心电信号的预处理及瞬时心率的测量

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1、心电信号的预处理及瞬时心率的测量2010高教社杯全国大学生数学建模竞赛承诺书我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的，如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写人A我们的

2、参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）：所属学校（请填写完整的全名）：参赛队员（打印并签名）:1.指导教师或指导教师组负责人（打印并签名）：日期：2011年4月28日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：2010高教社杯全国大学生数学建模竞赛编号专用页赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：1摘要心电信号作为心脏活动在人体体表的表现，具有信号微弱，而体表检测心电信号屮常带有工频干扰、基线漂移、肌电干扰等各种噪声，给临床对心血管疾病的诊断带来了障碍，也无法准确测得其心率，进而无法进行心率变异分

3、析。因此本文设计出基于FIR的陷波器滤除工频干扰信号，设计出低通滤波器消除肌电干扰信号，以及设计的高通滤波器来消除基线漂移的干扰，利用这三种滤波器对题目中所给的实测数据进行了预处理。对处理后的数据利用连续小波变化的原理给出了测量瞬时心率的算法，在Matlab软件上进行了仿真，利用试题中所给不正常心电信号对该算法进行了验证，并对该算法优缺点进行分析。第三问中我们在第二问的基础上通过对瞬时心率信号的几个参数进行分析，从而判断是否存在心率变异，给出了一个比较简单可行的算法，并利用了试题中所给心电信号对该算法进行了验证。最后我们辩证的分析题冃屮所建立模型和算法的优缺点，提出了模型的改进方向，并分

4、析了该模型的实用性与可行性。关键词：凯赛窗滤波器FIR小波变换HRV信号1问题重述ECG是一种基本的人体生理信号，具有重要的临床诊断价值。英特点是信号微弱，信噪比小，一般止常人的心电信号频率在0.05-100Hz范围内，幅度为10LV（胎儿）〜5mV（成人）。然而，体表检测心电信号屮常带有工频干扰、基线漂移、肌电干扰等各种噪声，给临床对心血管疾病的诊断带来了障碍，也无法准确测得其心率，进而无法进行心率变异分析。随着社会的发展，心电图自动诊断系统在临床上用得越来越广泛，并在临床上得到一定的应用。如何提高心电联导信号自动分析水平是目前心电自动分析的最大问题。有时候为了研究药甜的药理和毒理，需

5、要对动物进行试验，因此动物的心电、血压或脉搏等的测量也同样重要，因此本试题所给数据完全实测数据，并包含多种心电数据。首先对心电信号进行预处理，从而测得R・R间期，得到瞬时心律，瞬时心律信号即为HRV信号，分析HRV信号可以与很多疾病联系在一起，附件数据是某些动物实测心电数据（未作说明的数据，其采样频率为1000Hz）,根据数据建立模型和算法实现心率测量和心率变异分析。问题4分析每个信号是否有工频干扰、基线漂移、肌电干扰，并给出算法分别处理这三种干扰，并分析算法的复杂程度，算法以实用和高效率为冃标，最好可实时处理。问题2：建立一种模型和算法，测量瞬时心率，该模型和算法最好能够处理所有所给出

6、的数据，而不是每个数据单独给出模型和算法，如果不能则需要分析止确测量率。对所建立的模型及算法进行算法复杂度分析。问题3：对瞬时心率信号即HRV信号进行分析，从而判断是否存在心率变异，针对这些信号提岀相应的心率变异分析算法。2模型假设⑴假设题冃屮所给实测数据均为有效数据，不需耍剔除；[2]假设正常的瞬时心率不存在非线性变化；3符号说明10??•是第一类变形零阶贝塞尔函数?是一个可自由选择的形状参数Fs采样频率Sigmax保存小波变换后数据极大值hrv的含义表示每秒中心电信号中所检测到R波的个数HRVmin为该种生物每秒钟R波出现次数最小值HRVmax3为该种生物每秒钟R波出现次数最小值4问

7、题的分析问题一：由题目中已经给出的实测数据分别作出时域图和频域图，根据几种主要干扰对心电信号影响的特性，分析每个信号是否有工频干扰、基线漂移、肌电干扰。由于实际处理和分析心电信号的需要，我们对采集或接收到的心电信号进行预处理。这是因为我们耍处理和分析的心电信号对象比较微弱，仅为毫伏(mV)级，所以极易受环境及检测设备的干扰。分别设计高通滤波器、低通滤波器和工频滤波器，用以提取采集或接收信号中的心电信号部分，为后一级的波形检测和特征点