1、 1 1 绪论绪论 1.11.1 课题研究的背景和意义课题研究的背景和意义 随着生活节奏的加快、 工作压力的增大， 心脏病成为严重危害人民健康的疾病之一。 我国死亡人口中大约有 20%30%是与心脏病有关。 及时了解人类心脏病的状况， 对于适 时治疗、预防心脏病突发死亡，具有十分重要的意义。目前，医生对心血管疾病的诊断 基本上是以常规心电图(ECG)为主要手段，它在诊断心律变异、心肌缺血、心肌梗塞等 方面有着重要作用，它是记录心脏电活动简单而实用的方法，能反映出兴奋在心脏内的 传播过程及心脏的机能状态。如果心脏的传导系统发生障碍或某部分心肌发生病变，心 电活动的变化能恰当及时地反映在心电图上，
2、表现为各个波形的异常变化和进行性演变 过程 1。产生心电图的波形信号和其他生命体系统产生的信号一样，具有以下几个主要 特点： 第一随机性较强：即信号无法用确定的函数式来描述； 第二是噪声背景强：欲测的有用信号往往淹没在许多无用信号中； 第三是信号频率相对低：难以正确识别信息； 第四是心电信号基本是周期的但它又有着非平稳的性质，随时都处于微小的变动之 中，而不是固定不变的 2。 所以如何对心电信号准确地检测并进行有效地处理，是摆在人们面前的难题，它己 经成为目前信号处理领域一个比较热门的研究课题。与此同时也出现了相应的分析方法 和分析理论，进而推动着科学的进步和发展。早期在处理信号受限于硬件设备
3、而难以实 践。 现在随着科学技术的快速发展， 硬件条件已经不是问题， 并且有很多测方法被提出， 小波变换(Wavelet Transform)便是当今一项重要的检测技术，它是以数学理论为基础， 它能同时提供心电图信号的时域和频域的局部化信息。小波分析还具有多尺度性和“数 学显微”特性，这些特性使得小波分析能够识别信号中的突变信号。 90 年代以后小波 变换由理论探讨阶段进入了工程应用阶段。目前在数字信号分析、语音处理、影像处理 及计算机视觉等研究领域上迅速发展 3。 本课题即针对心电图（ECG）信号的特征加以研究分析，主要采用小波分析方法对 信号进行预处理和特征提取，使变换后的心电数据曲线平滑
4、、特征点突出，客观地反映 信息的真实性， 给医生提供清晰的心电图形， 真实地反应心脏内病灶的部位或严重程度， 进而提高分析和诊断的精确性，所以它在医学临床应用方面具有十分重要的意义 4。 1.2 1.2 心电信号检测技术的发展历史心电信号检测技术的发展历史 心电信号检测处理指的是以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的心电信号 的检测和处理。它起源于 20 世纪 60 年代中后期，是在英国、澳大利亚和美国的一些学 者的倡导下开始进行研究的。 60 年代中期， 有人提出用小型计算机实现心电信号的检测 和处理的设想，但是由于当时计算机的价格昂贵，同时也无法满足心电信号检测的技术 要求，因此没有在
5、保护方面取得实际应用，但由此开始了对计算机心电信号的计算方法 和程序结构的大量研究，为后来的心电信号的检测和处理的发展奠定了理论基础。计算 机技术在 70 年代初期和中期出现了重大突破，大规模集成电路技术的飞速发展，使得 心电信号的检测进入了实用阶段。 价格的大幅度下降， 可靠性、 运算速度的大幅度提高， 促使心电信号的检测和处理的研究出现了高潮。在 70 年代后期，出现了比较完善的检 测方法，并投入到医疗系统中。80 年代，心电信号的结构和软件技术方面日趋成熟，并 已在一些国家推广应用。90 年代，心电信号检测技术发展到了数字时代，它是心电技术 发展历史过程中的第四代 5。 1.3 1.3
6、论文的主要工作和内容安排论文的主要工作和内容安排 心脏的活动状态除了反映在心率上，更主要的是通过 ECG 信号波形及它们的各种参 数来反映。ECG 信号的参数提取和波形识别是心电信号分析的关键，其准确性和可靠性 决定着诊断与治疗心脏病患者的效果。 本文主要内容包括心电信号降噪处理、 波形检测、 特征参数提取等方面，主要研究和设计的内容如下： 1）降噪处理：利用小波理论，对心电图信号进行处理，去掉某些“细节” ，再恢复 有用信号就能得到消噪后的心电图信号。 2）波形检测：运用小波理论对心电信号的 QRS 波进行有效识别，并设计出一套算 法分别实现了对 QRS 波、P 波、T 波的定位和特征点识别。 3）实验验证：在设计算法的基础上，编制程序，完成论文所要达到目的 6。 2 2 心电图信号及心电图信号及 MITMIT- -BIHBIH 数据库数据库 2.1 2.1 心电信号的产生心电信号的产生 心脏是一个由心肌组织构成的空腔器官，它推动着血液的流动，向器官、组织提 供充足的血流量，以供应氧和各种营养物质，并带走代谢的终产物(如二氧化碳、 尿素和尿酸等)
