检测心电图信号中P波、T波的方法和装置

摘要

本发明实施例提供一种检测心电图信号中P波、T波的方法和装置，方法包括：对待检测心电图ECG信号应用波峰提取算子和波谷提取算子分别提取其波峰信号和波谷信号,并将波峰信号和波谷信号的和值信号确定为中间信号；针对中间信号中原各R波所在起点位置，以该起点位置开始向前第一信号区间范围内查找是否存在波峰和/或波谷，并根据查找结果确定该第一信号区间范围内P波的所在位置；以该起点位置开始向后第二信号区间范围内查找是否存在波峰和/或波谷，并根据查找结果确定该第二信号区间范围内T波的所在位置，本发明的技术方案实现了对ECG信号中P波、T波的准确位置检测，同时，该方法检测过程简单，有效提高了检测效率。

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种检测心电图 (Electrocardiogram，ECG)信号中P波、T波的方法和装置。

背景技术

实现ECG信号中P波、T波的准确检测在ECG信号的自动分析与 诊断中具有非常重要的意义。目前，P波、T波的检测方法主要分三类： 一是窗口搜索法，即首先找到ECG信号的R波位置，然后以R波位基 准，再其前后一定得区域内分别搜索一个窗口，在该窗口内通过各种信 号变化或特征提取来检测P波、T波；二是对消法，即通过对消掉占有 较大能量成分的QRS波群和其他噪声分量，突出感兴趣的P波、T波分 量后，再进行检测；三是小波变换法，即经过小波变化后，ECG信号中 的P波、T波在某一个或几个小波尺度上肯定对应一个模极大极小值对， 而P波、T波则对应极值对的过零点，通过判定过零点的位置，来确定P 波、T波的位置。

但是，上述方法存在如下问题：窗口搜索法，总是假定P波、T波 总是存在的，当心率失常的时候，算法的敏感性降低；对消法，对QRS 波的波形变化比较敏感，设计复杂；小波变换法，对P波检测效果不好， 且计算复杂。

发明内容

本发明的实施例提供一种检测心电图信号中P波、T波的方法和装 置，以实现对ECG信号中P波、T波的准确位置检测。

为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种检测心电图信号中P 波、T波的方法，包括：

对待检测心电图ECG信号应用波峰提取算子和波谷提取算子分别 提取其波峰信号和波谷信号,并将所述波峰信号和所述波谷信号的和值 信号确定为中间信号；

中间信号针对所述中间信号中原各R波所在起点位置，以所述起点 位置开始向前第一信号区间范围内查找是否存在波峰和/或波谷，并根据 查找结果确定所述第一信号区间范围内P波的所在位置；

针对所述中间信号中原各R波所在起点位置，以所述起点位置开始 向后第二信号区间范围内查找是否存在波峰和/或波谷，并根据查找结果 确定所述第二信号区间范围内T波的所在位置。

本发明的实施例还提供了一种检测心电图信号中P波、T波的装置， 包括：

计算模块，用于对待检测心电图ECG信号应用波峰提取算子和波谷 提取算子分别提取其波峰信号和波谷信号,并将所述波峰信号和所述波 谷信号的和值信号确定为中间信号；

第一处理模块，用于针对所述中间信号中原各R波所在起点位置， 以所述起点位置开始向前第一信号区间范围内查找是否存在波峰和/或 波谷，并根据查找结果确定所述第一信号区间范围内P波的所在位置；

第二处理模块，用于针对所述中间信号中原各R波所在起点位置， 以所述起点位置开始向后第二信号区间范围内查找是否存在波峰和/或 波谷，并根据查找结果确定所述第二信号区间范围内T波的所在位置。

