3.1 QRS 波群的探测

理论上,两个连续QRS 波群之间的T-P 段代表了实际的ECG 基线水平。根据每一个心动周期的P-R 段特征点,在两个特征点之间进行插值,然后再进行曲线拟合,即将插值和曲线拟合结合起来,就可以得到基线漂移曲线,原始信号减去基线漂移曲线即为ECG 信号。因此,采用分析斜率、幅度和宽度的方法来识别QRS 波群。根据ECG 的功率谱,QRS 波群的能量主要集中在15Hz 频率左右,为消除ECG中其它频率成分对QRS 波群检测的影响,需设计一个中心频率为15HZ 的带通滤波器,ECG 信号通过该滤波器时对R 波以外的频率成份进行了衰减。当采样频率为500Hz 时,该滤波器的传递函数如下:

由于R 波含有丰富的高频谐波成分,为突出高频谐波分量,采用如下微分器:

公式

经处理后的信号通过带通滤波器和微分器后,P 波和T 波都有显著的衰减,相应的QRS 波群的峰值进一步加强,为消除微分器处理后散粒随机噪声产生的干扰,可以采用式(7)所表示的积分器进行修正:

然后,采用斜率跟踪法进行R 波识别,找出与QRS 波群检测特征点前后60ms相当的间期来识别R 波。当采集波形的斜率变化超过设定的阈值时,斜率变化最大处即为R 波所在的位置。实验的采样时间为4.8 秒,采样点数为2048 个点。

许多异常的QRS 波群有高幅度和上升不迅速的特点,为提高以R 波斜率检测QRS 波群的可靠性,可采用移动窗口积分法验证以保证可靠检测。为便于进行积分运算,先将采样点进行逐点平方运算,并进行移动窗口积分,其差分方程如下:

窗口宽度应当尽可能与QRS 波群宽度相近。若窗口太大,积分波形将把QRS 波群和T 波融合在一起,若窗口尺度太小,一个QRS 波群在输出中可能会产生几个峰值。

3.2 自适应线性拟合

在抑制基线漂移的算法中,须首先确定基线的变化趋势,为此应在两个心动周期中找到一段反映ECG 基线变化趋势的曲线。QRS 波群是心电信号的高频部分,其中R 波具有波形陡峭、幅度大、宽度窄、变化趋势明显等特点,因而以R 波为基准点寻找代表基线的时段。依次取每个检测的R 波峰值点作为参考基准点,利用回溯法求出每个TP 间期。确定了曲线区间就可采用自适应快速线性拟合法,拟合出基线的变化趋势。

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