心電信號(hào)處理方法綜述_第1頁(yè)
心電信號(hào)處理方法綜述_第2頁(yè)
心電信號(hào)處理方法綜述_第3頁(yè)
心電信號(hào)處理方法綜述_第4頁(yè)
心電信號(hào)處理方法綜述_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩60頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1、1.1 人體心電信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理1.2 人體心電信號(hào)對(duì)診斷的重要意義1.3 信號(hào)的提取方法1.4 心電信號(hào)處理方法人體心電信號(hào)的產(chǎn)生是由于在心肌細(xì)胞一端的細(xì)胞膜受到一定程度的刺激時(shí),對(duì)鉀、鈉、氯、鈣等離子的通透性發(fā)生改變,引起膜內(nèi)外的陰陽(yáng)離子產(chǎn)生流動(dòng),使心肌細(xì)胞除極化和復(fù)極化,并在此過(guò)程中與尚處于靜止?fàn)顟B(tài)的鄰近細(xì)胞膜構(gòu)成一對(duì)電偶。電興奮的傳導(dǎo)竇房結(jié): 心臟的起搏興奮點(diǎn), 其細(xì)胞自發(fā)產(chǎn)生50-100次/分的可傳導(dǎo)AP,心房的傳導(dǎo): 心房傳導(dǎo)束-右心房-左心房傳導(dǎo)系統(tǒng)的傳播: 房室束-希氏束-左、右分支-浦氏纖維-心室肌,1901 年荷蘭萊頓大學(xué)的生理學(xué)家Einthoven,采用彎弓將熾熱的細(xì)鍍銀石

2、英絲縛在箭尾,當(dāng)箭射出后,石英絲被拉長(zhǎng),變成纖細(xì)而又均勻的弦線,制成了弦線型心電流計(jì),終于在 1903 年描記出滿意的心電圖波群。心電信息是人體最重要的生物電信息之一。心臟的基本活動(dòng)包括電活動(dòng)和機(jī)械活動(dòng)。每個(gè)心動(dòng)周期中都是電活動(dòng)在前,機(jī)械活動(dòng)在后,兩者相差 0.04s0.07s,形成了興奮與收縮耦聯(lián)。正常的人體心臟,在生命活動(dòng)中呈現(xiàn)的是有規(guī)律性、特征性的心電信號(hào)曲線和圖形,而心臟器質(zhì)性病變和功能性改變,必然在心電信號(hào)上有所改變,顯現(xiàn)出病態(tài)的心電曲線和圖形。各種心律失常和傳導(dǎo)障礙、心肌梗塞、心肌受損、供血不足、藥物和電解質(zhì)紊亂、12 導(dǎo)同步心電圖(1) 可同時(shí)在 12 導(dǎo)聯(lián)上描記同一心動(dòng)周期的心

3、電信號(hào),對(duì)單源或多源早博的識(shí)別和定位、心律失常的分型、預(yù)激分型定位、寬 QRS 波心動(dòng)過(guò)速的鑒別診斷、室內(nèi)傳導(dǎo)阻滯的診斷等,較單導(dǎo)心電圖記錄有顯著優(yōu)越性。(2) 可同步整體觀察和測(cè)量 12 導(dǎo)聯(lián)同一心動(dòng)周期的波形,大大提高各種參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性,降低了目前單導(dǎo)心電圖存在的測(cè)量的變異性。(3) 有利于 P、QRS、T 波時(shí)限,P-R、Q-T 間期R 峰時(shí)間等基本參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的建立,以促進(jìn)各國(guó)心電信息的交流,增強(qiáng)研究結(jié)果的可比性。心電導(dǎo)聯(lián)體系 心電導(dǎo)聯(lián)指在記錄心電信號(hào)時(shí),輸入導(dǎo)線與電極放置在機(jī)體特定的測(cè)試部位(正輸入端)、參比部位(負(fù)輸入端)和接地部位的連接方式。標(biāo)準(zhǔn) 12 導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)、Frank 正交

