信号叠加技术在心室晚电位信号检测中的应用

近年来的研究表明,心室晚电位(VLP)的存在,提示着心肌电位有病理变化.这些存在于窦性心律QRS波群末端到ST段的高频低幅电活动,是由于局部心肌延迟除极产生的,是导致室性心律失常和猝死的原因.因此,用无创的方法检测VLP有很重要的临床价值.

　　为了从体表检出这些微弱的信号,除使用抗干扰能力强、噪声低、高保真度的放大器外,还需采用信号叠加技术进一步消除噪声,再用高通滤波器把它们与ECG分离,滤波后的信号可以明显地展现所检出的VLP.在信号叠加过程中,同步参考点定位精度直接影响VLP信号检出.本文介绍的截取固定宽度确定时间参考点的方法可以有效地抑制基线漂移和噪声的影响,以保证VLP信号的准确检出.

1　数据处理方法

　　VLP频率在25～80 Hz内,幅度在1～25μV内,持续时间大于10 ms.性能优良的放大器噪声水平也有几个微伏,经一系列硬件设备处理后,噪声还会掩盖VLP信号.采用时间叠加技术,可使重复和规则出现的ECG振幅趋于稳定,而随机的杂乱噪声相互抵消.

1.1　信号叠加技术

　　信号叠加的方式有两种:时间叠加和空间叠加.本文在VLP检测中应用时间叠加技术,信号必须满足下列条件:1)所检测波形重复出现;2)必须有能被作为同步参考点的特征点;3)所检测的信号时间上必须独立于干扰噪声;4)所消除的噪声必须为零均值的平稳随机过程.

　　设f(t)由信号s(t)和噪声n(t)组成,由于随机噪声的存在,造成同步参考点在幅度和相位上是随机的,所以输入信号第i个波形如图1所示,其表达式

式中:ai为幅值,是随机变量;ni(t)为零均值的平稳随机过程.

图中Ti为第i个波形的参考点位置.心电波形是稳定的,用s(t)表示,于是有

从上式可见,叠加平均后的波形是理想的波形与参考点分布函数的卷积.从卷积可知,其结果降低了f(t)分辨率,f(t)中一些高频成份将会丢失.因此,准确地检测参考点对于VLP信息拾取起着决定性作用.

1.2　斜率阈值法检出R波

如前述,VLP位于QRS终末,并延伸到ST段,选用QRS波上的一个特征点作参考点,因此,R波的检出是首要解决的问题.一个典型的ECG信号如图2所示.为正确识别QRS波群,采用斜率阈值方法筛选QRS波,这是由于QR段的斜率最大,以此作为区别P、T波的判据.

若某个心动周期内相距N点的差分最大值为kmax,则斜率阈值kg由下式确定:

式中:n为N点差分达到最大的采样点序号.

　　采用这种方法尽管存在很大噪声,也只有在QR段上才会出现N点差分大于kg,因而可以准确无误地检测到QRS波.