QRS复合波检测方法及装置与流程

本发明涉及医疗设备中信号处理技术，尤其涉及一种qrs复合波检测方法及装置。

背景技术：

心血管疾病发病率越来越高，已成为目前对人类生命构成最大的危害疾病之一。而心电图是检测、诊断和预防这类疾病的主要有效方法。传统的pc监护仪价格昂贵，体积庞大，不便移动且主要集中在医院，而无法实时监护患者的病情，给病人和医生带来很大不便。针对这些弊端，也随着嵌入式和网络通讯技术的飞速发展，克服传统的移动心电监测仪应运而生，它具有低成本、体积小、可靠性高、操作简单等优点，适用于个人，家庭，中小型医院和社区医疗单位。移动心电监护设备能够快速对动态心电信号进行实时检测和心脏疾病的自动诊断，以便能为用户提供紧急救护、疾病预警、医学咨询和指导等多种服务，必然，选择一种准确快速适用的心率检测算法，意义重大。

近几年检测qrs复合波算法主要有以下几种：

（1）基于斜率、幅度、和宽度特征值的阈值检测方法：该算法较简单，处理速度快。不足：准确率有待进一步提高。

（2）基于小波变换的检测方法：该方法用于心电信号的检测，已经获得较好的效果，小波变换具有良好的时频域转换和局部化分析能力，但其不足是：计算量比较大，处理大批量数据时效率不高；

（3）基于模板匹配的检测方法：该方法原理是把心电信号与预先存储的波形模板逐点比较，当待处理信号与模板耦合时相关值最大，不足：该方法易受高频噪声和基线漂移以及个体差异的影响，在自适应能力方面表现较差；

（4）基于神经网络的检测方法：该方法作为近年来迅速发展的一种模拟人脑机理和功能的新型计算机和人工智能技术，在qrs复合波检测中主要作为自适应非线性预测器和学习向量量化网络，有较快的检测速度和较高的检测率，但其不足是：该方法依靠人工网络的学习训练，且对训练样本的广泛性和代表性有一定的要求，训练学习要花费较多的时间，实际应用困难；

（5）基于数学形态学的检测方法：该方法所提取信号成分（波峰、波谷）的形态是由结构元素决定，首先利用并行的开闭、闭开运算对心电信号去高频噪声，然后对心电信号通过pve方法进行峰谷提取运算来检测qrs复合波，该方法构成的qrs复合波检测体系具有数学上的严谨性和精确性，对基线漂移等低频噪声有非常好的抑制效果，但其不足是：该方法对高频噪声敏感，算法的效率受限制于结构元素的长度和信号的采样率等。

技术实现要素：

本发明的主要目的是公开一种qrs复合波检测方法及装置，主要应用于医疗设备中，以解决当前qrs复合波检测方法准确率低、计算量大、处理效率低、自适应差等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明一方面提出一种qrs复合波检测方法，包括如下步骤：

获取心电信号，对获取的信号进行预处理；

取心电信号的开始的一段计算心电信号初始斜率阈值；

根据初始斜率阈值对心电信号进行检测，获得qrs复合波的位置；

获取n个qrs复合波之后，根据获取的qrs复合波更新斜率阈值；

根据更新后的斜率阈值对心电信号进行检测，获取qrs复合波的位置。

优选地，在上述的qrs复合波检测方法中，取心电信号的开始的一段计算心电信号初始斜率阈值；根据初始斜率阈值对心电信号进行检测，获得qrs复合波的位置具体步骤如下：

取心电信号开始的10s并将其分成5个2s信号段，计算每个信号段的差分最大绝对值；

去掉一个最大一个最小差分绝对值，记剩下的差分绝对值的均值为avgslope；

计算出初始斜率阈值为：slopethr1=2/7*avgslope，slopethr2=2/11*avgslope；

获取心电信号上连续的两点并分别计算其斜率为slope1、slope2，当slope1≥slopethr1，slope2≥slopethr2时，在斜率为slope1的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，即为qrs复合波位置。

