CN113974648B - 一种基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，通过使用一种基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，进一步挖掘出RonT波形的特征，利用一种基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，可以有效检测出包含RonT波的心电波形数据，使用F1值，可以定量分析检测RonT的识别效果，对RonT识别研究有促进作用。缓解RonT波的检测尚缺乏医学上的金标准且检测准确性不高的问题。

Description

一种基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法

技术领域

本发明涉及心电信号技术领域，具体涉及一种基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法。

背景技术

心电图是心肌电总合，反映单位时间内心肌细胞膜内外电压差值的变化。对作为合胞体心肌而言，反映波形时间的延续；而对心肌整体细胞而言，反映波形空间的整合。

RonT信号即R波重合于T波之上的信号，心电图上出现RonT信号可能会导致的严重后果。目前识别RonT信号的方法是基于QRS波群单一阈值方法，检测准确率低，容易产生漏诊。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种以有效检测出包含RonT波的心电波形数据的方法。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，包括如下步骤：

a)建立RonT心电数据ALL_ECG，

，式中为第i个心电信号，i∈{1,...,n}；

b)对RonT心电数据ALL_ECG进行滤波，消除高频干扰；

c)对滤波后的RonT心电数据ALL_ECG去除基线漂移；

d)将去除基线漂移后的RonT心电数据ALL_ECG进行归一化处理；

e)对的RonT心电数据ALL_ECG中的12导联心电数据振幅进行绝对值处理，根据振幅的绝对值将12导联合并成一个导联x(nT)，n∈{1,...,length}，length为RonT心电数据ALL_ECG的信号长度，T为采样率；

f)利用Pan-Tompkins算法识别合并后的导联信号x(nT)中的R波峰值；

g)根据R波峰值检测QRS复合波起止点；

h)根据R波峰值检测P波起止点；。

i)根据R波峰值检测T波起止点；

j)根据PQRST波形的起止位置对RonT心电数据ALL_ECG划分为若干个心搏，每个心搏包含一个PQRST波形，通过PQRST波形的位置信息以及步骤d)中取出基线漂移后的RonT心电数据ALL_ECG进行RonT信号检测。

进一步的，步骤b)中采用窗宽为150、截止频率为40Hz的FIR数字低通滤波器对RonT心电数据ALL_ECG进行滤波。

进一步的，步骤c)中采用中值滤波器将滤波后的RonT心电数据ALL_ECG减采样到50Hz后取窗宽为560ms的长窗，对长窗中70％的中间值求平均值得到当前基线值，将当前基线值重采样到原频率后作为基线被移除。

进一步的，步骤d)中通过公式计算得到导联名称为m的归一化后的心电数据/>m∈{Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,aVR,aVL,aVF,V1,V2,V3,V4,V5,V6}，/>为获得导联名称为m的全部心电数据，/>为获得导联名称为m的全部心电数据的最小值，/>为获得导联名称为m的全部心电数据的最大值。

进一步的，步骤g)中

检测QRS复合波起止点的方法为：

g-1)以R波为基准，在R波前0.1RR间期数据段内，利用峰值位置确定该段数据内的极小值点作为Q波波峰点；

g-2)以R波为基准，在R波后0.1RR间期数据段内，利用峰值位置确定该段数据内的极小值点作为S波波峰点；

g-3)将Q波波峰点左侧15ms时间窗口内最靠近基线的点作为Q波起点，将S波波峰点右侧15ms时间窗口内最靠近基线的点作为S波终点。

进一步的，步骤h)中根据R波峰值检测P波起止点的方法为：h-1)根据两个R波峰值点计算出RR间期，以R波的峰值点为基础点设置搜索时间窗，在此R波前一个R波峰值点后的0.55RR间期距离作为时间窗的开始点，将当前QRS波群的R波峰值点位置作为时间窗的终止点；

h-2)在时间窗内寻找此段信号内的极大值点，计算该极大值点与它相邻基线的幅值差，如果幅值差大于阈值threshold₃，则该极大值点为P波峰值点；h-3)在P波峰值点前66ms的区域作为搜索时间窗范围，在该时间窗范围内计算一阶向前差分，如果该时间窗范围内的信号的差分连续出现3个点都小于threshold₃/20，则定义这3个点中第一个点为P波起点；

h-4)在P波峰值点后66ms的区域作为搜索时间窗范围，在该时间窗范围内计算一阶向前差分，如果该时间窗范围内的信号的差分连续出现3个点都小于等于threshold₃/20，则定义这3个点中第一个点为P波终点。

