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《兰州理工大学》 2012年
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心电波形检测与心率变异性分析方法研究

董红生  
【摘要】:心电信号和心率变异信号蕴含着丰富的心脏及其神经系统活动信息,对这些信息的提取和处理在心脏疾病的预防、诊断和治疗等方面具有重要的意义。论文在前人研究成果的基础上,开展了心电信号预处理、心电特征波检测及心率变异性分析的研究工作。 本文简要阐述了ECG信号及HRV信号的生理机理、典型特征信息及其临床诊断意义,综述了目前心电信号预处理、心电特征波形识别及特征信息提取、HRV信号分析的国内外研究现状。针对典型的ECG和HRV分析方法存在的一些不足,采用新的信号分析手段,在改进和创新ECG和HRV分析方法上进行了研究尝试,取得了一些有价值的研究成果,对于开发研制新型心电分析系统有重要意义。论文主要的研究成果包括以下几个方面: 1)针对小波变换的阀值去噪易在心电信号的Q、S波处出现Gibbs振荡现象及消除基线漂移时可能导致T波、ST段波形形态失真的问题,提出了将平稳小波变换和自适应滤波方法相结合的一次性ECG消噪方法。算法在低尺度分量上通过阈值去噪方法滤除心电的工频和肌电等干扰,在高尺度分量上引入自适应滤波算法滤除基线漂移,重构后很好地保持了ECG的波形形态,达到了一次性消噪的目的。仿真实验表明算法有效地克服了Gibbs震荡现象,降低了心电信号T波、ST段波形滤波后的失真度,为提取准确的心电特征信息奠定了基础。 2)提出了非线性能量算子和小波分解相结合的R波检测算法。该算法采用Marr小波为基本小波,通过检测3尺度分量的极值点标定R波的位置,既有效地抑制了噪声干扰的影响,又克服了传统样条小波变换R波检测需定位过零点的不便。对3尺度分量引入平滑非线性能量算子运算,突出了R波尖峰,抑制了高大T波、大P波对R检测的影响,与传统小波变换的R波检测算法相比,算法的检测率高、抗干扰能力强、计算量小、实时性好,对MIT-BIH的心律失常数据库的实际心电数据的仿真实验表明了算法的有效性。 3)提出了基于Hilbert时频谱的HRV信号的时频分析方法。通过分析不同生理病理状况下HRV信号的Hilbert时频谱的差异,依据短时程HRV信号的频域指标,在不同生理频带上绘制Hilbert能量棒形图,提取了各频带能量特征作为定量评价心率变异性的时频特征,分析了心率改变和时频特征的相关性,指出心率改变是HRV信号分析应考虑的一个重要因素。通过对年轻人和老年人、健康人和心衰病人样本数据的统计分析表明提取的时频特征有很好的区分性能,准确地反映了心脏的交感和迷走神经系统的调控作用及受损状况。 4)采用改进的HHT分析方法对室速或室颤事件的发生进行预测分析。首先,将心脏复律除颤器存储的室速或室颤事件发作前的RR间期序列变换为瞬时心率信号,利用小波包变换将其预分解为几个窄带信号,然后对各窄带分量信号进行EMD分解,通过相关性阈值判别剔除虚假模态分量后获取瞬时心率信号的Hilbert边际谱,并提取各生理频段幅值特征作为室速或室颤事件预测特征。仿真实验表明室速或室颤事件发作前瞬时心率信号的高频、甚高频幅值及总幅值较正常窦性心率信号显著升高,而低高频幅值比显著降低。提示室速或室颤事件发作前心脏交感和迷走神经活动均有所增强,以迷走神经活动增强更为显著,引起心脏自主神经系统调节失衡。统计分析结果显示改进的HHT方法谱特征的区分性能明显优于传统的HHT方法。 5)提出了HHT的边际谱熵及能量谱熵的概念及分析方法。通过对混有不同程度白噪声的常规信号和混沌时间序列复杂性的分析,显示出边际谱熵和能量谱熵在刻画信号复杂度变化、抗脉冲干扰性能优于传统复杂度和熵分析方法,应用于年轻人、老年人及房颤病人的HRV信号分析,两种频域谱熵能从HRV信号中敏感地检测出生理和病理状态的变化,分析性能优于传统的功率谱熵的方法。 6)提出了基于分频段Hilbert时频谱熵的HRV信号的分析方法。通过提取不同生理频段的Hilbert谱熵作为心率变异性的特征评价指标。Hilbert谱熵特征反映了HRV信号能量在时频域分布的不确定性,而按频段适当分离各种生理因素的Hilbert谱熵和不同的生理病理机理联系紧密,有利于表征心脏自主神经系统的调控规律。通过对年轻人、老年人及房颤病人和健康人、充血性心力衰竭病人的HRV信号的仿真分析表明,算法有效地区分了各样本组,准确反映了不同生理病理状况下的心脏交感神经和迷走神经调节的变化规律。 论文最后对课题的研究工作进行了总结,并对今后研究提出了设想。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN911.23

