一种心电信号伪差识别方法及心电信号伪差识别装置与流程

本发明涉及医学领域，具体涉及一种心电信号伪差识别方法及心电信号伪差识别装置。

背景技术：

心电信号是人类最早研究并应用于医学临床的生物信号之一，它比其它生物电信号更易于检测，并且具有较直观的规律性，因而心电图分析技术促进了医学的发展。心电图检查是临床上诊断心血管疾病的重要方法。

在检测人体心电信号的过程中，最终获取的心电信号中会混有噪声。这些噪声中有一些具有固定的规律：比如基线漂移，肌电干扰，工频干扰等。而另外一种噪声，往往并不是人体心脏活动引起的，比如测量过程中，手的移动，手与电极接触面不光滑等，这些噪声，我们称之为伪差。其通常具有突变的特点。

心电信号中的伪差对心电信号特征提取以及之后的特征分析有很大影响。伪差即是心电信号中非凡不是心脏电激动而发生的心电图改变的部分。现有的去除心电信号中伪差的方法大都针对于动态心电图。动态心电图一般具有测量时间长的特点，这在一定程度上方便了检测。其次，这些方法大都基于先大致提取心电信号的非伪差部分，然后得到其rr间期，qrs波群的均值，方差等特征值，然后根据这些值对信号进行逐一检测。对于不符合条件的心电信号认定为伪差。

目前的心电信号中伪差识别大都面对于动态心电图，此外几乎所有的伪差识别算法都需要一定的先验知识，比如阈值的确定过程就需要对正常心电信号的学习。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种心电信号的伪差识别方法及心电信号的伪差识别装置，用于识别所采集到的心电信号中的伪差。

本发明实施例第一方面提供了一种心电信号的伪差识别方法，具体包括：

读取原始心电信号；根据所述原始心电信号确定目标心电信号，所述目标心电信号为去除基线漂移、肌电干扰以及工频干扰的心电信号；根据所述目标心电信号确定所述目标心电信号中的所有r点；根据所述目标心电信号的所有r点识别所述目标心电信号的伪差。

本发明实施例第二方面提供了一种心电信号伪差识别装置，包括：

读取模块，用于读取原始心电信号；

第一确定模块，用于根据所述原始心电信号确定目标心电信号，所述目标心电信号为去除基线漂移、肌电干扰以及工频干扰的心电信号；

第二确定模块，用于根据所述目标心电信号确定所述目标心电信号中的所有r点；

识别模块，用于根据所述目标心电信号的所有r点识别所述目标心电信号的伪差。

本发明实施例第三方面提供了一种心电信号伪差识别装置，包括：

中央处理器、存储器、存储介质、电源、无线网络接口以及输入输出接口；

通过调用所述存储器或存储介质上存储的操作指令，所述中央处理器，用于执行如权利要求1至9中任一项所执行的操作。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：读取原始心电信号；根据原始心电信号确定目标心电信号，目标心电信号为去除基线漂移、肌电干扰以及工频干扰的心电信号；根据目标心电信号确定所述目标心电信号中的所有r点；根据目标心电信号的所有r点识别目标心电信号的伪差。由此可以看出，只需要将原始心电信号去除基线漂移、几点干扰以及工频干扰，之后标定去除基线漂移、肌电干扰以及工频干扰的心电信号的所有r点，根据所有r点即可以识别心电信号中的伪差，无需一定的先验知识，即可以识别心电信号中的伪差。

附图说明

图1为本发明实施例中心电信号伪差识别方法的实施例示意图；

图2为本发明实施例中心电信号伪差识别装置的一个实施例示意图；

图3为本发明实施例中心电信号伪差识别装置的另一实施例示意图；

图4为本发明实施例中心电信号伪差识别装置的硬件结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种心电信号伪差识别方法及心电信号伪差识别装置，用于无需任何先验知识即可快速识别心电信号中的伪差。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

请参阅图1，本发明实施例中心电信号伪差识别方法的一个实施例包括：

101、读取原始心电信号。

本实施例中，在检测人体心电信号的过程中，可以首先读取到原始心电信号。

102、将原始心电信号通过二次变分的方法去除基线漂移确定第一心电信号。

本实施例中，当读取到原始心电信号之后，可以在限制条件下，通过入校公式去除原始心电信号中的基线漂移确定第一心电信号：

限制条为：

其中，代表估计的基线漂移信号，表示采集到的信号，ρ为控制基线漂移趋近真实信号的非负参数，表示信号的二次变分，z表示去除基线漂移后的心电信号即第一心电信号，d表示二次变分矩阵，i表示对大小的单位矩阵。

