心电信号降噪及QRS波检测算法研究资料下载.pdf

1、马建国20070405西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页摘要心电图（E C G）检查是临床诊断心血管疾病的重要方法，利用计算机对心电图进行自动准确的分析一直是国内外学者所热衷的课题。准确而快速地检测出心电图中Q R S 波位置来划分心拍，是心电自动分析技术中的一个关键环节，对心电信号有效地消除噪声干扰是准确检测Q R S 波的的提。心电信号是复杂的非平稳信号，出于小波变换具有很好的时、频域局部化特性，可将心电信号高频噪声能量主要分解在几个小尺度上，因此目前很多学者采用小波变换来实现心电信号降噪，但目丽还没有定量的指标来衡量小波摹函数和阂值的选择对降噪效果的影响。本文建立了含噪声的心电模型和

2、衡量信噪比的参数，通过实验得到了既能保证信号失真度小又具有较高信噪比的降噪方案。为了消除基线漂移低频干扰，本文提出了二次形态学低通滤波器的改进算法，既消除了基线漂移，又很好地保持了其他成分的原貌。目前采用小波变换然后判断各尺度上模极大值束检测Q R S 波的算法比较繁琐，影响运行速度。形态学方法朴素而严谨，采用形态学滤波器不仅能保持波形的形态，运算速度也比较快。本文提出了一种基于形态学滤波和墨西哥帽小波函数连续小波变换柬检测Q R S 波的算法，通过M I T B I H 心律不齐资料库数据和临床1 2 导联第1 1 导联数掘进行实验表明该算法在不降低检测准确率的|j i 提下提高了检测速度。

3、关键词；心电信号降噪Q R S 波检测小波变换形态学滤波器西南科技大学硕士研究生学位论文第1 I 页A b s t r a c tE C G（e l e e t r o c a r d i o g r a m）i sa l li m p o r t a n tm e t h o di nd i a g n o s i n gc a r d i o v a s c u l a rd i s e a s e s D o m e s t i ca n df o,r e i g nr e s e a r e h e r sa l lh a v eg r e a ti n t e r e s t si

4、na u t o m a t i ca n da c c u r a t ea n a l y s i so fE C Gu s i n gc o m p u t e r s A c c u r a t ea n df a s td e t e c t i o no fQ R Si nE C Gt os e g m e n th e a r tr a t e si st h ep i v o to fa u t o m a t i cE C Ga n a l y s i s，a n de f f e c t i v e l yr e m o v i n gi n t e r f e r e n

5、 c eo fn o i s ei nE C Gi st h ep r e m i s eo fa c c u r a t ed e t e c t i o no fQ R S E C Gs i g n a li sac o m p l e xu n s t a b l es i g n a l W a v e l e tt r a n s f o r mh a sg o o dp r o p e r t i e so ft i m e-f r e q u e n c yd o m a i nl o c a l i z a t i o n I no r d e rt oe f f e c t

6、i v e l yp a r t i t i o nn o i s ea n ds i g n a lt h ee n e r g yo fh i g h-f r e q u e n c yn o i s eo fE C Gs i g n a li sd e c o m p o s e do ns e v e r a ls m a l ls c a l e s S ot i l ln o wm a n yr e s e a r c h e r sd e n o i s eE C Gs i g n a lu s i n gw a v e l e tt r a n s f o r mw i t h

7、 o u tq u a n t i t a t i v em e a s u r e sf o re s t i m a t i n gt h ei n f l u e n c eo fw a v e l e tb a s i sa n dt h r e s h o l do nd e n o i s i n g T h i st h e s i sb u i l d su pan o i s yE C Gs t a n d a r dm o d e la n dap a r a m e t e rf o re s t i m a t i n gS N Ra f t e rd e-n o i

8、s i n g，a n dr e a c h e sad e s i r a b l ed e-n o i s i n gs o l u t i o nw h i c hn o to n l yg u a r a n t e e ss m a l ld i s t o r t i o n so fs i g n a l，b u ta l s oh a sh i g h e rS N R T or e m o v el o w-f r e q u e n c yi n t e r f e r e n c eo fb a s e l i n ed r i f tt h i st h e s i s

