matlab心电监测与系统—软件部分(开题报告)解读

毕业论文 设计 开题报告 题目 心电监测与分析系统 软件部分 学院 专业 年级 姓名 指导教师 职称 1 本选题的理由及意义 随着社会的进步和科学技术的不断发展 人们对生活质量的要求也越来越高 健康 状况已成为社会关注的焦点 心脏疾病是造成人类死亡的三大疾病 心脏病 脑血管病 和癌症 之一 长期以来 对心脏病的研究一直是医学界的一个主要课题 目前出现了 很多无创伤性早期诊断手段 在众多心脏功能评估方法中心电图是应用最成熟 最普及 的检查方法 心电图是各种心血管疾病检查中必不可少的数据信息 它对于心律失常 心肌缺血以及心肌肥厚等心血管疾病的诊断具有非常重要的意义 由于其简单 方便 无创等特点 在临床上得到了广泛的应用 生物医学信号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 作为一种对判断人体生命状况及其重要的生理信号 处理心电信号就显 得很有必要 尤其在临床诊断上的应用 应用计算机分析心电信号 已经越来越广泛的 用于心脏功能检查 心电监护等方面 而心电分析中的首要关键问题是 QRS 波的检测 可靠的检测不仅是诊断心律失常的重要依据 而且只有在 QRS 波确定之后 有可能计 算心率并进行心率变异分析 才能检测 ST 段的参数和分析心电的其它细节信息 进行 全面综合分析 才能对心脏的功能结构做出正确的判断 在临床上 分析心电信号 可以确诊心肌梗塞及急性冠状动脉供血不足 协助诊断 慢性冠脉供血不足 心肌炎 心肌病及心包炎 判定有无心房 心室肥大 从而协助某 些心脏病的病因学诊断 观察某些药物对心肌的影响 此外 对某些电解质紊乱 心电 信号不仅有助于诊断 还可以对指导治疗有重要参考价值 2 需要重点研究的关键问题及解决问题的思路 关键问题一 人体心电信号有哪些特点 关键问题一 人体心电信号有哪些特点 心电信号属于生物医学信号 因此具有以下特点 信号具有近场检测的特点 离开人体表微小的距离 就基本上检测不到信号 心电信号通常比较微弱 至多为 mV 量级 属于低频信号 且能量主要在几百赫兹以下 干扰特别强 干扰既来自生物体内 如肌电干扰 呼吸干扰等 也来自生物体外 如工 频干扰 信号拾取时因不良接地等引入的其它外来串扰等 干扰信号与心电信号本身频带重叠 如工频干扰等 关键问题二 如何正确分析心电图 要分析什么 关键问题二 如何正确分析心电图 要分析什么 主要分析心电信号中不同波峰波谷的幅值 时间间隔 主要分析心电信号中不同波峰波谷的幅值 时间间隔 心电图主要有心电图主要有 P Q R QRS T ST 波和波和 PR QT RR 间期组成 间期组成 P 波 代表心房肌除极的电位变化 正常人 P 波时间一般小于 0 12s P 波振幅在肢 体导联一般小于 0 25mV 胸导联一般小于 0 2mV P 波的形态在大部分导联上一般呈 钝圆形 有时可能有轻度切迹 心脏活动起源于窦房结 因此心房除极的综合向量是指 向左 前 下的 所以 P 波方向在 aVF V4 V6 导联向上 aVR 导联向下 其 余导联呈双向 倒置或低平均可 Q 波 除 aVR 导联外 正常人的 Q 波时间小于 0 04s Q 波振幅小于同导联中 R 波的 1 4 正常人 V1 V2 导联不应出现 Q 波 但偶尔可呈 QS 波 R 波 正常人 R 峰时间在 V1 V2 导联不超过 0 04s 在 V5 V6 导联不超过 0 05s 过去称为类本位曲折时间或室壁激动时间 指 QRS 起点至 R 波顶端垂直线的间距 如 有 R 波 则应测量至 R 峰 如 R 峰呈切迹 应测量至切迹第二峰 QRS 波群 代表心室肌除极的电位变化 正常成年人 QRS 时间小于 0 12s 多数在 0 06 0 10s 正常人 V1 V2 导联多呈 rS 形 V1 的 R 波一般不超过 1 0mV V5 V6 导 联 QRS 波群可呈 qR qRs Rs R 型 且 R 波一般不超过 2 5mV 正常人胸导联的 R 波自 V1 V6 逐渐增高 S 波逐渐变下 V1 的 R S 小于 1 V5 的 R S 大于 1 在 V3 或 V4 导联 R 波和 S 波的振幅大体相等 在肢体导联 导联的 QRS 波群在没有 电轴偏移的情况下 其主波一般向上 aVR 导联的 QRS 