1＜b＜0.3。为了防止当前标准差阈值超调，需要对当前标准差阈值进行上下限的限定，即为当前标准差阈值设置一个最大值和一个最小值，当根据平均值计算得到的当前标准差阈值大于最大值时，则以设定的最大值作为当前标准差阈值，当根据平均值计算得到的当前标准差阈值小于最小值时，则以设定的最小值作为当前标准差阈值。本发明根据每个人的R波幅度计算得到当前标准差阈值，可解决因每个人的R波幅度不同而导致阈值设置不准确的问题，提高信号质量判断的准确性。

在当前采样时间段内又检测出新的一个或多个R波后，可以将新检测到的一个或多个R波缓存，释放之前检测到的R波，保证缓存的还是8个R波，然后重新计算这8个R波的高度值的平均值和高度值的标准差的比值，若比值小于预设阈值，则可根据新缓存的这8个R波的高度值平均值计算得到下一采样时间段的标准差阈值，若比值大于预设阈值，则将当前采样时间段的当前标准差阈值作为下一采样时间段的标准差阈值。或者在检测出新的一个或多个R 波后，计算之前缓存的8个R波和新检测到的R波的高度平均值，将高度值偏离该高度平均值较大的R波释放，使得缓存的仍是8个R波，然后重新计算这 8个R波的比值，若比值小于预设阈值，则可根据新缓存的这8个R波的高度值的平均值计算得到下一采样时间段的标准差阈值，若比值大于预设阈值，则将当前采样时间段的当前标准差阈值作为下一采样时间段的标准差阈值。

根据本发明提供的第四实施例，一种心电信号R波检测方法，如图7所示，本实施例是上述第三实施例的优选实施例，主要改进点在于，当前R波的比值阈值的计算方法为：

获取当前R波的二阶差分值；

获取当前R波的极值点与上一R波的极值点之间的宽度值；

计算前拐点与当前采样点之间的第一高度值，计算后拐点与当前采样点之间的第二高度值；

计算二阶差分值对应的二阶差分值得分、宽度值对应的宽度值得分、第一高度值对应的第一高度值得分和第二高度值对应的第二高度值得分；二阶差分值得分与二阶差分值成反比，宽度值得分与宽度值成反比，第一高度值得分与第一高度值成反比，第二高度值得分与第二高度值成反比；

根据预设得分权重比例规则，计算二阶差分值得分，宽度值得分、第一高度值得分和第二高度值得分的得分权重值；

根据得分权重值计算得到第一比值阈值，且得分权重值与第一比值阈值成正比；

计算当前R波之前的若干个R波的信号Vpp值与噪声Vpp值的比值的平均值，根据平均值计算得到第二比值阈值，平均值与第二比值阈值成反比；

根据预设阈值权重比例规则，计算第一比值阈值与第二比值阈值的阈值权重值，得到当前R波的比值阈值。

具体地，在每个采样时间段，由于外界干扰的存在，使得波形也会有所变化，如果将比值阈值设置为定值，将会影响实际的检测效果，因此，本实施例在设置当前R波的比值阈值时，考虑当前R波的形态和当前R波之前的几个R 波的信号与噪声的比值，使得当前R波的比值阈值设置的更准确，使得检测效果更好。

若当前R波的二阶差分值越大，则当前R波的波形越尖，当前R波的形态越接近R波，因此得分越低，映射到第一比值阈值上时，第一比值阈值越低；如果当前R波前后两边的高度越高，则得分越低，高度越低越像噪声则得分越高。在进行噪声检测前，根据心脏不应期时间，当200ms内存在两个以上的R 波时，会根据R波的形态，将更像R波的保留，剩余的剔除。对当前R波进行噪声检测时，当前R波与前后的R波的宽度值应该分别小于200ms，但是当前R波与上一R波的宽度值也不能太小，当太小时，当前R波为真实R波的可能性也较小，因此，在200ms内，若当前R波的极值点与上一R波的极值点之间的宽度值越大时，则当前R波是真实R波的可能性越大，其得分越低，映射到第一比值阈值时，第一比值阈值也越小。获取到四个得分后，再赋予他们不同的权重系数，然后计算得到第一比值阈值，其权重系数可根据实际情况进行设置，如认为高度值和二阶差分值较重要，则将高度值得分和二阶差分值得分的权重系数设置的大点，宽度得分的权重系数设置的小点，如认为宽度值较重要，则将宽度值得分的权重系数设置的大点。

