应用于纳米刀的心脏有效不应期实时检测算法研(3) - 临床心电学杂志杂志社投稿

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应用于纳米刀的心脏有效不应期实时检测算法研(3)

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当某一时刻的检测结果满足条件1，且50 ms内存在一点能够同时满足条件2和条件3，则判断找到一个新的R波波峰。其中，条件3是针对心电信号采集过程中突然出现的接触噪声或其他能够引起心电采集系统检测到信号突变的情况而设立的。

由于QRS波的特征参数会随着生理情况变化而变化，故采用动态阈值法提高算法鲁棒性。在检测到R波后同步更新阈值 Thr_f、Thr_d1、Thr_d2、Thr_w，动态阈值更新公式如下。

式中:sig_f_max、sig_d_max、sig_w_max 分别为检测到R波上升沿到检测到R波波峰这段时间内sig_f、sig_d和sig_w的最大值。

2.6 漏检机制及纠正机制

漏检机制:由于实时性要求较高，本文并未采用具有较大延时的修正和回检算法提高检出率，而是通过动态阈值法减少漏检。具体算法如下:

如果持续1.66倍RR间期没有检测到R波，则将微分阈值Thr_d1降低一半至Thr_d2，重复1.3.5节的算法继续进行检测，检测到R波后更新阈值Thr_f、Thr_d1、Thr_d2、Thr_w。其中 Thr_f、Thr_d1、Thr_d2计算公式如下，Thr_w按照式(19)和式(20)进行更新。

纠正机制:如果持续5 s没有检测到R波且噪声标志位为1，则停止检测并提示原始信号信噪比过低；如果持续5 s没有检测到R波且噪声标志位为0，则暂停检测并自动重新初始化阈值，再利用新的阈值进行检测。

3 有效不应期检测

心脏的有效不应期是指使用3～5倍的阈刺激值对心肌细胞或组织进行刺激时，不会引起兴奋反应的一段时间，约200 ms～300 ms，对应于单细胞动作电位的0～2相和3相的前部，以心室肌为例相当于从体表心电图的QRS波开始一直持续到T波的前支。本文所述心脏有效不应期检测特指根据体表心电图检测心室肌有效不应期。同时，在心房肌、心室肌相对不应期刚开始的一段的时间内，应用较强的阈上刺激会有较大概率引发心房或心室颤动，这段期间被称为易颤期[13-14]。在对人体施加高于阈刺激值的电刺激时，应当避开心房肌和心室肌的易颤期。

我们可以根据体表心电图和有效不应期的对应关系，在检测到R波后延迟一段时间避开心房肌和心室肌的易颤期，准确地将IRE治疗脉冲的释放时间点控制在心脏有效不应期内。通过对算法延时、个体差异等因素的综合考虑，延时时间可以设置为50 ms～100 ms。

单细胞动作电位和心电图与不应期的对应关系如图8所示[15]，图中两块灰色区域分别表示心房肌易颤期和心室肌易颤期；a点表示R波波峰的位置；b点表示经过计算和固定延时后释放IRE治疗脉冲的位置。

图8 单细胞动作电位和心电图与不应期的对应关系

4 实验结果分析与讨论

4.1 数据库信号仿真实验

QT数据库标注了各个波形的起止点和峰值点，最适合用来进行波形定位准确性的评估，但部分标注的位置有较大误差，本文根据标记点位置的准确性，人工挑选出其中67组数据作为数据源进行仿真。

4.1.1 评价标准

4.1.1.1 准确性的评价标准

为了分析R波实时检测算法的定位准确性，本文采用如下几个参数:0257真阳性(TP):准确检测出的R波峰；0258假阳性(FP):非R波峰误判为R波峰；0259假阴性(FN):漏检的R波峰。

因为本算法要求检测延时低于15 ms，故取消了具有较大延时才能实现的R波修正和回检机制，且设计思路之一是通过过滤部分非标准R波心拍以及噪声较大的数据段以提高算法的鲁棒性，所以会出现部分R波漏检的情况，漏检数量由信号采样质量以及非标准R波心拍的数量决定，故不采用假阴性FN及其相关指标作为定量判断标准。

理论上本算法在R波峰后的15 ms内输出检测结果，但由于数据库官方标记位置有略微的误差，本文设定在检测结果之前20 ms，之后10 ms这一区间内存在官方R波标记点即为真阳性TP，反之为假阳性FP。

最终，本文通过计算阳性预测度(＋P)来定量评估算法，阳性预测度计算公式如下:

4.1.1.2 实时性的评价标准

在分析实时性时，本文采用平均延时(Td)来表示输出检测结果的延迟时间，并采用如下两个指标对该参数进行分析:

①均值:

4.1.2 仿真结果及分析

采用MATLAB进行仿真的结果如表2所示。

表2 QT数据库R波检测结果?

续表2?

根据表2计算平均阳性预测度、平均延时和方差的结果如表3所示。

表3 仿真结果分析表?

文章来源：《临床心电学杂志》网址: http://www.lcxdxzz.cn/qikandaodu/2021/0305/459.html