【摘要】：心臟疾病無時(shí)不危害著人類的健康,甚至生命,因此對(duì)心電(ECG)信號(hào)自動(dòng)分析系統(tǒng)的研究具有很高的臨床價(jià)值,同時(shí)也是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。實(shí)際檢測(cè)到的ECG信號(hào)很容易被各種類型的干擾信號(hào)影響,進(jìn)一步影響對(duì)信號(hào)的分析處理。本文主要對(duì)肌電干擾的去除與特征點(diǎn)檢測(cè)這兩個(gè)方面分別展開研究。ECG信號(hào)是一種比較微弱的信號(hào),頻率也較低,在采集的過程中往往被各種噪聲干擾,而對(duì)ECG信號(hào)的消噪處理是檢測(cè)信號(hào)特征點(diǎn)的前提條件,取得的消噪效果直接影響著下一步對(duì)信號(hào)的檢測(cè)結(jié)果。另外ECG信號(hào)中的特征點(diǎn)含有十分重要的生理信息,有著不可估量的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際意義。首先,文章對(duì)ECG信號(hào)的幾種常見干擾的來源及類型進(jìn)行了總結(jié)與分析,主要有基線漂移、肌電干擾和工頻干擾這三類。簡(jiǎn)單介紹了小波變換理論,利用小波閾值消噪法來消除基線漂移與工頻干擾。在對(duì)干擾類型的分析中得出肌電干擾的去除一直是研究的難點(diǎn),近年來對(duì)ECG信號(hào)肌電干擾的研究較少,本文針對(duì)頻率分布較廣的肌電干擾做了深入的研究,提出一種結(jié)合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)算法與主成分分析(PCA)技術(shù)的去噪法來去除ECG信號(hào)的肌電干擾,通過對(duì)MIT-BIH心率失常數(shù)據(jù)庫中記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),同時(shí)也定性分析了所得的信噪比(SNR)和均方誤差(MSE)。結(jié)果表明,所提方法整體上優(yōu)于小波閾值消噪法與EMD消噪算法,解決了導(dǎo)致信號(hào)產(chǎn)生震蕩和丟失有用信息的難題。通過算法去噪處理后獲得較干凈的ECG信號(hào)。其次,對(duì)預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行特征點(diǎn)檢測(cè),目前以小波變換最為流行,其核心思想是在某尺度上找尋小波變換模極值對(duì),它們之間的過零點(diǎn)所在的地方就是ECG信號(hào)特征點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。由ECG信號(hào)的常識(shí)可知,QRS特征波的R波在一定區(qū)域內(nèi)幅值、斜率最大以及寬度最廣。本文提出一種區(qū)域閾值配對(duì)算法來檢測(cè)波形特征點(diǎn),對(duì)ECG信號(hào)用二次樣條小波基函數(shù)和多孔(ATrous)算法進(jìn)行小波變換求取模極值,用正極大閾值來確定搜索區(qū)域,再以這個(gè)正極大閾值為起點(diǎn),這個(gè)確定區(qū)域?yàn)樗阉鞣秶?向右側(cè)搜索負(fù)極大閾值點(diǎn),把這兩個(gè)閾值配對(duì),他們兩者間的過零點(diǎn)就是R峰的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。以R峰為基準(zhǔn)來檢測(cè)Q波、S波以及QRS特征波的開始點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn),此算法能在保持采樣信號(hào)完整性的基礎(chǔ)上精確定位QRS特征波。實(shí)驗(yàn)證明,該算法檢測(cè)出的QRS波的準(zhǔn)確率較高,一定程度上降低了計(jì)算復(fù)雜度,實(shí)時(shí)性較好。由于幅度小且頻率低的P、T波對(duì)心血管疾病的診斷分析同樣起著至關(guān)重要的作用,本文在對(duì)信號(hào)的QRS特征波準(zhǔn)確定位后,削平QRS特征波,在二次樣條小波變換的過程中,采用區(qū)域閾值配對(duì)法來檢測(cè)P波,然后結(jié)合圓弧逼近法,精確定位T波的位置,經(jīng)過仿真,實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明:本文所提算法降低了采樣信號(hào)的誤檢率,抬高了檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確率。最后,概括文章研究的主要內(nèi)容,包括結(jié)合EMD算法與PCA技術(shù)來去除肌電干擾和區(qū)域閾值法來檢測(cè)ECG信號(hào)特征點(diǎn),其中優(yōu)化主成分分量的選取閾值和構(gòu)造新的小波基函數(shù)是下一步的工作重點(diǎn)。
【圖文】：

不斷發(fā)生改變的生物信號(hào)轉(zhuǎn)化成的電信號(hào)經(jīng)心臟旁邊的傳導(dǎo)電信號(hào)的組織和相應(yīng)體液傳到體表，放置在體表適當(dāng)部位的電極所測(cè)得的電位變化經(jīng)信號(hào)放大設(shè)備放大后即為心電圖，是心臟內(nèi)部興奮活動(dòng)的反映，如圖2.1所示。圖2.1 一個(gè)周期的ECG信號(hào)

反對(duì)稱濾波器，其采樣頻率為360赫茲，那么小波變換后的這個(gè)濾波器的幅度與頻率的關(guān)系曲線如下圖。圖4.2 幅度與頻率的關(guān)系曲線（j表示分解尺度）根據(jù)圖4.2可知，分解尺度越大，那么相應(yīng)尺度上的小波系數(shù)所表示的信息頻率范圍越低。高頻信息分布小波系數(shù)上的尺度一和尺度二上，主要指高頻噪聲；而低頻信息分布在小波系數(shù)的尺度五上，比如基線漂移等低頻噪聲；對(duì)于QRS特征波來說，相對(duì)聚集的頻率段為較低頻率（15-25Hz），分布在小波系數(shù)的尺度三或者尺度四上，當(dāng)T波比較高大時(shí)，會(huì)影響到尺度四，，所以本章選用尺度三，不僅計(jì)算量得到減少，還可以提高運(yùn)行速度。4.2.4 文章所提算法對(duì) R 波的檢測(cè)首先對(duì)ECG信號(hào)用二次樣條小波基函數(shù)和ATrous算法進(jìn)行小波變換求取模極值，用模極大值來確定搜索區(qū)域
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)沙理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R540.4;TN911.23

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1 陳瑞紅;斜坡收縮中肌電干擾信號(hào)的AR建模[J];國(guó)外醫(yī)學(xué).生物醫(yī)學(xué)工程分冊(cè);1995年03期

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本文編號(hào)：2571036