多通道心电信号检测方法、装置、电子设备和存储介质与流程

1.本技术涉及心电检测技术领域，尤其涉及一种多通道心电信号检测方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.心电图(electrocardiogram，简称：ecg)是在心脏有规律的收缩和舒张的过程中，各部分心肌细胞产生的动作电位综合而成的电信号由电极从体表或胸腔测得，经放大后显示或描记下来的波形。心电图通常由一系列相同的波群构成，主要包括：p波、pr间期、qrs波群、st段和t波。
3.在心电信号分析中，qrs波的检测尤为重要。qrs波是ecg中最显著的部分，它反映了心室收缩时心脏的电行为，其能量占了心电信号能量的很大百分比。qrs波分部于心电信号中、高频区域，峰值落在10～20hz之间，并且幅度特征非常明显，与其他波形区别显著，因而在心电特征波形的检测中，常常先定位qrs波群，当qrs波被确定后，才有可能计算心率并进行心率变异分析，才能检测et段的参数和分析心电的其他细节信息，以此qrs波的检测是ecg检测中的首要问题，是诊断心率失常的重要依据。然而，如何实现多通道心电图的qrs波检测已经成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
5.为此，本技术的第一个目的在于提出一种多通道心电信号检测方法，以实现多通道融合心电信号的qrs波检测。
6.本技术的第二个目的在于提出一种多通道心电信号检测装置。
7.本技术的第三个目的在于提出一种电子设备。
8.本技术的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
9.为达上述目的，本技术第一方面实施例提出了一种多通道心电信号检测方法，包括：
10.响应于接收到的多通道心电信号，获取每个通道心电信号的第一能量曲线和第二能量曲线；
11.根据所述每个通道的第一能量曲线获取所述每个通道的时域权值，并根据所述每个通道的第二能量曲线获取所述每个通道的频域权值；
12.根据所述时域权值和所述频域权值，计算所述每个通道的权值；
13.基于所述每个通道的权值，对所述多通道心电信号进行加权累加，获得所述多通道心电信号的综合能量曲线；以及
14.根据所述综合能量曲线进行qrs波检测。
15.为达上述目的，本技术第二方面实施例提出了一种多通道心电信号检测装置，包括：
16.第一获取模块，用于响应于接收到的多通道心电信号，获取每个通道心电信号的第一能量曲线和第二能量曲线；
17.第二获取模块，用于根据所述每个通道的第一能量曲线获取所述每个通道的时域权值，并根据所述每个通道的第二能量曲线获取所述每个通道的频域权值；
18.权值获取模块，用于根据所述时域权值和所述频域权值，计算所述每个通道的权值；
19.第三获取模块，用于基于所述每个通道的权值，对所述多通道心电信号进行加权累加，获得所述多通道心电信号的综合能量曲线；以及
20.检测模块，用于根据所述综合能量曲线进行qrs波检测。
21.为达上述目的，本技术第三方面实施例提出了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现本技术第一方面实施例所述的多通道心电信号检测方法。
22.为了实现上述目的，本技术第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本技术第一方面实施例所述的多通道心电信号检测方法。
23.根据本技术实施例的技术方案，通过获取每个通道心电信号的第一能量曲线和第二能量曲线，并对每个通道的第一能量曲线和第二能量曲线，计算每个通道的时域权值和频域权值，根据时域权值和频域权值对多通道的能量曲线计算多通道的加权平均，将该平均后的能量曲线作为综合的心电能量曲线，并对其进行划定。由此，本技术通过时域信息和频域信息综合判定信号质量，使用乘积的形式计算最终加权比例，与传统算法相比，本技术具备更加精确的信号干扰识别能力和更加快速的干扰信号衰减能力，能够得到qrs波更加明显的多通道融合曲线，可以有效地提升qrs波检测的准确率，从而保证心电基础心拍定位的准确性。
24.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
25.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
26.图1为本技术实施例的心电贴片的结构示意图；
27.图2为本技术实施例所提供的一种多通道心电信号检测方法的流程图；
28.图3为本技术实施例提供的一种多通道心电信号检测装置的结构示意图；以及
29.图4是根据本技术实施例提供的一种电子设备的结构框图。
