Heart beat detection in noisy ECG signals using statistical analysis of the automatically detected annotations

Abstract

This paper proposes an algorithm to reduce the noise distortion influence in heartbeat annotation detection in electrocardiogram (ECG) signals. Boundary estimation module is based on energy detector. Heartbeat detection is usually performed by QRS detectors that are able to find QRS regions in a ECG signal that are a direct representation of a heartbeat. However, QRS performs as intended only in cases where ECG signals have high signal to noise ratio, when there are more noticeable signal distortion detectors accuracy decreases. Proposed algorithm uses additional data, taken from arterial blood pressure signal which was recorded in parallel to ECG signal, and uses it to support the QRS detection process in distorted signal areas. Proposed algorithm performs as well as classical QRS detectors in cases where signal to noise ratio is high, compared to the heartbeat annotations provided by experts. In signals with considerably lower signal to noise ratio proposed algorithm improved the detection accuracy to up to 6%.

Article in Lithuanian.

Širdies dūžių nustatymas iš iškraipytų EKG signalų atliekant automatiškai aptiktų atskaitų statistinę analizę

Santrauka 

Širdies ritmas yra vienas svarbiausių ir daugiausia informacijos apie pacientų būklę teikiančių fiziologinių parametrų. Širdies ritmas nustatomas iš elektrokardiogramos (EKG), atliekant QRS regionų, kurie yra interpretuojami kaip širdies dūžio ãtskaitos, paiešką. QRS regionų aptikimas yra klasikinis uždavinys, nagrinėjamas jau keletą dešimtmečių, todėl širdies dūžių nustatymo iš EKG signalų metodų yra labai daug. Deja, šie metodai tikslūs ir patikimi tik esant dideliam signalo ir triukšmo santykiui. Kai EKG signalai labai iškraipomi, QRS aptiktuvai ne visada gali atskirti QRS regioną, o kartais jį randa ten, kur iš tikro jo būti neturėtų. Straipsnyje siūlomas algoritmas, kurį taikant sumažinama triukšmo įtaka nustatant iš EKG signalų QRS regionus. Tam naudojamas QRS aptiktuvas, kartu prognozuojantis širdies dūžio atskaitą. Remiamasi arterinio kraujo spaudimo signalo duomenimis, renkama atskaitų statistika ir atliekama jos analizė.

Reikšminiai žodžiai: elektrokardiograma, arterinis kraujo spaudimas, širdies ritmas, QRS regionai, širdies dūžis.

Keyword : electrocardiogram, arterial blood pressure, QRS complex, heartbeat, heart rate