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第 2 章 心电基础知识及心电信号去噪
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第 2 章 心电基础知识及心电信号去噪
从人体体表采集到的心电信号可以很好地反映心脏的健康状况,可以通过对心电
信号进行分析来更好的对患者的病情进行诊断,因此需要对心电信号的基础知识进行
一定的了解。本章主要对心电信号的产生机理、基本组成以及心电信号特征进行了简
要阐述,还对本文使用的 PTB 心电数据库和 MIT-BIH 心律失常数据库进行了介绍。
由于心电信号在采集的过程中容易引入多种噪声,所以有必要对其进行去噪处理,故
本章对去噪所采用的小波阈值去噪方法也进行了说明,首先介绍了心电信号中存在的
几种常见噪声,然后对小波变换理论进行了阐述,接着介绍了所采用的小波阈值去噪
方法,包括小波基函数选取及分解尺度选取,最后对去噪效果进行了分析。
2.1 心电信号基础知识
2.1.1 心电信号产生机理
心脏是人体非常重要的部位之一,它像“泵”一样,通过进行有规律的机械收缩,
为人体的血液循环提供源源不绝的动力,将血液运输到人体每个部位。当心脏受到一
定强度的刺激后,会进行有规律的持续性收缩,并且随之会产生电激动,当刺激消失
后心脏开始舒张。电激动会使得心肌细胞膜内外的正负离子流动,从而产生电位变化
并反应在人体表面,通过附着在人体表面的电极可以采集这些电位变化信号,即心电
信号,并最终绘制成心电图
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。
作为一种半透膜,心肌细胞膜可以控制正负离子进出,从而影响膜内外的电位变
化。当电刺激还没有产生时,细胞膜外有着大量的钙离子和钠离子,呈现正电位,而
细胞膜内负离子居多,呈现负电位。此时心肌细胞处于外正内负的平衡状态,电位差
保持稳定,约为 90mV,这种状态被称为极化状态。当电激动的电流开始刺激细胞时,
此时心肌细胞膜的通透性产生改变,膜外的正离子被允许进入细胞内,细胞内的正电
荷激增,使得原来膜内外稳定的电位差被打破,此时细胞内的电位高于细胞外,这一
过程即为除极过程。当细胞内外的电位差达到极限时,高电位差使得正离子开始从细
胞内回流到细胞外,使膜内外电位差恢复正常,重新回到平衡状态,此为复极过程。
相较于除极过程,一般复极过程所需的时间更长,电位也较低。复极过程完成后,心
脏又一次恢复到极化状态。如此反复的除极、复极过程,最终形成了周期性的心脏电
生理活动。
心肌细胞被分为两种,分别是工作细胞和自律细胞。工作细胞,即普通心肌细胞,
包括心房肌和心室肌,执行机械性收缩功能。自律细胞主要包括浦肯野细胞和 P 细胞,
组成了心脏的特殊传导系统,能够产生和传导兴奋。窦房结作为心脏激动的最高起搏