[发明专利]基于变分模态分解的心电信号QRS波检测方法

说明书

本发明公开了一种基于变分模态分解的心电信号QRS波检测方法，包括以下步骤：对心电信号进行变分模态分解，选取最优分解层数C；将心电信号进行C层变分模态分解，得到C个模态分量；确定包含心电信号QRS波的模态分量；对重构的心电信号求取模极值对；根据信号的模极值对定位R波峰值位置，进而确定QRS波的范围。本发明能够有效地检测心电信号中的QRS波。

技术领域

本发明涉及生物医学信号提取技术领域，具体的说，是一种基于变分模态分解的心电信号QRS波检测方法。

背景技术

心电信号是心脏电生理活动在人体体表的表现，提供心脏功能等生理状况的有重要价值的临床医学信息，是临床心脏病智能诊断的基础。

QRS波群是心电信号中最重要的部分，在临床医学上QRS波是心脏信息的重要载体，能够反映出很多心脏问题。

QRS波的检测算法包括差分阈值法、双阈值检测算、经验模态分解和小波变换法。差分阈值法在理论上是最简单且速度最快的方法，但由于心电信号存在高频噪声和基线漂移等噪声干扰，使得差分阈值法在实际应用中效果不理想。双阈值检测算法检测效率较高，但是由于该算法没有确定的数学模型，当心电信号出现异常时该算法会出现较多的误检和漏检。小波变换在心电信号检测中具有良好的时频特性，能够对心电信号的特征进行有效的检测。但是在应对实际检测到的心电信号时，由于心电信号存在一些干扰，虽然小波变换相较于其它算法有一定的优势但是也会出现一些误检和漏检得情况。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种心电信号QRS波的检测方法，能够有效地检测出心电信号的QRS波。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于变分模态分解心电信号QRS波的检测方法，具体步骤如下。

步骤（1）：对心电信号进行变分模态分解，选取最优分解层数C。对一个心电信号添加三个参考信号，得到仿真的心电信号。对仿真心电信号依次进行K=5、6、7、8的变分模态分解，对每一层模态分解进行频谱分析，将能够完全分解出三个参考信号的对应K值，认为是变分模态分解的最有分解层。X为心电信号，经过K层变分模态分解得到K个模态分量；每个模态分量的频率中心表示为：，在迭代求解过程中不断更新模态分量及其频率中心，更新步骤如下：

（a）初始化和n为0；

（b）根据下面两式更新和，为惩罚因子（取值2000），λ为拉格朗日乘法算子；

（c）更新λ ，其中τ为噪声因子，τ=0；

（d）如果或n>K，则停止迭代，否则换回执行步骤（b），ε表示判断约束条件，ε=0.01。

步骤（2）：将心电信号进行C层变分模态分解，得到C个模态分量。

步骤（3）：确定包含心电信号QRS波的模态分量。对每一层模态分量进行频谱分析，根据QRS波的频率范围选择对应的模态分量进行重构。

步骤（4）：对重构的心电信号求取模极值对。通过小波变换的奇异值检测原理确定心电信号的奇异值进而求取心电信号的模极值对。

步骤（5）：根据信号的模极值对定位R波峰值位置，进而确定QRS波的范围。

正负模极值对之间的零点，就是R波的位置。R波为中心在100ms范围内定位QRS波的起始点。在距离R波的一定范围内定位Q波峰，与PR段电位比较，如果大于或等于PR段电位就把Q点认为是QRS波的起始点。同样以R波作为中心在100ms范围内定位QRS波末位置。由ECG可知在S波后会出现一个斜率转折点，能找到这个转折点，则这一点认为是心电信号QRS波的终点位置。

附图说明