一种心电信号中st段形态的自动分类方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物医学工程技术领域，具体涉及一种用于心肌缺血预警的ST段形 态自动分类方法。
【背景技术】
[0002] 冠状动脉粥样硬化导致的冠脉狭窄或闭塞是引起心肌缺血最主要、最常见的病 因，严重则导致心肌缺血缺氧，由此引发冠心病。心肌缺血严重危害中老年人的健康，目前 在我国平均患病率约为6. 49%。但随着我国人民生活水平的提高，动脉粥样硬化逐步呈现 年轻化的趋势，导致心肌缺血的患病率逐年上升，严重危害了我国人民的身体健康。因此， 精确有效地检测心肌缺血性变化在临床中有着重要意乂。
[0003] 目前市面大多数自动心电图机仅包含ST段水平测量结果，影响对心肌缺血的精 确评估。而临床研宄表明，在缺血性症状发生时，ST段形态特征的变化与ST段水平变化具 有同样的诊断价值。ST段的形态特征不仅能从非缺血性ST段变化中区分出真正的缺血性 ST段变化，并且能为检测心肌缺血的严重程度提供参考。因此，实现对ST段变化（包括ST 段水平变化和形态变化）的自动检测，有助于内科医师临床评估心肌缺血，具有重要的临 床使用价值。
【发明内容】
[0004] 本发明是为避免上述现有技术的不足之处，提供一种基于曲率尺度空间对心电信 号中ST段形态的自动分类方法，以期为临床自动检测心肌缺血提供新的参考，所要解决的 是临床中计算机对ST段的定位不精确以及ST段形态分类不准确的技术问题。
[0005] 本发明为解决技术问题采用如下方案：
[0006] 本发明心电信号中ST段形态的自动分类方法，其特点在于：利用曲率尺度空间技 术自动判断心电信号中ST段形态的类别；所述ST段形态类别包括直线型和弓背型，所述直 线型包括水平型和斜直型，所述弓背型包括凹形和凸型；所述斜直型包括上斜型和下斜型。
[0007] 本发明心电信号中ST段形态的自动分类方法，包括如下步骤：
[0008] (1)利用心电电极同步采集人体各导联的心电信号，即ECG信号；
[0009] (2)利用曲率尺度空间技术识别ECG信号中ST段弯曲程度最大的点：
[0010] 2a、对ECG信号进行平滑处理得到ECG平滑信号C(t，〇)，其中〇为尺度因子；
[0011] 2b、利用曲率尺度空间技术计算C(t，O )中各点的曲率值k(t，O )，获得c(t，O ) 对应的曲率曲线，并根据所述曲率曲线、利用顶点选择法在ECG信号中定位ST段的起点 EcgSTonset 和 ST 段的终点 EcgSToffset ;
[0012] 2c、寻找ST段中弯曲程度最大的点：
[0013] 2c 1、在高尺度因子下，计算ST段中各点的曲率绝对值中的最大值kmax，并寻找ST 段中曲率绝对值大于l/2kmax的点，记为Point (i)，存入序列CurMaxPoint (i)中，其中i = 1，2…；
[0014] 2c2、在第二尺度因子下，依次判断各个Point (i)所在的局部区域内各点的 曲率绝对值中的最大值所对应的点Point(i)'，若Point(i)'与Point(i)为同一 点，则将Point (i)继续保留在序列CurMaxPoint⑴中，否贝I」，则将Point (i)从序列 CurMaxPoint (i)中移除；
[0015] 2c3、在最低尺度因子下，按步骤c2相同的方法对序列CurMaxPoint(i)中保留的 点Point (i)再次筛选，仍保留下来的Point (i)即为ST段的拐点；
[0016] 2d、在最低尺度因子下，判断ST段各拐点中曲率绝对值最大的点，该点即为ST段 中弯曲程度最大的点，记为STCurMaxPoint ;