优选地，在上述的qrs复合波检测方法中，获取n个qrs复合波之后，根据获取的qrs复合波更新斜率阈值；根据更新后的斜率阈值对心电信号进行检测，获取qrs复合波的位置具体步骤如下：

获取n个qrs复合波，计算每个qrs复合波的差分最大绝对值；

计算差分最大绝对值的均值为avgslope_new；

计算更新后的斜率阈值为slopethr1_new=2/5*avgslope_new，slopethr2_new=2/9*avgslope_new；

获取心电信号上连续的两点并分别计算其斜率为slope1_new、slope2_new，当slope1_new≥slopethr1_new，slope2_new≥slopethr2_new时，在斜率为slope1_new的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，即为qrs复合波位置。

优选地，在上述的qrs复合波检测方法中，取n个qrs复合波之后，根据qrs复合波更新斜率阈值；根据更新后的斜率阈值对心电信号进行检测，获取qrs复合波的位置还包括步骤：

从n个获取的qrs复合波中计算出qrs复合波峰值的均值，即用于后续分析的qrs复合波峰值的判断阈值avgqrspeak；

获取心电信号上连续的两点并分别计算其斜率为slope1_new、slope2_new，且满足slope1_new≥slopethr1_new，slope2_new≥slopethr2_new时，在斜率为slope1_new的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，则认为是暂定的qrs复合波位置，并记下其峰值为qrspeak，若该点满足：当前rr>200ms，且qrspeak>avgqrspeak/2，则认为该位置是qrs复合波的位置。

优选地，在上述的qrs复合波检测方法中，获取qrs复合波之后还包括步骤：

判断qrs复合波是否为干扰信号段；

剔除判断为干扰信号段的qrs复合波。

同时，本发明还公开一种qrs复合波检测装置，包括：

获取模块，用于获取心电信号，对获取的信号进行预处理；

计算模块，用于取心电信号的开始的一段计算心电信号初始斜率阈值；

获取n个qrs复合波之后，根据获取的qrs复合波更新斜率阈值；

判断模块，用于根据初始斜率阈值对心电信号进行检测，获得qrs复合波的位置；

根据更新后的斜率阈值对心电信号进行检测，获取qrs复合波的位置。

优选地，在上述的qrs复合波检测装置中，所述计算模块取心电信号的开始的一段计算心电信号初始斜率阈值；所述判断模块根据初始斜率阈值对心电信号进行检测，获得qrs复合波的位置具体步骤如下：

取心电信号开始的10s并将其分成5个2s信号段，计算每个信号段的差分最大绝对值；

去掉一个最大一个最小差分绝对值，记剩下的差分绝对值的均值为avgslope；

计算出初始斜率阈值为：slopethr1=2/7*avgslope，slopethr2=2/11*avgslope；

获取心电信号上连续的两点并分别计算其斜率为slope1、slope2，当slope1≥slopethr1，slope2≥slopethr2时，在斜率为slope1的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，即为qrs复合波位置。

优选地，在上述的qrs复合波检测装置中，所述计算模块获取n个qrs复合波之后，根据获取的qrs复合波更新斜率阈值；所述判断模块根据更新后的斜率阈值对心电信号进行检测，获取qrs复合波的位置具体步骤如下：

获取n个qrs复合波，计算每个qrs复合波的差分最大绝对值；

计算差分最大绝对值的均值为avgslope_new；

计算更新后的斜率阈值为slopethr1_new=2/5*avgslope_new，slopethr2_new=2/9*avgslope_new；

获取心电信号上连续的两点并分别计算其斜率为slope1_new、slope2_new，当slope1_new≥slopethr1_new，slope2_new≥slopethr2_new时，在斜率为slope1_new的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，即为qrs复合波位置。

优选地，在上述的qrs复合波检测装置中，所述计算模块还用于从n个获取的qrs复合波中计算出qrs复合波峰值的均值，即用于后续分析的qrs复合波峰值的判断阈值avgqrspeak；