本发明实施例提供的检测心电图信号中P波、T波的方法和装置， 通过对待检测心电图ECG信号应用波峰提取算子和波谷提取算子分别 提取其波峰信号和波谷信号,并将波峰信号和波谷信号的和值信号确定 为中间信号；针对中间信号中原各R波所在起点位置，以该起点位置开 始向前或向后固定信号区间范围内通过查找到的波峰和/或波谷的分布 情况确定相应信号区间内P波、T波的所在位置，由此实现对ECG信号 中P波、T波的准确位置检测，同时也提高可检测效率。

附图说明

图1为本发明提供的检测心电图信号中P波、T波的方法一个实施例 的方法流程图；

图2为本发明提供的待检测心电图ECG信号经过PE、VE和PVE算 法后对应的信号波形；

图3为本发明提供的检测心电图信号中P波、T波的方法另一个实施 例的方法流程图；

图4为本发明提供的检测心电图信号中P波、T波的装置一个实施例 的结构示意图；

图5为本发明提供的检测心电图信号中P波、T波的装置另一个实施 例的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例中采用的检测心电图信号中P波、T波的方法利用了 数学形态学中的基本算法，通过对对一维ECG信号的形态学运算处理， 从而实现对ECG信号中P波、T波的准确定位。

实施例一

图1为本发明提供的检测心电图信号中P波、T波的方法一个实施 例的方法流程图，该方法的执行主体可以为集成数字信号处理功能的检 测装置。如图1所示，该检测心电图信号中P波、T波的方法具体包括：

S101，对待检测心电图ECG信号应用波峰提取算子和波谷提取算子 分别提取其波峰信号和波谷信号,并将波峰信号和波谷信号的和值信号 确定为中间信号；

对于信号长度为N的待滤波一维数字信号f(n)，(n＝0,1,2,...,N-1)中的 第n个信号进行长度为M的结构元k(m)，(m＝0,1,2,...,N-1)的膨胀运算(或 腐蚀运算)为：先将信号f(n)以n为中心左右反转；将反转后的f(n)信号 平移至n-M+1处；将结构元k(m)与反转后的f(n)信号序列相加(腐蚀运 算对应为相加)；将相加结果的最大值(腐蚀运算对应为相加结果的最 小值)确定为f(n)中第n个信号经过滤波后的信号值。

对一维数字信号进行开运算，即对一维数字信号先进行一次腐蚀运 算，再进行一次膨胀运算，记为；对一维数字信号进行 闭运算，即对该信号先进行一次膨胀运算，再进行一次腐蚀运算，记为 ；其中，f为待处理的一维ECG数字信号，k为结构元。 信号经过开运算以后，信号的波峰会被去掉，信号经过闭运算后，信号 的波谷会被去掉，而去掉的波峰与波谷的宽度取决于结构元的长度，即 小于结构元宽度的波峰和波谷会被去掉，从而实现对基线漂移噪声进行 滤除。

上述波峰提取算子和波谷提取算子分别为形态学波峰提取算子PE 和波谷提取算子VE，其分别定义为：

$\mathrm{VE}\left(f\right)=f-(f·k)=f-(f\oplus f)\otimes k...\left(2\right)$

则同时提取信号f的波峰和波谷的算子PVE，定义为：

PVE(f)＝PE(f)+VE(f)……………………(3)

通过PVE运算可以产生新的信号波形，这个信号波形保留了原来一 维数字信号f波形的波峰和波谷，而其他的波形则被变换成平坦的信号 区域。

本实施例中，将待检测心电图ECG信号作为一个一维数字信号经过 上述PVE算子计算并将运算得到的信号确定为上述中间信号。为了使 ECG信号在经过PVE算法后，其包含的P波、T波能有效保留，这里设 置的结构元k(m)的宽度M应大于P波、T波的信号宽度。

图2为本发明提供的待检测心电图ECG信号经过PE、VE和PVE算 法后对应的信号波形，其中，M为结构元(已标明宽度)(a)为原始 ECG信号波形；(b)为原始ECG信号经PE运算后的波形；(c)为原 始ECG信号经VE运算后的波形；(D)为原始ECG信号经PVE运算 后的波形。