进一步的，步骤i)中根据R波峰值检测T波起止点的方法为：i-1)根据两个R波峰值点计算出RR间期，以R波的峰值点为基础点设置搜索时间窗，在此R波前一个R波峰值点后的0.55RR间期距离作为时间窗的开始点，将当前QRS波群的R波峰值点位置作为时间窗的终止点；

i-2)在时间窗内寻找此段信号内的极大值点，计算该极大值点与它相邻基线的幅值差，如果幅值差大于阈值threshold₄，则该极大值点为T波峰值点；

i-3)在T波峰值点前70ms的区域作为搜索时间窗范围，在该时间窗范围内计算一阶向前差分，如果该时间窗范围内的信号的差分连续出现3个点都小于threshold₄/20，则定义这3个点中第一个点为T波起点；

i-4)在T波峰值点后70ms的区域作为搜索时间窗范围，在该时间窗范围内计算一阶向前差分，如果该时间窗范围内的信号的差分连续出现3个点都小于等于threshold₄/20，则定义这3个点中第一个点为T波终点。

进一步的，步骤j)包括如下步骤：

j-1)设置阈值Flag_RonT，并将阈值Flag_RonT赋值为0；

j-2)判断当前心搏中是否具有P波，如果没有P波则转至执行步骤j-4)；

j-3)如果P波存在则寻找下一个心搏并转至执行步骤j-2)；

j-4)对当前心搏所在的导联的所有心搏R波幅值求平均，得到均值R_avg，如果QRS波宽度大于阈值threshold_QRS且当前心搏R波幅值大于1.1倍的R_avg，则转至执行步骤j-5)，如果QRS波宽度小于等于阈值threshold_QRS则转至执行步骤j-2)；

j-5)计算QT间期，如果QT间期的长度小于设定的阈值threshold_QT，则阈值Flag_RonT赋值为1，如果QT间期的长度大于等于设定的阈值threshold_QT则转至步骤j-2)；

j-6)如果阈值Flag_RonT等于1则表示存在RonT信号，并转至执行步骤j-7)，阈值Flag_RonT等于0则表示不存在RonT信号，并转至执行步骤j-2)；

j-7)输出RonT识别结果。

进一步的，步骤h-2)中threshold₃取值为0.1mV，步骤i-2)中threshold₄取值为0.3mV。

进一步的，步骤j-4)中80≤threshold_QRS≤200，步骤j-5)中60≤threshold_QT≤180。

本发明的有益效果是：通过使用一种基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，进一步挖掘出RonT波形的特征，利用一种基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，可以有效检测出包含RonT波的心电波形数据，使用F1值，可以定量分析检测RonT的识别效果，对RonT识别研究有促进作用。缓解RonT波的检测尚缺乏医学上的金标准且检测准确性不高的问题。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明做进一步说明。

一种基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，包括如下步骤：

a)建立RonT心电数据ALL_ECG，

，式中为第i个心电信号，i∈{1,...,n}。

b)对RonT心电数据ALL_ECG进行滤波，消除高频干扰。

c)对滤波后的RonT心电数据ALL_ECG去除基线漂移。

d)将去除基线漂移后的RonT心电数据ALL_ECG进行归一化处理。

e)对的RonT心电数据ALL_ECG中的12导联心电数据振幅进行绝对值处理，根据振幅的绝对值将12导联合并成一个导联x(nT)，n∈{1,...,length}，length为RonT心电数据ALL_ECG的信号长度，T为采样率。

f)利用Pan-Tompkins等人的差分阈值检测算法识别合并后的导联信号x(nT)中的R波峰值。

g)根据R波峰值检测QRS复合波起止点。

h)根据R波峰值检测P波起止点。。

i)根据R波峰值检测T波起止点。

j)根据PQRST波形的起止位置对RonT心电数据ALL_ECG划分为若干个心搏，每个心搏包含一个PQRST波形，通过PQRST波形的位置信息以及步骤d)中取出基线漂移后的RonT心电数据ALL_ECG进行RonT信号检测。