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【引证文献】
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1 陈颖昭;高跃明;甘振华;李仁贵;李秀翔;杜民;;基于STM32的便携式家用心电检测仪的设计[J];电子技术应用;2013年09期
2 齐建兴;;温阳通滞对可乐定造成大鼠缓慢性心律失常的影响[J];中国中医药现代远程教育;2014年16期
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1 马玉润;ECG预处理与QRS波群检测技术研究[D];兰州大学;2013年
2 张少华;基于STM32和FPGA双处理器架构的心电监护系统设计[D];兰州大学;2013年
3 彭保基;基于蓝牙及Android的便携式心电仪的设计与实现[D];吉林大学;2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 范宝林,彭屹;小波变换用于心电信号消噪及QRS波检测的研究进展[J];北京生物医学工程;2005年02期
2 王步青;王卫东;;心率变异性分析方法的研究进展[J];北京生物医学工程;2007年05期
3 王磊,郑崇勋,叶继伦,刘峰;一种高效的QRS波实时检测方法[J];北京生物医学工程;1998年04期
4 陈平;李庆民;赵彤;;瞬时频率估计算法研究进展综述[J];电测与仪表;2006年07期
5 李宏坤;张志新;马孝江;王珍;;基于Hilbert谱熵的柴油机故障诊断方法研究[J];大连理工大学学报;2008年02期
6 邹红星,周小波,李衍达;时频分析:回溯与前瞻[J];电子学报;2000年09期
7 高鹰,谢胜利;一种变步长LMS自适应滤波算法及分析[J];电子学报;2001年08期
8 高清维,李海鹰,庄镇泉,王涛;基于平稳小波变换的心电信号噪声消除方法[J];电子学报;2003年02期
9 盖强,张海勇,徐晓刚;Hilbert-Huang变换的自适应频率多分辨分析研究[J];电子学报;2005年03期
10 金梁,殷勤业,姚敏立;瞬时频率和时频分布[J];电子科学学刊;1998年05期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 盖强;局域波时频分析方法的理论研究与应用[D];大连理工大学;2001年
2 周群一;ECG心拍建模与分析识别[D];浙江大学;2004年
3 万相奎;心电信号分析与虚拟式心电自动分析仪的开发[D];重庆大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 杨林;心率变异性信号频域及人工神经网络分析[D];华中科技大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘艳丽;;基于形态滤波的人体脉搏信号去噪处理[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年05期
2 陈平;刘微微;;基于熵权理论的工程施工风险评价[J];安徽建筑;2010年06期
3 苏恒强;陈桂芬;朱春娆;孙杨;;熵权系数法在土壤环境质量评价中的应用[J];安徽农业科学;2010年25期
4 常广;鄢素云;王毅;;零相位数字滤波器在非平稳信号处理中的应用[J];北京交通大学学报;2011年06期
5 赵冬青;;HHT在发动机实验数据处理中的应用[J];车辆与动力技术;2011年02期
6 崔旭涛;杨日杰;何友;;基于DSP信号处理系统的自适应滤波器[J];兵工自动化;2010年01期
7 屈建社;陈勇;古康;黄鹏;;快速小波变换在非平稳振动信号分析及实现[J];兵工自动化;2010年07期
8 杜修力;何立志;侯伟;;基于经验模态分解(EMD)的小波阈值除噪方法[J];北京工业大学学报;2007年03期
9 杜修力;何立志;;经验模态分解(EMD)中边界处理的新方法[J];北京工业大学学报;2009年05期
