医学信息技术导论2.docx

课 程 作 业课程名称：医学信息技术导论（matlab部分）姓 名： 梅世宇 学 号： 201058002 班 级： 电医1001 教 师： 唐洪老师 日 期： 2012年7月12日 一题目搜索MIT-BIH数据库的网络地址（1）下载一例心律失常病人的心电信号（2）下载一例正常人的心电信号（3）利用数据库提供的matlab函数，读取心电信号（4）查阅资料，学习心率变异的概念及应用（5）编写matlab程序对心电信号作图，找出所有R波发生位置（数据中提供了R波的位置），计算出心动周期，画出心率随时间变化的曲线，体会正常心律和异常心律的差异。二原理心电图产生心脏不断进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在循环系统中不断地流动。心脏同生物体地其他组织一样在兴奋过程中产生电位变化。心肌细胞的生物电现象与神经肌肉的生物电现象一样分为静息电位和兴奋时的动作电位。人与哺乳动物的心室肌细胞的静息电位为-90mv。当心肌细胞由静止状态进入兴奋时，即产生动作电位。心肌的动作电位起初迅速上升，跟着是一相当长的周期，在此期间电势最初下降很慢，然后较快，最后恢复到静息电位水平。心脏传导系统主要由窦房结、结间束、房室结、房室束、左右束支以及浦肯野氏纤维构成。心肌动作电位开始于右心房的窦房结，然后沿结间束传至房室结，再传至房室束，沿房室束的左右束支，几乎同时传至两侧心室的全部心内膜后，经浦肯野氏纤维传至心室外膜。由于人体体液是良导体，心脏的每个心动周期所伴随的生物电变化可以传达到身体表面的各个部位。各部分心肌细胞产生的动作电位综合而成的电信号由引导电极从体表或胸腔测得，经放大后显示或描记下来的波形，就是心电图（Electrocardiogram，ECG），它反映了心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化。一般正常人心率为60-100 次/分，心电图的频率范围在0.05Hz100Hz，幅值为10V 5mV。心电波形简介伴随着心脏收缩与舒张，心电波形依次会出现P 波、PR 间隔、QRS 复合波、ST 段、T 波、U 波的周期变化。为了更准确地诊断心血管疾病，最常采用的是标准12导联系统测量。典型的心电图由下列各波组成：P 波：由心房的激动所产生，前一半主要由右心房所产生，后一般主要由左心房所产生；反映左右心房的除极过程。正常P 波的宽度不超过0.11s，最高幅值不超过2.5mm。PR 间隔：从P 波起点到QRS 波群起点的时间间隔。表示从心房去极化到心室开始去极化的电活动过程。正常范围是0.12-0.2s，随着年龄增长而有加长的趋势。QRS 波群：从Q 波开始至S 波终了的时间间期。代表左右心室除极电位变化。正常人最高时限不超过0.1s。ST 段：从QRS 波群的终点到T 波起点的一段。正常人ST 段是接近基线的，与基线间的距离不超过0.05mm。T 波：代表心室除极后复极时所产生的电位影响。T 波在ST 段之后发生，所占时间较长；波形比较低，在R 波为主的心电图上，T 波不应低于R 波的1/10。心电研究的应用心脏的活动状态除了反映在心律上，更主要是通过 ECG 中P、QRS、和T 形波以及它们的各种ST 段的参数、RR 间期、PP 间期、PR 间期、QT 间期（幅度、宽度、斜率等）反映。ECG 信号分析，重要的是进行ECG 信号的特征点参数提取和特征波形段的识别和定位，这是ECG 分析诊断系统的关键，其准确性、可靠性的好坏决定着诊断与治疗心脏病患者的效果，乃至挽救病人生命的成败。利用计算机辅助医生进行ECG 分析，能够帮助医生准确高效诊断，提高诊断的可靠性。自动检测为心电自动诊断系统提供准确的各项参数数据，心电检测主要集中在QRS 波检测，P 波检测，T 波检测。QRS 波检测是ECG 检测中的首要问题， QRS 波检测不仅是心律失常的重要依据，而且只有在QRS 波确定以后才能分析ECG的其它细节信息。精确定位 R 波再进一步用算法判定QRS 复合波群的起始点和终点。常用的R峰检测方法有幅度法、斜率法、面积法、阈值法、小波变换法。两种或多种的方法结合的QRS 检测方法是当今的趋势。心电自动检测与分析的研究，也已经有了一些相对比较成熟的方法。可以考虑先试用一些相对简单的算法，得到一定的检测结果，在此基础之上，再实现比较复杂效果更好的算法。目前，心电检测在进一步提高信号的检测率、准确率以及使得分析诊断系统小型化更加智能化方面仍有大量的研究空间。总的来QRS 波检测的途径可以分为硬件检测和软件检测。physionet 心电数据库PhysioBank 包含供生物医学研究用的生理信号数据存档/MIT-BIH Arrhythmia Database 心率失常数据库.MIT-BIH ST Change Database ST变化数据库MIT-BIH Supraventricular Arrhythmia Database 前心室心率失常数据库MIT-BIH Long-Term Database 长时间心电数据库European ST-T Database 欧洲ST-T 数据库MIT-BIH Normal Sinus Rhythm Database 正常窦性心律数据库PhysioToolkit 包含生理信号分析和处理的开放源代码的软件库/physiotools/wfdb-windows-quick-start.shtml数据库中心电数据格式、标注格式、头文件格式：心电数据库包含的就是心电数据记录的集合。每一条记录，以记录名称标识。大多数情况下，一条记录包含至少三个文件，分别是以记录名称为文件名，后面接不同的后缀，不同的后缀表明文件的不同类型。如对于MIT-BIH 心律失常据库（MIT-BIH Arrhythmia Database）中的记录100，有三个文件100.dat，100.hea , 100.atr 均是该条记录的文件。头文件(.hea)是短的文本文件，长度为100字节左右，包含记录的一般的信息，如导联信息、采样频率、记录长度、数据文件格式、病人年龄、性别、用药情况病情简述等等;数据文件(.dat)记录了A/D 变换后心电图的数据，采用212 格式存储，即3 个字节存储2 个采样点的数据;注释文件(.atr)记录了专家们人工对各个心电波形的标注结果，用于校验算法有效性和准确程度。