通过使用一种基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，进一步挖掘出RonT波形的特征，利用一种基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，可以有效检测出包含RonT波的心电波形数据，使用F1值，可以定量分析检测RonT的识别效果，对RonT识别研究有促进作用。缓解RonT波的检测尚缺乏医学上的金标准且检测准确性不高的问题。

使用测试数据1000条作检验RonT识别效果，如下表所示：

通过上表计算出精确率＝80.21％，召回率＝83.87％，F1值＝81.99％。

实施例1：

步骤b)中采用窗宽为150、截止频率为40Hz的FIR数字低通滤波器对RonT心电数据ALL_ECG进行滤波。

实施例2：

步骤c)中采用中值滤波器将滤波后的RonT心电数据ALL_ECG减采样到50Hz后取窗宽为560ms的长窗，对长窗中70％的中间值求平均值得到当前基线值，将当前基线值重采样到原频率后作为基线被移除。

实施例3：

步骤d)中通过公式计算得到导联名称为m的归一化后的心电数据/>m∈{Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,aVR,aVL,aVF,V1,V2,V3,V4,V5,V6}，/>为获得导联名称为m的全部心电数据，为获得导联名称为m的全部心电数据的最小值，/>为获得导联名称为m的全部心电数据的最大值。

实施例4：

检测QRS复合波起止点，QRS复合波的起点指的是Q波(当Q波不存在时为R波)的起点；QRS复合波的终点是指S波(当S波不存在时为R波)的终点。检测QRS复合波起止点检测方法为先检测Q波峰值和S波峰值，具体的步骤g)中检测QRS复合波起止点的方法为：

g-1)以R波为基准，在R波前0.1RR间期数据段内，利用峰值位置确定该段数据内的极小值点作为Q波波峰点；

g-2)以R波为基准，在R波后0.1RR间期数据段内，利用峰值位置确定该段数据内的极小值点作为S波波峰点；

g-3)将Q波波峰点左侧15ms时间窗口内最靠近基线的点作为Q波起点，将S波波峰点右侧15ms时间窗口内最靠近基线的点作为S波终点。

实施例5：

步骤h)中根据R波峰值检测P波起止点的方法为：

h-1)根据两个R波峰值点计算出RR间期，以R波的峰值点为基础点设置搜索时间窗，在此R波前一个R波峰值点后的0.55RR间期距离作为时间窗的开始点，将当前QRS波群的R波峰值点位置作为时间窗的终止点；

h-2)在时间窗内寻找此段信号内的极大值点，计算该极大值点与它相邻基线的幅值差，如果幅值差大于阈值threshold₃，则该极大值点为P波峰值点；h-3)在P波峰值点前66ms的区域作为搜索时间窗范围，在该时间窗范围内计算一阶向前差分，如果该时间窗范围内的信号的差分连续出现3个点都小于threshold₃/20，则定义这3个点中第一个点为P波起点；

h-4)在P波峰值点后66ms的区域作为搜索时间窗范围，在该时间窗范围内计算一阶向前差分，如果该时间窗范围内的信号的差分连续出现3个点都小于等于threshold₃/20，则定义这3个点中第一个点为P波终点。

