基于PPG波形区域特征检测早搏的方法、装置、介质及设备

本发明属于生物医学光电信号处理领域，具体是一种基于ppg波形区域特征检测早搏的方法、装置、介质及设备。

背景技术：

1、早搏是一种心脏疾病，常见的有心房早搏和室性早搏，患者在发生早搏时会出现不适的身体感受，检测早搏并监测早搏占总心搏百分比对患者是否需要药物等干预治疗早搏有重要的医学意义。传统的对于检测早搏的算法大多是使用心电图数据(ecg)检测分析，因为ecg具有明显的独特的波形形态，可以准确区分这些异常的心跳节律。但ecg检测早搏需要将电极贴在身体表面，可能引起不适或过敏反应。因此，目前大多使用光电容积脉搏波信号(ppg)检测方法对早搏进行分析检测。ppg是一种借助光电手段通过组织的反射或透射光将来检测血容量变化的一种无创检测方法，ppg检测方法的数据来源于传感器，这个传感器通常连接到指尖，可以避免出现ecg监测时电极贴在身体表面带来的不适感，特别适用于长时间的监测。这对于需要长时间监测患者(比如睡眠监测)或需要连续监测的应用(如运动追踪器)非常有用。

2、目前已有的ppg检测早搏的方法很多都是使用依赖大量先验数据集来训练模型的机器学习的方法或者依赖较多固定先验阈值来判断早搏的方法，这会增加算法的复杂度、降低设备早搏检测速度、限制可应用于的嵌入式平台范围、降低检测方法对不同人群和不同ppg采集方式的适用性，所以提出一种不需要大量先验数据及先验阈值，从而可以广泛适用于不同人群和不同ppg采集方式，并且可以广泛应用于多种嵌入式平台的早搏检测算法尤为重要。

技术实现思路

1、基于此，针对上述问题，本发明提出了一种基于ppg波形区域特征检测早搏的方法、装置、介质及设备，以至少解决早搏检测方法算法复杂度高、早搏检测适用性有限、可应用的嵌入式平台受限的问题。

2、在第一方面，本发明提供了一种基于ppg波形区域特征检测早搏的方法，所述方法包括：

3、s1、对采集到的原始ppg信号进行预处理；

4、s2、利用改进的自适应低复杂度峰值及谷值检测算法对预处理后的原始ppg信号进行进一步处理，得到平均心跳时间间隔和ppg脉冲片段；

5、s3、基于所述ppg脉冲片段的波形区域特征和所述平均心跳时间间隔建立三种ppg波形模板；基于所述ppg脉冲片段对所述预处理后的原始ppg信号进行划分，得到待分类的ppg信号片段；基于多元ppg信号质量指标和所述模板对所述待分类的ppg信号片段进行分类，得到ppg信号片段分类结果；根据所述ppg信号片段分类结果获取心跳信息，所述心跳信息包含早搏发生的次数和总心跳数；

6、s4、用所述早搏发生的次数除以所述总心跳数得到早搏占总心搏百分比。

7、可选的，所述对采集到的原始ppg信号进行预处理，具体包括：

8、采集原始ppg信号；

9、基于巴特沃斯带通滤波器对所述ppg信号进行滤波，对滤波后的ppg信号进行幅度归一化处理。

10、可选的，所述利用改进的自适应低复杂度峰值及谷值检测算法对预处理后的原始ppg信号进行进一步处理，得到平均心跳时间间隔和ppg脉冲片段，具体包括：

11、利用改进的自适应低复杂度峰值及谷值检测算法对预处理后的原始ppg信号进行峰值定位及谷值定位，通过所述峰值定位得到平均心跳时间间隔，通过所述谷值定位对所述预处理后的原始ppg信号进行分割，进而得到ppg脉冲片段。