4、校正導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)預(yù)處理方法 去除干擾波形識(shí)別方法 識(shí)別定位特征波形信號(hào)描記 信號(hào)預(yù)處理 波形識(shí)別 信號(hào)分類 診斷R波定位 QRS參數(shù)檢測(cè) P定位 T定位體表電極檢測(cè)到心電信號(hào)比較微弱,僅為毫伏(mV)級(jí),所以極易受環(huán)境的影響ECG 信號(hào)含有七種不同類型的干擾,即工頻干擾、基線漂移、電極接觸噪聲、電極極化噪聲、肌電干擾、放大電路內(nèi)部噪聲和運(yùn)動(dòng)干擾平滑、中值、小波、自適應(yīng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等目的:去除干擾方法:FIR濾波器、小波濾波器、自適應(yīng)濾波器等電源工頻干擾。電源工頻干擾主要因電源磁場(chǎng)作用于導(dǎo)聯(lián)與人體之間的環(huán)行電路所致。其主要表現(xiàn)為心電記錄上可見(jiàn)正弦波或正弦波的疊加,其頻率為50Hz工頻或其諧波,幅度較低

5、?;€漂移和呼吸對(duì)ECG的幅度調(diào)制?;€漂移主要由人體呼吸運(yùn)動(dòng)或電極接觸不良等因素導(dǎo)致,屬低頻干擾信號(hào),其頻響一般小于1 Hz,幅度為ECG峰-峰的15%,表現(xiàn)為緩慢變化的近似正弦曲線。肌電干擾。肌電干擾由人體活動(dòng),肌肉緊張所引起的干擾,其頻率范圍較寬,為0-10000Hz,幅度為毫伏級(jí),可以將其近似為零均值高斯噪聲的短暫爆發(fā),持續(xù)時(shí)間約為50ms,表現(xiàn)為不規(guī)則的快速變化波形。運(yùn)動(dòng)偽跡。運(yùn)動(dòng)偽跡又稱躍變干擾。運(yùn)動(dòng)偽跡是電極移動(dòng)引起的短暫基線改變,這是由于電極與人體間移動(dòng)或抖動(dòng)而引入的干擾。其持續(xù)時(shí)間為100500ms,幅度很大,一般可達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的滿量程輸入,使其達(dá)飽和態(tài)。硬件方法: ECG

6、信號(hào)作為心臟電活動(dòng)在人體體表的表現(xiàn),信號(hào)一般比較微弱,幅度為10V5mV,頻率為0.05100Hz。心電各波段頻譜有一定差異,其中,QRS波頻率較高約為340Hz,P、T波約為0.710Hz。 硬件上可采用上限頻率為100Hz的低通濾波器以消除高頻干擾,并采用下限頻率為0.05Hz的高通濾波器以消除基線漂移信號(hào) 提高系統(tǒng)的共模抑制比,也可有效地抑制工頻干擾。有限沖擊響應(yīng)濾波器 系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h(n)在有限個(gè)n值處不為零 系統(tǒng)函數(shù)H(z)在|z|0處收斂,極點(diǎn)全部在z = 0處。去除高頻干擾Fs=1000HzN=8,H(z), -3dB, 55Hz, 第一從瓣峰值: -13dB, 部分線性相

7、位 H(z)*H(z), -3dB, 55Hz, 第一從瓣峰值: -26.7dB, 線性相位H(z): 旁瓣太大, 13dB; 相頻特性雖在通帶內(nèi)保持線性, 但在進(jìn)入阻帶后有突變, 有可能造成心電信號(hào)的高頻相位失真;H(z)*H(z): 旁瓣有較大的衰減, 26.7dB, 有真正的線性相位;FIR 濾波器的單位值響應(yīng)為:系統(tǒng)函數(shù)為:Z變換:H(z)總是穩(wěn)定的,單位圓上頻響:設(shè)計(jì) FIR 濾波器就是根據(jù)要求的頻率響應(yīng) ,找出一單位樣值響應(yīng) 為有限長(zhǎng)的時(shí)間離散系統(tǒng),其頻響 盡可能地逼近要求頻響 ,使式表示的二者均方誤差在許可的誤差范圍內(nèi)FIR 濾波器設(shè)計(jì)的主要方法有傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)法、窗函數(shù)法、頻率

8、采樣法等。處理基線漂移結(jié)果 連續(xù)情況時(shí),小波序列為: (基本小波的位移與尺度伸縮) 其中 為尺度參量, 為平移參量。 離散的情況,小波序列為 : 0;, 1, aRbaabtatbaab zkjkttjjkj, 222, 若 是尺度函數(shù),它生成 的多分辨分析 ,則必然存在系數(shù)序列 ,使得以下尺度關(guān)系成立: 這就是尺度方程,必須滿足下列條件:定義函數(shù) 為尺度函數(shù),若其經(jīng)過(guò)整數(shù)平移 和尺度 上的伸縮,得到一個(gè)尺度和位移均可變化的函數(shù)集合: RL2 ZjjVkk Zh 22 kkthtk 2tLR kttjjkj222,kj 02khk 002khk hkll多分辨分析是小波分析中最重要的概念之一,

