基于ARM的室性波識別技術.pdf

1、室性心動過速(VT：Verltricular Tarchycardia)與心室纖顫(VF：YentricularFibrillation)是惡性心律，易引發(fā)心臟猝死現(xiàn)象。猝死發(fā)生前可無任何先兆，據(jù)美國AHA統(tǒng)計，在猝死病例中，約有高達30％的死者沒有或從來沒有發(fā)現(xiàn)過心臟病。絕大部分心臟病猝死情況發(fā)生在醫(yī)院外面，如果能提前發(fā)現(xiàn)和采用迅速的治療可以提高這部分人存活的機會。因此對猝死和惡性室性心律失常的預測是心律失常學研究的一個重要課題。本課

2、題也是以此為主要內容進行研究的。 心電信號(ECG)是一種微弱的非線性、非平穩(wěn)的隨機信號，常規(guī)的心電信號一般是mV級。由于在心電信號的采集過程中，采集端需要與人體直接接觸，因而采集端采集到的心電信號中包含了大量的干擾信號，如工頻干擾、基線漂移、肌電干擾、電極接觸噪聲、運動偽跡等。這些噪聲給心電信號的分析、識別和診斷帶來了嚴重的干擾，因此必須對采集的心電信號進行有效濾波。小波變換(WT)是一種時頻局部化、多分辨分析方法，具有自動“

3、變焦距”的功能，可用來提取和識別那些淹沒在噪聲中的微弱電生理信號，在獲得信噪比增益的同時，能夠保持對信號突變信息的良好分辨。因此WI’是處理心電信號的一種可行有效的方法。本文采用coif4小波對采集的心電信號進行去噪。在經(jīng)典的軟、硬閾值去噪算法的基礎上，對中間尺度的小波系數(shù)采用軟、硬閾值折衷的去噪算法。仿真結果表明，coif4小波十分適合用于心電信號濾波，它能有效地去除心電信號中常見的肌電干擾、工頻干擾、基線漂移等干擾和噪聲，并且在去除

4、肌電干擾的同時，有效地保留了有用的心電信號成份。 最近的研究表明心臟動力學是復雜、非線性的。因此，非線性動力學與非線性數(shù)學模型可以有效地來分析心電信號。本文引用了一種非線性算法——引入Hurst指標來識別NSR、VT與VF。該算法基于多尺度分析與非線性動力學，通過量化心電信號的運動狀態(tài)，提取相應的動力學參數(shù)來識別NSR、VT與VF。利用此算法在研究心臟機能和狀態(tài)時，不再是對心電信號時間序列進行特征提取，而是針對心電信號變化的動力

5、學原因和運動學特征進行研究，目的是揭示心臟在發(fā)生病變及猝死前的情況下，尋找心電信號從正常的竇性節(jié)律到心動過速，到心室纖顫變化的動力學指標趨勢，從而為臨床心電醫(yī)學的研究提供可靠的證據(jù)。Complex Measure算法被認為是經(jīng)典的惡性心律檢測算法，它是通過在時域上量化心電信號的動力學特征來識別VT與VF，大量的仿真結果表明：當WL(WindowLength)=7s時，VT、VF的檢測率可達到100％；本課題中采用的Hurst Index

6、算法是在時頻域上來量化心電信號的動力學特征．，當WL=5s時，VT、VF的檢測率即可達到100％，并且，當用Hurst算法與Complex Measure算法分別處理相同長度的數(shù)據(jù)時，結果表明，前者比后者處理速度快很多。另外，Complex Measure算法處理的VI僅是單形態(tài)的，而Hurst Index算法處理的VT既包含單形態(tài)的，也包含多形態(tài)的。綜合算法識別的準確性、實時性與普遍性，本文的Hurst Index算法在臨床應用中比C

7、omplex Measure算法有更大的潛能。本課題主要進行的是惡性室性心律失常識別與檢測的算法研究。課題所使用的心電數(shù)據(jù)主要來自于MIT-BIH Arrhythmia Database(MITDB)、 MIT-BIH MalignantVentricular Ectopy Database(VFDB)與 CU Ventricular Tachyarrhythmia Database(CUDB)，這三個數(shù)據(jù)庫均來源于美國麻省理工大學創(chuàng)建

8、的生理信號處理數(shù)據(jù)庫(PhysioBank)被世界公認為標準、權威的心電信號數(shù)據(jù)庫。 嵌入式ARM微處理器技術是目前最熱門的一項技術，它的應用幾乎已經(jīng)深入到各個領域，如：工業(yè)控制領域、消費類電子產(chǎn)品領域、通信系統(tǒng)領域、網(wǎng)絡系統(tǒng)領域、無線系統(tǒng)領域等。ARM技術正在逐步滲入到我們生活的各個方面。ARM微處理器具有體積小、功耗低、成本低、性能高、專用性強、系統(tǒng)精簡等特點。將ARM微處理器應用到便攜式心電監(jiān)護系統(tǒng)的設計上可以提高運算速度

9、和存儲能力、降低電路的復雜度、減小系統(tǒng)的體積、進一步提高心電監(jiān)護質量。便攜式心電監(jiān)護儀是及時檢測出病人發(fā)生的心律失常信號并實時發(fā)出報警的心電監(jiān)護設備，它具有體積小、便于攜帶、操作簡單等優(yōu)點，對挽救院外病人的生命發(fā)揮著重要作用。目前，便攜式心電監(jiān)護儀受到越來越多消費者的青睞，并且，越來越多的醫(yī)學工作人員進行便攜式心電監(jiān)護儀的研制與改進。 本課題中選用Philips公司的LPC2368作為微處理器，并以此為核心對便攜式心電監(jiān)護儀的設