波群主波向下 可呈 QS rS rSr 或 Qr 型 aVL 与 aVF 导联的 QRS 波群可呈 qR Rs 或 R 型 也可呈 rS 型 导联的 R 波小于 1 5mV aVL 导联的 R 波小于 1 2mV aVF 导联的 R 波小于 2 0mV 6 个肢体导联的 QRS 波群振幅 正向波与负向波振幅的绝对值相加 一般不应 都小于 0 5mV 6 个胸导联的 QRS 波群振幅 正向波与负向波振幅的绝对值相加 一般 不应都小于 0 8mV 否则称为低电压 T 波 代表心室快速复极时电位变化 ST 段 自 QRS 波群的终点至 T 波起点间的线段 代表心室缓慢复极过程 正常的 ST 段多为一等电位线 有时亦可有轻微的偏移 但在任一导联 ST 段下移一般不超过 0 05mV ST 段上抬在 V1 V2 导联一般不超过 0 3mV V3 不超过 0 5mV 在 V4 V6 导 联及肢体导联不超过 0 1mV PR 间期 从 P 波的起点至 QRs 波群的起点 代表心房开始除极的时间 心率在正常 范围时 PR 间期为 0 12 0 20s 在幼儿及心动过速的情况下 PR 间期相应缩短 在老 年人及心动过缓的情况下 PR 间期可略延长 但不超过 0 22s QT 间期 指 QRS 波群的起点至 T 波终点的间距 代表心室肌除极和复极全过程所需 的时间 心率在 60 100 次 分时 QT 间期的正常范围为 0 32 0 44s QT 间期长短与心 率的快慢密切相关 心率越快 QT 间期越短 反之则越长 RR 间期 代表从一次心室除极化开始到下一次心室除极化开始所需要的时间 关键问题三 如何提取心电特征 关键问题三 如何提取心电特征 传统的心电信号特征点提取方法主要采用线性滤波器法 该法处理的速度快 也比 较易于实现 但由于心电信号的频率变异性使得该法在准确性方面比较有限 随着小波 理论的发展 运用小波方法对心电信号特征点进行提取成为了主流 但这些方法在阈值 确定上较烦琐 而且由于受锢于二进小波变换的尺度只能是按 2 的整次幂取值 使得在 特征点提取时所选的尺度并非最优 这也导致二进小波方法检测的准确度有限 所以在 此提出一种基于连续小波变换的特征提取方法 采用和 QRS 波形态相似的 Mexican hat 小波为母小波 经过小波变换后 心电信号特征点对应着小波变换模极值点 而由 于连续小波变换在尺度取值时选取非二进尺度 从而跳出了二进小波变换的尺度只能是 按 2 的整次幂取值的限制 有利于选取适合特征点提取的最佳尺度 这些都给心电信号 检测带来了可靠性保证 关键问题四 如何根据心电特征点来分析心脏是否正常 若不正常可能是何种疾病 关键问题四 如何根据心电特征点来分析心脏是否正常 若不正常可能是何种疾病 1 心房肥大 分为左 右心房肥大或双心房肥大 心电图特点为 P 波异常 多见于慢 性肺源性心脏病 风湿性二尖瓣狭窄或各种病因所致心房肌增厚 房腔扩大 2 心室肥大 分为左 右心室肥大或双心室肥大 心电图特点为 QRS 波异常 多见于 风湿性心脏病 慢性肺源性心脏病 先天性心脏病 高血压病或各种病因所致的心室肌 增厚 心室腔扩大 3 心肌缺血 心电图特点为 ST 段和 T 波异常 简称 ST T 改变 见于慢性冠状动脉 供血不足 心绞痛发作等 4 心肌梗死 分为急性期和陈旧期 急性心肌梗死的心电图特点为 QRS 波 ST T 显 著改变 陈旧性心肌梗死的 ST T 多恢复正常 仅遗留坏死性 Q 波 5 心律失常 正常人的心律为窦性心律 节律均衡 频率为每分钟 60 100 次 如果 心脏激动的起源窦房结或传导系统出现异常 就发生了心律失常 6 窦性心律失常 窦性心率每分钟超过 100 次为窦性心动过速 常见于运动或精神紧 张 发热 甲亢 贫血和心肌炎等 窦性心率每分钟低于 60 次为窦性心动过缓 常见 于甲低 颅内高压 老年人和部分药物反应 窦性心律不齐的心电图特点为 P R 间期异 常 临床意义不大 7 期前收缩 简称早搏 是指先于正常心动周期出现的心脏搏动 之后常出现长间歇 称为代偿间歇 分为房性 交界性和室性三种 心电图表现为 P 波 QRS 波和 ST T 改变 有完全性或不完全性代偿间歇 偶发的期前收缩可见于正常人 但频发的室性早 搏或形成二联律 三联律多见于多种心脏疾病 8 异位心动过速 分为阵发性和非阵发性两类 