103、将第一心电信号通过平稳小波变换的方法去除第一心电信号的肌电干扰以及工频干扰确定所述目标心电信号。

本实施例中，可以采取平稳小波变换的方法去除肌电干扰以及工频干扰，将第一心电信号进行平稳小波变换，然后选取预设的阈值以及衰减系数，将肌电干扰以及工频干扰从第一心电信号中分离出来，从而将肌电干扰以及工频干扰去除。

可以通过如下公式去除第一心电信号中的肌电干扰以及工频干扰确定目标心电信号：

其中，α为自由因子，其值为2.5。γ为阈值，y为所述目标心电信号；

通过如下公式计算：

其中，wi，j为分解后的小波系数，n为采样点数，u为每一层的衰减系数，i为将所述原始信号分解后的层数。

104、根据目标心电信号确定目标心电信号中的所有r点。

本实施例中，可以将目标心电信号进行样条小波变换确定小波系数，确定所述小波系数中的极大值极小值对，根据极大值极小值对确定目标心电信号中的所有r点对小波系数进行处理确定所述目标心电信号中的所有r点。例如可以对目标心电信号进行3次样条小波变换，选取第3层的小波系数mj3进行分析，并选取合适的阈值去掉相对较小的极值点，在剩下的数据值中，找出极大值和极小值对，并找出极大值和极小值对应的原始信号的位置，在极大值以及极小值对应的原始信号x的位置范围内幅值最大的点即为r点。一个遍历之后，对mj3层进行捡漏和删除多检点，当检出的相邻r点的距离过小时，此时可以认为是多检了r点，即将不是r点的点确定成r点，删除幅值更小的r点；当检出的相邻r点的距离过大时，则认为检漏了，则调整预置，重新检测r点，在这一段信号中调整阈值，按照上述步骤再次检测r点。

105、以目标心电信号中的所有r点位置基准确定每个r点的数据段。

本实施例，当得到目标心电信号中的所有r点之后，可以以每一个r点的位置为基准形成各自的数据段，可以通过编程实现：

x(rpeak(i)-floor((rpeak(i)-rpeak(i-1))/3):rpeak(i)+floor((rpeak(i+1)-rpeak(i))/2))，其中rpeak为标识心电信号r波点的横坐标的数组。

106、判断每个r点的数据段是否是初次输入，若是，则执行步骤107，若否，则执行步骤108。

本实施例中，在以每个r点的位置为基准确定每个r点的数据段之后，可以分别在每个r点对应的数据段输入时进行判断，判断每个r点的数据段是否是初次输入，若是，则执行步骤107，若否，则执行步骤108。

107、将初次输入的r点对应的数据段作为第一个模板。

本实施例中，当确定输入的r点对应的数据段是初次输入时，可以将初次输入的r点对应的数据段作为第一个模板。

108、根据dtw算法分别判断每个r点的数据段与模板库中的各个模板的相似度是否小于预设的阈值，若是，则执行步骤112，若否，则执行步骤109至步骤111。

本实施例中，当确定输入的r点对应的数据段不是初次输入时，可以根据dtw算法分别判断每个r点的数据段与模板库中的各个模板的相似度是否小于预设的阈值，若是，则执行步骤112，若否，则执行步骤109至步骤111。

109、判断模板库中的模板的数量是否小于预设值，若是，则执行步骤110，若否，则执行步骤111。

本实施例中，当根据dtw算法分别判断每个r点的数据段与模板库中的各个模板的相似度，当确定存在有与模板库中的模板的相似度不小于预设的阈值时，此时，可以判断模板库中的模板的数量是否小于预设值，若是，则执行步骤110，若否，则执行步骤111。

110、根据相似度不小于预设的阈值的模板对应的数据段建立新的模板。

本实施例中，当确定模板库中的模板数量小于预设值时，可以将与每个r点对应的数据段中的相似度不小于预设的阈值的模板对应的数据段建立新的模板。

111、将模板库中的模板与每个r点的数据段的相似度最小的模板删除，且根据相似度不小于预设的阈值的模板对应的数据段建立新的模板。

本实施例中，当确定模板库中的模板数量不小于预设值时，可以将模板库中的模板与每个r点的数据段的相似度最小的模板删除，且根据相似度不小于预设的阈值的模板对应的数据段建立新的模板。

