心电信号处理方法综述

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1、1.1 人体心电信号的产生机理1.2 人体心电信号对诊断的重要意义1.3 信号的提取方法1.4 心电信号处理方法人体心电信号的产生是由于在心肌细胞一端的细胞膜受到一定程度的刺激时，对钾、钠、氯、钙等离子的通透性发生改变，引起膜内外的阴阳离子产生流动，使心肌细胞除极化和复极化，并在此过程中与尚处于静止状态的邻近细胞膜构成一对电偶。电兴奋的传导窦房结: 心脏的起搏兴奋点, 其细胞自发产生50-100次/分的可传导AP,心房的传导: 心房传导束-右心房-左心房传导系统的传播: 房室束-希氏束-左、右分支-浦氏纤维-心室肌,1901 年荷兰莱顿大学的生理学家Einthoven，采用弯弓将炽热的细镀银石

2、英丝缚在箭尾，当箭射出后，石英丝被拉长，变成纤细而又均匀的弦线，制成了弦线型心电流计，终于在 1903 年描记出满意的心电图波群。心电信息是人体最重要的生物电信息之一。心脏的基本活动包括电活动和机械活动。每个心动周期中都是电活动在前，机械活动在后，两者相差 0.04s0.07s，形成了兴奋与收缩耦联。正常的人体心脏，在生命活动中呈现的是有规律性、特征性的心电信号曲线和图形，而心脏器质性病变和功能性改变，必然在心电信号上有所改变，显现出病态的心电曲线和图形。各种心律失常和传导障碍、心肌梗塞、心肌受损、供血不足、药物和电解质紊乱、12 导同步心电图(1) 可同时在 12 导联上描记同一心动周期的心

3、电信号，对单源或多源早博的识别和定位、心律失常的分型、预激分型定位、宽 QRS 波心动过速的鉴别诊断、室内传导阻滞的诊断等，较单导心电图记录有显著优越性。(2) 可同步整体观察和测量 12 导联同一心动周期的波形，大大提高各种参数测量的准确性，降低了目前单导心电图存在的测量的变异性。(3) 有利于 P、QRS、T 波时限，P-R、Q-T 间期R 峰时间等基本参数标准化的建立，以促进各国心电信息的交流，增强研究结果的可比性。心电导联体系 心电导联指在记录心电信号时，输入导线与电极放置在机体特定的测试部位(正输入端)、参比部位(负输入端)和接地部位的连接方式。标准 12 导联系统、Frank 正交

4、校正导联系统预处理方法 去除干扰波形识别方法 识别定位特征波形信号描记 信号预处理 波形识别 信号分类 诊断R波定位 QRS参数检测 P定位 T定位体表电极检测到心电信号比较微弱，仅为毫伏(mV)级，所以极易受环境的影响ECG 信号含有七种不同类型的干扰，即工频干扰、基线漂移、电极接触噪声、电极极化噪声、肌电干扰、放大电路内部噪声和运动干扰平滑、中值、小波、自适应、神经网络等目的：去除干扰方法：FIR滤波器、小波滤波器、自适应滤波器等电源工频干扰。电源工频干扰主要因电源磁场作用于导联与人体之间的环行电路所致。其主要表现为心电记录上可见正弦波或正弦波的叠加，其频率为50Hz工频或其谐波，幅度较低

5、。基线漂移和呼吸对ECG的幅度调制。基线漂移主要由人体呼吸运动或电极接触不良等因素导致，属低频干扰信号，其频响一般小于1 Hz，幅度为ECG峰-峰的15%，表现为缓慢变化的近似正弦曲线。肌电干扰。肌电干扰由人体活动，肌肉紧张所引起的干扰，其频率范围较宽，为0-10000Hz，幅度为毫伏级，可以将其近似为零均值高斯噪声的短暂爆发，持续时间约为50ms，表现为不规则的快速变化波形。运动伪迹。运动伪迹又称跃变干扰。运动伪迹是电极移动引起的短暂基线改变，这是由于电极与人体间移动或抖动而引入的干扰。其持续时间为100500ms，幅度很大，一般可达数据采集系统的满量程输入，使其达饱和态。硬件方法： ECG

6、信号作为心脏电活动在人体体表的表现，信号一般比较微弱，幅度为10V5mV，频率为0.05100Hz。心电各波段频谱有一定差异，其中，QRS波频率较高约为340Hz，P、T波约为0.710Hz。 硬件上可采用上限频率为100Hz的低通滤波器以消除高频干扰，并采用下限频率为0.05Hz的高通滤波器以消除基线漂移信号 提高系统的共模抑制比，也可有效地抑制工频干扰。有限冲击响应滤波器 系统的单位冲激响应h(n)在有限个n值处不为零 系统函数H(z)在|z|0处收敛，极点全部在z = 0处。去除高频干扰Fs=1000HzN=8,H(z), -3dB, 55Hz, 第一从瓣峰值: -13dB, 部分线性相

7、位 H(z)*H(z), -3dB, 55Hz, 第一从瓣峰值: -26.7dB, 线性相位H(z): 旁瓣太大, 13dB; 相频特性虽在通带内保持线性, 但在进入阻带后有突变, 有可能造成心电信号的高频相位失真;H(z)*H(z): 旁瓣有较大的衰减, 26.7dB, 有真正的线性相位;FIR 滤波器的单位值响应为：系统函数为：Z变换：H(z)总是稳定的，单位圆上频响：设计 FIR 滤波器就是根据要求的频率响应 ，找出一单位样值响应 为有限长的时间离散系统，其频响 尽可能地逼近要求频响 ，使式表示的二者均方误差在许可的误差范围内FIR 滤波器设计的主要方法有傅立叶级数展开法、窗函数法、频率

8、采样法等。处理基线漂移结果 连续情况时，小波序列为： (基本小波的位移与尺度伸缩) 其中 为尺度参量， 为平移参量。 离散的情况，小波序列为 ： 0;, 1, aRbaabtatbaab zkjkttjjkj, 222, 若 是尺度函数，它生成 的多分辨分析 ，则必然存在系数序列 ，使得以下尺度关系成立: 这就是尺度方程，必须满足下列条件：定义函数 为尺度函数，若其经过整数平移 和尺度 上的伸缩，得到一个尺度和位移均可变化的函数集合： 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，