一种心电信号单导联f波提取方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种心电信号单导联f波提取方法和装置，根据所检测的心电信号的R峰位置，将心电信号切割为多个单独的初始心拍信号；对各初始心拍信号进行高斯增强，得到高斯增强后的心拍信号；采用基于DTW距离的近邻算法，确定出每个心拍信号的K个近邻心拍。计算各心拍信号与其相应的K个近邻心拍的DTW残差向量，并依据DTW残差向量，得到各心拍信号的f波信号；拼接各f波信号，以完成对心电信号f波的提取。以K个近邻心拍为模板对相应的心拍信号进行DTW重构，将所得的K个残差向量进行平均得到f波，实现了对R峰检测误差的校正，减少了畸变QRS波的影响，提升了f波提取的准确性，为房颤临床诊断提供可靠的依据。

A method and device for extracting single-lead F-wave from ECG signals

【技术实现步骤摘要】
一种心电信号单导联f波提取方法和装置
本专利技术涉及心电信号
，特别是涉及一种心电信号单导联f波提取方法和装置。
技术介绍
房颤是一种常见的心律失常疾病。随着年龄的增长，房颤的发生率会不断地增加。房颤可能引起中风和心力衰竭，严重危害公众健康。在心脏病患者中，房颤患者的死亡率是其他患者的两倍。当房颤发生时，心房激动的频率达每分钟300～600次，正常心电的P波消失，取而代之的是连续、不规则颤动的f波。f波的物理参数，比如幅度和频谱常被用于房颤的临床诊断，对房颤电生理活动机制的研究有重要的意义。但是，心室QRS波与心房f波在时域和频域都有部分混叠，制约了f波的检测精度。为了解决该问题，研究人员提出了很多方法，可分为多导联和单导联两大类。多导联方法采用独立分量分析、稀疏成分分析等技术，利用多通道心电信号之间的相关性分离QRS波和f波，虽然检测精度较高，但是需要布置多个电极，不便于移动心电监护设备使用。单导联方法采用平均模板消除、贝叶斯滤波等技术，剔除QRS波或依据先验模型对f波进行参数估计，从而实现f波的提取。单导联方法虽然便于移动心电监护，但是对异常心拍比如室性早搏所导致的心拍形态变化敏感，检测精度较低。可见，如何提高单导联f波提取的精度，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种心电信号单导联f波提取方法和装置，可以提高单导联f波提取的精度。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种心电信号单导联f波提取方法，包括：检测心电信号的R峰位置，并根据各所述R峰位置，将所述心电信号切割为多个单独的初始心拍信号；对各所述初始心拍信号进行高斯增强，得到高斯增强后的心拍信号；采用基于DTW距离的近邻算法，确定出每个心拍信号的K个近邻心拍；计算各所述心拍信号与其相应的K个近邻心拍的DTW残差向量，并依据所述DTW残差向量，得到各所述心拍信号的f波信号；拼接各所述f波信号，以完成对所述心电信号f波的提取。可选的，所述对各所述心拍信号进行高斯增强，得到高斯增强后的心拍信号包括：按照如下公式，对各所述心拍信号进行高斯增强，其中，xi(t)表示第i个心拍信号的波幅向量，i＝1,2,3...,N，N表示心拍信号的个数，t表示心拍信号的采样时刻，表示第i个增强后的心拍信号的波幅向量，μ表示高斯加权函数的期望，μ位于R峰所对应的时刻，σ表示高斯加权函数的方差。可选的，所述依据所述DTW残差向量，得到各所述心拍信号的f波信号包括：对目标心拍信号所对应的K个目标DTW残差向量进行平均，得到所述目标心拍信号的f波信号；其中，所述目标心拍信号为所有所述心拍信号中的任意一个心拍信号。可选的，在所述检测心电信号的R峰位置之前还包括：对获取的初始心电信号进行滤波，得到滤波后的心电信号。本专利技术实施例还提供了一种心电信号单导联f波提取装置，包括切割单元、增强单元、确定单元、计算单元和拼接单元；所述切割单元，用于检测心电信号的R峰位置，并根据各所述R峰位置，将所述心电信号切割为多个单独的初始心拍信号；所述增强单元，用于对各所述初始心拍信号进行高斯增强，得到高斯增强后的心拍信号；所述确定单元，用于采用基于DTW距离的近邻算法，确定出每个心拍信号的K个近邻心拍；所述计算单元，用于计算各所述心拍信号与其相应的K个近邻心拍的DTW残差向量，并依据所述DTW残差向量，得到各所述心拍信号的f波信号；所述拼接单元，用于拼接各所述f波信号，以完成对所述心电信号f波的提取。可选的，所述增强单元具体用于按照如下公式，对各所述心拍信号进行高斯增强，其中，xi(t)表示第i个心拍信号的波幅向量，i＝1,2,3...,N，N表示心拍信号的个数，t表示心拍信号的采样时刻，表示第i个增强后的心拍信号的波幅向量，μ表示高斯加权函数的期望，μ位于R峰所对应的时刻，σ表示高斯加权函数的方差。可选的，所述计算单元具体用于对目标心拍信号所对应的K个目标DTW残差向量进行平均，得到所述目标心拍信号的f波信号；其中，所述目标心拍信号为所有所述心拍信号中的任意一个心拍信号。可选的，还包括滤波单元；所述滤波单元，用于在所述检测心电信号的R峰位置之前，对获取的初始心电信号进行滤波，得到滤波后的心电信号。由上述技术方案可以看出，检测心电信号的R峰位置，并根据各所述R峰位置，将心电信号切割为多个单独的初始心拍信号；对各初始心拍信号进行高斯增强，得到高斯增强后的心拍信号；采用基于DTW距离的近邻算法，确定出每个心拍信号的K个近邻心拍。DTW距离能够很好地反映心拍信号之间的形态相似性，对QRS复合波形态的变化以及R峰检测带来的误差不敏感，具有很好的鲁棒性，降低了时间采样偏差带来的影响。通过高斯增强来提高R峰周围心电在近邻心拍计算中的权重，可以找到更为准确的近邻心拍，并且提高了DTW算法对R峰检测偏差的纠正能力。计算各心拍信号与其相应的K个近邻心拍的DTW残差向量，并依据所述DTW残差向量，得到各所述心拍信号的f波信号；拼接各所述f波信号，以完成对心电信号f波的提取。在该技术方案中，以K个近邻心拍为模板对相应的心拍信号进行DTW重构，将所得的K个残差向量进行平均得到f波，实现了对R峰检测误差的校正，减少了畸变QRS波的影响，提升了f波提取的准确性，为房颤临床诊断提供可靠的依据。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种心电信号单导联f波提取方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种心电信号单导联f波提取装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护范围。为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。接下来，详细介绍本专利技术实施例所提供的一种心电信号单导联f波提取方法。图1为本专利技术实施例提供的一种心电信号单导联f波提取方法的流程图，该方法包括：S101：检测心电信号的R峰位置，并根据各R峰位置，将心电信号切割为多个单独的初始心拍信号。在具体实现中，可以采集1分钟的患者心电信号。然后根据R峰位置，将1分钟的心电信号分割成一个个单独的初始心拍信号x1,x2,...,xN。在本专利技术实施例中，可以采用先验知识校准R峰检测算法或者采用pantompkin算法，实现心电信号的R峰检测。S102：对各初始心拍信号进行高斯增强，得到高斯增强后的心拍信号。在本专利技术实施例中，为了找到更为准确的近邻心拍，可以先对各初始心拍信号进行高斯增强，得到高斯增强后的心拍信号。因为在单个心拍信号内f波能量的分布相对稳定，而心室心电的波幅在R峰达到最大值，所以在R峰周围，心室心电的信噪比较高。因此，本专利技术实施例中，可以通过高斯增强来提高R峰周围心电在近邻心拍计算中的权重。具体的，可以按照如下公式，对各初始心拍信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种心电信号单导联f波提取方法，其特征在于，包括：检测心电信号的R峰位置，并根据各所述R峰位置，将所述心电信号切割为多个单独的初始心拍信号；对各所述初始心拍信号进行高斯增强，得到高斯增强后的心拍信号；采用基于DTW距离的近邻算法，确定出每个心拍信号的K个近邻心拍；计算各所述心拍信号与其相应的K个近邻心拍的DTW残差向量，并依据所述DTW残差向量，得到各所述心拍信号的f波信号；拼接各所述f波信号，以完成对所述心电信号f波的提取。