具体实施方式
30.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
31.下面参考附图描述本技术实施例的多通道心电信号检测方法、装置、电子设备和
存储介质。
32.需要说明的是，在本技术实施例中，本技术在对多通道心电信号进行分析时，该多通道心电信号的来源可是从作用域人体表面的心电贴片采集到的心电信号。例如，如图1所示，为本技术实施例的心电贴片的结构示意图，该心电贴片主要包括：心电传感器、e2prom存储单元、蓝牙模块、供电模块等。心电贴片通过心电传感器采集人体体表电压，经过放大，滤波后由蓝牙模块输出人体心电信号，波形通过对应的电子设备上的应用程序app进行处理和显示，实时展示相关人体生理信息。其中，采用本技术实施例提出的多通道心电信号检测方法，对多通道心电信号进行qrs波检测。
33.图2为本技术实施例所提供的一种多通道心电信号检测方法的流程图。需要说明的是，本技术实施例的多通道心电信号检测方法可应用于本技术实施例的多通道心电信号检测装置。其中，该多通道心电信号检测装置可被配置于电子设备上。如图2所示，该多通道心电信号检测方法可以包括如下步骤。
34.在步骤201中，响应于接收到的多通道心电信号，获取每个通道心电信号的第一能量曲线和第二能量曲线。
35.可选地，在接收到多通道心电信号时，可使用小波变换生成每个通道的实时能量曲线。例如，可基于小波变换，提取每个通道心电信号之中第一频段之间的能量曲线，并将提取到的第一频段之间的能量曲线作为每个通道心电信号的第一能量曲线，并基于小波变换，提取每个通道心电信号之中第二频段之间的能量曲线，并将提取到的第二频段之间的能量曲线作为每个通道心电信号的第二能量曲线。在一些实施例中，第一频段为20.8hz～25hz频段；第二频段为5hz～40hz频段。
36.举例而言，心电图的一个通道可以表示为一个时间序列函数y(t)，对该函数的小波变换的定义如下：
[0037][0038]
其中，上式(1)中母小波是时频域上的连续函数，代表函数的负数共轭,a是缩放因子，b是平移参数。在本实施例中采用墨西哥帽小波来作为母波用作心电的分析。由于时域的心电信号中20.8hz～25hz频段内的信号所含的心电能量最为集中，因此小波分析后，可获取20.8hz～25hz频段的能量曲线并作为通道的第一能量曲线s1，该第一能量曲线s1可用于计算时域特征，所以可保留心电能量最集中部分频段数据。由于能够去除基线和高平噪声，保留更多信号信息，因此在小波分析后，还可获取5hz～40hz频段之间的能量曲线并作为通道的第二能量曲线s2，该第二能量曲线s2可用于计算频域特征，以去除基线和高平噪声，保留更多信号信息。
[0039]
在步骤202中，根据每个通道的第一能量曲线获取每个通道的时域权值，并根据每个通道的第二能量曲线获取每个通道的频域权值。
[0040]
在本技术实施例中，可利用心电信号的峰度来代表每个通道的时域信号质量。峰度又称为峰态系数，在统计学中亦成为四阶标准矩。峰度用来表征分布曲线在平均值处峰值高低。可选地，可利用每个通道的第一能量曲线计算各个通道的峰度值，基于每个通道的峰度值来计算各个通道的时域权值。
[0041]
在一些实施例中，针对每个通道的第一能量曲线，对第一能量曲线取其均值以获得第一能量曲线的第一均值，其中，该第一均值可理解为第一能量曲线的均值，并根据第一能量曲线和第一均值，计算每个通道的峰度值，以及根据每个通道的峰度值获得每个通道的时域权值。
[0042]
为了提高峰度值的计算精确，在一些实施例中，可根据第一能量曲线及第一均值，计算第一能量曲线的标准差；根据标准差，删除第一能量曲线之中的异常采样点，并将删除异常采样点后的第一能量曲线作为第三能量曲线；对第三能量曲线取其均值以获得根据第三能量曲线的第二均值，其中，该第二均值可理解为第三能量曲线的均值，并根据第三能量曲线及第二均值计算每个通道的峰度值。也就是说，在得到第一能量曲线s1及其第一均值之后，可依据第一能量曲线s1及其均值计算该第一能量曲线s1的标准差，并基于标准差从第一能量曲线s1中去掉异常采样点，将去掉异常采样点后得到的能量曲线作为第三能量曲线s11，计算第三能量曲线s11的均值，并根据第三能量曲线s11及其第二均值计算通道的峰度值。
[0043]
举例而言，假设用μ来表示信号的均值，用σ来表示信号的标准差可以通过以下步骤使用第一能量曲线s1得到各通道的峰度值b。
[0044]
步骤1)根据如下公式(2)求得第一能量曲线s1的均值μ1：
[0045][0046]
其中，s1k为第一能量曲线s1之中的第k个采样点的信号值，m为第一能量曲线s1之中的所有采样点的总个数。
[0047]
步骤2)根据如下公式(3)求得第一能量曲线s1的标准差σ：