实施例6：

步骤i)中根据R波峰值检测T波起止点的方法为：

i-1)根据两个R波峰值点计算出RR间期，以R波的峰值点为基础点设置搜索时间窗，在此R波前一个R波峰值点后的0.55RR间期距离作为时间窗的开始点，将当前QRS波群的R波峰值点位置作为时间窗的终止点；

i-2)在时间窗内寻找此段信号内的极大值点，计算该极大值点与它相邻基线的幅值差，如果幅值差大于阈值threshold₄，则该极大值点为T波峰值点；

i-3)在T波峰值点前70ms的区域作为搜索时间窗范围，在该时间窗范围内计算一阶向前差分，如果该时间窗范围内的信号的差分连续出现3个点都小于threshold₄/20，则定义这3个点中第一个点为T波起点；

i-4)在T波峰值点后70ms的区域作为搜索时间窗范围，在该时间窗范围内计算一阶向前差分，如果该时间窗范围内的信号的差分连续出现3个点都小于等于threshold₄/20，则定义这3个点中第一个点为T波终点。

实施例7：

步骤j)包括如下步骤：

j-1)设置阈值Flag_RonT，并将阈值Flag_RonT赋值为0；

j-2)判断当前心搏中是否具有P波，如果没有P波则转至执行步骤j-4)；

j-3)如果P波存在则寻找下一个心搏并转至执行步骤j-2)；

j-4)对当前心搏所在的导联的所有心搏R波幅值求平均，得到均值R_avg，如果QRS波宽度大于阈值threshold_QRS且当前心搏R波幅值大于1.1倍的R_avg，则转至执行步骤j-5)，如果QRS波宽度小于等于阈值threshold_QRS则转至执行步骤j-2)；

j-5)计算QT间期，如果QT间期的长度小于设定的阈值threshold_QT，则阈值Flag_RonT赋值为1，如果QT间期的长度大于等于设定的阈值threshold_QT则转至步骤j-2)；

j-6)如果阈值Flag_RonT等于1则表示存在RonT信号，并转至执行步骤j-7)，阈值Flag_RonT等于0则表示不存在RonT信号，并转至执行步骤j-2)；

j-7)输出RonT识别结果。

实施例8

优选的，步骤h-2)中threshold₃取值为0.1mV，步骤i-2)中threshold₄取值为0.3mV。步骤j-4)中80≤threshold_QRS≤200，步骤j-5)中60≤threshold_QT≤180。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)建立RonT心电数据ALL_ECG，

，

式中为第i个心电信号，i∈{1,...,n}；

b)对RonT心电数据ALL_ECG进行滤波，消除高频干扰；

c)对滤波后的RonT心电数据ALL_ECG去除基线漂移；

d)将去除基线漂移后的RonT心电数据ALL_ECG进行归一化处理；

e)对的RonT心电数据ALL_ECG中的12导联心电数据振幅进行绝对值处理，根据振幅的绝对值将12导联合并成一个导联x(nT)，n∈{1,...,length}，length为RonT心电数据ALL_ECG的信号长度，T为采样率；

f)利用Pan-Tompkins算法识别合并后的导联信号x(nT)中的R波峰值；

g)根据R波峰值检测QRS复合波起止点；

h)根据R波峰值检测P波起止点；

i)根据R波峰值检测T波起止点；

j)根据PQRST波形的起止位置对RonT心电数据ALL_ECG划分为若干个心搏，每个心搏包含一个PQRST波形，通过PQRST波形的位置信息以及步骤d)中取出基线漂移后的RonT心电数据ALL_ECG进行RonT信号检测；

步骤j)包括如下步骤：

j-1)设置阈值Flag_RonT，并将阈值Flag_RonT赋值为0；

j-2)判断当前心搏中是否具有P波，如果没有P波则转至执行步骤j-4)；

j-3)如果P波存在则寻找下一个心搏并转至执行步骤j-2)；

j-4)对当前心搏所在的导联的所有心搏R波幅值求平均，得到均值R_avg，如果QRS波宽度大于阈值threshold_QRS且当前心搏R波幅值大于1.1倍的R_avg，则转至执行步骤j-5)，如果QRS波宽度小于等于阈值threshold_QRS则转至执行步骤j-2)；

j-5)计算QT间期，如果QT间期的长度小于设定的阈值threshold_QT，则阈值Flag_RonT赋值为1，如果QT间期的长度大于等于设定的阈值threshold_QT则转至步骤j-2)；

j-6)如果阈值Flag_RonT等于1则表示存在RonT信号，并转至执行步骤j-7)，阈值Flag_RonT等于0则表示不存在RonT信号，并转至执行步骤j-2)；

j-7)输出RonT识别结果。

2.根据权利要求1所述的基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，其特征在于：步骤b)中采用窗宽为150、截止频率为40Hz的FIR数字低通滤波器对RonT心电数据ALL_ECG进行滤波。

