[发明专利]一种自学习ECG QRS波检测装置及其自学习方法

权利要求书

1.一种自学习ECG QRS波检测装置，其特征在于：包括自学习预处理单元和自学习ECGQRS波判定单元，所述自学习预处理单元输入为ECG数据的Ⅰ导联数据或Ⅱ导联数据或Ⅲ导联数据或多导联数据，输出为预处理数据和自学习阈值；自学习ECG QRS波判定单元输入为预处理数据和自学习阈值，输出为QRS波标志；

所述自学习预处理单元包括依次连接的差分单元、多点平滑单元、绝对值单元、区间最大值单元、区间阈值单元、自学习阈值计算单元；ECG数据进入差分单元获得差分后的数据流，差分后数据流进入多点平滑单元做平滑滤波处理，平滑滤波后得到低噪的信号进入绝对值单元，绝对值单元输出预处理数据；区间最大值单元完成固定区间最大值筛选，筛选出的最大值在区间阈值单元中乘以阈值系数得到区间阈值，区间阈值进入自学习阈值计算单元完成区间阈值减去一个最大值再减去一个最小值后求平均并输出自学习阈值；

所述自学习ECG QRS波判定单元包括依次相连接的QRS波预判定单元、心率自学习单元、RR间隔点数下阈值单元和QRS波判定单元；所述QRS波预判定单元比较输入的预处理数据和自学习阈值，同时输出预判定QRS标志给QRS波判定单元做进一步的筛选，剔除误检的QRS波标志；心率自学习单元采用滑动窗口方法得到自学习心率时间，然后计算出心率，并乘以容限系数作为自学习心率阈值上限HB，当自学习心率阈值上限大于自学习ECG QRS波检测装置预设最大值时，取该预设最大值作为自学习心率阈值上限HB输出给RR间隔点数下阈值单元；RR间隔点数下阈值单元根据心率自学习单元求得的自学习心率阈值上限HB，计算RR间隔点数下阈值PT，并输出给QRS波判定单元做最终QRS波判定；QRS波判定单元根据预判定的QRS波标志和RR间隔点数下阈值PT，如果预判定的两个QRS波间隔大于RR间隔点数下阈值PT，判定为有效QRS波，否则为无效QRS波。

2.根据权利要求1所述的自学习ECG QRS波检测装置，其特征在于：所述ECG数据是Ⅰ导联或Ⅱ导联或Ⅲ导联或多导联模式下通过ADC采集得到，其中所述Ⅲ导联分别是右臂电极RA、左臂电极LA、左腿电极LL，所述导联模式选择为模拟导联模式。

3.根据权利要求1所述的自学习ECG QRS波检测装置，其特征在于：所述差分单元根据QRS波导数过零点特性，通过检测ECG斜率的变化来实现QRS波的定位；所述差分操作采用前向差分但不仅限于前向差分。

4.根据权利要求1所述的自学习ECG QRS波检测装置，其特征在于：所述阈值系数为0.7～0.8。

5.根据权利要求1所述的自学习ECG QRS波检测装置，其特征在于：绝对值单元处理倒R波情况，绝对值后输出预处理数据序列Z(n)。

6.根据权利要求1所述的自学习ECG QRS波检测装置，其特征在于：所述区间最大值单元求固定区间宽度内的预处理数据最大值且对其做上阈值限制，大于预设上阈值则取该预设上阈值作为该区间的最大值。

7.根据权利要求1所述的自学习ECG QRS波检测装置，其特征在于：自学习阈值计算单元采用滑动窗口方法实现阈值自学习计算；所述自学习阈值计算单元自学习阈值计算获得阈值序列TH(n)。

8.根据权利要求1所述的自学习ECG QRS波检测装置，其特征在于：QRS波预判定单元根据预处理数据和阈值预先判定是否为QRS波，大于阈值则认为是潜在QRS波，并输出QRS波标志给QRS判定单元。

9.根据权利要求1所述的自学习ECG QRS波检测装置，其特征在于：所述差分单元为一阶差分单元或二阶差分单元或多阶差分单元。

10.根据权利要求1到9中任一种所述的自学习ECG QRS波检测装置的自学习方法，其特征在于：该自学习方法包括如下步骤：

S1、在模拟导联模式下通过ADC采集ECG数据中的Ⅰ导联数据或Ⅱ导联数据或Ⅲ导联数据或多导联数据做为ECG数据，并将这种数据导入到自学习预处理单元中的差分单元；

S2、差分单元将导入的ECG数据进行前向差分处理，根据QRS波导数过零点特性，得到差分后的数据流，并将该差分后的数据流导入到多点平滑单元；差分单元是根据QRS波导数过零点特性，通过检测ECG斜率的变化来实现QRS波的定位；

S3、多点平滑单元采用滑动窗口多点平滑对差分后的数据流进行平滑滤波处理，得到低噪的信号并将该低噪的信号导入到绝对值单元，由绝对值单元处理倒R波情况，并输出预处理数据序列Z(n)；

S4、区间最大值单元求固定区间宽度内的预处理数据最大值且对其做上阈值限制，大于预设上阈值则取该预设上阈值作为该区间的最大值；区间阈值单元把区间最大值单元求得的区间最大值乘以阈值系数得到区间阈值，区间阈值进入自学习阈值计算单元，自学习阈值计算单元采用滑动窗口的方式实现，每次滑动一个固定窗口，而最终的自学习阈值由相邻的多个窗口区间阈值减去一个最大值再减去一个最小值后求平均得到阈值序列TH(n)并输出自学习阈值序列TH(n)；

S5、预处理数据序列Z(n)和自学习阈值序列TH(n)传递给自学习ECG QRS波判定单元，QRS波预判定单元根据预处理数据和阈值预先判定是否为QRS波，大于阈值则认为是潜在QRS波，并输出QRS波标志给QRS判定单元；

S6、心率自学习单元采用滑动窗口方法实现，随着新的预处理数据的进入，每次移动一个窗口，每个窗口有各自的相邻的两个QRS波时间间隔，根据多个相邻的这些窗口的QRS波时间间隔，减去一个最大值，再减去一个最小值，把剩下窗口的QRS波时间间隔求平均得到自学习心率时间，然后计算出心率，并乘以容限系数作为自学习心率阈值上限HB，同时系统存在一个预先设定的心率最大值PHB，当自学习心率阈值上限大于该预设值PHB时，取该预设最大值作为自学习心率阈值上限HB输出；

S7、RR间隔点数下阈值单元根据心率自学习单元求得的自学习心率阈值上限HB，计算RR间隔点数下阈值PT，并输出给QRS判定单元做最终QRS波判定；

S8、QRS判定单元根据预判定的QRS波标志和RR间隔点数下阈值PT，如果预判定的两个QRS波间隔大于RR间隔点数下阈值PT，判定为有效QRS波，否则为无效QRS波。