获取心电信号上连续的两点并分别计算其斜率为slope1_new、slope2_new，且满足slope1_new≥slopethr1_new，slope2_new≥slopethr2_new时，在斜率为slope1_new的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，则认为是暂定的qrs复合波位置，并记下其峰值为qrspeak，若该点满足：当前rr>200ms，且qrspeak>avgqrspeak/2，则认为该位置是qrs复合波的位置。

优选地，在上述的qrs复合波检测装置中，所述qrs复合波检测装置还包括筛选模块，所述筛选模块用于获取qrs复合波之后，判断qrs复合波是否为干扰信号段并剔除判断为干扰信号段的qrs复合波。

本发明的提出的qrs复合波检测方法及装置，使用qrs复合波及时更新qrs复合波判断阈值，和现有技术方案相比，大大提高了判断准确率，同时也大大降低了计算量、抗干扰性强、提高了处理效率，自适应性较强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明qrs复合波检测方法中一个实施例的流程示意图；

图2为本发明qrs复合波检测方法中根据初始斜率阈值检测qrs复合波的流程示意图；

图3为本发明qrs复合波检测方法中获取n个qrs复合波之后更新斜率阈值检测qrs复合波的流程示意图；

图4为本发明qrs复合波检测装置中一个实施例的结构示意图；

图5为本发明qrs复合波检测装置中另一个实施例的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出线相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

首先，本发明公开了一种qrs复合波检测方法，参照图1，本发明公开的qrs复合波检测方法包括如下步骤：

11、获取心电信号，对获取的信号进行预处理；

12、取心电信号的开始的一段计算心电信号初始斜率阈值；

13、根据初始斜率阈值对心电信号进行检测，获得qrs复合波的位置；

14、获取n个qrs复合波之后，根据获取的qrs复合波更新斜率阈值；

15、根据更新后的斜率阈值对心电信号进行检测，获取qrs复合波的位置。

获取心电信号后，通常需要对获取的信号进行预处理，以减少信号噪声，提高检测准确率，该实施例中，对信号进行预处理的步骤包括但不限定于50hz陷波滤波和1-30hz带通滤波。

参照图2，该发明的技术方案中，取心电信号的开始的一段计算心电信号初始斜率阈值；根据初始斜率阈值对心电信号进行检测，获得qrs复合波的位置具体步骤如下：

121、取心电信号开始的10s并将其分成5个2s信号段，计算每个信号段的差分最大绝对值；

122、去掉一个最大一个最小差分绝对值，记剩下的差分绝对值的均值为avgslope；

123、计算出初始斜率阈值为：slopethr1=2/7*avgslope，slopethr2=2/11*avgslope；

131、获取心电信号上连续的两点并分别计算其斜率为slope1、slope2，当slope1≥slopethr1，slope2≥slopethr2时，在斜率为slope1的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，即为qrs复合波位置。

上述实施例中，通过对获取的心电信号初始段10s并将其分成5个2s的信号段，计算每个信号段的差分最大绝对值，差分计算公式：

slope(i)=ecg(i+2)–ecg(i)

该实施例中，通过计算心电信号的初始斜率阈值，并通过心电信号上连续的连点斜率进行判断，当满足预设的阈值条件，即slope1≥slopethr1，slope2≥slopethr2，在斜率为slope1的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，即为qrs复合波位置。

参照图3，该发明的技术方案中，在利用上述方法获取n个qrs复合波之后，根据获取的qrs复合波更新斜率阈值；根据更新后的斜率阈值对心电信号进行检测，获取qrs复合波的位置具体步骤如下：

141、获取n个qrs复合波，计算每个qrs复合波的差分最大绝对值；

142、计算差分最大绝对值的均值为avgslope_new；

143、计算更新后的斜率阈值为slopethr1_new=2/5*avgslope_new，slopethr2_new=2/9*avgslope_new；

151、获取心电信号上连续的两点并分别计算其斜率为slope1_new、slope2_new，当slope1_new≥slopethr1_new，slope2_new≥slopethr2_new时，在斜率为slope1_new的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，即为qrs复合波位置。

