专利名称：心电图r波检测方法
技术领域：
本发明特别涉及一种心电图R波检测方法。
背景技术：
心电图是由心脏周期活动产生的PQRST等波形组成，其中R波是心电图中最明显的一个波形，正确检测R波是整个心电图自动分析的基础，R波检测方法也是心电图相关研究的热点。现有的R波检测方法很多，准确率也逐渐提高。如M. Sabarimalai Manikandan 等人在题为"A novel method for detecting R-peaks in electrocardiogram(ECG) signal” 的(《Biomedical Signal Processing and Control》，2011. 04. 02)的论文中即提出了一种R波检测方法，即首先经过6-lSHz的带通滤波器双向滤波，进行差分，并对差分信号进行归一化；之后使用d(n)*d(n) * log( d(n)*d(n))香农能量进行转换，并使用55 点的平均滤波器双向滤波；再后使用希尔伯特变换，并把结果减去900点平均滤波的结果； 在此结果上，检测从负到正过零点的位置为R波位置，最后在该R位置周围士 25点地方寻找真正R位置。该方法简单、方便，准确率在当时为最高，但它仍存在下列不足，即
(1)非实时性该方法采用正反双向滤波、归一化、希尔伯特变换等需要所有数据才能继续的中间方法，导致必须等到所有数据全部接收以后才能进行最后检测，不可能实现实时检测，且即使使用数据分段方式使用也会有很大延迟；
(2)不能检测停搏该方法在香农能量计算前采用归一化技术，使得即使全部是噪声的信号也会被检测出R波，从而导致停搏信号不能被检测，而这在临床心电监护方面是非常严重事故。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足提出一种心电图R波检测方法，其可实现对心电图的实时高准性分析，且消除了停搏信号不能被检测的问题。为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案
一种心电图R波检测方法，其特征在于，该方法为以带通滤波器对输入的心电图信号进行滤波并进行相位补偿，之后进行差分处理，再采用线性变化对差分信号进行数据整理， 其后使用d(n)*d(n) * log( d(n)*d(n))香农能量进行转换，并使用平均滤波器滤波并进行相位补偿，而后检测极大点、极小点，排除假R点，纠正误排除点，得到近似R波位置，最后在该近似R波位置周围士25点范围内寻找到真正R位置。优选的，所述带通滤波器包括5-18HZ的前向滤波器。优选的，所述平均滤波器包括M=55 75点的前向滤波器。进一步的，该方法具体包括如下步骤
1)带通滤波使用5-18Hz的前向滤波器对对输入的心电图信号进行滤波并做相位延迟补偿；
2)差分对前向滤波器输出的信号进行差分处理，形成差分信号；
3)数据整理对差分信号进行变换输出=输入的绝对值/G1，G1为假定的人类R波差分值最大值，可取值0. Γ0. 5，若输出等于1则设置成1，若输出小于0. 01也置1 ；
4)对经数据整理后的信号使用公式d(n)*d(n)* log( d(n)*d(n))进行香农能量转
换；
5)平均滤波使用M=55 75点(153 208ms)的前向滤波器对经步骤4)处理后的信号进行滤波并做相位延迟补偿；
6)检测极大/小点所述极大点是指取值大于左边又大于右边的点(即，假设该极大点为f (n)，则其取值同时大于f (n-1)和f (n+1))，所述极小点是指取值小于左边又小于右边的点(即，假设该极小点为f (n)，则其取值同时小于f (n-1)和f (n+1))；
7)排除假R点假设η点是极大点，它只需满足以下任一个条件就将被排除
(a)如果在η点停搏时限范围内差分信号小于G2a时，则此处应为停搏，η点对应的极大点不是R波，G2a为R波差分后最小允许有效值，可取值为0. 0Γ0. 06，其取值跟信号噪声有关；
(b)如果η点在平均滤波后的数据值小于G2b，则排除该点，G2b为允许R波最小峰值， 可取 0. 005 0. 01 ；
(c)如果η点与旁边极小点的差值比η点停搏时限范围内的最大值的G3倍小则被排除，G3为允许R波幅度突然变小的最大比例，可以取0. 06、. 2 ；
8)纠正误排除点假设η点是被排除的极大点，如果它全部满足以下条件则认为是误排除的R波
(a)η点处于两个R波之间，并且η点到前述两个R波时间间隔都大于前述两个R波的时间间隔的2/3 ；
(b)η点与前一个R波之间不存在多个无效的极大点；
(c)η点到前一个R点和到后一个R点间隔都大于1/3秒；
(d)在差分信号上，η点幅度与旁边极小点幅度差大于η点前一个R波与旁边极小点幅度差0. 1倍；
(e)在差分信号上，η点幅度与旁边极小点幅度差大于η点后一个R波与旁边极小点幅度差0. 1倍；