三程序Abnormal.mPATH= C:UsersAdministratorDesktopmatlab重新整合02心率失常数据; % path, where data are saved HEADERFILE= 800.hea; % header-file in text formatATRFILE= 800.atr; % attributes-file in binary formatDATAFILE=800.dat; % data-fileSAMPLES2READ=500; % number of samples to be read % in case of more than one signal: % 2*SAMPLES2READ samples are read%- LOAD HEADER DATA -fprintf(1,n$ WORKING ON %s .n, HEADERFILE);signalh= fullfile(PATH, HEADERFILE);fid1=fopen(signalh,r);z= fgetl(fid1);A= sscanf(z, %*s %d %d %d,1,3);nosig= A(1); % number of signalssfreq=A(2); % sample rate of dataclear A;for k=1:nosig z= fgetl(fid1); A= sscanf(z, %*s %d %d %d %d %d,1,5); dformat(k)= A(1); % format; here only 212 is allowed gain(k)= A(2); % number of integers per mV bitres(k)= A(3); % bitresolution zerovalue(k)= A(4); % integer value of ECG zero point firstvalue(k)= A(5); % first integer value of signal (to test for errors)end;fclose(fid1);clear A;%- LOAD BINARY DATA -if dformat= 212,212, error(this script does not apply binary formats different to 212.); end;signald= fullfile(PATH, DATAFILE); % data in format 212fid2=fopen(signald,r);A= fread(fid2, 3, SAMPLES2READ, uint8); % matrix with 3 rows, each 8 bits long, = 2*12bitfclose(fid2);M2H= bitshift(A(:,2), -4);M1H= bitand(A(:,2), 15);PRL=bitshift(bitand(A(:,2),8),9); % sign-bitPRR=bitshift(bitand(A(:,2),128),5); % sign-bitM( : , 1)= bitshift(M1H,8)+ A(:,1)-PRL;M( : , 2)= bitshift(M2H,8)+ A(:,3)-PRR;if M(1,:) = firstvalue, error(inconsistency in the first bit values); end;switch nosigcase 2 M( : , 1)= (M( : , 1)- zerovalue(1)/gain(1); M( : , 2)= (M( : , 2)- zerovalue(2)/gain(2); TIME=(0:(SAMPLES2READ-1)/sfreq;case 1 M( : , 1)= (M( : , 1)- zerovalue(1); M( : , 2)= (M( : , 2)- zerovalue(1); M=M; M(1)=; sM=size(M); sM=sM(2)+1; M(sM)=0; M=M; M=M/gain(1); TIME=(0:2*(SAMPLES2READ)-1)/sfreq;otherwise % this case did not appear up to now! % here M has to be sorted! disp(Sorting algorithm for more than 2 signals not programmed yet!);end;clear A M1H M2H PRR PRL;fprintf(1,n$ LOADING DATA FINISHED n);%- LOAD ATTRIBUTES DATA -atrd= fullfile(PATH, ATRFILE); % attribute file with annotation datafid3=fopen(atrd,r);A= fread(fid3, 2, inf, uint8);fclose(fid3);ATRTIME=;ANNOT=;sa=size(A);saa=sa(1);i=1;while i=saa annoth=bitshift(A(i,2),-2); if annoth=59 ANNOT=ANNOT;bitshift(A(i+3,2),-2); ATRTIME=ATRTIME;A(i+2,1)+bitshift(A(i+2,2),8)+. bitshift(A(i+1,1),16)+bitshift(A(i+1,2),24); i=i+3; elseif annoth=60 % nothing to do! elseif annoth=61 % nothing to do! elseif annoth=62 % nothing to do! elseif annoth=63 hilfe=bitshift(bitand(A(i,2),3),8)+A(i,1); hilfe=hilfe+mod(hilfe,2); i=i+hilfe/2; else ATRTIME=ATRTIME;bitshift(bitand(A(i,2),3),8)+A(i,1); ANNOT=ANNOT;bitshift(A(i,2),-2); end; i=i+1;end;ANNOT(length(ANNOT)=; % last line = EOF (=0)ATRTIME(length(ATRTIME)=; % last line = EOFclear A;ATRTIME= (cumsum(ATRTIME)/sfreq;ind= find(ATRTIME DISPLAYING DATA FINISHED n);% -fprintf(1,n$ ALL FINISHED n);t_abnormal=diff(ATRTIMED); %差分方程计算出心动周期T_abnormal=mean(t_abnormal);D=60./t_abnormal;len=length(ATRTIMED); %R波次数 画出心率随时间变化图pause(1);figure,pl