该实施例中，通常获取8个qrs复合波，之后计算每个qrs复合波的差分最大绝对值，计算公式如下：

slope(i)=ecg(i+2)–ecg(i)

该实施例中，利用获取的qrs复合波不断更新斜率阈值，使得后续的qrs复合波检测准确率更高。

上述实施例中，在检测到qrs复合波后设定一段时间的绝对不应期，通常为200ms，在此期间不进行qrs复合波的检测，该不应期根据心电信号周期设置，在不应期内，通常不可能会出现qrs复合波，通过该技术方法能够大大降低本发明技术方案的计算量，提高检测效率。

作为本发明的另一实施例，取n个qrs复合波之后，根据qrs复合波更新斜率阈值；根据更新后的斜率阈值对心电信号进行检测，获取qrs复合波的位置还包括步骤：

从n个获取的qrs复合波中计算出rr间期均值，即后续分析的rr间期的判断阈值avgrr；

从n个获取的qrs复合波中计算出qrs复合波峰值的均值，即后续分析的qrs复合波峰值的判断阈值avgqrspeak；

获取心电信号上连续的两点并分别计算其斜率为slope1_new、slope2_new，且满足slope1_new≥slopethr1_new，slope2_new≥slopethr2_new时，记下斜率为slope1_new的点峰值为qrspeak，当rr>200ms，且qrspeak>avgqrspeak/2时，在斜率为slope1_new的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，即为qrs复合波位置。

该实施例在对待检测点进行斜率阈值判断的同时还增加了rr间期及qrs复合波峰值的判断阈值，在满足rr>200ms，且qrspeak>avgqrspeak/2时，在斜率为slope1_new的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，大大提高本发明技术方案检测qrs复合波的准确率。

上述一个或多个实施例中，获取qrs复合波之后还包括步骤：

判断qrs复合波是否为干扰信号段；

剔除判断为干扰信号段的qrs复合波。

该实施例剔除了qrs复合波中属于干扰信号的部分，直接提高了qrs复合波的检测的准确率。

本发明的技术方案中，当检测到一个qrs复合波后，若当前rr间期较长，满足rr>1.5*avgrr时，则可能是出现了漏检，取当前rr间期中的一段信号，将对其重新进行qrs复合波检测，将其相应的斜率判断阈值都缩小一半，当连续两个点的斜率满足斜率阈值条件时，在该点前后各0.6s的一段信号内搜索出最大的尖峰点位置为暂定的qrs复合波的位置，并记下其峰值为qrspeak，若该点满足：当前rr>200ms，且qrspeak>avgqrspeak/2，则认为该位置是qrs复合波的实际位置，且同时判断该信号段是否为干扰信号段，反之，则不是qrs复合波的位置。

本发明的提出的qrs复合波检测方法，使用qrs复合波及时更新qrs复合波判断阈值，和现有技术方案相比，大大提高了判断准确率，同时也大大降低了计算量、抗干扰性强、提高了处理效率，自适应性较强。

本发明还提供一种利用上述方法进行qrs复合波检测的qrs复合波检测装置

参照图4，本发明还公开一种qrs复合波检测装置，包括：

获取模块21，用于获取心电信号，对获取的信号进行预处理；

计算模块22，用于取心电信号的开始的一段计算心电信号初始斜率阈值；

获取n个qrs复合波之后，根据获取的qrs复合波更新斜率阈值；

判断模块23，用于根据初始斜率阈值对心电信号进行检测，获得qrs复合波的位置；

根据更新后的斜率阈值对心电信号进行检测，获取qrs复合波的位置。

获取心电信号后，获取模块21通常需要对获取的信号进行预处理，以减少信号噪声，提高检测准确率，该实施例中，对信号进行预处理的步骤包括但不限定于50hz陷波滤波和1-30hz带通滤波。

优选地，在上述的qrs复合波检测装置中，计算模块22取心电信号的开始的一段计算心电信号初始斜率阈值；判断模块23根据初始斜率阈值对心电信号进行检测，获得qrs复合波的位置具体步骤如下：