S102，针对中间信号中原各R波所在起点位置，以该起点位置开始 向前第一信号区间范围内查找是否存在波峰和/或波谷，并根据查找结果 确定该第一信号区间范围内P波的所在位置；

由于ECG信号经过PVE运算后，其波峰和波谷会被保留，相应的P 波的位置也会以波峰或波谷的形式在中间信号中得到保留，且ECG信号 中R波的起始位置是很容易确认位置的，因此，根据一个心拍中，P波 与R波之间距离的经验范围值，以及中间信号中波峰和波谷的具体分布 情况，可以确定相应的P波位置。

具体地，将待检测的ECG信号与其经过PVE运算后得到的中间信 号相比较，确定ECG信号中R波所在起点位置在中间信号中的相应位置。 针对中间信号中原各R波所在起点位置，以该起点位置开始向前第一信 号区间范围(对应上述P波与R波之间距离的经验范围值)内查找是否 存在波峰和/或波谷，并根据查找结果确定第一信号区间范围内P波的所 在位置。

具体地，若查找结果显示上述起点位置开始向前第一信号区间范围 内不存在波峰和/或波谷，则可认为该第一信号区间范围内(或者相应R 波所在的心拍内)不存在P波；或者，若查找结果显示上述起点位置开 始向前第一信号区间范围内存在波峰和/或波谷，则可根据具体存在的波 峰和/或波谷的位置关系，确定P波的所在位置，具体确定方式本实施例 不作限定。

S103，针对中间信号中原各R波所在起点位置，以该起点位置开始 向后第二信号区间范围内查找是否存在波峰和/或波谷，并根据查找结果 确定该第二信号区间范围内T波的所在位置；

由于ECG信号经过PVE运算后，其波峰和波谷会被保留，相应的T 波的位置也会以波峰或波谷的形式在中间信号中得到保留，且ECG信号 中R波的起始位置是很容易确认位置的，因此，根据一个心拍中，T波 与R波之间距离的经验范围值，以及中间信号中波峰和波谷的具体分布 情况，可以确定相应的T波位置。

具体地，将待检测的ECG信号与其经过PVE运算后得到的中间信 号相比较，确定ECG信号中R波所在起点位置在中间信号中的相应位置。 针对中间信号中原各R波所在起点位置，以该起点位置开始向后第二信 号区间范围(对应上述T波与R波之间距离的经验范围值)内查找是否 存在波峰和/或波谷，并根据查找结果确定第二信号区间范围内T波的所 在位置。

具体地，若查找结果显示上述起点位置开始向后第二信号区间范围 内不存在波峰和/或波谷，则可认为该第二信号区间范围内(或者相应R 波所在的心拍内)不存在T波；或者，若查找结果显示上述起点位置开 始向后第二信号区间范围内存在波峰和/或波谷，则可根据具体存在的波 峰和/或波谷的位置关系，确定T波的所在位置，具体确定方式本实施例 不作限定。

上述步骤102和步骤103之间没有严格的先后顺序。

本发明实施例提供的检测心电图信号中P波、T波的方法，通过对 待检测心电图ECG信号应用波峰提取算子和波谷提取算子分别提取其 波峰信号和波谷信号,并将波峰信号和波谷信号的和值信号确定为中间 信号；针对中间信号中原各R波所在起点位置，以该起点位置开始向前 第一信号区间范围内查找是否存在波峰和/或波谷，并根据查找结果确定 该第一信号区间范围内P波的所在位置；针对中间信号中原各R波所在 起点位置，以该起点位置开始向后第二信号区间范围内查找是否存在波 峰和/或波谷，并根据查找结果确定该第二信号区间范围内T波的所在位 置，从而实现了对ECG信号中P波、T波的准确位置检测，同时，该方 法检测过程简单，有效提高了检测效率。