9)在近似R波位置周围士25点范围内寻找到真正R位置。与现有技术相比，本发明的优点至少在于克服了现有R波检测方法中存在的延时性和不能检测停搏的问题，而可用于实时心电图分析、减少延时、减少所需要内存空间， 并且准确率也有所提高。
图1是现有技术中一种心电图R波检测方法的流程图； 图2是本发明心电图R波检测方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图及一较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。参阅图2，该心电图R波检测方法包括如下步骤
la)带通滤波使用5-18Hz的前向滤波器对对输入的心电图信号进行滤波并做相位延迟补偿；
lb)差分对前向滤波器输出的信号进行差分处理，形成差分信号； Ic)数据整理对差分信号进行变换输出=输入的绝对值/ Gl，Gl为假定的人类R 波差分值最大值，可取值0. Γ0. 5，若输出等于1则设置成1，若输出小于0. 01也置1 ；该数据整理过程不使用归一化方式，而是用一个绝对值，这样在后面检测中可以计算信号幅度， 从而检测出停搏；
2a)对经数据整理后的信号使用公式d(n)*d(n) * log( d(n)*d(n))进行香农能量转换；
2b)平均滤波使用M=55 75点(153 208ms)的前向滤波器进行滤波并做相位延迟补偿；
3a)检测极大/小点所述极大点是指值大于左边又大于右边的点，所述极小点是指值小于左边又小于右边的点；
3b)排除假R点假设η点是极大点，它只需满足以下任一个条件就将被排除
(a)如果在η点停搏时限范围内差分信号小于G2a时，则此处应为停搏，η点对应的极大点不是R波，G2a为R波差分后最小允许有效值，可取值为0. 0Γ0. 06，其取值跟信号噪声有关；
(b)如果η点在平均滤波后的数据值小于G2b，则排除该点，G2b为允许R波最小峰值， 可取 0. 005 0. 01 ；
(c)如果η点与旁边极小点的差值比η点停搏时限范围内的最大值的G3倍小则被排除，G3为允许R波幅度突然变小的最大比例，可以取0. 06、. 2 ；
3c)纠正误排除点该操作可以纠正突然R波变小的情况，进一步提高准确率，其过程为假设η点是被排除的极大点，如果它全部满足以下条件则认为是误排除的R波
(a)η点处于两个R波之间，并且η点到前述两个R波时间间隔都大于前述两个R波的时间间隔的2/3 ；
(b)η点与前一个R波之间不存在多个无效的极大点；
(c)η点到前一个R点和到后一个R点间隔都大于1/3秒；
(d)在差分信号上，η点幅度与旁边极小点幅度差大于η点前一个R波与旁边极小点幅度差0. 1倍；
(e)在差分信号上，η点幅度与旁边极小点幅度差大于η点后一个R波与旁边极小点幅度差0. 1倍；
4a)在近似R波位置周围士25点范围内寻找到真正R位置。以测试MIT-BIH心电数据为例，程序使用Matlab语言。1)设计带通滤波器5-18Hz，Chebyshev I型滤波器[b a]，相位延迟平均为ncl = 15点；
2)获得原数据为ecg，长度为ecgcoimt；
3)Ia带通滤波输出得到fecg ；ecg2 = ecg; ecg2 (ecgcount+1ecgcount+2氺ncl +1) = 0; fecg = filter (b, a, ecg2) ； fecg = filter (b, a, fecg)； fecg = fecg (2*ncl +1:ecgcount+2氺ncl +1)；
4)lb差分fecg前后相减，输出为decg ；
decg = fecg ([2length (fecg)]) - fecg ([1length(ecg)])；
5)Ic数据整理与2a香农能量计算输出为seecg ； seecg = abs(decg)/0. 25;
seecg(find( seecg>l)) = 1; seecg (find(seecg<0. 01)) = 1; seecg = - seecg 氺 seecg . *log ( seecg 氺 seecg)；
6)2b平均滤波M=65点前向两次平均输出sfecg，参照Ia带通滤波；
7)3a检测极大/小点得到maxl, mini
8)3b排除假R点
beginl, endl为η点左右的一个停搏区间起止位置。如果max( abs ( decg(b:t))) <0. 015 排除该点; 如果sfecg (η) < 0. 009排除该点
如果 sfecg (n) -sfecg (minlndex) < 0. 1 氺 max (abs (sfecg (b t)))排除该点； 此点位R波点；
9)3c纠正误排除
假设η点为排除的极大点，前一 R点的RR间期为RR ；当前点到前后两个R点距离为pR， pN;另pV、RV, NpV分别是平均滤波后P，前R点，后R点与临近极小点之间差值。如果pR< RR*0. 66 不纠正; 如果 pR< (60. 0/180*360)不纠正如果 pN< (60. 0/180*360)不纠正如果pN<RR*0. 66不纠正