112、将相似度小于预设的阈值的模板对应的数据段标记为与相似度小于预设的阈值的模板为同一类。

本实施例中，当根据dtw算法分别判断每个r点的数据段与模板库中的各个模板的相似度之后，确定存在有与模板库中的模板的相似度小于预设的阈值时，可以将相似度小于预设的阈值的模板对应的数据段标记为与相似度小于预设的阈值的模板为同一类。

需要说明的是，心电信号伪差识别装置可以循环执行步骤106至步骤112直至所有的r点对应的数据段分类完毕。

113、统计目标心电信号中的所有r点对应的数据段标记的各个类别的频数。

本实施例中，当目标心电信号中的所有r点对应的数据段分类完毕之后，可以通过目标心电信号中的所有r点对应的数据段标记的各个类别的频数。

114、判断各个类别的数量是否超过两类，若是，则执行步骤115，若否，则执行步骤116。

本实施例中，当得到目标心电信号中的所有r点对应的数据段表的各个类别的频数之后，可以判断各个类别的数量是否超过两类，若是，则执行步骤115，若否，则执行步骤116。

115、将各个类别中频数最少的类别以及各个类别中频数第二少的类别标记为目标心电信号的伪差。

本实施例中，当各个类别的数量超过两类，则将各个类别中频数最少的类别以及频数第二少的类别标记为目标心电信号中的伪差。

116、确定目标心电信号中没有伪差。

本实施例中，当各个类别的数量没有超过两类，则确定目标心电信号中没有伪差。

需要说明的是，由于早搏信号与长长心电信号的相似度所在的数量级在e-4和e-5之间，而伪差与正常心电信号的相似度数量级在e-3以上，因此通过dtw计算出来的数值越大，说明差异越大，因此可以很容易的将早搏信号与伪差分别出来，防止将早搏信号误认为是伪差。

综上所述，可以看出，当检测人体心电信号时，可以先读取原始心电信号；根据原始心电信号确定目标心电信号，目标心电信号为去除基线漂移、肌电干扰以及工频干扰的心电信号；根据目标心电信号确定所述目标心电信号中的所有r点；根据目标心电信号的所有r点识别目标心电信号的伪差。由此可以看出，只需要将原始心电信号去除基线漂移、几点干扰以及工频干扰，之后标定去除基线漂移、肌电干扰以及工频干扰的心电信号的所有r点，根据所有r点即可以识别心电信号中的伪差，无需一定的先验知识，即可以识别心电信号中的伪差。

上面从心电信号伪差识别的方法的角度对本发明实施例进行描述，下面从心电信号伪差识别装置的角度对本发明实施例进行描述。

请参阅图2，本发明实施例中心电信号伪差识别装置的一个实施例包括：

读取模块201，用于读取原始心电信号；

第一确定模块202，用于根据原始心电信号确定目标心电信号，目标心电信号为去除基线漂移、肌电干扰以及工频干扰的心电信号；

第二确定模块203，用于根据目标心电信号确定目标心电信号中的所有r点；

识别模块204，用于根据目标心电信号的所有r点识别目标心电信号的伪差。

为了便于理解，下面结合图3进行详细说明。

请参阅图3，本发明实施例中心电信号伪差识别装置包括：

读取模块301，用于读取原始心电信号；

第一确定模块302，用于根据原始心电信号确定目标心电信号，目标心电信号为去除基线漂移、肌电干扰以及工频干扰的心电信号；

第二确定模块303，用于根据目标心电信号确定目标心电信号中的所有r点；

识别模块304，用于根据目标心电信号的所有r点识别目标心电信号的伪差。

其中，第一确定模块302可以进一步包括：

第一去除单元3021，用于将原始心电信号通过二次变分的方法去除基线漂移确定第一心电信号；

第二去除单元3022，用于将第一心电信号通过平稳小波变换的方法去除第一心电信号的肌电干扰以及工频干扰确定所述目标心电信号。

其中，第一去除单元3021具体用于：在限制条件下，通过如下公式去除原始心电信号中的基线漂移确定第一心电信号：

限制条为：

其中，其中代表估计的基线漂移信号，表示采集到的信号。ρ为控制基线漂移趋近真实信号的非负参数。表示信号的二次变分；z表示去除基线漂移后的心电信号即所述第一心电信号，d表示二次变分矩阵，i表示对大小的单位矩阵。

