心电信号预处理以及特征提取

心电信号预处理以及特征提取信号与信息处理张超指导教师：邱天爽教授内容心电信号自动分析背景心电信号预处理特征波提取心电信号自动分析背景心电图典型波形P波:代表心房除极过程，故P波的异常代表心房的问题。PR间期：是P波+PR段代表心房除极开始到心室除极，是检测房KKKKKKKK室传导阻滞的重要参考。QRS波群：心室除极过程。ST-T：心室复极全过程。QT间期：整个心室的活动过程。心电信号频率范围：0.05-100hz心电信号预处理噪声来源工频干扰：工频干扰是由电力系统引起的一种干扰，由50hz及其谐波构成的一种干扰，幅值约为ECG（心电信号）的50%基线漂移：呼吸引起的，源于被测对象在测试过程中呼吸时电极和人体皮肤间的阻抗、仪器放大的热噪声等干扰引起的，频率大约在0.15-0.3hz。呼吸时ECG的幅值有15%的变化。肌电干扰：来源于人体的肌肉颤抖，肌电干扰产生毫伏级的电势。可视为瞬间发生的高斯零均值带限噪声。几种去噪方法基线漂移FIR高通滤波器将肌电干扰、工频干扰一起看作为高频噪声通过高通滤波器进行滤除，其频率范围在40-100hz。这里可以通过maltab工具箱中ftatool设计FIR滤波器。500100015002000250030003500400045005000-100-50050100150200250300350心电信号采样点心电信号幅值FIR高通滤波器去除基线漂移结果中值滤波器平滑滤波器50010001500200025003000350040004500500050100150200250中值滤波前信号采样点中值滤波前信号幅值中值滤波去除基线漂移结果5001000150020002500300035004000450050000100200趋势项采样点趋势项幅值500100015002000250030003500400045005000-1000100中值滤波后信号采样点中值滤波后信号幅值50010001500200025003000350040004500500050100150200250平滑滤波前信号采样点平滑滤波前信号幅值平滑滤波去除基线漂移结果500100015002000250030003500400045005000100150200趋势项采样点趋势项幅值500100015002000250030003500400045005000-100-50050平滑滤波后信号采样点平滑滤波后信号幅值噪声干扰（工频干扰、肌电干扰40-100HZ）小波去噪平均滤波平均滤波器是一种梳妆滤波器，N=10处其幅频特性曲线为01002003004005006007008009001000-50050小波滤波前信号采样点小波滤波前信号幅值小波滤波器去除高频噪声结果1002003004005006007008009001000-50050小波滤波后信号采样点小波滤波后信号幅值1/,=0,1,...,1(n)0NnNh，其他2N1002003004005006007008009001000-50050平均滤波前信号采样点平均滤波前信号幅值平均滤波器去除高频噪声结果1002003004005006007008009001000-40-20020平均滤波后信号采样点平均滤波后信号幅值特征波的提取（QRS复合波）特征波的提出主要包括：R波波峰、qrs起始点、qrs结束点基于数学形态学的基于小波经典的差分阈值方法：通过差分运算，可将心电信号中斜率较大的部分(QRS复合波)突显出来。整个算法可分为三个部分：差分运算、寻找最大值设定阈值、检测R波。步骤1：对心电信号进行下式的差分运算计算其斜率(n)=|1+2+3+4|/4=(n+k)-x(n-k)k=1,2,3,4Ykxx(n)步骤2：对差分信号分段检测最大值，取最大值得平均值M，设置一定比例作为阈值，再次QRS波峰的阈值设定为2/5*M步骤3：对R波的检测中我们需要设定一些列的参数配合回溯机制如下图所示QRS边界点的检测局域变换法用心电信号减去一段斜率不变的直线，以将心电信号中斜率变最大的部分凸显出来，然后选取绝对值最大的点为所检测的点其中y（n）有以下公式计算得出：具体实现步骤：(1)定位R波以后，在其波前80ms（M点）到R波之间求绝对值最大的点；(2)然后在区间(M,)上求绝对值最大的点；；(3)计算与R的间期，若间期小于QR时限最大值QR_timelimit，并且x()y()，则R波前有负向波，以为QRS波的起点，否则，R波前无负向波，以为QRS波起点。(4)在QRS波起点或附近，小范围内搜索斜率绝对值最小的点作为QRS波群修正后的起点。1Q1Q1Q作业选择一种预处理方式对给定的心电信号进行预处理提取R波波峰以及QRS起始点和终止点给出心电信号为mit-bih心律失常数据库中的数据采样率为360hz谢谢大家!