实施例二

图3为本发明提供的检测心电图信号中P波、T波的方法另一个实 施例的方法流程图，是如图1所示方法的一种具体实现方式。如图3所 示，该检测心电图信号中P波、T波的方法与图1所示实施例的区别在 于对上述步骤102和103做了进一步细化。具体地，针对步骤102的细 化步骤包括：

S301，若查找结果显示上述起点位置开始向前第一信号区间范围内 存在波峰和/或波谷，则判断波峰和/或波谷的宽度是否大于第一宽度阈 值；

具体地，若上述指定的第一信号区间范围内存在波峰和/或波谷，则 表征该区间范围内可能包含P波。通常，P波是存在一定宽度范围的， 其经过PVE算法计算后对应保留下来的波峰或波谷也是要相应的大于一 定宽度。本实施例给出了一个衡量是否存在P波的第一宽度阈值，该第 一宽度阈值为经验值，其含义为当上述经过PVE算法计算后对应保留下 来的波峰或波谷如果大于该第一宽度阈值，则表征该波峰或波谷对应的 相应位置可能存在P波。

S302，将大于第一宽度阈值且距离起点位置最近的波峰或波谷所在 的位置确定为第一信号区间范围内P波的所在位置；

根据实际ECG信号中，P波与R波起点位置之间的相对位置关系， 以及P波本身的信号宽度特点，本实施例中，将上述第一信号区间范围 内存在的波峰和/或波谷中大于上述第一宽度阈值且距离R波所在起点 位置最近的波峰或波谷所在的位置确定为该第一信号区间范围内P波的 所在位置(即该R波所在心拍内P波的所在位置)。

相应的，若上述查找结果显示上述R波所在起点位置开始向前第一 信号区间范围内存在的波峰和/或波谷的宽度均不大于第一宽度阈值，则 确定该第一信号区间范围内无P波(即该R波所在心拍内无P波)。

具体地，针对步骤103的细化步骤包括：

S303，若查找结果显示起点位置开始向后第二信号区间范围内存在 波峰和/或波谷，则判断该波峰和/或波谷的宽度是否大于第二宽度阈值；

具体地，若上述指定的第二信号区间范围内存在波峰和/或波谷，则 表征该区间范围内可能包含T波。通常，T波是存在一定宽度范围的， 其经过PVE算法计算后对应保留下来的波峰或波谷也是要相应的大于一 定宽度。本实施例给出了一个衡量是否存在T波的第二宽度阈值，该第 一宽度阈值为经验值，其含义为当上述经过PVE算法计算后对应保留下 来的波峰或波谷如果大于该第二宽度阈值，则表征该波峰或波谷对应的 相应位置可能存在T波。

S304，将大于第二宽度阈值且距离起点位置最近的波峰或波谷所在 的位置确定为第二信号区间范围内T波的所在位置；

根据实际ECG信号中，P波与T波起点位置之间的相对位置关系， 以及T波本身的信号宽度特点，本实施例中，将上述第二信号区间范围 内存在的波峰和/或波谷中大于上述第二宽度阈值且距离R波所在起点 位置最近的波峰或波谷所在的位置确定为该第二信号区间范围内P波的 所在位置(即该R波所在心拍内T波的所在位置)。

相应的，若上述查找结果显示上述R波所在起点位置开始向后第二 信号区间范围内存在的波峰和/或波谷的宽度均不大于第二宽度阈值，则 确定该第二信号区间范围内无T波(即该R波所在心拍内无T波)。

本发明实施例提供的检测心电图信号中P波、T波的方法，在图1 所示实施例的基础上，在确定原各R波所在起点位置开始向前或向后固 定信号区间范围内查找到波峰和/或波谷时，将距离R波所在起点位置最 近的且宽度满足相应宽度阈值的波峰或波谷确定为P波或T波，更加明 确的给出了一种判定为P波、T波所在位置的实现方式，同时该方式操 作过程简单，准确率较高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本 发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