得到第一比值阈值后，再计算当前R波之前的几个R波的信号Vpp值与噪声Vpp值的比值的平均值，然后根据比值的平均值计算得到第二比值阈值，如比值的平均值较大，即信号与周围的噪声相比突出性较强，当前R波之前的几个R波是真实R波的可能性比较大，因此，当前R波为真实R波的可能性也越大，此时计算得到的第二比值阈值则越小，当比值的平均值较小时，则会得到比较高的第二比值阈值。

得到第一比值阈值和第二比值阈值后，赋予第一比值阈值和第二比值阈值不同的权重系数求和计算得到当前R波的比值阈值。如认为第一比值阈值较重要，则将第一比值阈值的权重系数设置的大点，如认为第二比值阈值较重要，则将第二比值阈值的权重系数设置的大点。本实施例根据当前R波的形态和当前R波之前的若干个R波的信噪比来计算得到当前R波的比值阈值，使得当前R波的比值阈值的设置更合理，从而提高检测的准确率。

根据本发明提供的第五实施例，如图8所示，

一种心电信号R波检测系统，包括：

检测模块100，用于对心电信号进行初始R波检测，得到当前R波的极值点；

第一计算模块200，用于计算所述当前R波的极值点T₁内的信号Vpp值， T₁＝t₁+t₂；t₁为所述当前R波的极值点对应的采样时间点前的第一预设时间段， t₂为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第二预设时间段；

第二计算模块300，用于计算所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值， T₂＝t₃-t₁+t₄-t₂，t₃＞t₁，且t₁∈t₃，t₄＞t₂，且t₂∈t₄；t₃为所述当前R波的极值点对应的采样时间点前的第三预设时间段，t₄为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第四预设时间段；

第三计算模块400，用于计算所述当前R波的所述信号Vpp值与所述噪声 Vpp值的比值；

判断模块500，用于若所述当前R波的比值小于所述当前R波对应的比值阈值，判定所述当前R波为噪声。

本实施例中的各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

根据本发明提供的第六实施例，如图9所示，

一种心电信号R波检测系统，包括：

检测模块100，用于对心电信号进行初始R波检测，得到当前R波的极值点；

第一计算模块200，用于计算所述当前R波的极值点T₁内的信号Vpp值， T₁＝t₁+t₂；t₁为所述当前R波的极值点对应的采样时间点前的第一预设时间段， t₂为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第二预设时间段；

第二计算模块300，用于计算所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值， T₂＝t₃-t₁+t₄-t₂，t₃＞t₁，且t₁∈t₃，t₄＞t₂，且t₂∈t₄；t₃为所述当前R波的极值点对应的采样时间点前的第三预设时间段，t₄为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第四预设时间段；

第三计算模块400，用于计算所述当前R波的所述信号Vpp值与所述噪声 Vpp值的比值；

判断模块500，用于若所述当前R波的比值小于所述当前R波对应的比值阈值，判定所述当前R波为噪声。

优选地，所述第二计算模块300包括：

第一处理单元310，用于将所述当前R波的t₃-t₁时间段分为n段，n≥2，计算第i时间段与第i+1时间段的总时间段内的噪声Vppi值，1≤i≤n-1，且i∈N，得到n-1个噪声Vppi值；

第二处理单元320，用于将所述当前R波的t₄-t₂时间段分为m段，m≥2，计算第f时间段与第f+1时间段的总时间段内的噪声Vppf值，1≤f≤m-1，且f∈N，得到m-1个噪声Vppf值；

第一计算单元330，用于计算所述n-1个噪声Vppi值和m-1个噪声Vppf 值的平均值，确定所述平均值为所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值。

优选地，所述检测模块100包括：

第二计算单元110，用于计算心电信号的各个采样点的二阶差分值；

查找单元120，用于若当前采样点的二阶差分值大于第一预设差分阈值，则在所述心电信号中找到所述当前采样点的前拐点和后拐点；

分析单元130，用于根据所述前拐点、所述当前采样点和所述后拐点组成一波形，计算所述波形的特征参数，若所述特征参数满足预设条件，则确定所述当前采样点为R波的极值点。