【技术特征摘要】
1.一种心电信号单导联f波提取方法，其特征在于，包括：检测心电信号的R峰位置，并根据各所述R峰位置，将所述心电信号切割为多个单独的初始心拍信号；对各所述初始心拍信号进行高斯增强，得到高斯增强后的心拍信号；采用基于DTW距离的近邻算法，确定出每个心拍信号的K个近邻心拍；计算各所述心拍信号与其相应的K个近邻心拍的DTW残差向量，并依据所述DTW残差向量，得到各所述心拍信号的f波信号；拼接各所述f波信号，以完成对所述心电信号f波的提取。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对各所述心拍信号进行高斯增强，得到高斯增强后的心拍信号包括：按照如下公式，对各所述心拍信号进行高斯增强，其中，xi(t)表示第i个心拍信号的波幅向量，i＝1,2,3...,N，N表示心拍信号的个数，t表示心拍信号的采样时刻，表示第i个增强后的心拍信号的波幅向量，μ表示高斯加权函数的期望，μ位于R峰所对应的时刻，σ表示高斯加权函数的方差。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述DTW残差向量，得到各所述心拍信号的f波信号包括：对目标心拍信号所对应的K个目标DTW残差向量进行平均，得到所述目标心拍信号的f波信号；其中，所述目标心拍信号为所有所述心拍信号中的任意一个心拍信号。4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，在所述检测心电信号的R峰位置之前还包括：对获取的初始心电信号进行滤波，得到滤波后的心电信号。5.一种心电信号单导联f波提取装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕俊，罗捷，何昭水，谢胜利，杨祖元，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44