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南昌航空大学学士学位论文
我们使用的是R波检测算法（基于极值的动态自适应阈值法）
我们利用阈值进行QRS波检测时，如果固定阈值，就会造成阈值设置过高导致漏检，从而产生假阴性，如果阈值设置过低会导致多测，又会产生假阳性。所以本文提出基于待测信号的可变阈值，从而提高检测的精确率，所采用的可变阈值包括幅度阈值和时间间隔阈值等。
基本原理：基于R波的幅值为最大的特点，根据极值的定义，筛选出所以的极大值点，这些点即可能是R波的点，然后根据心电学原理知识，确定R波的阈值，计算待测的ECG数据最大值并与阈值进行比较，若超过或达到阈值，则初步判断已检测到一个R波，然后根据制定的规则确定R波。
具体设计思路如下图1.2
信号预处理：小 阈值处理 R波判定 波去噪 1.2 R波检测流程图
检测误检
Step1:即对待测ECG的滤波处理，基于第一部分对心电信号的说明，QRS波检测中
的信号预处理主要是针对0~38Hz的频率范围，采数据进行滤波处理，得到的待测信号基本不含噪声干扰；
Step2：根据QRS波波形，首先利用极值点判断，一次筛选得到可能存在R波的点，记为sigmax：
一次筛选 y(i)>y(i-1);y(i)>y(i+1)成立则可以有R波，否则没有R波。 结合心电信号原理，确定阈值：
Step3:二次筛选：对于sigmax中数据，若出现大于阈值的数据，则在该数据处和其后50ms的范围内查找，将找到的最大值作为一个R波；接着在此R波后150ms处继续进行二次筛选，直至查找完全部数据，将二次筛选得到的R波记为rvalue。 Step4：可能存在的误差：
a.两次心率的时间间隔大于400ms，因此，若两个R波的间隔小于0.4s，则两个极小点中必定存在噪声，利用复检消除此噪声。
b.在平均RR 峰间隔的166%的时间间隔内，如果没有发现QRS 波群，则应取原阈值的1/2 进行复检，以免漏检。这里的166%是根据生理的特性选取的经验参数。 c.计算找出的R 波的幅度，如果R 波不在前一个R 波幅度的40%-160%之内，则
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说明这个波峰是个强干扰，应该删除。
d.根据采样频率，每隔一定的时间间隔，重新利用最新检测的R 波对阈值进行实时更新，以此消除基线漂移对检测精度的影响 综上，我们采用以下规则检测误检：
1.判断rvalue中前后两R波间隔是否小于400ms，若小于400ms则消去较小值，留下较大值，直至查找全部数据，得到新的R波，刷新rvalue。
2.判断rvalue中前后两波间隔是否大于1.2s,若大于1.2s,则针对两R波间进行复检，选取其中幅值最大的点作为R波，并标记该R波为病变R波，直至查找全部数据，得到新的R波，刷新rvalue。 (5)心率计数设计图如图1.3： 取整个信号最大幅值PM 开始 N设置峰值提取阈值G 设置计数cnt=0 是否到数据最末尾 Y N PM-X(i) 1.3 心率计算流程图 7 南昌航空大学学士学位论文 第二章 心电信号及其特征 2.1 心电信号的产生 当心肌细胞没有受到外界刺激时（即静息状态），心肌细胞膜内外两侧的电位差被称为静息电位。在静息状态时，有大量带有正电荷的阳离子排列在心肌细胞膜外，细胞膜内则带有相同数量带负电荷的阴离子，此时细胞膜外的电位高于膜内电位，电位差约为180mV。这种以细胞膜为界，膜外呈正电位、膜内为负电位，并且稳定在一种静息电位状态下，我们称之为极化状态。 当心肌细胞在静息状态下受到外界刺激时，他的膜内外会发生电位变化，这样称为动作电位。在细胞受到刺激时，细胞膜的通透性会发生改变，膜外的阳离子会进入膜内，石膜内的电位高于膜外电位，这个过称称之为除极。当然，如果发生了去极化，细胞膜电位会恢复到以前的极化状态，这个过称称为复极。 心肌细胞在静息状态下时，膜内、外电荷是不产生交流的，因此，并不会有电流产生，细胞膜外任何两点间电位相等，没有电位差。如果心肌细胞受外界刺激而发生除极和复极变化，则会产生电位差，而形成电流。这时把变动的电位差记录成曲线，我们把这种曲线称为心电图。健康的心电图如下图2.1 图2.1 健康人的心电图 8 南昌航空大学学士学位论文 2.2 心电信号的特点 心电信号是属于强噪声背景下的低频微弱信号，它是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号，由于受到人体诸多因素的影响，因而有着一般信号所没有的特点。心电信号是十分微弱的，成人的心电信号范围也仅为5mv。由于人体自身信号弱，加上人体又是一个复杂的整体，因此信号易受噪声的干扰。 正常心电图由一个P波、一个QRS波群和一个T波等组成。我们可以依照图2.1对心电信号的各个波段进行说明： P波：是由心房的跳动所产生，代表左、右心室去极化过程。前一半主要是由右心房所产生，后一半是由左心房所产生。人们正常P波的宽度一般不超过0.11s，肢体导联最高幅度不超过2.5mm。 QRS波群：反映左、右心室的电激动过程，称QRS波群的宽度为QRS时限，代表全部心室肌激动过程所需要的时间，正常人最高不超过0.l0s。典型的QRS复合波包括三个相连的波动。第一个向下的波为Q波，继Q波后一个狭高向上的波为R波，与R波相连接的又一个向下的波为S波。由于这三个波紧密相连且总时间不超过0.10s，因此合称QRS复合波。 S-T段：从QRS波群的终点到T波起点的一段。此时心室全部处于去极化状态， 无电位差存在，所以正常人的S-T段是接近基线的，与基线间的距离一般不超过0.05mm。 P-R段：从P波后半部分起始端至QRS波群起点。这段等待时间是为了让血液充分流至心房，同样，这一段正常人也是接近基线的。 Q-T间期：从QRS波群开始到T波终结相隔的时间，它代表心室肌去极化和复极 化的全过程。正常情况下，Q-T 间期的时间不大于0.04s。 2.2.1 心电信号频域特点 心电信号的频率比较低，正常人的心电频率一般在0.5-100HZ之间。但是心电信号的主要能量集中范围却只在0.5-45HZ之间。RQS波形是心电信号中最容易识别的部分，他占据了很大部分的能量，他的频谱范围集中于10-20HZ之间。其中P波和T波占的主要频率范围在0.5-10HZ之间，S-T段的频率集中在0.2-2HZ。 9