其中，第二去除单元3022具体用于：

通过如下公式去除第一心电信号的肌电干扰以及工频干扰确定目标心电信号：

其中，α为自由因子，其值为2.5，γ为阈值，y为所述目标心电信号；

通过如下公式计算：

其中，wi，j为分解后的小波系数，n为采样点数，u为每一层的衰减系数，i为将所述原始信号分解后的层数。

其中，第二确定模块303可以进一步包括：

第一确定单元3031，用于将目标心电信号进行样条小波变换确定小波系数；

第二确定单元3032，用于对小波系数进行处理确定目标心电信号中的所有r点。

其中，第二确定单元3032具体用于：

确定小波系数中的极大值极小值对；

根据极大值极小值对确定目标心电信号中的所有r点。

其中，识别模块304可以进一步包括：

第三确定单元3041，用于以目标心电信号中的所有r点位基准确定每个r点的数据段；

第一判断单元3042，用于判断每个r点的数据段是否是初次输入；

第二判断单元3043，用于在每个r点的数据段不是初次输入，则根据dtw算法分别判断每个r点的数据段与模板库中的各个模板的相似度是否小于预设的阈值；

第一标记单元3044，用于在每个r点的数据段中存在有与模板库中的模板的相似度小于预设的阈值时，则将相似度小于预设的阈值的模板对应的数据段标记为与相似度小于预设的阈值的模板为同一类；

循环单元3045，用于循环执行第一判断单元、第二判断单元以及标记单元的动作直至目标心电信号中的所有r点对应的数据段的标记分类完毕；

统计单元3046，用于统计目标心电信号中的所有r点对应的数据段标记的各个类别的频数；

第三判断单元3047，用于判断各个类别的数目是否超过两类；

第二标记单元3048，用于在各个类别的数目超过两类时，将各个类别中频数最少的类别以及各个类别中频数第二少的类别标记为目标心电信号的伪差；

第一处理单元3049，用于在每个r点的数据段是初次输入时，将初次输入的r点对应的数据段作为第一个模板；

第四判断单元30410，用于当每个r点的数据段中不存在有与模板数据库的模板的相似度大于预设的阈值时，判断模板库中的模板的数量是否小于预设值；

第二处理单元30411，用于模板库中的模板的数量小于预设值时，根据相似度大于预设的阈值的模板对应的数据段建立新的模板；

第二处理单元30411还用于模板库中的模板的数量不小于预设值时，将模板库中的模板与每个r点的数据段的相似度最小的模板删除，且根据相似度大于预设的阈值的模板对应的数据段建立新的模板。

本实施例中的心电信号伪差识别装置中的各模块与单元之间的交互方式如前述图1所示实施例中的描述，具体此处不再赘述。

综上所述可以看出，当接收到的心电信号需要进行伪差识别时，心电信号伪差识别装置可以通过读取模块301读取原始心电信号，通过第一确定模块302根据原始心电信号确定目标心电信号，通过第二确定模块303根据目标心电信号确定目标心电信号中的所有r点，通过识别模块304根据目标心电信号中的所有r点识别目标心电信号的伪差。由此可以看出，当需要进行伪差识别时，只需要确定心电信号中的r点即可，不需要任何的先验知识。

请参阅图4，图4是本发明实施例提供的一种心电信号伪差识别装置的结构示意图，该心电信号伪差识别装置400可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上中央处理器(centralprocessingunits，cpu)422(例如，一个或一个以上处理器)和存储器432，一个或一个以上存储应用程序442或数据444的存储介质430(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器432和存储介质430可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质430的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对服务器中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器422可以设置为与存储介质430通信，在心电信号伪差识别装置400上执行存储介质430中的一系列指令操作。

心电信号伪差识别装置400还可以包括一个或一个以上电源426，一个或一个以上有线或无线网络接口450，一个或一个以上输入输出接口458，和/或，一个或一个以上操作系统441，例如windowsservertm，macosxtm，unixtm，linuxtm，freebsdtm等等。

上述实施例中由心电信号伪差识别装置所执行的步骤可以基于该图4所示的心电信号伪差识别装置结构。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。