[0048][0049]
步骤3)从第一能量曲线s1中去掉μ1±
0.5*σ以外的数据后得到的能量曲线作为第三能量曲线s11，根据如下公式(4)计算第三能量曲线s11的均值μ2：
[0050][0051]
步骤4)根据如下公式(5)计算第三能量曲线s11的峰度值：
[0052][0053]
其中，b为通道的峰度值。
[0054]
步骤5)在得到通道的峰度值b之后，可利用如下公式(6)，根据峰度值b获取该通道的时域权值：
[0055][0056]
其中，w1j为第j个通道的时域权值，bj为第j个通道的峰度值，n为通道的总个数。
[0057]
在一些实施例中，所述根据每个通道的第二能量曲线获取每个通道的频域权值的
具体实现过程可如下：针对每个通道的第二能量曲线，对第二能量曲线进行快速傅立叶变换，获得第二能量曲线的频域信息，并根据第二能量曲线的频域信息，计算预设频段之间的能量在频域总能量的比例，并将比例确定为能量比，并根据每个通道的能量比，获取每个通道的频域权值。作为一种示例，预设频段为10～20hz。
[0058]
举例而言，由于每个通道的频域权值的计算方式均相同，为了方便描述，以其中一个通道为例，可利用快速傅立叶变换fft获取该通道的第二能量曲线s2的频域信息f。由于心电能量主要集中频段为10～20hz，所以，可利用如下公式(7)，根据第二能量曲线s2的频域信息f，计算10～20hz能量在频域总能量的比例p：
[0059][0060]
其中，p为能量比，f为频率，f为频域信息，fs为硬件采样率，10为预设频段(如10～20hz)中的最小频率，20为预设频段(如10～20hz)中的最大频率。
[0061]
在得到通道的能量比p之后，可利用如下公式(8)，根据通道的能量比p计算通道的频域权值w2j：
[0062][0063]
其中，w2j为第j个通道的频域权值，n为通道的总个数，pj为第j个通道的能量比，a为基本占比偏置。
[0064]
在步骤203中，根据每个通道的时域权值和每个通道的频域权值，计算每个通道的权值。
[0065]
在本技术一些实施例中，可计算每个通道的时域权值与频域权值的乘积值，并计算所有乘积值的总和值，并将每个通道对应的乘积值与该总和值进行比值计算，即可得到每个通道的权值。例如，可根据以下公式(9)计算每个通道的权值：
[0066][0067]
其中，wj为第j个通道的权值，w1j为第j个通道的时域权值，w2j为第j个通道的频域权值，n为通道的总个数。由此，本技术通过使用乘积的形式计算最终加权比例，可以使得检测结果更加准确。
[0068]
在步骤204中，基于每个通道的权值，对多通道心电信号进行加权累加，获得多通道心电信号的综合能量曲线。
[0069]
例如，可根据以下公式(10)，根据每个通道的权值对多通道心电信号进行加权累加，获得多通道心电信号的综合能量曲线。
[0070][0071]
其中，x为多通道心电信号的综合能量曲线，yj为第j个通道的心电信号，wj为第j个通道的权值，n为通道的总个数。
[0072]
在步骤205中，根据综合能量曲线进行qrs波检测。
[0073]
在一些实施例中，可采用窗口函数对综合能量曲线进行滤波。例如，可对综合能量曲线进行窗口平均，窗口长度为l(例如，l取80ms，该值是经过大量数据验证后得到的最佳值)，消除曲线上的小毛刺，便于检测波峰：
[0074][0075]
其中，x(i)为滤波后的综合能量曲线中第i个采样点的信号值，l为窗口大小，x(i-k)为综合能量曲线中第i-k个采样点的信号值。
[0076]
在采用窗口函数对综合能量曲线进行滤波之后，可对滤波后的综合能量曲线进行r峰检测，即完成对多通道心电信号的qrs波的检测。具体实现过程可如下：
[0077]
举例而言，1)提取数据前8秒(权衡初始化学习准确率和延时后得到的时间)中每秒最大值作为初始rp(表示心电信号的波形中起伏高度，及波形中波的高度)的数据，初始杂波noise都为0，取rp中值medianrp和noise中值mediannoise，利用如下公式(12)，根据rp中值medianrp和noise中值mediannoise计算初始阈值thresh：
[0078]
thresh＝(medianrp-mediannoise)*β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0079]
其中，β为参数，β的取值范围为0.3～0.5。
[0080]
2)将最大值存在超过200ms(限定最大心率为300bpm，计算最大rr间期为200ms)的波峰点定为候选r峰。
[0081]
