论文总字数：18391字

摘 要

在现代医学中，心电信号的心率变异性信号在临床实践中往往是不可或缺的一部分，其中所包含的信息在心脏疾病方面的的预防及治疗等方面都有着相当大的作用。R波提取是心率变异性研究中最为重要的环节之一，本文将利用两种方法，即形态学双重阈值法及差分阈值法对R波进行提取。形态学双重阈值法在心电信号的预处理阶段，采用滑窗均值滤波与形态学滤波相结合的方式校正基线漂移、去除了高频噪声。在特征提取阶段，利用峰值检测与角度检测相结合的方式，并通过设置双重阈值来检测R波，大大提高了对R波的识别率。本文所采用另一种R波提取则基于差分阈值法，可以基于斜率、幅度和宽度的数字分析可靠地识别QRS波群，并通过一个特殊的数字带通滤波器减少了由ECG信号中存在的各种类型的干扰引起的错误检测，该滤波器通过使用低阈值，从而提高了检测的灵敏度。使用该算法可以不断地根据实际情况对阈值的参数进行调整，以适应QRS波群的位置及心率等ECG变化。本文对两种方法的准确度进行了比较，并基于差分阈值法对六种HRV指标进行计算。

关键词：心率变异性；形态学；R波提取；差分阈值法

Study on heart rate variability based on ecg signals

Abstract

In modern medicine, the heart rate variability signal of ECG signal is often an indispensable part in clinical practice, and the information contained in it plays a significant role in the prevention and treatment of heart disease. R wave extraction is one of the most important aspect of heart rate variability in the study, this article will use the two methods, namely the morphology of dual threshold method and differential threshold method to extract the R wave. In the preprocessing stage of ecg signal with morphology double threshold method, the combination of sliding window mean filtering and morphology filtering is adopted to correct baseline drift and remove high-frequency noise. In the feature extraction stage, peak detection and Angle detection are combined, and a double threshold is set to detect the R wave, which greatly improves the recognition rate of the R wave. This paper adopted by another R wave extraction is based on difference threshold method, can be based on the analysis of slope, the amplitude and width digital reliably identify QRS complex, and through a special digital band-pass filter reduced by ECG signals of various types of interference caused by the error detection, the filter by using a low threshold, so as to improve the detection sensitivity. The algorithm automatically adjusts threshold and parameters periodically to adapt to ECG changes such as QRS morphology and heart rate. In this paper, the accuracy of the two methods is compared, and six HRV indexes are calculated based on the difference threshold method.

Key words: HRV ; morphology; R wave extraction; Difference threshold method;

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 引言 1

1.1 课题研究的意义 1

1.2 心电信号和心率变异信号的研究及分析方式 1

1.2.1 心电信号和心率变异信号的生理基础 1

1.2.2 心电信号和心率变异性研究现状 2

第2章 基于差分阈值法的心电信号R波检测方法 3

2.1 ECG噪声产生的原因与特性 3

2.2 基于差分阈值法的心电信号R波提取算法 3

2.2.1 差分阈值法的心电滤波器 3

2.2.2 基于差分阈值法的心电信号处理 4

2.3 差分阈值法的Matlab仿真 7

2.3.1 基于差分阈值法的Matlab仿真图像展示 7

2.3.2 基于差分阈值法的R波提取准确率的统计 9

第3章 基于形态学双重阈值法的心电信号R波检测方法 10

3.1 形态学滤波的原理和优势 10

3.2 基于形态学双重阈值法的心电信号R波提取算法 10

3.2.1 基于形态学的心电信号滤波 10

3.2.2 形态学双重阈值法的心电信号处理 12

3.3 形态学双重阈值法的R波定位及Matlab仿真 15

3.3.1 基于形态学双重阈值法的Matlab仿真图像展示 15

3.3.2 基于基于形态学双重阈值法的R波提取准确率的统计 16

第4章 HRV参数的计算 18

4.1 HRV部分统计法指标及其定义 18

4.2 基于Matlab的部分HRV指标 18

第5章 总结与致谢 20

5.1 总结 20

5.2 致谢 20

参考文献 21

第1章 引言

1.1 课题研究的意义

近年来关于心血管疾病的调查表明我国在这类疾病的防治上都取得了不错的成绩，但依旧面临着诸多挑战。从大方向来说，全国的心血管病患病率和死亡率依然有着向上趋势。根据现有数据分析中国心血管病现病患人数约为2.9亿，每年的死亡人数中单单因为心血管疾病的人数就超过了4成，远远大于癌症等。本世纪初开始直到现在，心血管病治疗的需求日益增大，逐渐形成了一个急需解决的社会性的问题。

心电信号（Electrocardiogram，ECG），学者们早在上个世纪就开始对它信号研究及应用于临床医学。ECG信号是人体心脏活动的重要表达方式，从心电信号中我们可以找到心脏中出现的一系列点变化，从一定程度上可以看出心脏的健康状态。

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