基于提升方案的心电信号去噪与检测算法研究

论文摘要

心脏是人体血液循环的动力源泉,而心脏病作为一种多发慢性疾病,却是威胁人类生命的主要疾病。心电图作为一种无创伤性的检查手段,对于心脏基本功能诊断和病理研究具有重要参考价值,在临床上的作用无可替代。研究开发具有心电信号采集、预处理、自动诊断、远程监护等功能家用心电监护诊断系统,可以及早发现心脏病征兆,可以给予心脏病患者实时监护,可以实现缩短医生与患者的距离,因此具有很高的临床价值和应用价值,满足人们对提高生命和生活质量的要求,是心电图设备的发展方向。本文工作围绕家用心电监护诊断系统的研制,深入研究了心电信号去噪、特征波形检查、自动分析软件设计三个核心问题:首先,心电信号相对于存在的环境是一种微弱信号,极易受到噪声的干扰。针对现有算法的不足和心电信号去噪的具体要求,本文提出了基于提升方案的心电信号去噪算法,可以很好的去除心电信号中的高频噪声,利用小波变换处理非稳态信号的优势和提升方案的快速性,算法复杂度减小,信噪比提升大,实时性好。结合小波分解与重构算法可以完美地去除心电信号中的噪声。随后研究了检测波形获得心电信号参数的算法。本文改进了基于小波分析的QRS波群检测算法,实现了R波峰值点定位和QRS波时限的检测。采用提升方案构造小波基,提高运算速度。根据实际采集的心电信号差异较大的情况,介绍了防漏检和误检策略,有效地提高波形检测正确率。对心电检测中的难点P波和T波的检测,给出了算法流程和仿真结果。最后,基于本文算法,采用C#开发了基于Windows的心电信号自动分析软件,提供心电信号预处理、波形分析、病情诊断、报告输出、远程监护、用户历史记录管理等功能。分模块介绍了软件开发过程中的核心问题,给出了常见的心脏病的诊断依据。提升方案的出现为直接在时域构造小波基提供了新的途径,但是由于理论体系还不完善,在很多领域还没有引起广泛地重视,本文基于提升方案探讨了提升小波变换在心电信号处理中的应用,进一步推广了该理论的应用范围。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 心电图简介
• 1.3 研究概况
• 1.3.1 心电信号去噪算法概述
• 1.3.2 心电信号波形检测算法概述
• 1.3.3 心电图自动诊断技术概述
• 1.4 课题主要研究工作及创新点
• 第二章 小波分析理论简介
• 2.1 小波变换发展历史
• 2.1.1 傅里叶变换
• 2.1.2 短时傅里叶变换
• 2.1.3 小波变换发展
• 2.2 小波变换
• 2.2.1 小波变换理论
• 2.2.2 多分辨率分析及Mallat 算法
• 2.3 提升小波变换
• 2.3.1 提升方案算法
• 2.3.2 用提升方法构造传统小波
• 2.3.3 整数变换
• 2.4 本章小结
• 第三章 心电信号去噪算法研究
• 3.1 引言
• 3.1.1 去噪基本问题
• 3.1.2 心电信号中的噪声
• 3.1.3 MIT-BIH 数据库
• 3.2 小波域常见去噪算法
• 3.2.1 基于小波分析去噪算法概述
• 3.2.2 模极大值法
• 3.2.3 空域相关法
• 3.2.4 阈值法
• 3.2.5 去噪算法比较
• 3.3 基于提升方案的阈值去噪算法
• 3.3.1 算法基本思想
• 3.3.2 小波基的选择及其提升实现
• 3.3.3 改进的阈值处理函数
• 3.3.4 噪声的去除步骤
• 3.3.5 仿真结果
• 3.4 小波分解重构算法去除基线漂移
• 3.4.1 算法原理
• 3.4.2 算法步骤
• 3.4.3 仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 心电信号波形检测算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 小波变换检测ECG 特征波形的原理
• 4.3 QRS 波检测算法研究
• 4.3.1 R 波峰值点检测
• 4.3.2 QRS 波宽度检测
• 4.3.3 仿真结果
• 4.4 P 波、T 波检测
• 4.5 本章小结
• 第五章 心电信号自动分析软件设计
• 5.1 家用监护诊断系统架构
• 5.2 信号采集设备简介
• 5.3 软件总体设计
• 5.4 软件各模块介绍
• 5.4.1 提升小波变换模块
• 5.4.2 串口通信模块
• 5.4.3 图形显示模块
• 5.4.4 心电信号去噪模块
• 5.4.5 心电信号波形检测模块
• 5.4.6 诊断报告模块
• 5.4.7 远程监护模块
• 5.4.8 用户信息管理模块
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 图表目录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表的论文