3)若候选r峰的信号值》thresh，则判定此波峰为真正r峰，更新rp的数据，否则则判断其为杂波，更新noise，进而根据更新的rp的数据或更新的noise来更新阈值thresh，重复上述2)和3)两步至检测完所有数据。
[0082]
综上所述，本技术实施例的多通道心电信号检测方法，通过获取每个通道心电信号的第一能量曲线和第二能量曲线，并对每个通道的第一能量曲线和第二能量曲线，计算每个通道的时域权值和频域权值，根据时域权值和频域权值对多通道的能量曲线计算多通道的加权平均，将该平均后的能量曲线作为综合的心电能量曲线，并对其进行划定。由此，本技术通过时域信息和频域信息综合判定信号质量，使用乘积的形式计算最终加权比例，与传统算法相比，本技术具备更加精确的信号干扰识别能力和更加快速的干扰信号衰减能力，能够得到qrs波更加明显的多通道融合曲线，可以有效地提升qrs波检测的准确率，从而保证心电基础心拍定位的准确性。
[0083]
图3为本技术实施例提供的一种多通道心电信号检测装置的结构示意图。如图3所示，该多通道心电信号检测装置300包括：第一获取模块301、第二获取模块302、权值获取模块303、第三获取模块304和检测模块305。
[0084]
具体地，第一获取模块301用于响应于接收到的多通道心电信号，获取每个通道心电信号的第一能量曲线和第二能量曲线。
[0085]
第二获取模块302用于根据每个通道的第一能量曲线获取每个通道的时域权值，并根据每个通道的第二能量曲线获取每个通道的频域权值。
[0086]
权值获取模块303用于根据每个通道的时域权值和每个通道的频域权值，计算每个通道的权值。
[0087]
第三获取模块304用于基于每个通道的权值，对多通道心电信号进行加权累加，获得多通道心电信号的综合能量曲线。
[0088]
检测模块305用于根据综合能量曲线进行qrs波检测。
[0089]
需要说明的是，前述对多通道心电信号检测方法实施例的解释说明也适用于该实施例的多通道心电信号检测装置，此处不再赘述。
[0090]
根据本技术实施例的多通道心电信号检测装置，通过获取每个通道心电信号的第一能量曲线和第二能量曲线，并对每个通道的第一能量曲线和第二能量曲线，计算每个通道的时域权值和频域权值，根据时域权值和频域权值对多通道的能量曲线计算多通道的加权平均，将该平均后的能量曲线作为综合的心电能量曲线，并对其进行划定。由此，本技术通过时域信息和频域信息综合判定信号质量，使用乘积的形式计算最终加权比例，与传统算法相比，本技术具备更加精确的信号干扰识别能力和更加快速的干扰信号衰减能力，能够得到qrs波更加明显的多通道融合曲线，可以有效地提升qrs波检测的准确率，从而保证心电基础心拍定位的准确性。
[0091]
为了实现上述实施例，本技术还提出了一种电子设备。
[0092]
图4是根据本技术实施例提供的一种电子设备的结构框图。其中，该电子设备可以是移动终端或pc机，其中，该移动终端可以是手机、平板电脑、个人数字助理等具有各种操作系统的硬件设备。如图4所示，该电子设备400可以包括：存储器401、处理器402及存储在存储器401上并可在处理器402上运行的计算机程序403，处理器402执行程序403时，实现本技术上述任一实施例所述的多通道心电信号检测方法。
[0093]
为了实现上述实施例，本技术还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本技术上述任一实施例所述的多通道心电信号检测方法。
[0094]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0095]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多通道”的含义是至少两个通道，例如两个通道，三个通道等，除非另有明确具体的限定。
[0096]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0097]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执
行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0098]
应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0099]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0100]
此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0101]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。