周岁祝福语房颤检测算法预研

2021年1月17日发(作者：邹浩)

1.
房颤和房扑的心电图特点

心房扑动
:
一部 分心肌连续不断地进行除极活动称为心房扑动，简称房扑，心房产生每分钟
300
次左右
的激动，使心房快而协调的收缩，可认为是一种特殊类型的房性心动过速。

心房扑动的心电图特点：

（
1
）

节律：规则或不规则（取决于房室传导比例，如果传导比例不变则节律规则）

（
2
）

频率：心房率：
250~400
次
/
分（上限
350
、
375
、
400
等都有说）


心室率：随着经房室结下传的激动数目变化而变化（低于心房率）

（
3
）

P
波：锯齿形，又称扑动波（
F
波）
，影响整个基线的形态


（
4
）

PR
间期：通常无法测量

（
5
）

QRS
波群：时限正常（≤
0.10s
）


心房 颤动：
心房颤动是一种常见的室上性快速心律失常，
因其心房快速而紊乱颤动，
失去了 协调一致的
收缩，
心房既丧失了正常排血功能，
也易形成附壁血栓。
房颤好发 于一些器质性心脏病如风湿性心脏病、
冠
心病、高血压性心脏病患者，甲状腺机能亢进患者，充 血性心力衰竭患者。

心房颤动的心电图特点：

（
1
）

节律：总体上不规则

（
2
）

频率：心房率：＞
400
次
/
分


心室率：随着经房室结下传的激动数目变化而变化（低于心房率）

（
3
）

P
波：不规则，又称颤动波（
f
波）
，影响整个基线的形态


（
4
）

PR
间期：通常无法测量

（
5
）

QRS
波群：时限正常（≤
0.10s
）


房扑和房颤的区别：

（
1
）

发生机制不同：房颤是心房发出的快速、无序的激动，房扑是心房内兴奋折返导致的；

（
2
）

RR
间期：房扑通常是规整的，房颤通常不规则（ 合并三度房室传导阻滞时规则）
；

（
3
）

心房波：房扑
F
波相对房扑的
f
波幅度更大，频率更小

2.
房颤检测算法

房颤识别的常用特征分为时域、频域和非线性特征，介绍如下：

2.1
时域分析算法

时域分析是最常见，
也是最早研究的
AF
识别算法。
常见的
AF
识别算法有基于
R-R
间期、< br>基于
P
波形
态或两者结合的方法。

利用
R-R间期识别
AF
的算法有基于
R-R
间期散点图、密度直方图、方差直方图 等。
AF
发作时，
R-R
间期变异性显著增加。计算连续
R-R间期变异性差异，只要变异性差异足够高，就足以识别
AF
。

除单独利 用
R-R
间期外，还可结合
f
波识别
AF
。算法首先计算< br>R-R
间期的变异性，然后检测
P
波或
f
波的斜率，从而区分 是否为
AF
。

2.2
频域分析算法

AF
频域分析算法基于
f
波频率较高的特点，对信号进行提取、变换、分析、综合等处理。常见算 法是
提取
f
波来保留信号的有效成分或基于信号滤波处理的方法来去除信号中不必要的 成分，对提取的有效信
号进行傅里叶变换，通过特性指标进行算法性能分析，以辨别
AF
。

2.3
非线性分析算法


非线性分析是从非线性动 力学的角度来分析，如绘制庞加莱图，相空间动力学重构回，样本嫡，求
Lyapuno
指数、 分形维数等。

2.4
房颤检测算法总结


基于
RR
间期的算法简便，应用广泛。
RR
间期算法基于心率，如患者装有心脏起搏器或正 服用控制心
率的药物或有其他心脏问题，如心房传导阻滞时，结果就会出现问题。此外，基于
R R
间期的算法需较长的
心电才能准确识别，
这对于阵发性

AF
的识别是一个很大的缺点，
很有可能忽略时间极短的阵发性

A F
。
结
合心房活动识别精度明显提高，但要求
ECG
信号信噪比高， 采样率高，才能保证算法可靠性。


f
波幅值小，形态不一，信噪比低时不 易提取，频域分析往往能够降低噪声的影响。目前频域识别
AF
的算法应用在心内手术辅助医 生进行射频靶点消融的较多，
在体表心电识别
AF
精度较时域法低，
且傅里叶
变换运算量大。
当房性室性心动过速发生时，
或者当心电节律快速改变时，
基 于
RR
间期的方法无法准确检
测，此时信号更加适用于频域分析。


基于心房活动的算法是对
AF
电生理信号的直接分析，能更好地了解
AF产生的机制。
AF
患者的电生
理活动经常在
AF
和房扑之间转换 ，此时，
RR
间期的规则度会降低，从而影响利用
RR
间期识别
AF
的有
效性。通过心房活动的分析能够识别出
AF
。

