摘 要：心臟在搏動(dòng)時(shí)，在人體的不同部位產(chǎn)生不同的電位，采用心電導(dǎo)聯(lián)線將這些信號(hào)送入放大器放大并記錄下來(lái)，就形成了心電圖，簡(jiǎn)稱ECG。本文根據(jù)心電信號(hào)的特征，設(shè)計(jì)了一種基于R波對(duì)稱性的識(shí)別算法，準(zhǔn)確快速定位R波。

關(guān)鍵詞：心電信號(hào);對(duì)稱性;R波識(shí)別;濾波電路

【中國(guó)分類號(hào)】TP29;R318 【文獻(xiàn)標(biāo)示碼】 B

引言：

基金項(xiàng)目：重慶市教育委員會(huì)科學(xué)技術(shù)研究計(jì)劃體外反搏裝置治療效果最優(yōu)控制方法研究資助項(xiàng)目（KJQN201903201）。在識(shí)別R波識(shí)別和判斷方法上，一般有幅值法、頻率法、斜率法，在實(shí)際檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)這三中方法均存缺陷，出現(xiàn)了誤測(cè)、漏測(cè)現(xiàn)象，因此本文根據(jù)QRS的波形對(duì)稱性，設(shè)計(jì)一種斜率對(duì)稱判別法，識(shí)別和定位R波，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)該方法大大減少了R波的誤測(cè)、漏測(cè)現(xiàn)象。

1 心電數(shù)據(jù)采集處理

該項(xiàng)目使用DSP芯片自帶的12位ADC轉(zhuǎn)換模塊完成心電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理。

TMS20F2812芯片內(nèi)部自帶切換開(kāi)關(guān)和采樣/保持器，電壓輸入大小為0～3V，該項(xiàng)目通過(guò)程控放大電路將心電信號(hào)的幅度限制在2.5V，心電信號(hào)為低頻信號(hào)，采樣率設(shè)為500Hz，采用EVB事件管理器的定時(shí)器來(lái)自動(dòng)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，并把每次采集的數(shù)值右移4位。轉(zhuǎn)換結(jié)果=（4095）×（輸入信號(hào)值-ADCLO）/3。

ADC轉(zhuǎn)換按以下步驟進(jìn)行，①初始化DSP，②設(shè)置PIE中斷矢量表，③初始化ADC模塊，④ ADC中斷的入口地址裝入中斷矢量表并開(kāi)中斷，⑤啟動(dòng)EVA事件1ms定時(shí)器，⑥等待ADC中斷，⑦ ADC中斷中讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果，⑧軟件啟動(dòng)下一次中斷。

2 心電數(shù)據(jù)處理和斜率閾值計(jì)算

在檢測(cè)心電信號(hào)時(shí)存在各種干擾源，主要有電極極化電壓引起基線漂移，工頻干擾（50Hz），肌電干擾（幾百Hz以上），高頻干擾，在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)設(shè)計(jì)了相應(yīng)電路濾除干擾信號(hào)，仍然存在干擾信號(hào)，它將直接響應(yīng)到R波定位結(jié)果和識(shí)別。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)了軟件濾波程序，采用整系數(shù)數(shù)字帶通濾波器。整系數(shù)數(shù)字帶通濾波器是基于R波的頻率特性，根據(jù)整系數(shù)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理而設(shè)計(jì)的帶通濾波器，其目的在于抑制R波之外的信號(hào)。

R波斜率閾值計(jì)算：在ECG數(shù)據(jù)濾波后，求斜率，分別求取上升支斜率和下降支斜率最大值，上升支斜率最大值：Rslope_up=max（slope（n）），下降支斜率最大值：Rslope_down=min（slope（n））。則取R波上升支斜率閾最大值的0.3倍作為R波上升段斜率閾值，同樣取下降段閾值，該閾值實(shí)時(shí)更新，算法流程如圖2所示。

3 R波標(biāo)定算法

由于常用的基于差分的R波群檢測(cè)算法是通過(guò)求導(dǎo)運(yùn)算來(lái)提取信號(hào)的斜率的，它利用R波高大、陡峭的特點(diǎn)，進(jìn)一步突出了QRS波，特別是R波。對(duì)于干擾嚴(yán)重的信號(hào)，它產(chǎn)生誤判的原因在于肌電干擾以及躍變干擾同樣具有陡峭的跳沿，即具有斜率較大的特征。通過(guò)大量心電數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)R波的陡峭是對(duì)稱的且持續(xù)時(shí)間在一定范圍，這跟干擾有本質(zhì)的區(qū)別，根據(jù)這兩個(gè)特性，本文提出了如圖3所示的R波標(biāo)定算法，該算法在計(jì)算心電數(shù)據(jù)斜率的基礎(chǔ)上，搜索R波上升段，上升段搜索后搜索下降段，最后判斷上升段和下降段的間隔是否在閾值范圍內(nèi)，從而精確標(biāo)定R波。

R波快速識(shí)別方法步驟：

S1：心電數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括低通濾波、高通濾波、50HZ陷波和微分變換;

S2：預(yù)設(shè)R波上升斜率閾值Rslope_up、下降斜率閾值Rslope_down、下降支與上升支時(shí)間間隔閾值Tdown_up;

S3：使用差分法搜索R波上升段特征值，當(dāng)搜索到連續(xù)2個(gè)斜率大于Rslope_up時(shí)標(biāo)記R波上升支，記錄標(biāo)記時(shí)刻Tr_up;

S4：使用差分法搜索R波下降段特征值，當(dāng)搜索到連續(xù)2個(gè)負(fù)斜率小于Rslope_down時(shí)標(biāo)記R波下降支，記錄標(biāo)記時(shí)刻Tr_down;

S5：計(jì)算上升支與下降支時(shí)間間隔，當(dāng)Tr_down - Tr_up在Tdown_up范圍內(nèi)，則R波識(shí)別成功。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)了心電R波快速識(shí)別算法，該軟件算法可以應(yīng)于心率計(jì)算及心律失常分析，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

4.參考文獻(xiàn)：

[1] 林家瑞編著. 微機(jī)式醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)出版社.2004

[2] 李佳武、張景森、騰峰 定點(diǎn)DSP芯片TMS320F2812實(shí)現(xiàn)快速算法應(yīng)用 國(guó)外電子元器件 2005年 3月

作者簡(jiǎn)介：王政（1988-），男，漢族，重慶市人，助教，研究方向：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)