9、它將一個(gè)函數(shù)表示為一個(gè)低頻成分與不同分辨率下的高頻成分,并且多分辨分析能提供一種構(gòu)造小波的統(tǒng)一框架,提供函數(shù)分解與重構(gòu)的快速算法。由理想濾波器引入多分辨率分析的概念:信號(hào)中的基線漂移成分主要存在于第六尺度的逼近信號(hào)中,而工頻干擾和肌肉震顫信號(hào)主要存在于第1、2尺度下的細(xì)節(jié)信號(hào)中,因此,在采用小波濾波方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理時(shí),可去掉尺度6的逼近信號(hào),以及尺度1、2下的細(xì)節(jié)信號(hào),即將這幾個(gè)尺度下的信號(hào)值賦為0,按分解過(guò)程的逆過(guò)程進(jìn)行重構(gòu),因?yàn)镸IT/BIH數(shù)據(jù)庫(kù)的信號(hào)采樣頻率為360Hz,則當(dāng)對(duì)原始心電信號(hào)進(jìn)行6個(gè)尺度下的分解時(shí),信號(hào)被分解在8個(gè)頻段上。在重構(gòu)過(guò)程中取的是3、4、5、6尺度的細(xì)節(jié)信

10、號(hào),因此 重 構(gòu) 信 號(hào) 的 頻 帶 為2.8Hz45Hz。根據(jù)輸入信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)濾波器的參數(shù), 使其性能指標(biāo)最優(yōu)化,適用于對(duì)信號(hào)和噪聲無(wú)先驗(yàn)知識(shí)(頻譜)的或非平穩(wěn)信號(hào),基本結(jié)構(gòu): 濾波器、優(yōu)化指標(biāo)算法、濾波器參數(shù)修改算法, 濾波器: FIR 優(yōu)化準(zhǔn)則:信噪比最高、輸出誤差均方差最小 參數(shù)修改:遞歸、非遞歸43y(t)+濾波器修改參數(shù)信號(hào)源噪聲源x(t)=s(t)+n0(t)x(t)+-n1(t)n0(t): 噪聲源(如50Hz工頻信號(hào)),n1(t):通過(guò)某一未知網(wǎng)絡(luò)的同一噪聲源,n0(t):濾波器輸出的估值,x(t)=s(t)+ n0(t)- y(t)=s(t)+ n0(t)- n0(t)要使

11、得x(t)在最小均方差意義上與信號(hào)s(t)最佳匹配,的最佳估值是最小時(shí)當(dāng)s(t) x(t),)()()()()()(20020022tntnEtntnEtsEtxE抵消法:從信號(hào)中減去基線的估計(jì)值, 心電基線漂移可看成某種超低頻干擾信號(hào), x(n)=s(n)+w(n), 用w(n)來(lái)逼近w(n), 并從s(n)中減去, s(n)=x(n)-w(n), PQ段為基線,常以PQ段的中點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn),用多項(xiàng)式擬合基線的估計(jì)函數(shù), 如最簡(jiǎn)單的線性擬合、三次樣條函數(shù)擬合等,基線糾漂濾波器(HP) 高通濾波器,高通截止頻率:0.7Hz, 即以40次/分為心臟搏動(dòng)過(guò)緩的下限, 基線糾漂及50Hz陷波濾波器,理

12、想的心電信號(hào)預(yù)處理濾波器 基線糾漂+50Hz限波, 可用頻率抽樣法設(shè)計(jì)這種濾波器,梳狀濾波器的數(shù)學(xué)表示;8451225624256212164*641)(11641)()4()256()(641)(zzzzzHzzzHnynxnxny梳狀濾波器的數(shù)學(xué)表示;02040608010000.20.40.60.81H(z)02040608010000.20.40.60.81H(z)*H(z)02040608010000.20.40.60.811-H(z)*H(z)020406080100-300-250-200-150-100-5001-H(z)*H(z) in dB02040608010000.20

