基于心电信号时空特征的QRS波检测算法matlab仿真

1.课题概述

       通过提取ECG信号的时空特征，并使用QRS波检测算法提取ECG信号的峰值，并在峰值点标记峰值信息。

2.系统仿真结果

3.核心程序与模型

版本：MATLAB2022a

clc;
clear;
close all;
warning off;
addpath(genpath(pwd));
rng('default')

load ECG.mat
Fs = 360;          

[loc,time] = func_QRS(dat,Fs,Time);

figure;
plot(Time,dat)
hold on
plot(time, dat(loc),'b^',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',8,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.9,0.5]);
legend('ECG信号','QRS检测');
xlabel('Time(s)')
xlim([0,30]); 
10

4.系统原理简介

       基于心电信号时空特征的QRS波检测算法是一种利用信号处理技术对心电信号进行自动分析，检测其中的QRS波群的方法。QRS波群是心电信号中最为明显的特征之一，其准确检测对于心脏疾病的诊断和治疗具有重要意义。

4.1心电信号预处理

       在进行QRS波检测之前，需要对心电信号进行预处理，以去除噪声和基线漂移等干扰。常用的预处理方法包括滤波、归一化等。这个过程可以用数学公式表示为：

滤波：H(f) = (f^2 + (f0/Q)^2) / (f^2 + (f0/Q)^2 + (f0^2))

       其中，H(f)为滤波器的传递函数，f为频率，f0为截止频率，Q为品质因数。通过设置合适的f0和Q值，可以去除心电信号中的低频噪声。

4.2 QRS波检测算法

基于心电信号时空特征的QRS波检测算法主要包括以下几个步骤：

特征提取：提取心电信号的时空特征，包括幅度、斜率、曲率等。这些特征可以通过计算信号的一阶导数和二阶导数来得到。常用的特征提取方法有差分法、小波变换等。

特征选择：从提取的特征中选择对QRS波检测最有用的特征。这个过程可以通过机器学习算法或统计分析方法来实现。常用的特征选择方法有主成分分析、支持向量机等。

阈值设定：根据选择的特征，设定合适的阈值，用于判断是否为QRS波。阈值的设定需要考虑信号的噪声水平和QRS波的形态特征。常用的阈值设定方法有自适应阈值法、固定阈值法等。

QRS波检测：根据设定的阈值，对心电信号进行逐点判断，检测出其中的QRS波。这个过程可以通过比较信号的特征值和阈值来实现。常用的QRS波检测方法有滑动窗口法、模板匹配法等。这个过程可以用数学公式表示为：

      如果|x(n)| > Threshold 并且 slope(x(n)) > 0 并且 curvature(x(n)) < 0，则判断x(n)为QRS波的峰值点。

     其中，x(n)为心电信号，Threshold为设定的阈值，slope(x(n))为信号的斜率，curvature(x(n))为信号的曲率。这个公式的意义是，如果信号的幅度超过阈值，并且斜率为正，曲率为负，则判断该点为QRS波的峰值点。