心電圖中的pan-tompkins算法介紹

1、心電圖中的Pan-Tompkins算法介紹Presented byCONTENTS1心電圖簡(jiǎn)介2PT算法介紹3PT算法的實(shí)現(xiàn)4總結(jié)1心電圖簡(jiǎn)介2PT算法介紹3PT算法的實(shí)現(xiàn)4總結(jié) 心臟活動(dòng)的主要表現(xiàn)之一是產(chǎn)生電激動(dòng)，它出現(xiàn)在心臟機(jī)械性收縮之前，心肌激動(dòng)的電流可以從心臟經(jīng)過身體組織傳導(dǎo)至體表，使體表的不同部位產(chǎn)生不同的電位變化，按照心臟激動(dòng)的時(shí)間順序，把體表電位按照變化記錄下來，形成一條連續(xù)的曲線，這就是心電圖。所以心電圖信號(hào)記錄在一定時(shí)間內(nèi)心臟不同部位去極化產(chǎn)生的電壓。 ECG的工作原理簡(jiǎn)單的來說是這樣的：在每次心跳心肌細(xì)胞去極化的時(shí)候會(huì)在皮膚表面引起很小的電學(xué)改變，這個(gè)小變化被心電圖記錄裝置

2、捕捉并放大即可描繪心電圖。在心肌細(xì)胞處于靜息狀態(tài)時(shí)，心肌細(xì)胞膜兩側(cè)存在由正負(fù)離子濃度差形成的電勢(shì)差，去極化即是心肌細(xì)胞電勢(shì)差迅速向0變化，并引起心肌細(xì)胞收縮的過程。在健康心臟的一個(gè)心動(dòng)周期中，由竇房結(jié)細(xì)胞產(chǎn)生的去極化波有序的依次在心臟中傳播，先傳播到整個(gè)心房，經(jīng)過“內(nèi)在傳到通路”傳播至心室。如果在心臟的任意兩面放置2個(gè)電極，那么在這個(gè)過程中就可以記錄到兩個(gè)電極間微小的電壓變化，并可以在心電圖紙或者監(jiān)視器上顯示出來。 PT算法所能測(cè)量心電圖信號(hào)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)： RR間期-測(cè)量相鄰兩個(gè)R波的距離標(biāo)志著一個(gè)心動(dòng)周期。 QRS波群-反應(yīng)了左右心室的快速去極化的過程。 心率-每分鐘的心跳數(shù)。1心電圖簡(jiǎn)介2P

3、T算法介紹3PT算法的實(shí)現(xiàn)4總結(jié) PT算法是JIAPU PAN 和WILLIS J. TOMPKINS于1985年在IEEE TRANSACTION ON BIOMEDICAL ENGINEERING發(fā)表的A Real-Time QRS Detection Algorithm中提出來的一種用來檢測(cè)心電圖中QRS波群信息的算法。該算法原理簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。 此算法包含有低通濾波、高通濾波、微分、平方、積分、自適應(yīng)閾值和搜索過程。帶通濾波器微分 平方 滑窗積分 PT算法用于QRS檢測(cè)的方框圖 低通濾波器1 PT算法所設(shè)計(jì)的低通濾波器為整系數(shù)，用來降低計(jì)算復(fù)雜度，其中傳遞函數(shù)為： 輸出y(n)與輸入x(n

4、)的關(guān)系為： 低通濾波器的截止頻率為11Hz，有5個(gè)樣本的延遲，在60Hz處有35dB的衰減。 設(shè)計(jì)此低通濾波器的目的是為了過濾噪聲。 低通濾波器1 低通濾波器的幅頻響應(yīng)圖： 高通濾波器2 PT算法設(shè)計(jì)的高通濾波器是為了濾去信號(hào)在低頻處的漂移情況。高頻濾波器由全通濾波器減去低通濾波器構(gòu)成。傳遞函數(shù)為： 輸出y(n)與輸入x(n)的關(guān)系為： 此濾波器的截止頻率為5Hz,有16個(gè)樣本的延遲。 高通濾波器2 高通濾波器的相頻響應(yīng)圖： 高通與低通組成的帶通濾波器的相頻響應(yīng)圖： 導(dǎo)數(shù)濾波器3 PT算法設(shè)計(jì)的導(dǎo)數(shù)濾波器用于移除輸入的直流成分，高頻獲得線性的增益（增強(qiáng)了P波、T波和QRS的斜率），它可以看成

5、一個(gè)高通濾波器。傳遞函數(shù)為： 輸出y(n)與輸入x(n)的關(guān)系為： 此濾波器有2個(gè)樣本的延遲。 導(dǎo)數(shù)濾波器3 導(dǎo)數(shù)濾波器的幅頻響應(yīng)圖： 平方濾波器4 平方濾波器的作用是使得樣本值為正數(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)了P波、T波和QRS的斜率，凸顯出Q波和S波。 平方濾波器的輸出y(n)和輸入x(n)的關(guān)系為： 積分濾波器5 在前面的導(dǎo)數(shù)濾波器中，QRS波群將產(chǎn)生許多波，PT算法利用積分濾波器來平滑輸出。積分濾波器的輸出y(n)和輸入x(n)的關(guān)系為： N值取過大時(shí)，會(huì)淹沒QRS波群和T波。N取過小時(shí)，在QRS波群中會(huì)產(chǎn)生許多波。對(duì)于抽樣頻率為200Hz的情況下，N取30合適。 積分濾波器大約有21個(gè)樣本的延遲。 積分濾波器5 積分濾波器的滑動(dòng)窗輸出與原始信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：上圖為理想的QRST波形。下圖為積分濾波后的信號(hào)。其中：QS代表QRS波群的寬度，W代表積分窗的大小。 自適應(yīng)閾值6 自適應(yīng)閾值用來搜索心電圖信號(hào)中的信號(hào)峰值和噪聲峰值。SPKI代表對(duì)應(yīng)的QRS波的波峰幅度。NPKI代表非QRS波的波峰幅度。THRESHOLD I1代表用來區(qū)分所檢測(cè)峰值的閾值。 如果所檢測(cè)出的峰值大于THRESHOLD I1，被認(rèn)為是SPKI，否則認(rèn)為是NPKI。閾值的大小由下式更新：1心電圖簡(jiǎn)介2PT算法介紹3PT算法的實(shí)現(xiàn)4總結(jié) 采用MATLAB實(shí)現(xiàn)PT算法，輸