12、可选的，所述基于所述ppg脉冲片段的波形区域特征和所述平均心跳时间间隔建立三种ppg波形模板；基于所述ppg脉冲片段对所述预处理后的原始ppg信号进行划分，得到待分类的ppg信号片段；基于多元ppg信号质量指标对所述模板和所述待分类的ppg信号片段进行分类，得到ppg信号片段分类结果；根据所述ppg信号片段分类结果获取心跳信息，所述心跳信息包含早搏发生的次数和总心跳数，具体包括：

13、基于所述ppg脉冲片段的波形区域特征和所述平均心跳时间间隔建立三种ppg波形模板；

14、基于所述ppg脉冲片段，采用独立片段及相邻片段组合两种划分方式对所述预处理后的原始ppg信号进行划分，得到待分类的ppg信号片段；

15、对所述模板和所述待分类的ppg信号片段依据多元ppg信号质量指标进行相似度考核，得到考核结果；根据所述考核结果对所述待分类的ppg信号片段进行分类，得到ppg信号片段分类结果；

16、根据所述ppg信号片段分类结果获取心跳信息，所述心跳信息包含早搏发生的次数和总心跳数。

17、可选的，所述ppg脉冲片段的波形区域特征包括特征量值；所述基于所述ppg脉冲片段的波形区域特征和所述平均心跳时间间隔建立三种ppg波形模板，具体包括：

18、基于所述特征量值、所述平均心跳时间间隔建立三种ppg波形模板；其中，所述特征量值的计算公式为：

19、

20、其中，

21、

22、其中，k为所述特征量值，y(x)为ppg脉冲片段幅值，x为脉冲时间，ymin为ppg脉冲片段的最小幅值，yma为ppg脉冲片段的最大幅值，ym是ppg脉冲片段幅度平均值，x为脉冲片段的持续时长。

23、可选的，所述三种ppg波形模板，分别为：对应一次窦性心律的ppg波形模板；对应一次第一类早搏心跳及所述早搏心跳前一次窦性心律共同构成的ppg波形模板；对应一次第二类早搏心跳及所述早搏心跳前一次窦性心律共同构成的ppg波形模板。

24、可选的，所述第一类早搏心跳为ppg波形没有明显的脉冲起伏的早搏心跳类型；所述第二类早搏心跳为ppg波形有明显的脉冲起伏的早搏心跳类型。

25、在第二方面，本发明提供了一种基于ppg波形区域特征检测早搏的装置，所述装置包括：

26、预处理模块，用于对采集到的原始ppg信号进行预处理；

27、第一处理模块，用于利用改进的自适应低复杂度峰值及谷值检测算法对预处理后的原始ppg信号进行进一步处理，得到平均心跳时间间隔和ppg脉冲片段；

28、信号片段分类模块，用于基于所述ppg脉冲片段的波形区域特征和所述平均心跳时间间隔建立三种ppg波形模板；基于所述ppg脉冲片段对所述预处理后的原始ppg信号进行划分，得到待分类的ppg信号片段；基于多元ppg信号质量指标和所述模板对所述待分类的ppg信号片段进行分类，得到ppg信号片段分类结果；根据所述ppg信号片段分类结果获取心跳信息，所述心跳信息包含早搏发生的次数和总心跳数；

29、最终数据获得模块，用于用所述早搏发生的次数除以所述总心跳数得到早搏占总心搏百分比。

30、在第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述第一方面所述的方法中任一项方法的步骤。

31、在第四方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述第一方面所述的方法中任一项方法的步骤。

32、基于上述，本发明具有如下优点或有益效果：

33、本发明提出了一种基于ppg波形区域特征检测早搏的方法、装置、介质及设备，该方法是一种从ppg波形区域特征出发，进行心跳类型分类从而检测早搏的方法，通过分类及检测结果可以计算早搏占总心搏百分比，与传统早搏检测方法相比其优势在于算法复杂度低、算法中仅使用极少量的先验阈值即：对特定信号的先验条件要求低，可以广泛适用于不同人群和不同ppg采集方式，且可以广泛应用于多种嵌入式开发平台。