3.根据权利要求1所述的基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，其特征在于：步骤c)中采用中值滤波器将滤波后的RonT心电数据ALL_ECG减采样到50Hz后取窗宽为560ms的长窗，对长窗中70％的中间值求平均值得到当前基线值，将当前基线值重采样到原频率后作为基线被移除。

4.根据权利要求1所述的基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，其特征在于：步骤d)中通过公式计算得到导联名称为m的归一化后的心电数据/> 为获得导联名称为m的全部心电数据，/>为获得导联名称为m的全部心电数据的最小值，/>为获得导联名称为m的全部心电数据的最大值。

5.根据权利要求1所述的基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，其特征在于，步骤g)中检测QRS复合波起止点的方法为：

g-1)以R波为基准，在R波前0.1RR间期数据段内，利用峰值位置确定该段数据内的极小值点作为Q波波峰点；

g-2)以R波为基准，在R波后0.1RR间期数据段内，利用峰值位置确定该段数据内的极小值点作为S波波峰点；

g-3)将Q波波峰点左侧15ms时间窗口内最靠近基线的点作为Q波起点，将S波波峰点右侧15ms时间窗口内最靠近基线的点作为S波终点。

6.根据权利要求1所述的基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，其特征在于，步骤h)中根据R波峰值检测P波起止点的方法为：

h-1)根据两个R波峰值点计算出RR间期，以R波的峰值点为基础点设置搜索时间窗，在此R波前一个R波峰值点后的0.55RR间期距离作为时间窗的开始点，将当前QRS波群的R波峰值点位置作为时间窗的终止点；

h-2)在时间窗内寻找此段信号内的极大值点，计算该极大值点与它相邻基线的幅值差，如果幅值差大于阈值threshold₃，则该极大值点为P波峰值点；

h-3)在P波峰值点前66ms的区域作为搜索时间窗范围，在该时间窗范围内计算一阶向前差分，如果该时间窗范围内的信号的差分连续出现3个点都小于threshold₃/20，则定义这3个点中第一个点为P波起点；

h-4)在P波峰值点后66ms的区域作为搜索时间窗范围，在该时间窗范围内计算一阶向前差分，如果该时间窗范围内的信号的差分连续出现3个点都小于等于threshold₃/20，则定义这3个点中第一个点为P波终点。

7.根据权利要求6所述的基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，其特征在于，步骤i)中根据R波峰值检测T波起止点的方法为：

i-1)根据两个R波峰值点计算出RR间期，以R波的峰值点为基础点设置搜索时间窗，在此R波前一个R波峰值点后的0.55RR间期距离作为时间窗的开始点，将当前QRS波群的R波峰值点位置作为时间窗的终止点；

i-2)在时间窗内寻找此段信号内的极大值点，计算该极大值点与它相邻基线的幅值差，如果幅值差大于阈值threshold₄，则该极大值点为T波峰值点；

i-3)在T波峰值点前70ms的区域作为搜索时间窗范围，在该时间窗范围内计算一阶向前差分，如果该时间窗范围内的信号的差分连续出现3个点都小于threshold₄/20，则定义这3个点中第一个点为T波起点；

i-4)在T波峰值点后70ms的区域作为搜索时间窗范围，在该时间窗范围内计算一阶向前差分，如果该时间窗范围内的信号的差分连续出现3个点都小于等于threshold₄/20，则定义这3个点中第一个点为T波终点。

8.根据权利要求7所述的基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，其特征在于：步骤h-2)中threshold₃取值为0.1mV，步骤i-2)中threshold₄取值为0.3mV。

9.根据权利要求1所述的基于PQRST波位置识别的RonT信号检测方法，其特征在于：步骤j-4)中80≤threshold_QRS≤200，步骤j-5)中60≤threshold_QT≤180。