[0017] (3)根据STCurMaxPoint在最低尺度因子下的曲率绝对值判断ST段的形态类别：
[0018] 3a、若STCurMaxPoint在最低尺度因子下的曲率绝对值>第一阈值τ，则ST段为 弓背型：
[0019] 若STCurMaxPoint在最低尺度因子下的曲率值> 0时，则ST段为曲线型中的凸 型；
[0020] 若STCurMaxPoint在最低尺度因子下的曲率值< 0时，则ST段为曲线型中的凹 型；
[0021] 3b、若STCurMaxPoint在最低尺度因子下的曲率绝对值<第一阈值τ时，则ST段 为直线型：
[0022] 计算ST段所在直线与水平线的夹角所对应的弧度，即为ST段的坡脚；
[0023] 若ST段的坡脚<第二阈值Θ，则ST段为直线型中的水平型，否则ST段为斜直型；
[0024] 对于斜直型的ST段，若ST段终点EcgSToff set的心电幅值大于ST段起点 EcgSTonset的心电幅值，则ST段为斜直型中的上斜型；若ST段终点EcgSToffset的心电 幅值小于ST段起点EcgSTonset的心电幅值，则ST段为斜直型中的下斜型。
[0025] 步骤2b中根据所述利用曲率曲线及顶点选择法定位ST段的起点EcgSTonset和 ST段的终点EcgSToffset的步骤为：
[0026] 2bl、定位曲率曲线上各极值点中幅值最大的点，即为R波峰值点，记为Rpeak ;
[0027] 定位距离R波峰值点后[1/4RR间期，3/4RR间期]内各极值点中幅值最大的点，即 为T波峰值点；
[0028] 2b2、选择曲率曲线中R波峰值点后[Rpeak+40ms, Rpeak+80ms]的区间内曲率绝对 值最小的点所对应的ECG信号中的点，即为ECG信号中ST段的起点EcgSTonset，将ST段的 起点EcgSTonset在ECG平滑信号C (t，〇 )中所对应的点记为CSTonset ;
[0029] 2b3、利用补充顶点选择法定位ST段的终点EcgSToffset :
[0030] 2b31、在ECG平滑信号中，将CSTonset后20ms处的点记为点A，T波峰值点所对应 的ECG平滑信号中的点记为点B ;
[0031] 2b32、在ECG平滑信号中位于AB段内的各点到直线AB的距离最大的点记为点C ; 若点C到直线AB的距离<第三阈值Dth时，则点C在ECG信号上所对应的点即为ST段的终 点EcgSToff set ;若点C到直线AB的距离 > 阈值Dth，则进行步骤2b33 ;
[0032] 2b33、以点C替换点B，继续进行步骤2b32。
[0033] 本发明基于曲率尺度空间对心电信号中ST段形态的自动分类方法的特点也在 于：本发明方法适用于人体不同导联心电信号中ST段形态的分析，通过对各个导联的心电 信号同步采集，结合各个导联心电信号中ST段的形态，可以为缺血类疾病的诊断及严重程 度的判断提供参考。
[0034] 步骤2c中尺度因子的选择方式：高尺度因子的范围为[8, 14]，要求在高尺度下， 噪声信号被平滑且保留反应ST段形态信息的特征拐点；第二尺度因子及第三尺度因子的 选取，是在高尺度因子下依次递减，尺度每次递减的大小约为2。
[0035] 所述 Point (i)所在的局部区域为[Point (i)-10ms, Point (i)+IOms]。
[0036] 所述第一阈值τ的选择范围为[0.02,0.35];
[0037] 所述第二阈值Θ的获取方式：根据心脏病专家建议，ST段的坡脚变化不大于 0· 02rad(约 L 15。），即第二阈值 Θ 彡 〇· 〇2rad ;
[0038] 所述第三阈值 Da的值是根据文献[Tae-Hun Kim, Se-Yun Kim, Jeong-Hong Kim. et. al. Curvature Ba