优选地，所述第二计算单元110还用于计算所述前拐点对应的采样时间点与所述后拐点对应的采样时间点对应的总时间段T3，所述T₁小于所述T₃。

优选地，还包括阈值计算模块600，

所述阈值计算模块600包括：

第一获取单元610，用于获取所述当前R波的二阶差分值；

第二获取单元620，用于获取所述当前R波的极值点与上一R波的极值点之间的宽度值；

第三计算单元630，用于计算所述前拐点与所述当前采样点之间的第一高度值，计算所述后拐点与所述当前采样点之间的第二高度值；

第四计算单元640，用于计算所述二阶差分值对应的二阶差分值得分、所述宽度值对应的宽度值得分、所述第一高度值对应的第一高度值得分和所述第二高度值对应的第二高度值得分；二阶差分值得分与二阶差分值成反比，宽度值得分与宽度值成反比，第一高度值得分与第一高度值成反比，第二高度值得分与第二高度值成反比；

第五计算单元650，用于根据预设权重比例规则，计算所述二阶差分值得分，所述宽度值得分，所述第一高度值得分和所述第二高度值得分的得分权重值；

第六计算单元660，用于根据所述得分权重值计算得到第一比值阈值，且所述得分权重值与所述第一比值阈值成正比；

第七计算单元670，用于计算所述当前R波之前的若干个R波的信号Vpp 值与噪声Vpp值的比值的平均值，根据所述平均值计算得到第二比值阈值，所述平均值与所述第二比值阈值成反比；

第八计算单元680，根据预设阈值权重比例规则，计算所述第一比值阈值与所述第二比值阈值的阈值权重值，得到所述当前R波的比值阈值。

本实施例中的各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种心电信号R波检测方法，其特征在于，包括：

对心电信号进行初始R波检测，得到当前R波的极值点；

计算所述当前R波的极值点T₁内的信号Vpp值，T₁＝t₁+t₂；t₁为所述当前R波的极值点对应的采样时间点前的第一预设时间段，t₂为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第二预设时间段；

计算所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值，T₂＝t₃-t₁+t₄-t₂，t₃＞t₁，且t₁∈t₃，t₄＞t₂，且t₂∈t₄；t₃为所述当前R波的极值点对应的采样时间点前的第三预设时间段，t₄为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第四预设时间段；

计算所述当前R波的所述信号Vpp值与所述噪声Vpp值的比值；

若所述当前R波的比值小于所述当前R波的比值阈值，判定所述当前R波为噪声。

2.根据权利要求1所述的一种心电信号R波检测方法，其特征在于，所述计算所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值，T₂＝t₃-t₁+t₄-t₂具体包括：

将所述当前R波的t₃-t₁时间段分为n段，n≥2，计算第i时间段与第i+1时间段的总时间段内的噪声Vppi值，1≤i≤n-1，且i∈N，得到n-1个噪声Vppi值；

将所述当前R波的t₄-t₂时间段分为m段，m≥2，计算第f时间段与第f+1时间段的总时间段内的噪声Vppf值，1≤f≤m-1，且f∈N，得到m-1个噪声Vppf值；

计算所述n-1个噪声Vppi值和m-1个噪声Vppf值的平均值，确定所述平均值为所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值。

3.根据权利要求1所述的一种心电信号R波检测方法，其特征在于，所述对心电信号进行初始R波检测，得到当前R波的极值点具体包括：

计算心电信号的各个采样点的二阶差分值；

若当前采样点的二阶差分值大于第一预设差分阈值，则在所述心电信号中找到所述当前采样点的前拐点和后拐点；

根据所述前拐点、所述当前采样点和所述后拐点组成一波形，计算所述波形的特征参数，若所述特征参数满足预设条件，则确定所述当前采样点为R波的极值点。

4.根据权利要求3所述的一种心电信号R波检测方法，其特征在于，

所述前拐点对应的采样时间点与所述后拐点对应的采样时间点对应的总时间段为T₃，所述T₁小于所述T₃。

5.根据权利要求3所述的一种心电信号R波检测方法，其特征在于，所述当前R波的比值阈值的计算方法为：

获取所述当前R波的二阶差分值；

获取所述当前R波的极值点与上一R波的极值点之间的宽度值；

计算所述前拐点与所述当前采样点之间的第一高度值，计算所述后拐点与所述当前采样点之间的第二高度值；

计算所述二阶差分值对应的二阶差分值得分、所述宽度值对应的宽度值得分、所述第一高度值对应的第一高度值得分和所述第二高度值对应的第二高度值得分；所述二阶差分值得分与所述二阶差分值成反比，所述宽度值得分与所述宽度值成反比，所述第一高度值得分与所述第一高度值成反比，所述第二高度值得分与所述第二高度值成反比；