9、p r e s e n t sa ni m p r o v e da l g o r i t h mo fq u a d r a t i cm o r p h o l o g i c a ll o w p a s sf i l t e rf o rr e m o v i n gb a s e l i n ed r i f ta n dr e t a i n i n go r i g i n a ls t a t e so fo t h e re l e m e n t s T h ep r e s e n ta l g o r i t h mo fQ R Sd e t e c t i o n，

10、w h i c hf i r s ti m p l e m e n t sw a v e l e tt r a n s f o r m，t h e nj u d g e so ne a c hs c a l et h em o d u l u sm a x i m a，i sr e l a t i v e l yc o m p l i c a t e da n da f f e c t st h es p e e d M o r p h o l o g yi ss t r a i g h t f o r w a r da n dp r e c i s e M o r p h o l o g i

11、 c a lf i k e rc a nr e t a i no r i g i n a lw a v es h a p e sa n dr e a c hac o m p a r a t i v e l yh i g hs p e e da sw e l l An o v e la l g o r i t h m，w h i c hi sb a s e do nm o r p h o l o g i c a lf i l t e ra n dc o n t i n u o u sw a v e l e tt r a n s f o r mo fM e x i c a nh a tw a v

12、e l e tt od e t e c tQ R S，i sp r e s e n t e d W i t ht h ed a t af r o mM I T-B I Ha r r h y t h m i ad a t a b a s ea n dt h el e a dI Id a t af r o mc l i n i c a lI2-l e a dE C Gs i g n a l s,t h ea l g o r i t h mi sv e r i f i e dt oe f f e c t i v e l yb o o s tt h ed e t e c t i o ns p e e

13、dw i t h o u tl o s i n ga c c u r a c y K e yw o r d s：E C G：d e,n o i s i n g；Q R Sd e t e c t i o n：w a v e l e tt r a n s f o r m；m o r p h o l o g i c a lf i l t e r独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志

14、对本研究所做的任何员献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：彳丌复、关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许l 亥论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全都或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：栌跤V翩繇勇鳓帆哆、争3西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页1绪论1。1心电产生原理及心电图我们常说的心电图一般指体表心电图，反映了心脏电兴奋在心脏传导系统中产生和传导的过程。正常人体的每一个心动周期中，各部分兴奋过程中出现的电变化的方向、途径、次序和时问都有

15、一定的规律，这种生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液，反映到身体表面，使身体各部位在每一心动周期中也出现有规律的电变化。在人体不同部位放置电极，并通过电联线与心电图机的正负极相连，在心电图机上便可以记录到周期变化的心电图。心电图是通过二次投影形成的。整体心肌细胞的除极和复极所产生的每一瞬l 日J 的除极、复极综合向量轨迹，在立体心脏的三维空日J 内按时问顺序将其顶端相连，便构成立体心向量环。立体心向量环在额面和横面的投影，形成平面的心向量环；将平面向量环在导联轴上进行二次投影，就形成相应的心电图。对于标准的1 2 导联来说，额面心向量环在肢体导联上的投影，形成I、I I、I l l、a v

16、R、a v L、a v F 导联心电图，而横面心向量环在胸导联轴上的投影便形成了V 1 V 6 导联心电图m。不同导联记录到的心电图，在波形上有所不同，但基本上都包括一个P波，一个Q R S 波和一个T 波，有时候在T 波后还出现一个小u 波。正常的心电图如图卜1 所示，下面列出各种波形的定义和生理参数。图1 1正常心电图F i g 1 1N o r m IE C G西南科技大学硕士研究生学位论文第2 页（1）P 波：代表左右心房去极化过程的电位变化。其波形小而圆钝。P 波在不同导联上的形状可能有差异，在a v R 导联的P 波倒置，在其它的导联中则以向上的正波为主，尤其以I I 和a v F 导联最为明显。历时0 0 8 O 1 1 s，波幅不超过0 2 5 m v。（2）Q R S 波：代表左、右两心室去极化过程的电位变化。历时0 0 6 0 1 0 s。典型的Q R S 波包含三个紧密相连的波，第一个向下的波为Q 波，其后向上的高而尖的为R 波，继R 波之后的一