非线性算法是对时域基于
RR
间期算法的一种改进，由于实时性和计算量的缘故在实际产品 中应用很
少。

房颤检测时容易误检和需要额外注意的情况：

（
1
）窦性心律不齐；

（
2
）房早二联律；

（
3
）去掉室性早搏等对
RR
间期的影响；


3.
参考论文


1
2
论文

钟高艳
,
陆宏伟
,
谷雪莲
, et al.
基于体表心电图
的房颤自动识别算法综述

黄超
.
动态心电图中房颤自动检测算法研究及其
临床应用

李杰
.
基于单导心电图的房颤信号检测及提取方
法研究

张鑫
.
基于心电图的房颤识别研究

孟丹阳
.
基于心电信号的房颤自动识别研究

相关知识点

介绍了时域、频域、非线性特征

房颤和窦性节律的疑似边界定位，
RR间期
分布差
异曲线、
直方图、
标准差，
结合
P
波分析
，
马尔可
夫模型模型

RR
间期

指数移动平均算法（
RR
间期）和
RR
比值

心房特征和基于
RR
间期香浓熵

3
4
5
6
Huang C , Ye S , Chen H , et al. A Novel Method for
利用了
50
个
RR
间期
的差值，得 到了
AF
和正常
Detection
of
the
Transition
Between
Atrial
窦性心律的直方图分布，通过密度直方图提取特
Fibrillation and Sinus Rhythm[J]. IEEE Transactions
征能够有效地区分
AF
和
NSR
on Biomedical Engineering, 2011, 58(4):1113-1119.
Babaeizadeh S , Gregg R E , Helfenbein E D , et al.
结合了基于
RR
间期和基于
P
波形态
的AF
识别方
Improvements in atrial fibrillation detection for real-
法

time
monitoring[J].
Journal
of
Electrocardiology,
2009, 42(6):522-526.
7
8
Stridh
M
,
Sornmo
L
.
Spatiotemporal
QRST
cancellation
techniques
for
analysis
of
atrial
fibrillation[J].
IEEE
transactions
on
bio-medical
engineering, 2001, 48(1):105-111.
9


该两篇论文分别采用时空对消法和 平均模板法来
对信号进行预处理。
由于
f
波的形态和变化幅度不
f
波难以辨识。
如何有效提取

Shkurovich S , Sahakian A V , Swiryn S . Detection
均匀以及信噪比低，
然后进行频域分
of
atrial
activity
from
high-voltage
leads
of
f
波是频域分析算法研究的重点，
implantable
ventricular
defibrillators
using
a
析。

cancellation
technique[J].
IEEE
Transactions
on
Biomedical Engineering, 1998, 45(2):229-234.
10
Tateno K , Glass L . Method for detection of atrial
分别提取
RR
间期和
RR
间期差分值
的房颤 标准
fibrillation using RR intervals
密度直方图，然后 采用柯尔莫哥洛夫史密诺夫检
验评估待测密度直方图与标准直方图的差异度，
若差异度小于一定 阈值，则认为该段数据对应的
时间段为房颤段。

11




4.
参考专利


1
名称

专利信息

房颤监测

申请人

Koninklijke Philips
申请日

2009.01.09
公布号

US 8560058
CN 101969842
2
名称

一种房颤检测方法和装
置

摘要
/
要点

一种房颤
(AF)
监测器从
ECG
波形序列中提取两种
P
波特征
和
RR
间隔
特 征。所述特性被分类器用于将心脏节律分类为
AF
或非
AF
。
AF< br>分
类结果可以被进一步处理以降低错误警报报告。
AF
分类结果由
AF
负荷计算器用于实时报告
AF
负荷。

本发明的房颤检测方法包括如 下步骤：
S1
、获取一段时间内心电
信号的
RR
间期序列；
S2
、对所述
RR
间期序列进行预处理；
S3
、
对预处理 后的
RR
间期序列进行归一化处理；
S4
、计算归一化处理
后的RR
间期序列的方差
；
S5
、将所得方差与阈值比较，若所得方
差大于所述阈值则判定所述一段时间内发生房颤。

RR
间隔离散度的测量包括确定出 的
间隔差的方差
；并且其中所述
心律失常检测电路被配置为：当

i)
确定出的方差满足指定的方差
阈值，并且

ii)
所述 确定出的
心率模式
满足所述指定的心率模式阈
值或所述确定出的
HRDI满足所述指定的
HRDI
阈值，这两者都满
足时，生成所述
AF
的指示

A method and apparatus to detect irregular heart activity based
upon a
ventricular activity analysis, P wave activity, similarities in
R wave to R wave intervals, and a state evaluation
….


申请人

深圳市邦健电子

申请日

2012.08.16
公布号

CN 102805620A
3
名称

心房颤动检测

申请人

Cardiac Pacemakers
申请日

2016.03.28
公布号

CN 107529988

US 0242869
4

名称

Atrial fibrillation
detection method and
apparatus
申请人

GE Medical
…

申请日

2002.12.03
公布号

US 6490479 B2
5

Atrial fibrillation
与上篇专利
US 6490479
是同一公司和作者，上一篇专利的延