心电图伪差信号识别方法及装置的制造方法_3

文档序号:8327130阅读:来源:国知局
xi为对分 段ECG信号进行PCA运算后所得到的第一个主成分的贡献率,第三信息参数Psn为分段ECG 信号的频谱在0. 5~40Hz之间的信号总幅值与全频率段信号总幅值的比值。
[0068]具体地,第一信息参数Rniax的计算方法为:
[0069] 首先提取分段ECG信号前2s时间窗内的ECG信号作为模板,模板长度选择2s的 原因是ECG非伪差信号的一个心电周期在Is左右,因此可以保证绝大多数情况下模板中包 含了至少一个心电周期的ECG信号,而ECG伪差信号由于呈现随机性而不具备此特征,需要 说明,本实施例中的时间窗的类型为矩形窗,时间窗的长度与模板长度相同,均为2s;
[0070] 然后将该模板在该分段ECG信号内以一个采样点为步长逐点移位,将移位后的时 间窗内的ECG信号与模板进行相关运算,求解得到分段ECG信号在时间窗内的移位相关系 数,如果待识别ECG信号为ECG非伪差信号,则其相关系数存在一个局部最大值Rmax,即表 现出逐拍的形态相似性。而ECG伪差信号由于其具备随机性,相关系数在相关运算的求解 过程中将一直维持在一个较低的值。因此,ECG非伪差信号的第一信息参数Rmax数值较大, 而ECG伪差信号的第一信息参数1?_数值很小,二者存在较大差别,可以采用第一信息参数 RmaxS分两类信号;
[0071] 最后在排除数值为1的移位相关系数后,对剩余移位相关系数取最大值得到第一 信息参数Rmax。需要说明因为模板和移位前的时间窗内的ECG信号完全相同,所以它们的自 相关值始终为1,因此在求解第一信息参数Rmax时,需要将时间窗内自相关产生的这个局部 极大值排除,因为它不能真实反映ECG非伪差信号的逐拍相似性。
[0072] 第二信息参数Pxi的计算方法为:
[0073] 首先对分段ECG信号按照心动周期再次分段,具体的再次分段方法为:首先对分 段ECG信号的每一个心动周期内的R峰进行定位,每一段二次分段ECG信号从R峰前0. 3 倍RR间期开始,到R峰后〇. 7倍RR间期结束,经过再次分段可以得到二次分段ECG信号, 需要说明,PCA在实际应用中,要求输入矩阵应当为多次测量的数据或多个个体单次测量的 数据,即要求输入数据是多维的,然而对于实时采集的ECG信号,这一点很难实现,本实施 例通过对分段ECG信号再次分段可以得到符合PCA运算的输入数据;
[0074] 然后对该二次分段ECG信号进行PCA运算并提取第一个主成分的贡献率作为第二 信息参数Pu,需要说明,由于ECG非伪差信号中的主要成分对总体的贡献率较高,而对于 ECG伪差信号来说,其各个主成分分布很分散,其主成分的总体贡献率较低,因此可以采用 第二信息参数Pu区分两类信号。
[0075] 第三信息参数Psn的计算方法为:
[0076] 首先对待识别的分段ECG信号进行快速FFT,得到分段ECG信号的频谱;
[0077] 然后求解分段ECG信号的频谱在0. 5~40Hz之间的信号总幅值与全频率段信号 总幅值的比值,该比值即为第三信息参数Psn,另外需要说明,由于在ECG非伪差信号功率谱 中,QRS波群的频率范围集中在3~40Hz,P波和T波的频率范围主要集中在0. 7~IOHz 之间,因此本实施例选择0. 5~40Hz的频率范围计算第三信息参数Psn,该参数能够衡量待 识别的分段ECG信号中有用心电信息被噪声淹没的程度,如果噪声强度越大,则其第三信 息参数Psn就越低,反之如果噪声强度越小,则第三信息参数Psn就越高。因此,ECG伪差信 号与ECG非伪差信号的第三信息参数Psn存在较大差异。
[0078] 步骤S3 :通过PCA进行识别,判断第二信息参数?^是否满足:PJuX). 9。
[0079] 步骤S3主要判断第二信息参数Pxi是否满足:PuX). 9,如果满足该不等式,则所 选择的分段ECG信号为ECG非伪差信号并转入执行步骤S7,如果不满足该不等式,则执行步 骤S4。
