人体心电R波快速识别算法研究

摘 要：心脏在搏动时，在人体的不同部位产生不同的电位，采用心电导联线将这些信号送入放大器放大并记录下来，就形成了心电图，简称ECG。本文根据心电信号的特征，设计了一种基于R波对称性的识别算法，准确快速定位R波。

关键词：心电信号;对称性;R波识别;滤波电路

【中国分类号】TP29;R318 【文献标示码】 B

引言：

基金项目：重庆市教育委员会科学技术研究计划体外反搏装置治疗效果最优控制方法研究资助项目（KJQN201903201）。在识别R波识别和判断方法上，一般有幅值法、频率法、斜率法，在实际检测中，发现这三中方法均存缺陷，出现了误测、漏测现象，因此本文根据QRS的波形对称性，设计一种斜率对称判别法，识别和定位R波，通过大量实验该方法大大减少了R波的误测、漏测现象。

1 心电数据采集处理

该项目使用DSP芯片自带的12位ADC转换模块完成心电数据的实时采集和处理。

TMS20F2812芯片内部自带切换开关和采样/保持器，电压输入大小为0～3V，该项目通过程控放大电路将心电信号的幅度限制在2.5V，心电信号为低频信号，采样率设为500Hz，采用EVB事件管理器的定时器来自动触发数据采集，并把每次采集的数值右移4位。转换结果=（4095）×（输入信号值-ADCLO）/3。

ADC转换按以下步骤进行，①初始化DSP，②设置PIE中断矢量表，③初始化ADC模块，④ ADC中断的入口地址装入中断矢量表并开中断，⑤启动EVA事件1ms定时器，⑥等待ADC中断，⑦ ADC中断中读取ADC转换结果，⑧软件启动下一次中断。

2 心电数据处理和斜率阈值计算

在检测心电信号时存在各种干扰源，主要有电极极化电压引起基线漂移，工频干扰（50Hz），肌电干扰（几百Hz以上），高频干扰，在硬件电路设计时，已经设计了相应电路滤除干扰信号，仍然存在干扰信号，它将直接响应到R波定位結果和识别。该项目设计了软件滤波程序，采用整系数数字带通滤波器。整系数数字带通滤波器是基于R波的频率特性，根据整系数数字滤波器的设计原理而设计的带通滤波器，其目的在于抑制R波之外的信号。

R波斜率阈值计算：在ECG数据滤波后，求斜率，分别求取上升支斜率和下降支斜率最大值，上升支斜率最大值：Rslope_up=max（slope（n）），下降支斜率最大值：Rslope_down=min（slope（n））。则取R波上升支斜率阈最大值的0.3倍作为R波上升段斜率阈值，同样取下降段阈值，该阈值实时更新，算法流程如图2所示。

3 R波标定算法

由于常用的基于差分的R波群检测算法是通过求导运算来提取信号的斜率的，它利用R波高大、陡峭的特点，进一步突出了QRS波，特别是R波。对于干扰严重的信号，它产生误判的原因在于肌电干扰以及跃变干扰同样具有陡峭的跳沿，即具有斜率较大的特征。通过大量心电数据分析发现R波的陡峭是对称的且持续时间在一定范围，这跟干扰有本质的区别，根据这两个特性，本文提出了如图3所示的R波标定算法，该算法在计算心电数据斜率的基础上，搜索R波上升段，上升段搜索后搜索下降段，最后判断上升段和下降段的间隔是否在阈值范围内，从而精确标定R波。

R波快速识别方法步骤：

S1：心电数据预处理，包括低通滤波、高通滤波、50HZ陷波和微分变换;

S2：预设R波上升斜率阈值Rslope_up、下降斜率阈值Rslope_down、下降支与上升支时间间隔阈值Tdown_up;

S3：使用差分法搜索R波上升段特征值，当搜索到连续2个斜率大于Rslope_up时标记R波上升支，记录标记时刻Tr_up;

S4：使用差分法搜索R波下降段特征值，当搜索到连续2个负斜率小于Rslope_down时标记R波下降支，记录标记时刻Tr_down;

S5：计算上升支与下降支时间间隔，当Tr_down - Tr_up在Tdown_up范围内，则R波识别成功。

3.结束语

综上所述，该项目设计了心电R波快速识别算法，该软件算法可以应于心率计算及心律失常分析，具有广泛的应用价值。

4.参考文献：

[1] 林家瑞编著. 微机式医学仪器设计.华中科技大学出版社.2004

[2] 李佳武、张景森、腾峰 定点DSP芯片TMS320F2812实现快速算法应用 国外电子元器件 2005年 3月

作者简介：王政（1988-），男，汉族，重庆市人，助教，研究方向：嵌入式系统设计