使用LabVIEW進(jìn)行心電信號處理

圖6 利用UWT消除心電信號中的寬帶噪聲

　　UWT相比于離散小波變換(DWT)，在平滑度和精度之間有著更好的折中。通過將去噪后的心電信號和未經(jīng)去噪的心電信號相比較，如圖7所示，可以發(fā)現(xiàn)寬帶噪聲被極大地抑制而心電信號的細(xì)節(jié)則保持不變。

圖7 UWT去噪前及去噪后的心電信號

　　2. 對心電信號進(jìn)行特征提取

　　為了診斷，需要從預(yù)處理后的心電數(shù)據(jù)中提取各種特征，包括QRS波間隔、QRS波幅度、PR間隔、ST間隔、胎兒心率等。這一節(jié)將主要討論QRS綜合波檢測和胎兒心電圖提取。

　　QRS綜合波檢測

　　在心電信號中檢測R峰值和QRS綜合波，可以提供關(guān)于心率、傳導(dǎo)速度、心臟內(nèi)各種組織狀態(tài)和各種異常情況的信息。它為心臟疾病的診斷提供依據(jù)，所以在心電信號處理領(lǐng)域引起了極大關(guān)注。但是，噪聲和隨時間變化的形態(tài)使得檢測非常困難。

　　因為小波能夠借助于多分辨率的優(yōu)勢對帶噪聲的信號進(jìn)行主要特征的提取與分析，所以近年來提出了許多基于小波的檢測方法。在本文中，LabVIEW ASPT工具箱中的WA Multiscale Peak Detection VI被用于檢測Q、R和S點。在波峰/波谷檢測前，使用Multiresolution Analysis Express VI將心電信號分解為8級的Daubechies6 (db06)小波（如圖9所示），然后使用D4和D5子帶重建出信號。之所以可以利用D4和D5子帶進(jìn)行重建，是因為幾乎所有的QRS細(xì)節(jié)都處于這兩個子 帶中，這使得QRS檢測更為精確。

圖8 心電信號多分辨率分析和QRS波檢測的實現(xiàn)

　　圖9顯示了經(jīng)過小波多分辨率分析（MRA）和波峰/波谷檢測處理后的心電信號，以及原有的心電信號（來自MIT-BIH數(shù)據(jù)庫）。在本圖中，你可以發(fā)現(xiàn)波峰和波谷(特別是Q和S點)在經(jīng)過小波多分辨率分析后變得更為明顯。

圖9 原始的心電信號、經(jīng)過MSA后的心電信號以及波峰/波谷檢測后的心電信號

　　在進(jìn)行QRS綜合波檢測后，可以利用其它方法進(jìn)行特征分析。例如，可以利用R-R間隔信號進(jìn)行心率變化(HRV)分析,顯示心臟和神經(jīng)系統(tǒng)的狀態(tài)。

　　胎兒心電信號提取

　　胎兒心電圖(FECG)可以從孕婦腹部的心電信號(AECG)中得到，并提取出胎兒心率(FHR)，它顯示了胎兒的心臟狀態(tài)。圖10中顯示了8通道孕 婦心電信號處理系統(tǒng)中導(dǎo)聯(lián)的位置。產(chǎn)婦胸部的心電信號由胸部的導(dǎo)聯(lián)得到，而腹部的心電信號由腹部導(dǎo)聯(lián)得到。這一節(jié)中，我們使用如下兩種方法提取胎兒心率： 獨立分量分析(ICA)和自適應(yīng)濾波。

圖10 8通道孕婦心電信號處理系統(tǒng)中導(dǎo)聯(lián)的位置(包含5個腹部導(dǎo)聯(lián)和3個胸部導(dǎo)聯(lián))