根据预设得分权重比例规则，计算所述二阶差分值得分，所述宽度值得分、所述第一高度值得分和所述第二高度值得分的得分权重值；

根据所述得分权重值计算得到第一比值阈值，且所述得分权重值与所述第一比值阈值成正比；

计算所述当前R波之前的若干个R波的信号Vpp值与噪声Vpp值的比值的平均值，根据所述平均值计算得到第二比值阈值，所述平均值与所述第二比值阈值成反比；

根据预设阈值权重比例规则，计算所述第一比值阈值与所述第二比值阈值的阈值权重值，得到所述当前R波的比值阈值。

6.一种心电信号R波检测系统，其特征在于，包括：

检测模块，用于对心电信号进行初始R波检测，得到当前R波的极值点；

第一计算模块，用于计算所述当前R波的极值点T₁内的信号Vpp值，T₁＝t₁+t₂；t₁为所述当前R波的极值点对应的采样时间点前的第一预设时间段，t₂为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第二预设时间段；

第二计算模块，用于计算所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值，T₂＝t₃-t₁+t₄-t₂，t₃＞t₁，且t₁∈t₃，t₄＞t₂，且t₂∈t₄；t₃为所述当前R波的极值点对应的采样时间点前的第三预设时间段，t₄为所述当前R波的极值点对应的采样时间点后的第四预设时间段；

第三计算模块，用于计算所述当前R波的所述信号Vpp值与所述噪声Vpp值的比值；

判断模块，用于若所述当前R波的比值小于所述当前R波对应的比值阈值，判定所述当前R波为噪声。

7.根据权利要求6所述的一种心电信号R波检测系统，其特征在于，所述第二计算模块包括：

第一处理单元，用于将所述当前R波的t₃-t₁时间段分为n段，n≥2，计算第i时间段与第i+1时间段的总时间段内的噪声Vppi值，1≤i≤n-1，且i∈N，得到n-1个噪声Vppi值；

第二处理单元，用于将所述当前R波的t₄-t₂时间段分为m段，m≥2，计算第f时间段与第f+1时间段的总时间段内的噪声Vppf值，1≤f≤m-1，且f∈N，得到m-1个噪声Vppf值；

第一计算单元，用于计算所述n-1个噪声Vppi值和m-1个噪声Vppf值的平均值，确定所述平均值为所述当前R波的极值点T₂内的噪声Vpp值。

8.根据权利要求6所述的一种心电信号R波检测系统，其特征在于，所述检测模块包括：

第二计算单元，用于计算心电信号的各个采样点的二阶差分值；

查找单元，用于若当前采样点的二阶差分值大于第一预设差分阈值，则在所述心电信号中找到所述当前采样点的前拐点和后拐点；

分析单元，用于根据所述前拐点、所述当前采样点和所述后拐点组成一波形，计算所述波形的特征参数，若所述特征参数满足预设条件，则确定所述当前采样点为R波的极值点。

9.根据权利要求8所述的一种心电信号R波检测系统，其特征在于，所述第二计算单元还用于计算所述前拐点对应的采样时间点与所述后拐点对应的采样时间点对应的总时间段T₃，所述T₁小于所述T₃。

10.根据权利要求8所述的一种心电信号R波检测系统，其特征在于，还包括阈值计算模块，

所述阈值计算模块包括：

第一获取单元，用于获取所述当前R波的二阶差分值；

第二获取单元，用于获取所述当前R波的极值点与上一R波的极值点之间的宽度值；

第三计算单元，用于计算所述前拐点与所述当前采样点之间的第一高度值，计算所述后拐点与所述当前采样点之间的第二高度值；

第四计算单元，用于计算所述二阶差分值对应的二阶差分值得分、所述宽度值对应的宽度值得分、所述第一高度值对应的第一高度值得分和所述第二高度值对应的第二高度值得分；二阶差分值得分与二阶差分值成反比，宽度值得分与宽度值成反比，第一高度值得分与第一高度值成反比，第二高度值得分与第二高度值成反比；

第五计算单元，用于根据预设权重比例规则，计算所述二阶差分值得分，所述宽度值得分，所述第一高度值得分和所述第二高度值得分的得分权重值；

第六计算单元，用于根据所述得分权重值计算得到第一比值阈值，且所述得分权重值与所述第一比值阈值成正比；

第七计算单元，用于计算所述当前R波之前的若干个R波的信号Vpp值与噪声Vpp值的比值的平均值，根据所述平均值计算得到第二比值阈值，所述平均值与所述第二比值阈值成反比；

第八计算单元，根据预设阈值权重比例规则，计算所述第一比值阈值与所述第二比值阈值的阈值权重值，得到所述当前R波的比值阈值。