ECG心电信号读取与多导联波形分析系统

资 源 简 介

此项目是针对医疗ECG（心电图）数据文件开发的专业分析工具，旨在实现对PhysioNet标准格式文件的深度解析。系统的核心功能是通过fine.m程序，读取并匹配.hea头文件中的元数据信息与.dat二进制信号文件中的原始采样数据。系统支持心电领域标准的12导联体系，能够自动从头文件中提取增益、采样频率、基线值等关键参数，并利用这些参数将二进制编码的离散数值还原为具有物理意义的毫伏（mV）电压信号。该工具被设计为在默认路径C:Documents and SettingsAdministratorMy

详 情 说 明

基于MATLAB的多导联ECG心电信号读取与波形分析系统

项目介绍

本项目是一款专为临床研究和生物医学开发的ECG（心电图）信号解析与可视化工具。系统旨在高效处理符合PhysioNet标准的生理信号数据，通过解析元数据描述文件与二进制原始采样文件的关联，实现多导联心电信号的精确还原。该工具能够将数字化的离散计数值映射为具有物理意义的电压信号，为后续的心率变异性分析、自动辅助诊断及生理参数提取提供标准化的数据预处理方案。

功能特性

1. 多导联元数据深度解析：支持自动分析心电记录的头文件，提取包括导联总数、采样频率、每导联样本量在内的关键全局参数。
2. 信号量化还原：针对各导联独立的增益（Gain）和基线偏移（Baseline）参数，利用线性校准算法将16位二进制编码还原为毫伏（mV）电压信号。
3. 高精度二进制数据读取：支持交替存储格式的二进制信号流读取，能够准确重构多通道时序矩阵。
4. 灵活的导联选择机制：支持标准12导联体系，允许用户根据索引实时提取并分析特定通道的波形特征。
5. 动态波形可视化：集成自动化绘图模块，支持自动计算时间轴、自适应坐标轴缩放以及网格美化，默认展示生理周期内的关键细节。
6. 仿真数据生产引擎：内置模拟数据生成功能，在缺失外部数据源时，可自动合成包含QRS复合波特征及随机噪声的多导联仿真信号，用于功能演示与算法验证。
7. 数据工作空间集成：通过底层交互将处理后的电压信号及频率参数直接输出至MATLAB基础工作空间，支持二次开发。

系统逻辑与实现流程

主程序的执行逻辑严格遵循数据采集系统的处理标准，具体流程如下：

1. 环境初始化：系统首先尝试定位到预设的绝对路径工作目录，确保数据读取路径的一致性。
2. 数据源验证与准备：检查指定的头文件与数据文件是否存在。若文件缺失，系统将调用内置的模拟引擎生成生理特征显著的仿真数据。模拟引擎利用高斯脉冲模拟R波峰值，并为12个导联分别注入不同的振幅比例与随机噪声，最后以16位整数格式写入二进制文件。
3. 元数据解析逻辑：

* 采用格式化读取方式获取采样频率和导联总数。 * 通过字符串分割与模式匹配技术，解析每行导联信息中的增益和基线信息。 * 识别复杂的元数据格式（如“增益(基线)”或“增益/单位”），确保参数提取的鲁棒性。

1. 二进制信号加载：以二进制位模式打开信号文件，根据导联数和采样点数，将一维字节流重构为二维信号矩阵，实现各通道数据的空间重组。
2. 电压转换转换算法：针对用户指定的导联，从原始矩阵中提取计数值，应用物理转换公式消除基线漂移并校准电压幅值。
3. 可视化展示：系统自动生成图形窗口，采用红色实线绘制心电走势，并根据导联标签自动设置图表标题与轴标签。程序默认限制显示视口为前5秒，以优化观察体验。

关键算法与技术细节

• PhysioNet格式匹配算法：系统不仅读取简单的数值，还能处理带有括号的复杂字符串参数。通过解析字符串中的“(”和“/”符号，动态区分基线值与物理单位。
• 物理量信号映射：核心转换逻辑采用公式 电压(mV) = (原始计数值 - 基线值) / 增益。该算法是还原数字医疗设备采样数据的行业标准方法。
• 交错采样重构：针对二进制文件中多导联信号交替存储的特点，利用特定维度的矩阵转置技术，将串行数据高效还原为并行导联矩阵。
• 合成生理信号算法：在模拟模式下，利用心率参数计算周期，通过指数函数构造高斯形态的R波，模拟心脏电活动的电位爆发过程。

使用方法

1. 准备数据：确保已准备好ECG的头文件（.hea）和数据文件（.dat）。
2. 配置参数：在主程序定义部分修改所需分析的文件名以及目标导联索引（1至12）。
3. 执行程序：在MATLAB环境中运行主程序。
4. 结果查看：

* 屏幕将弹出的波形图窗口，展示选定导联的电压变化。 * 命令行将输出采样率、样本总数等汇总信息。 * 物理电压信号（processed_ecg）和采样频率（sampling_rate）将自动存储在MATLAB工作区供后续调用。

系统要求

• 软件平台：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 存储空间：需确保运行环境具有对 C:Documents and SettingsAdministratorMy Documentsmatlab 路径的读写权限。
• 数据格式：支持标准Format 16格式的二进制心电记录。