论文研究-基于数学形态学的QRS波差位波峰提取方法.pdf

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基于数学形态学和波峰波谷提取算法,提出了差位波峰提取算法(PDE算法)。先对原始信号通过开和闭运算、延时、相减和相加提取高幅值波峰波谷,通过绝对值和移动窗口整合运算处理获得高幅值的波峰和抑制高频噪声。经MIT-BIH数据库评估,QRS波检测的灵敏度达99.85%,特异性达99.84%。
郑唯琴,陈杭,叶树明:基于数学形态学的QRS波差位波峰提取方法 2010,46(31) 129 (2)在每次检测到新的极大值后,动态记录最新8个极大 表PDE算法与其他ORS波检测算法结果比较 值幅值和RR间期值,将其平均值的80%作为下·次检测的 研究者 算法 数据库心拍数灵敏度特异性 國值 文献[5]数学形态学 CSE 142929938%99.38% (3)在心肌细胞处于200~300m绝对不应期间,应忽略前 文献[7]数学形态学+小波变换 MIT-BIH48条1094979991%9994% 文献[6]数学形态学+包络提取 MIT-BIH48条10949499.81%99.7% 极大值点之后300ms数据,可减少噪声干扰造成的误检。 文献[2] 差分國值 MIT-BIH48条11613799.76%9956% (4)从前一个极大值之后300ms开始到1.5倍平均RR间 本文 PDE算法 HIT-BIH48条1094959985%9984% 期之间,如果没有检测到新极大值点,则需要将检测阈值减小 半再次检测,可减少QRS波漏检 5结论 (5)利用极大值与原始信号QRS波峰对应的原理,在原始 通过基丁数学形态学的差位波峰提取算法实现对QRS波 信号的对应点前后50ms内进一步寻找R波波峰,可减少误检群的自动检测,与其他同类算法相比,该算法可有效提高受高 和漏检。 频噪声干扰和大P泼、大T波及其他噪声千扰的心电信号的 具体检测流程如图3 QRS波检出率,在检测结果和分析速度上具有一定的优势。 信号输入 参考文献: PDE算法 [1 Chen H, Chen S.A noving avcrage bascd filtering systcm with its application to real-time Qrs detection[J] Computers in Car- 自学习20s biology,2003:585-588 [2 Pan J, Tompkins Wa real-time Qrs detection algorithm[J] 动态阈值计算 IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 1985: 230-236 [3] Josko A Discrete wavelet transform in automatic ECG signal 一依生理不应期和双阈 值法检测到极大值? analysis[c]//Discrete Wavelet Transform in Automatic ECG Sig- 是 nal Analysis, 2007. 在原始信号中寻R波波峰 [41 Kadambe S, Murray R, Boudreaux-Bartels G Wavelet trans form-based QRs complex detector[J].IEEE Transactions on 二最后一段数据?二 Biomedical Engineering, 1999, 46(7 ): 838-848 是 [5] Trahanias P An approach to QRS complex detection using math- 结束 ematicalmorphology[]IELE Transactions on Biomedical Engi 图3QRS波检测流程图 neering.1993,40(2):201-205 6]陈永利,段会龙基于数学形态学和信号包络提取的QRS波检测 4实验结果和讨论 中国生物医学工程学报,2007,26(3):332-335 论文采用的结构元素长度为25m,窗口宽度为6ms,使7]刘少颖基于数学形态学和小波分解的QRs波群检测算法清华 用MIT-BIH心律失常数据库对PDE算法进行评估。算法对 大学学报:自然科学版,2004,44(6):852-855 48条数据中的109495个有效心拍进行检测,正确检测出8]高艳,胡阳基于数学形态学方法的心电图波形分离技术门生物 医学工程学杂志,2001,18(1):55-59 109329个心拍,误检175个心拍,漏检166个心拍(QRS波检 19 Chu C, H, Delp E JImpulsive noise suppression and back-ground 测阈值为100ms),灵敏度(R波被正确检出比例)达9985%, normalization of electrocardiogram signals using morpholo 特异性(正确检出非目标R波的比例)达9984% cal operators[J].IEEE Trans Biomed Eng, 1989, 36(2): 262-273 论文将基丁数学形态学的PDE算法与前人的QRS波检 [10 Khler B, Hennig C, Orglmeister RThe principles of software 测算法进行比较,各算法结果比较如表1所示。 QRS detection[J].Algorithms, 78(81) 从表1可以看出,PDE算法在灵敏度和特异性指标上优 Vijaya G, Kumar V. Verma H.ANN- based QrS-complex analy 于文献[5]、文献[6和文献[2]的算法,略低于文献[7]算法。但 sis of ECG[J]Journal of Mcdical Enginccring Tcchnology 相比丁文献[]算法,由于两种均采用了计算复杂的小波变换, 1998,22(4):I60-167. 本文算法在分析速度上有较大的优势,对应用于长时间动态[12] Trahanias p, Skordalakis E Syntactic pattern recognition of the 心电数据分析和计算能力有限的嵌入式设备等领域具备更好 ECG[J.IEEE Transactions on Pattern Analysis and machine 的实用价值 Intelligence,1990,12(7):648-657

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