10 张磊,刘永光,付永领,何琳;基于在线频率估计的自适应反馈主动隔振技术[J];北京航空航天大学学报;2005年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张佑春;王平;张公永;;基于D-S证据理论和神经网络的信息融合方法及应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 郭晓霞;杨慧中;;基于多阈值的小波包去噪[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 ;Research on Denoising Algorithm for ECG Signals[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 张博闻;祁炜;杨冬;唐小程;宋执环;;基于EMD的频率族分离法在滚动轴承故障诊断中的应用[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 韩挺挺;陈彦;徐平;;基于LabVIEW的起落架力学参数采集分析系统[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
6 秦毅;秦树人;毛永芳;;正交经验模态分解及其快速实现[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
7 黄建军;谢维信;;一种直角可分的二维最佳数字滤波器[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
8 黄知涛;郑恒;姜文利;周一宇;;基于循环平稳建模的信号检测方法[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
9 盛蔚;毛士艺;袁运能;杨晨阳;;一种时频二维信号分析方法及其在合成孔径雷达检测多个运动目标中的应用[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
10 蔡栋;李满春;陈振杰;魏巍;胡伟;;基于信息熵的城市边缘区的界定方法研究——以南京市为例[A];中国测绘学会第九次全国会员代表大会暨学会成立50周年纪念大会论文集[C];2009年
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1 范迪;沉渣厚度超声检测信号处理技术研究及应用[D];山东科技大学;2010年
2 魏海霞;爆破地震波作用下建筑结构的动力响应及安全判据研究[D];山东科技大学;2010年
3 蔡智富;脉压雷达信号的识别与参数估计算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
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7 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 张之猛;水声信号处理中的盲解卷积技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 刘文海;水下被动目标瞬态特征检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 项建弘;基于空时自适应处理的GPS调零技术应用研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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1 高昌鑫;Hilbert-Huang变换改进算法及其在齿轮箱故障诊断中的应用研究[D];河南理工大学;2010年
2 张亮;基于小波变换与希尔伯特黄变换的心音信号分析[D];山东科技大学;2010年
3 刘隆吉;便携式动态心电监护系统研究[D];山东科技大学;2010年
4 赵云;心律失常的心电监护与辅助诊断系统[D];郑州大学;2010年
5 胡玥;远程监护系统心电信号特征快速提取方法研究[D];郑州大学;2010年
6 李海燕;体外自动除颤仪心电信号处理方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 游文婷;基于谱相关的通信和雷达信号识别方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 佟祉谏;Alpha稳定分布噪声环境下基于相关熵的时延估计算法研究[D];大连理工大学;2010年
9 巩俊;语音信号欠定盲源分离技术的研究[D];大连理工大学;2010年
10 马丽娜;基于脉搏波的无创动脉硬化检测研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王林泓,杨浩;心电信号处理中滤波器设计的研究[J];北京生物医学工程;2002年03期
