使用LabVIEW進(jìn)行心電信號(hào)處理

圖6 利用UWT消除心電信號(hào)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(guò)將去噪后的心電信號(hào)和未經(jīng)去噪的心電信號(hào)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(hào)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(hào)

　　2. 對(duì)心電信號(hào)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(cè)和胎兒心電圖提取。

　　QRS綜合波檢測(cè)

　　在心電信號(hào)中檢測(cè)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(hào)處理領(lǐng)域引起了極大關(guān)注。但是，噪聲和隨時(shí)間變化的形態(tài)使得檢測(cè)非常困難。

　　因?yàn)樾〔軌蚪柚诙喾直媛实膬?yōu)勢(shì)對(duì)帶噪聲的信號(hào)進(jìn)行主要特征的提取與分析，所以近年來(lái)提出了許多基于小波的檢測(cè)方法。在本文中，LabVIEW ASPT工具箱中的WA Multiscale Peak Detection VI被用于檢測(cè)Q、R和S點(diǎn)。在波峰/波谷檢測(cè)前，使用Multiresolution Analysis Express VI將心電信號(hào)分解為8級(jí)的Daubechies6 (db06)小波（如圖9所示），然后使用D4和D5子帶重建出信號(hào)。之所以可以利用D4和D5子帶進(jìn)行重建，是因?yàn)閹缀跛械腝RS細(xì)節(jié)都處于這兩個(gè)子 帶中，這使得QRS檢測(cè)更為精確。

圖8 心電信號(hào)多分辨率分析和QRS波檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)

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

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

　　在進(jìn)行QRS綜合波檢測(cè)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(hào)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(hào)提取

　　胎兒心電圖(FECG)可以從孕婦腹部的心電信號(hào)(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(hào)處理系統(tǒng)中導(dǎo)聯(lián)的位置。產(chǎn)婦胸部的心電信號(hào)由胸部的導(dǎo)聯(lián)得到，而腹部的心電信號(hào)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(dú)立分量分析(ICA)和自適應(yīng)濾波。

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