如果η点与前一个R点之间有多于一个极大点，则不纠正； 如果pV< RV *0· 1不纠正如果pV<NpV*0. 1不纠正至此，纠正该点位R波；
10)4a纠正误排除
对于每个找到的R点，在原数据Ecg上，该点+/-25点内寻找最大值，该最大值为准确的R波位置。该心电图R波检测方法的优点如下
1、准确率提高选择与前述现有技术中的相同实验数据，即MIT-BIH数据库集中的数据进行实验，现有技术中报道的准确率为99. 79%，总共错检了 219个，而本发明方法最好的效果是99. 83%，总共错检了 181个，其中不使用3c纠正误排除技术时，准确率为99. 82，总共错检了 193个；
2、可检测到停搏不会在长时间停跳的心电图中检测出R波。3、可进行实时检测具有实时检测功能，可以直接用于心电图监护中的R波识别， 延迟时间小于3个RR间期。
权利要求
1.一种心电图R波检测方法，其特征在于，该方法为以带通滤波器对输入的心电图信号进行滤波并进行相位补偿，之后进行差分处理，再采用线性变化对差分信号进行数据整理，其后使用公式d(n)*d(n) * log( d(n)*d(n))进行香农能量转换，并使用平均滤波器进行滤波及相位补偿，而后检测极大点、极小点，排除假R点，纠正误排除点，得到近似R波位置，最后在该近似R波位置周围士25点范围内寻找到真正R位置。
2.根据权利要求1所述的心电图R波检测方法，其特征在于，所述带通滤波器包括 5-18Hz的前向滤波器。
3.根据权利要求1所述的心电图R波检测方法，其特征在于，所述平均滤波器包括 M=55 75点的前向滤波器。
4.根据权利要求1所述的心电图R波检测方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤1)带通滤波使用5-18Hz的前向滤波器对对输入的心电图信号进行滤波并做相位延迟补偿；2)差分对前向滤波器输出的信号进行差分处理，形成差分信号；3)数据整理对差分信号进行变换输出=输入的绝对值/Gl，Gl为假定的人类R 波差分值最大值，取值范围0. Γ0. 5，若输出等于1则设置成1，若输出小于0. 01也置1 ；4)对经数据整理后的信号使用公式d(n)*d(n)* log( d(n)*d(n))进行香农能量转换；5)平均滤波使用M=55 75点(153 208ms)的前向滤波器对经步骤4)处理后的信号进行滤波并做相位延迟补偿；6)检测极大/小点所述极大点是指取值大于位于其左右两侧的点的选定点，所述极小点是指取值小于位于其左右两侧的点的选定点；7)排除假R点假设η点是极大点，它只需满足以下任一个条件就将被排除(a)如果在η点停搏时限范围内差分信号小于G2a时，则此处应为停搏，η点对应的极大点不是R波，G2a为R波差分后最小允许有效值，取值范围0. θΓθ. 06，其取值与信号噪声有关；(b)如果η点在平均滤波后的数据值小于G2b，则排除该点，G2b为允许R波最小峰值， 可取 0. 005 0. 01 ；(c)如果η点与旁边极小点的差值比η点停搏时限范围内的最大值的G3倍小则被排除，G3为允许R波幅度突然变小的最大比例，取值范围0. 06、. 2 ；8)纠正误排除点假设η点是被排除的极大点，如果它全部满足以下条件则认为是误排除的R波(a)η点处于两个R波之间，并且η点到前述两个R波时间间隔都大于前述两个R波的时间间隔的2/3 ；(b)η点与前一个R波之间不存在多个无效的极大点；(c)η点到前一个R点和到后一个R点间隔都大于1/3秒；(d)在差分信号上，η点幅度与旁边极小点幅度差大于η点前一个R波与旁边极小点幅度差0. 1倍；(e)在差分信号上，η点幅度与旁边极小点幅度差大于η点后一个R波与旁边极小点幅度差0. 1倍；.9 )在近似R波位置周围士 25点范围内寻找到真正R位置。
全文摘要
本发明公开了一种心电图R波检测方法，其首先以带通滤波器对输入的心电图信号进行滤波并进行相位补偿，之后进行差分处理，再采用线性变化对差分信号进行数据整理，其后使用公式d(n)*d(n)*log(d(n)*d(n))进行香农能量转换，并使用平均滤波器滤波并进行相位补偿，而后检测极大点、极小点，排除假R点，纠正误排除点，得到近似R波位置，最后在该近似R波位置周围±25点范围内寻找到真正R位置。本发明克服了现有R波检测方法中存在的延时性和不能检测停搏的问题，可用于实时心电图分析、减少延时、减少所需要内存空间，并且准确率也有所提高。
文档编号A61B5/0456GK102379694SQ201110307270
公开日2012年3月21日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者朱洪海, 董军 申请人:中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所