[0080] 步骤S4 :通过相关分析、PCA和频谱分析共同识别,判断各个信息参数是否均不满 足对应的不等式。
[0081] 步骤S4包括判断第一信息参数1?_是否满足:Rmax>0. 61,判断第二信息参数卩^是 否满足:Psn>〇. 85,判断第三信息参数Psn是否满足:Psn〈0.44,判断分段ECG信号的频谱的最 大幅度值POW是否满足:P0W>70,如果第一信息参数Rmax、第二信息参数Pxi、第三信息参数 Psn和最大幅度值POW均不满足对应的不等式则执行步骤S6,反之如果第一信息参数1?_、第 二信息参数Pu、第三信息参数Psn和最大幅度值POW中有一个参数满足对应的不等式则执 行步骤S5。在步骤S4中,仅依靠输入信号的主成分并不能充分地判断其类型,需要考虑从 相关系数和频域上寻找其节律性和频率特征来共同判断,如果信息参数满足对应的条件, 则表示该分段ECG信号或者具有相对较强的节律性(R_>0. 61),或者在频率上与含噪较高 的ECG信号(PsnX). 85或者Psn〈0.44或者P0W>70)较为类似。
[0082] 步骤S5 :通过经验公式识别,步骤S5执行完后执行步骤S7。
[0083] 步骤S5主要判断第一信息参数Rmax、第二信息参数PxJP第三信息参数Psn是否满 足经验公式:〇. 54*Rmax+0. 42*Pxl+0. 04*Psn>0. 5,如果满足该不等式,则所选择的分段ECG信 号为ECG非伪差信号,如果不满足该不等式,则所选择的分段ECG信号为ECG伪差信号,步 骤S5执行完后转入执行步骤S7。该经验公式通过分别对第一信息参数Rmax、第二信息参数 Pu和第三信息参数Psn施加不同权重而得到。
[0084] 步骤S6 :通过频谱分析识别。
[0085] 步骤S6主要判断第三信息参数Psn是否满足:0. 77〈Psn〈0. 85,如果满足该不等式, 则所选择的分段ECG信号为ECG伪差信号,如果不满足该不等式,则所选择的分段ECG信号 为ECG非伪差信号。由于ECG伪差信号的频率范围大多覆盖了正常ECG信号的频率范围, 因此其频率分布随机性强且较为分散,并没有集中分布在0. 5~40Hz的频率范围内,所以 通过步骤S6可以进一步提高本实施例的准确率。
[0086] 步骤S7 :判断是否已完成每个分段ECG信号的识别。
[0087] 具体地,步骤S7首先判断是否已完成每个分段ECG信号的识别,如果已完成每个 分段ECG信号的识别,则ECG信号的识别结束,反之返回步骤S2继续选择未识别的分段ECG f目号进行识别。
[0088] 为了更好的对实施例二进行说明,下面采用实施例二提供的方法进行伪差识别实 验,该实验包括对训练数据的伪差识别和对独立数据的伪差识别。
[0089] 实验数据描述如下:
[0090] 训练数据:通过向正常人窦性ECG信号中加入高斯白噪声生成训练数据。具体地, 采用了 40组正常人窦性ECG信号,该ECG信号从公开的MIT-BIH正常窦性心律数据库中下 载。其中每一组记录时间长度为5分钟,采样率均为128Hz,通过MIT-BIH数据库的注释文 件确保其中每一个心动周期都是正常可用。存在噪声干扰的ECG伪差信号的位置随机生 成,噪声时长为30~150s之间不等,添加时记录形成的伪差起始位置和终止点位置,并标 注为ECG伪差彳目号。
[0091] 独立数据:该数据由25组包含真实伪差的实测心电记录数据组成,每一组记录数 据时间长度不等,采样频率均为250Hz,数据总长度为2395s,其中,标记为ECG的信号有11 段,共计2227s,标记为ECG伪差的信号有6段,共计168s。
[0092] 采用实施例二提供的方法进行伪差信号识别实验,在训练数据上识别伪差信号的 实验结果如表1所示。实验结果表明,对于在不同信噪比下形成的伪差信号,实施例二识 别的准确度、敏感度和阳性预测率分别达到了(〇. 986
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