心电信号预处理分析

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1、心电信号预处理分析哈尔滨市阿城区中医医院黑龙江哈尔滨150300【摘要】伴随着人们生活水平的逐步提高，人们的健康意识不断增强，心脏病是威胁人类健康的最严重的疾病之一，我国的心脏病发病率很高而且呈逐年递增的趋势，心脏病的防治和诊断己成为当今医学界面临的主要问题。心电信号是诊断心血管疾病的重要依据，随着计算机技术的进步，心电信号的处理和分析方法不断改进，取得了较好的效果。【关键词】心电信号；预处理分析；特征提取【中图分类号】R318.04【文献标识码】A【文章编号】2096-0867(2016)14-041-02心电信号

2、是人类最早研宄并应用于临床与医学的生物电信号之一,相比于其它生物电信号，心电信号更易于检测，并且具有较直观的规律性。近年来，随着计算机技术的发展，心电信号的采集与处理也不断地向着自动化、智能化的方向发展。为了给医生提供清晰的心电图形，提高分析和诊断的精确性，必须先对心电信号数据进行预处理和特征提取，对于便携式监护仪器来说,心电信号的分析是不可缺少的一项功能。1.心电信号的产生机理及特点1.1心电信号产生机理心脏运动的基础是心脏细胞产牛.牛.理电的除极和复极过程，其生理电特性表现为心脏的兴奋性、自律性和传导性，即心脏有

3、规律的收缩。心脏传导系统是心脏有规律地产牛.激动、并将其迅速传导至工作心肌细胞的中枢和纽带。心脏是由心肌细胞组成的特殊组织，在心脏功能正常的情况下，每个心动周期由窦房结心肌细胞产生兴奋，之后依次传向心房和心室，使得心激动传导系统细胞、心房肌细胞和心室肌细胞依次产生兴奋。在这个过程中，心激动传导系统细胞、心房肌细胞和心室肌细胞按顺序产生兴奋，此生物电传递变化十分复杂，其有序的结果通过周围组织传遍全身，使身体各部位出现有规律而各向异性的电变化。因此，将测量电极放在肢体或躯体表面，甚至体内的不同部位，均可记录到心动周期的这

4、种规律性电位变化曲线，这就是临床记录的心电图信号（ECG）。心电图信号直观地反映了心脏电兴奋在传导系统中的产生和传导过程，可以在一定程度上客观地反映心脏各部位的生理状况，是诊断心脏疾病和评价心脏功能的重要依据之一。1.2心电信号的特点ECG信号是心脏活动产生生物电信号过程的直观体现，它具奋两个固奋特点：一是随机性较强，实吋变化，无法用一个准确的数学模型来描述。二是信号中掺杂了很强的背景噪声，信号幅值低、频率低，信号中冇用成分往往淹没在噪声中，不易检测。ECG信号非常微弱，是典型的弱信号，要检测心电信号，硬件设备上必须

5、有比较精准的大倍率放大电路，一般是通过多级放大实现。心电信号属于低频信号，频谱范围为0.05-100HZ,能量主要集中在0.5-45HZ。ECG信号具有很大的个体差异，不冋的人心电信号不同，不同种族、年龄和身体状态，其心电信号都存在较大的差异，此外，同一吋刻，同一个体在不同时期、不同状态，即使是同一次提取的心电信号，其信号强度和心率都具冇差别。心电信号的干扰主要包括人体内干扰和外界干扰，由于人体是个复杂的生物体，因此在测量心电信号吋会混有其它生物电干扰，在人体心电信号采集的外部环境中，也冋样存在相应的电磁干扰。心电采

6、集设备噪声的吋域特性，在心电信号采集过程中，由于外界电磁环境的变化、人体所处状态和生理机能的变化，都会使采集的心电信号发生很大变化。1.心电信号的预处理技术2.1快速傅立叶变换（FFT＞滤波傅立叶变换是一种将信号从吋域变换到频域的变换形式，是信号处理、语音处理和图像处理等领域中一种重要的分析工具。快速傅立叶变换（FFT）是实现普通离散傅立叶变换的一种快速算法，是DSP领域中的一项重大突破，它考虑了计算机和数字硬件实现的约束条件，研宄了有利于机器操作的运算结构，大大缩短了计算吋间，还有效地减少了计算所需的存储容量。利用

7、FFT技术处理ECG信号的过程如下：对输入信号进行离散傅立叶变换，分析其频谱，然后根据所希望的频率特性进行滤波，再利用傅立叶反变换恢复出时域信号。为了抑制对心电信号影响较大的工频干扰和基线漂移，滤除0.5Hz以下的低频和50Hz的工频，为了抑制高频噪声和50Hz的倍频造成的干扰，滤除100Hz以上的频率。2.2差分阈值算法检测QRS波QRS复合波ECG信号的主要特征，也是ECG检测中的首要问题,可靠的QRS复合波检测一直是研究的重要领域，只冇检出QRS波才能将心电数据划分为各个心拍，从而进行参数测量和波形分类。另一方

8、面，QRS波的检出直接影响到心率的计算，也影响到节律事件的分析，因此，QRS波检测算法的准确度对于心电分析至关重要。用软件实现QRS波检测不仅可以方便地进行数字滤波、线性和非线性变换以及判定处理，还可以灵活地选择调节各类参数，对复杂情况进行特殊处理，现在，软件方式己经成为QRS波检测的首选方法。实用的便携式心电监护仪器必须同时具有精确性与快速性