基于心电信号R波检测的心率变异性分析方法研究

作     者：李凡闯 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王淑娟

授予年度：2021年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 0711[理学-系统科学] 07[理学] 08[工学] 

主      题：心血管疾病 心电信号 心率变异性分析 熵分析 Teager能量 

摘      要：近年来,许多研究结果表明,心率变异性与心血管疾病有关系,可以作为心血管疾病辅助诊断的一个重要的指标。因此,探索有效的心率变异性分析方法显得尤为重要。熵分析作为度量信号复杂性的有力工具,非常适合对复杂的心电信号进行心率变异性分析,本文基于熵的心率变异性分析如下:首先,基于IIR带通滤波器对心电信号进行预处理。针对原始心电信号存在基线漂移、工频干扰等噪声干扰问题,本文基于IIR带通滤波器设计简单、需要较少参数等优点,基于巴特沃斯滤波器设计了IIR带通滤波器。并根据滤波器的特点和信号的频率特征,设计了滤波器的参数选择方案。其次,提出基于多尺度Teager能量算子的心电信号R波检测算法。因Teager能量算子具有计算简单,时间分辨率较高等优点,被应用于心电信号R波的检测中。然而,临床心电信号大多属于低信噪比信号,在利用Teager能量算子识别R波时,出现误检率较高的问题。针对Teager能量算子单一尺度对R波的频率敏感性较低的不足,本文引入多尺度参数,提出了基于多尺度Teager能量算子R波检测算法,增加对细节信号的提取。实验结果表明本文提出的R波检测算法误检率较低。最后,提出一种新的多尺度化样本熵方法,并对心率变异性进行分析。针对样本熵只能对复杂的心电信号进行单一尺度分析问题,经典的信号多尺度化方法中经验模态分解算法通过对信号进行多尺度分解后,再基于样本熵分别对每个尺度进行熵分析,建立一种多尺度化样本熵方法。然而,经验模态分解算法分解后的信号存在模态混叠等问题,因此,本文提出了一种新的多尺度化样本熵方法用于心率变异性分析。基于检测到的R波序列获取RR间期信号,然后分别进行样本熵、基于经验模态分解多尺度化的样本熵方法和本文提出的多尺度化样本熵方法对比实验。利用独立样本t检验进行差异性检验。实验结果表明,本文提出的多尺度化样本熵方法得到的组间熵值的差异水平最大,可以有效的区分疾病组和健康组。本文提出了一种有效的基于心电信号R波检测的心率变异性分析方法,从多尺度的角度给出了更为准确的分析方案。以期为心血管疾病的辅助诊断提供一定的参考价值。