2 胡鹏,张永红,张菊鹏,白净;基于小波变换的心律失常判别算法[J];北京生物医学工程;2003年01期
3 张涛;左谨平;马华玲;;FatFs在32位微控制器STM32上的移植[J];电子技术;2010年03期
4 高清维,李海鹰,庄镇泉,王涛;基于平稳小波变换的心电信号噪声消除方法[J];电子学报;2003年02期
5 纪跃波,秦树人,汤宝平;零相位数字滤波器[J];重庆大学学报(自然科学版);2000年06期
6 张文忠,许仕纳;窦性心动过缓临证治疗体会[J];福建中医学院学报;1997年01期
7 胡笑容;江洪;温华知;鲁志兵;崔博;赵冬冬;黄从新;;迷走神经刺激对大鼠缺血性心律失常的影响及其机制[J];武汉大学学报(医学版);2008年05期
8 刘建东,赵刃,张广增,张亚玲;温阳悸安胶囊治疗缓慢性心律失常192例临床观察[J];河北中医;2000年10期
9 于姣;曲波;;心电信号处理中的数字滤波器的设计[J];信息技术;2009年05期
10 胡大一;丁荣晶;;转变理念,重视做实我国心血管疾病的预防[J];郑州大学学报(医学版);2008年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 姚成;心电信号智能分析关键技术研究[D];吉林大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王金亮;心电信号的预处理及R波检测的研究[D];山东大学;2011年
2 武利珍;基于STM32的便携式心电图仪的设计与实现[D];杭州电子科技大学;2009年
3 王余涛;基于嵌入式系统的便携式心电监护系统的研制[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 张岩;基于FPGA的心电信号自动诊断技术研究[D];河北工业大学;2011年
5 陈鎏;基于DSP的心电信号采集和分析系统[D];西北工业大学;2007年
6 于姣;基于LPC2368的心电信号的检测与分析[D];苏州大学;2009年
7 刘媛;便携式心电信号分析检测仪[D];河北工业大学;2010年
8 袁海洋;心电实时监护算法及监护系统研究[D];云南大学;2010年
9 刘莉;心电信号检测及自动分析技术研究[D];兰州大学;2012年
10 李莹;基于FPGA携带式心电异常预警系统的设计与实现[D];兰州大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王继成;吕维雪;;基于符号神经网络的心脏疾病自动诊断[J];北京生物医学工程;1993年03期
2 陆英北,张增芳,蔡坤宝;基于小波变换的心电信号基线矫正方法[J];北京生物医学工程;2000年04期
3 高虹,吕扬生,万柏坤,曹玉珍;基于DSP实现ECG信号的小波变换[J];北京生物医学工程;2002年02期
4 王文,孙世双,周勇;基于小波变换的心电图QRS波群检测方法研究[J];北京生物医学工程;2002年04期
5 胡鹏,张永红,张菊鹏,白净;基于小波变换的心律失常判别算法[J];北京生物医学工程;2003年01期
6 夏恒超,詹永麒,陈旭华;基于小波变换和波形信息的P波检测方法[J];北京生物医学工程;2003年01期
7 罗小刚,彭承琳,郑小林,郭兴明;ECG信号小波变换与峰谷检测算法的研究[J];北京生物医学工程;2003年03期
8 范宝林,彭屹;小波变换用于心电信号消噪及QRS波检测的研究进展[J];北京生物医学工程;2005年02期
9 万相奎,秦树人,梁小容,叶顺流;小波变换在心电信号特征提取中的应用[J];北京生物医学工程;2005年06期
10 吴宝明,李刚,朱凌云,朱新建,阎庆广,卓豫;移动远程心电监护系统监护中心的设计[J];北京生物医学工程;2005年06期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 盖强;局域波时频分析方法的理论研究与应用[D];大连理工大学;2001年
2 赵瑞珍;小波理论及其在图像、信号处理中的算法研究[D];西安电子科技大学;2001年
3 赵淑红;时频分析方法及其在地震数据处理中的应用[D];长安大学;2006年
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1 卫俊平;时频分析技术及应用[D];西安电子科技大学;2005年
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