心电信号的QRS波群检测:差分运算方法(2)

2019-03-29 17:57

图 7 – 定义搜索间隔1和搜索间隔2。 2.2波形检测

我们获得滤波信号?xdf后,下一步就是QRS波群检测。对一个原始心电信号x,如果分别找到了R点Q点S点,那么就获得了QRS群。

2.2.1 寻找R点 2-1 将差分信号分成两部分:Xdf和Xdf ,分别表示Xdf的正极和负极

?^^^_部分,(如图4a)。

图 8 –确定Q点和S点位置的例子. (a)因为 MVqq (0.22mV)>Vq1 (?0.1mV)+ Tv (0.18 mV),所以Q点位于Q2点处。S1点和S2点的位置相同,所以他们的位置就是S点的位置(b)因为MVqq (?0.18mV)≤Vq1 (?0.24mV)+ Tv (0.18mV) 且 Vq2 (?0.22mV)>Vq1 (?0.225 mV).所以Q点位于Q1点。 Vs2 (?0.7mV)≤Vs1 (?0.58 mV). 所以S点位于S2点处。 注解: (1) Vq1; (2) Vq1 + Tv;(3) MVqq; (4) Vq2; (5) Vs1; (6) Vs2.

图9 – 确定Q点

2-2 在包含有50个样本点和360HZ样本频率的每个间隔中,按从左到右的顺序在每个间隔中记录Xdf和Xdf 的绝对值。因此,每个区间所需的 时间大约为0.14S。

?^^_如果在

Xdf^?和

Xdf^_ 之间有一个非零极值(绝对值),那么就将其记录下来。(如图4b

中 A、B两点)。忽略没有非零极值的间隔。可以看到,在每个R-R间隔之间都有3到9个间隔(基于医学定义),而且,每个R-R间隔之间持续的时间是0.4-1.2S(如图4b和图5)。

2-3 选择正确的极值点(如图4c),该步骤可分为以下两小步。测量Xdf(或

^?Xdf^_)中毗邻的两正极值点间的时间差,有以下两种情况。

1)、时差等于或小于间隔的持续的时间 (即0.14S或50G个采样点),则选定较大的正极值所对应的点。

例如,在图6中A点和B点分别是i-1间隔和i间隔中具有最大的正极值的点,其中,B点所对应的正极值较大,所以我们选择B点。

2)、时差大于间隔的持续的时间。则两个正极值都被选定。例如,在图6中,B点和C点

分别为间隔i和j中的最大正极值所对应的点。因为B点和C点之间的间距大于一个间隔的持续时间(即0.14S),所以B点和C点所对应的正极值都被选定。

同理,在

Xdf^_ 中毗邻的两负极值点间用同样的方法可得到最大的负极值。

根据医学定义,从一个R峰(如间隔i中的B点)到下一个R峰(如j间隔中的 C点)之间的持续时间为0.4-1.2S(3—9个间隔),如图6。

然后测量

Xdf^?(或

Xdf^_)中被选定的两个毗邻的极值的位置。可分为以下两种

情况:

1)、时差小于一个间隔的持续时间(0.14S),则这两个极值是正确的。例如,在间隔i中,B点和D点分别为最大的正极值点和负极值点(绝对值),如图6。由于B点和D点之间的时间差小于或等于一个间隔的持续时间(0.14S),所以B点和D点为正确的极值点。

2)、时差大于一个间隔0.14S,则它们不是正确的 极值点,应该被删除。

2-4 在原心电信号中找出这些极值点的位置,在一个间隔中,最大正极值点所对应的位置就是R点,如图4d和4e。

图10 –在每一对图片照片中,上面一幅图表示原始的心电信号, 下面一幅图表示检测到的QRS波群。

图 11 – (a) 麻省理工学院心律失常数据库中的第108条记录的心电信号. (b) 差分信号. (c) 检测到的R波.

2.2.2 确定Q点和S点

3-1 定义一搜索间隔-1

根据医学定义,QRS波间隔是QRS波群产生和消失的持续时间,如图1。正常的持续时间为0.04-0.11S(即360HZ的 采样频率上的15-40个采样点)。以麻省理工学院心律

失常数据库中的第103条记录为例(如图7),持续时间为20个采样点,从Q点到 R点之间为11个采样点(255-266),从R点到S点之间是9个采样点(266-275)。我们定义一搜寻间隔-1,该间隔包含R点和在R点前后各有20个采样点(如图7),在搜索间隔-1中,R点之前的最小值所对应的点为Q1点,R点后的最小值的点为S1点。

步骤3-1仅适用于正常的心电信号,如果心电信号不正常,则该步骤不能找到准确的Q点和S点。因此需要步骤3-2.

图 12 – (a) 麻省理工学院心律失常数据库中的第203条记录的心电信号. (b) 差分信号. (c) 检测到的R波.

3-2 定义一搜索区间-2

将搜索区间-1的左右持续时间扩大200%,得到所谓的搜索区间-2,该区间包含了在360HZ采样频率上的80个采样点(如图7)。R点之前的最小值所对应的点为Q2点,R

点后的最小值的点为S2点。

3-3 确定Q点位置

如果Q1点和Q2点的位置相同,则他们的位置就是Q点的位置。否则,进行以下处理。如果MVqq > Vq1 + Tv ——(3),那么Q2点的位置就是Q点的位置(如图8a)。其中MVqq是区间【Q1,Q2】间段中的最大幅度值,Vq1是Q1的幅度值,Tv = 0.18mV是一个临界值,它是根据对不同的心电信号做了多次实验而获得的。

如果Vq2 > Vq1 ——(4),那么Q1点的位置就是Q点的位置(如图8b)。否则那么Q2点的位置就是Q点的位置。其中Vq2是Q2的幅值。

确定Q点的流程图如图9。 3-4 确定S点的位置

如果S1点和S2点的位置相同,则他们的位置就是S点的位置。否则,进行以下处理。如果Vs2 > Vs1 ——(5),那么S点位于S1点处,否则位于S2处。其中,Vs1和Vs2分别为S1和S2点的幅值。

以上两步确定q点和S点的位置,需要判断不等式(3)-(5),这些不等式是根据对不同的 心电信号做了多次实验总结出来的。

Table 1 – The results of the DOM for the Tape #105, 108,


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