13、.40.60.81comb filter H(z)02040608010000.20.40.60.81H(z)*H(z)050100150200250-2000-1000010002000ECG signal at Fs=200Hz050100150200250-2000-1000010002000filtered ECG024681000.20.40.60.811-H*H050100150200250020406080filtered trend目前 QRS 波形檢測(cè)的主要方法有: 差分閾值法:對(duì)濾波后的信號(hào)應(yīng)用一階差分或二階差分和閾值相結(jié)合的方法以確定 QRS 波的下降沿,再利用窗口和幅度

14、閾值法定位 QRS 波頂點(diǎn)。 模板匹配法:把 QRS 波分解成一系列的模板(線段或尖峰),每個(gè)模板的特征參數(shù)用一系列特征因子表示,當(dāng)檢測(cè)信號(hào)的符號(hào)構(gòu)成的序列特征因子符合QRS 模板序列的特征因子時(shí)則定為 QRS 波。這種方法避免了前一種方法對(duì)波形變異大而參數(shù)變化不大的 QRS 波的錯(cuò)誤識(shí)別,但分析速度較慢。 小波分析法:小波變換是一種時(shí)頻局部分析法,在信號(hào)頻率高的區(qū)域具有“顯微”的能力,所以特別適用于檢測(cè)心電信號(hào)的特征點(diǎn)。方法實(shí)質(zhì)上是利用心電波形上高頻成分即QRS 波群所在位置其上升或下降斜率與其它頻率較低成分有顯著不同,通過(guò)檢測(cè)心電信號(hào)序列對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)即斜率的變化來(lái)定位 QRS 波的位置,一

15、般說(shuō)來(lái),在 R波的上升沿和下降沿是心電波形斜率變化最大的區(qū)域,中間出現(xiàn)的一階導(dǎo)數(shù)過(guò)零點(diǎn),二階導(dǎo)數(shù)的極值點(diǎn)為 R 點(diǎn)所在的位置。這就是差分閾值法的原理。自適應(yīng)可變閾值:根據(jù)檢波實(shí)際情況,自動(dòng)調(diào)整差分閾值搜索值。獲得的處理結(jié)果上 R 波的幅度特性被大大放大,相當(dāng)于一個(gè)非線性的濾波放大裝置將信號(hào)中的低頻成分如 P、T波等濾除,經(jīng)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn),心電波形中 R 波峰值相對(duì)于 T波峰值之比 增大10000倍。偽差信號(hào)段同樣也會(huì)在 f 上表現(xiàn)為一個(gè)高幅的信號(hào)序列,按照前面的策略進(jìn)行檢測(cè)時(shí),會(huì)發(fā)生誤檢。而對(duì)于一些QRS 段較為平緩的室性期前收縮情況,在 f 上的幅度較小,則會(huì)出現(xiàn)漏檢。由小波變換結(jié)果知,在將原始

16、信號(hào)沿六個(gè)尺度進(jìn)行小波分解時(shí),QRS 復(fù)合波的各頻率分量最明顯地表現(xiàn)在 2、3、4 尺度上原始信號(hào)小波變換后各尺度下的模極值點(diǎn)與原始信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系:QRS 復(fù)合波對(duì)應(yīng)著信號(hào)在各個(gè)尺度上具有不同正負(fù)號(hào)的模極大值對(duì),在任一尺度上均可在對(duì)應(yīng)位置檢得兩個(gè)模極值序列。對(duì)于高頻噪聲分量,只能在小尺度上檢得其模極大值(如 D1、D2),對(duì)于低頻分量如 P、T等,則在大尺度上表現(xiàn)得相對(duì)明顯(D5、D6)。而在 QRS 的特征尺度 D3、D4,特別是D3 上,顯著表現(xiàn)出 QRS 特征所產(chǎn)生的模極大值對(duì),通過(guò)檢測(cè)這些特征尺度上模極大值對(duì)位置,可避免干擾因素對(duì) QRS 檢測(cè)的影響,獲得準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。P、T 波由于信號(hào)的幅度很低,經(jīng)常被各種干擾信號(hào)所淹沒(méi),很難準(zhǔn)確地將其檢測(cè)出來(lái)人工識(shí)別準(zhǔn)確率高,機(jī)器識(shí)別準(zhǔn)確率低原因:人工智能對(duì)于對(duì)象形態(tài)的把握,但只可意會(huì),不可言傳,很難量化。模糊聚類:模仿人對(duì)于形態(tài)的認(rèn)識(shí)人工識(shí)別P 波位置的是這樣進(jìn)行的: 受過(guò)訓(xùn)練的人腦中事先存有 P

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論