取心电信号开始的10s并将其分成5个2s信号段，计算每个信号段的差分最大绝对值；

去掉一个最大一个最小差分绝对值，记剩下的差分绝对值的均值为avgslope；

计算出初始斜率阈值为：slopethr1=2/7*avgslope，slopethr2=2/11*avgslope；

获取心电信号上连续的两点并分别计算其斜率为slope1、slope2，当slope1≥slopethr1，slope2≥slopethr2时，在斜率为slope1的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，即为qrs复合波位置。

上述实施例中，通过对获取的心电信号初始段10s并将其分成5个2s的信号段，计算每个信号段的差分最大绝对值，差分计算公式：

slope(i)=ecg(i+2)–ecg(i)

该实施例中，通过计算心电信号的初始斜率阈值，并通过心电信号上连续的连点斜率进行判断，当满足预设的阈值条件，即slope1≥slopethr1，slope2≥slopethr2，在斜率为slope1的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，即为qrs复合波位置。

优选地，在上述的qrs复合波检测装置中，计算模块22获取n个qrs复合波之后，根据获取的qrs复合波更新斜率阈值；判断模块23根据更新后的斜率阈值对心电信号进行检测，获取qrs复合波的位置具体步骤如下：

获取n个qrs复合波，计算每个qrs复合波的差分最大绝对值；

计算差分最大绝对值的均值为avgslope_new；

计算更新后的斜率阈值为slopethr1_new=2/5*avgslope_new，slopethr2_new=2/9*avgslope_new；

获取心电信号上连续的两点并分别计算其斜率为slope1_new、slope2_new，当slope1_new≥slopethr1_new，slope2_new≥slopethr2_new时，在斜率为slope1_new的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，即为qrs复合波位置。

该实施例中，通常获取8个qrs复合波，之后计算每个qrs复合波的差分最大绝对值，计算公式如下：

slope(i)=ecg(i+2)–ecg(i)

该实施例中，利用获取的qrs复合波不断更新斜率阈值，使得后续的qrs复合波检测准确率更高。

优选地，在上述的qrs复合波检测装置中，计算模块22还用于从n个获取的qrs复合波中计算出rr间期均值，即后续分析的rr间期的判断阈值avgrr；

从n个获取的qrs复合波中计算出qrs复合波峰值的均值，即后续分析的qrs复合波峰值的判断阈值avgqrspeak；

判断模块23用于在获取心电信号上连续的两点并分别计算其斜率为slope1_new、slope2_new，且满足slope1_new≥slopethr1_new，slope2_new≥slopethr2_new时，在斜率为slope1_new的点前后各0.6s的心电信号内搜索出最大的尖峰点位置，则认为是暂定的qrs复合波位置，并记下其峰值为qrspeak，若该点满足：当前rr>200ms，且qrspeak>avgqrspeak/2，则认为该位置是qrs复合波的位置。

参照图5，在上述的qrs复合波检测装置中，qrs复合波检测装置还包括筛选模块24，筛选模块用于获取qrs复合波之后，判断qrs复合波是否为干扰信号段并剔除判断为干扰信号段的qrs复合波。

该实施例中的筛选模块24剔除了qrs复合波中属于干扰信号的部分，直接提高了qrs复合波的检测的准确率。

本发明的技术方案中，当检测到一个qrs复合波后，若当前rr间期较长，满足rr>1.5*avgrr时，则可能是出现了漏检，取当前rr间期中的一段信号，将对其重新进行qrs复合波检测，将其相应的斜率判断阈值都缩小一半，当连续两个点的斜率满足斜率阈值条件时，在该点前后各0.6s的一段信号内搜索出最大的尖峰点位置为暂定的qrs复合波的位置，并记下其峰值为qrspeak，若该点满足：当前rr>200ms，且qrspeak>avgqrspeak/2，则认为该位置是qrs复合波的实际位置，且同时判断该信号段是否为干扰信号段，反之，则不是qrs复合波的位置。

在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。