ecg（心电图）信号分析与处理.doc

1．引 言 心脏是血液循环的动力器官。心肌细胞的任何活动，都伴随着电的变化，这是一种生物电。把特制的、有放大装置的电流计连接到体表，就可将每一心动周期内所发生的电位变化描记成连续的曲线，即心电图（简称ECG）。由于各种病理原因引起的心脏疾病，几乎都和心脏的生物电活动相关，因此，心电图反映出心血管病人的许多病变信息，所以，它是心血管疾病诊断中十分重要的一种方法。 早期的ECG分析完全由医生用人工的方法完成。这一过程不仅费时费力，且可靠性不高。计算机辅助的ECG分析与诊断系统的研究始于五十年代末，在计算机辅助的ECG分析与诊断系统中，心电图中常存在由于各种干扰而造成的心电图的改变，这种改变称为心电图伪差。伪差给心电图诊断带来一定的困难。所以，从带有伪差的实际心电图中正确检测出我们需要的信息是很多科研工作者愿意研究的课题。随着生活水平的提高，人们对健康的重视程度也愈来愈强。心血管疾病是现代人患病率最高的疾病之一。心电图能够反映出心血管病患者不少的病变信息，所以，对心电图的研究具有很重要的意义。 在心电图中，每一个周期波形代表一个心动周期，它是由以下各个波和时间段构成的（图1-1）： 图1-1 QRS波群：反映心室肌除极和最早复极过程的电位和时间的变化，但以心室肌除极化为主。 P波：反映心房肌除极过程的电位与时间的变化。 P—R间期：代表激动从窦房结通过心房、心室交界区到心室开始除极的时间。 S—T 间期：从QRS波群终点到T波起点间的线段。它反映心室肌早期复极化过程的电位及时间变化。 T波：反映心室肌晚期复极化过程的电位与时间的变化。 Q—T 间期：从QRS波群起点到T波终点间的时间。代表心室肌除极化与复极化的时间。 当心脏有病变时，将使相应的心电波形有所改变。例如，QRS波群电压增高主要原因是心室肥大，S—T波段抬高有可能是心肌梗死，T波倒置有可能是心肌缺血等。 本设计中应用的标准心电信号ECG_X1是由UW DigiScope软件产生的，并以文本文件的形式存于Matlab的Work文件夹中。而各种噪声是用Matlab编写程序添加的。程序如下： clear %清除内存中的变量和函数 clc %清屏幕 fs=150; %设置取样频率 N = 512; %设置取样点数 load ECG_X1.txt %调出由UW DigiScope软件生成的标准心电图数据 x=( ECG_X1/256); %归一化 f=fs/N*(0:N/2-1); %设置频谱分辨率 k=0:N-1; %设置离散频率变量 z1=0.2*sin(2*pi*50*k/fs); %设置50HZ工频噪声 z2=0.2*sin(2*pi*49.5*k/fs); %设置频率偏移50HZ工频噪声 x1=x+z1; %合成含工频噪声心电信号 x2=x+z2; z3=0.1*randn(1,N); %设置随机噪声50HZ工频噪声 y1=x+z3; %合成含随机噪声心电信号 save ECG_xinhao x x1 x2 y1 fs N z3 %将正常信号和含噪信号的参数存入ECG_xinhao文件中 以上程序中，ecgy.txt文件是由UW DigiScope产生的标准心电图数据，x1是含50Hz工频噪声的心电信号，y1是含随机噪声的心电信号，save ECG_xinhaox x1 x2 y1 fs N z3是把工作表中的一些重要参数存入ECG_xinhao文件中，以便其它程序能调用这些参数。 2．对ECG信号噪声干扰的估计和消除 从人体体表电极采集的常规心电图信号(ECG)是mV级的信号，其主要能量集中在0.05Hz到100Hz之间，是信噪比很低的微弱信号，很容易受到周围环境的影响。主要包括：电力系统的工频干扰，主要由50Hz及其谐波构成；由于测量电极同人体的接触不良引入的电极接触噪声包括电极同人体接触的时断时续及人体轻微运动引起的电极接触电阻的变化，这类干扰往往表现为信号基线的跳跃及其回复至基线的指数型的衰减过程，或者基线的抖动；由于人体呼吸引起的基线飘移，这类干扰的频率约为0.15Hz到0.3Hz；由于人体肌电信号（肌肉纤维的动作电位）引入的干扰，这是一种快速和随机的电变化，它的频带影响范围可以从2Hz到10Hz；此外还包括电极的极化电压，