又分为室上性或室性心动过速 除频 率快 节律不齐外 前者心电图形态多正常 后者 QRS 波宽大畸形 多见于器质性心 脏病 非器质性心脏病也可出现 9 扑动与颤动 分为心房和心室两大类 心房扑动与颤动为频率在每分钟 250 600 次 的异位节律 P 波消失 代之以异常的 F 波 多见于老年心脏退行性改变 高血压病 冠心病 肺心病 甲亢等 心室扑动与颤动属恶性心律失常 患者有生命危险 必须争 分夺秒地抢救 3 创新点及实践价值 动态心电 Holter 系统 Dynamic Electrocardiography DCG 即便携式动态心电监护仪 是 1949 年美国科学家 Norman J Holter 首创 故也称 Holter 系统 可连续记录 24 小时 心电活动的全过程 包括休息 活动 进餐 工作 学习和睡眠等不同情况下的心电图 资料 能够发现常规 ECG 不易发现的心律失常和心肌缺血 是临床分析病情 确立诊 断 判断疗效重要的客观依据 本课题结合生物医学工程研究所心电课题小组低成本 低功耗 便携式动态心电 Holter 系统的设计和研制 本文针对便携式 Holter 前期所采集到的人体心电数据 采用目前国 际上热门的心电分析技术 设计出准确稳定可靠的动态心电信号自动分析软件系统 该 系统包括对前端采集到的 Holter 心电数据的显示和分析二个模块 研究快速稳定准确的 波形特征点提取算法 并主要对心率不齐 HRV 做了较详细的研究 为了满足广大用户 的需要 该系统采用了 VC 6 0 开发平台 设计出简单易操作的用户界面 本设计具 有便携式 低功耗 低成本 实时性好 诊断准确的特点 使病人 24 小时得到良好的 心电监护 有着较广阔的实际应用前景和研究价值 4 完成本选题所需的工作条件 如资料 工具书 计算机设计绘图 实验 调研 及解 决办法 工具 工具 软件 数据库支持 工具书 工具书 各类有关心电信号的文献 参考文献 参考文献 1 白家莲 动态心电信号分析系统设计 中南大学 2009 2 张斐 心电信号的预处理及特征点识别算法的研究 内蒙古大学 2008 3 行鸿彦 黄敏松 心电信号特征点提取的算法研究 南京信息工程大学电子与信息工 程学院 2008 年 11 月 4 张帏 张石 鲍喜荣 张平 东北大学信息科学与工程学院 2005 5 谢元芳 王秋明 王茜 郭亚峰 王子时 张正国 中国医学科学院基础医学研究所 中国协和医科大学基础医学研究院 2006 6 胡广书 朱泽煌 心电图的计算机辅助分析 上海生物医学工程 1995 16 4 59 60 7 Willis J Tompkins Biomedical Digital Signal Processing New Jersey Prentice Hall 1993 271 272 8 Sahambi JS Tandon SN Bhatt RKP UsingWavelet Transforms for ECG Characterization IEEEEngMedBiol l 997 1 6 1 77 83 9 刘少颖 卢继来 郝丽 等 基于数学形态学和小波分解的 QRS 波群检测算法 清 华大学学报自然科学版 2004 44 6 852 855 10 廖云朋 何继善 张飞 小波分析在心电信号处理中的应用 山东生物医学工程 2003 22 2 54 56 11 谢远国 余辉 吕扬生 基于多分辨率分析的心电图 QRS 波检测 医疗卫生装备 2003 24 9 5 6 12 邱雅竹 丁显锋 冯俊 等 基于 Mexican hat 小波的 QRS 检测新方法 生物医学 工程学杂志 2006 23 6 1347 1349 13 姬军 董秀珍 王海滨 等 心电信号 QRS 波的识别算法及程序设计 北京生物医 学工程 2001 20 2 19 122 14 王磊 郑崇勋 叶继伦等 一种高效的 QRS 波实时检测方法 北京生物医学工 程 1998 17 4 217 222 15 Kunt M Rey H Preprocessingofelectrocardiograms by digital techniques Signal Processing 1982 4 1 215 222 5 工作方案分析及进度计划 1 整体系统框架 2 按照模块简单说明一下 1 系统总