心电监护装置信号处理平台的设计与实现

　　1引言

　　心电监护装置是可穿戴式多参数监护装置中一个重要的组成部分,它具有心电信号检测和处理、心电信号特征提取和数据传输等基本功能模块, 可以实现对人体心电的无创检测、诊断。它一般具有可移动操作、使用简便、支持长时间连续工作、智能显示诊断结果、异常生理状况报警和无线数据传输等特点。

　　在心电监护过程中,ECG 信号处理是一个重点, 而 QRS 波检测则是信号处理中的首要问题。QRS 波不仅是诊断心律失常的最重要依据, 而且只有在 QRS 波确定后才能分析 ECG 的其他细节信息。在现有的数据压缩方法中, 直接数据压缩法对ECG 信号来说,在处理速度和压缩比方面是最有效的,在直接数据压缩方法中,LADT 在压缩比和 ECG 重构的质量方面比其它方法更有效, 因此,LADT 广泛地用于 ECG 信号处理, 特别是QRS 波的检测。利用 LADT 实现 ECG 信号分析检测的过程中,由于 LADT 的计算量大,所需时间长,所以如何提高 LADT 的速度是采用此方法进行实际应用的关键环节。LADT 的实现方法中,在 PC 机上用软件实现 (如 VB、C 语言) 的缺点是速度较慢,一般可用于算法的模拟; 在通用计算机系统中加上专用加速处理器是一个可行的解决方案。相比之下,通用的可编程 DSP 芯片具有更好的灵活性,更容易适应各种数字信号处理环境,可用于复杂的数字信号处理算法。随着数字信号处理技术和大规模集成电路工艺的发展, 单片数字信号处理器的功能越来越强大,价格越来越低,越来越多地被应用到人们生产生活的各个领域。本文介绍一种基于DSP芯片的心电监护装置的解决方案,讨论了它的软件组成和硬件结构。

　　2 ECG信号R波检测算法的设计

　　本文设计的R波检测算法分为三个部分:首先,利用改进的速 LADT 算法对原始的心电信号进行处理, 压缩原始数据的数据量,保留必要的特征点同时突出 R 波的特征值。其次,利用小波变换对于信号的奇异点(断点、尖峰等)有很高的敏感性的特点,对信号进行小波变换获得变换系数。此时,由于小波的固有性质,这些系数中大部分都应该接近 0,只有在信号有突变的部分,会有比较大的系数值。最后,将通过阈值法和定义一个检测窗口,这个窗口实际表示了待分析的信号局部区域,每次只在该窗口中寻找局部极大值来判断和定位 R 波,这样可以在一定程度上排除由于脉冲尖峰、信号断点等造成的非 R 波的小波变换系数极大值点。

　　ADT 算法最早见于文献, 原是用于句法分析预处理的,是一种用折线来拟合曲线的数据压缩方法,其拟合原理如图 1 所示。

　　图 1 (a) 中, 为某折线的起, 为该折线的候选终点, 为曲线上两者之间的任意一点。如果 点到与 的连线 AB 的距离 小于给定阈值 ,则认为可以用直线AB 代替该曲线。否则,以 为终点重新拟合,直至满足上述条件为止。由于该方法计算量大,所以 LADT 方法的快速实现被提出来了,该方法利用查偏差阈值表代替大量的计算,从而使计算量大大减小。