实施例三

图4为本发明提供的检测心电图信号中P波、T波的装置一个实施 例的结构示意图，该结构示意图所示装置可以执行如图1所示实施例的 方法步骤。如图4所示，该检测心电图信号中P波、T波的装置具体包 括：计算模块41和第一处理模块42和第二处理模块43；其中：

计算模块41，用于对待检测心电图ECG信号应用波峰提取算子和 波谷提取算子分别提取其波峰信号和波谷信号,并将波峰信号和波谷信 号的和值信号确定为中间信号；

第一处理模块42，用于针对中间信号中原各R波所在起点位置，以 所述起点位置开始向前第一信号区间范围内查找是否存在波峰和/或波 谷，并根据查找结果确定第一信号区间范围内P波的所在位置；

第二处理模块43，用于针对中间信号中原各R波所在起点位置，以 所述起点位置开始向后第二信号区间范围内查找是否存在波峰和/或波 谷，并根据查找结果确定第二信号区间范围内T波的所在位置。

进一步的，在图4所示实施例的基础上，如图5所示的检测心电图 信号中P波、T波的装置中，所述第一处理模块42具体包括：

第一判断单元421，用于若查找结果显示起点位置开始向前第一信 号区间范围内存在波峰和/或波谷，则判断波峰和/或波谷的宽度是否大 于第一宽度阈值；

第一确定单元422，用于将大于第一宽度阈值且距离起点位置最近 的波峰或波谷所在的位置确定为第一信号区间范围内P波的所在位置。

进一步的，如图5所示的检测心电图信号中P波、T波的装置中， 所述第二处理模块43具体包括：

第二判断单元431，用于若查找结果显示起点位置开始向后第二信 号区间范围内存在波峰和/或波谷，则判断波峰和/或波谷的宽度是否大 于第二宽度阈值；

第二确定单元432，用于将大于第二宽度阈值且距离起点位置最近 的波峰或波谷所在的位置确定为第二信号区间范围内T波的所在位置。

进一步的，如图5所示的检测心电图信号中P波、T波的装置中， 所述第一确定单元422还用于：

若查找结果显示起点位置开始向前第一信号区间范围内不存在波峰 和/或波谷，或者存在的波峰和/或波谷的宽度不大于第一宽度阈值，则 确定第一信号区间范围内无P波。

进一步的，如图5所示的检测心电图信号中P波、T波的装置中， 所述第二确定单元432还用于：

若查找结果显示起点位置开始向后第二信号区间范围内不存在波峰 和/或波谷，或者存在的波峰和/或波谷的宽度不大于第二宽度阈值，则 确定第二信号区间范围内无T波。

本发明实施例提供的检测心电图信号中P波、T波的装置，通过对 待检测心电图ECG信号应用波峰提取算子和波谷提取算子分别提取其 波峰信号和波谷信号,并将波峰信号和波谷信号的和值信号确定为中间 信号；针对中间信号中原各R波所在起点位置，以该起点位置开始向前 第一信号区间范围内查找是否存在波峰和/或波谷，并根据查找结果确定 该第一信号区间范围内P波的所在位置；针对中间信号中原各R波所在 起点位置，以该起点位置开始向后第二信号区间范围内查找是否存在波 峰和/或波谷，并根据查找结果确定该第二信号区间范围内T波的所在位 置，从而实现了对ECG信号中P波、T波的准确位置检测，同时，该方 法检测过程简单，有效提高了检测效率。

进一步的，本方案在检测心电图信号中P波、T波的过程中，在确 定原各R波所在起点位置开始向前或向后固定信号区间范围内查找到波 峰和/或波谷时，将距离R波所在起点位置最近的且宽度满足相应宽度阈 值的波峰或波谷确定为P波或T波，更加明确的给出了一种判定为P波、 T波所在位置的实现方式，同时该方式操作过程简单，准确率较高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而 非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领 域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术 方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这 些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术 方案的范围。