一种具有基于多特征融合的心电信号质量评估功能的远程心电监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有基于多特征融合的心电信号质量评估功能的远程心电监测系统，涉及远程心电监测系统技术领域，包括心电采集模块和STM32F407主控模块；所述STM32F407主控模块包括控制心电信号采集模块和心电信号质量评估算法：本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术综合考虑了算法复杂度和检测精度的平衡问题，创新性地提出了一个具有基于多特征融合的心电信号质量评估功能的远程心电监测系统，实现了可穿戴设备自动分析心电信号前，先对心电信号进行质量分析，过滤掉临床质量不可接受的心电信号，有效避免大量低质量数据被视为有效数据保存下来，而浪费存储资源，严重降低分析效率这一情况。一情况。一情况。

【技术实现步骤摘要】
一种具有基于多特征融合的心电信号质量评估功能的远程心电监测系统


[0001]本专利技术涉及远程心电监测系统
，具体为一种具有基于多特征融合的心电信号质量评估功能的远程心电监测系统。

技术介绍

[0002]人体心电图作为心脏电活动在体表的一种综合表现，蕴涵着丰富的反映心脏节律及其电传导的生理和病理上的信息，在很大程度上可以客观地反映出心脏各个部位的生理状况，是诊断心血管疾病、评价心脏功能是否良好的重要依据之一。因此，检测病人的心电信号并对其进行分析和处理，是诊断心血管疾病的最主要也是最直接的一种方法。随着科技的发展，动态心电监护朝着可穿戴、智能化、便捷化的方向快速发展，在新的时期人们希望实现心电数据的个体化、随时、长程、连续采集，还要与移动通讯、互联网+等技术深度融合，实现数据的实时传输、智能监测和专业诊断。
[0003]但心电信号在采集过程中会受到各种噪声的影响，这些噪声给心电图的诊断和分析带来了困难。因此，无论是心电医师进行临床诊断和分析，还是用可穿戴设备自动分析心电信号之前，都需要对心电信号进行质量分析，过滤掉临床质量不可接受的心电信号。因此一套具有质量评估功能的远程心电监测系统将有效避免大量低质量数据被视为有效数据保存下来，而严重浪费临床资源这一情况，该系统在减少医师工作量和提高诊治可行度等方面具有广泛的应用前景。
[0004]心电信号质量评估，就是利用心电信号质量评估算法对心电信号进行质量等级划分。根据不同的应用有不同的分类。其中，2个质量分组的等级分类(临床可接受、临床不可接受)广泛应用于决定心电信号的质量是否可以用于临床诊断。判定为“临床可接受”的ECG信号可用于进一步的分析，而判定为“临床不可接受”的ECG信号，直接剔除，需重新采集信号进行分析。一个高性价比的具有心电信号质量评估功能的远程心电监测系统不但为保障广大民众的心血管健康提供了行之有效的手段，还有效解决了心血管病患者早筛查、早干预、持续管理及长期健康随访的难题，为智慧医疗提供了重要载体和技术手段。
[0005]目前对于心电信号质量评估方法的研究，大都只采用一些简单特征进行评估，其性能极其有限。也有研究者试图采用大量的复杂特征及分类算法来提高性能，但由于复杂度过高，往往难以在计算资源有限的移动设备上应用。如何有效的平衡算法的复杂度与检测精度就成为了一个非常重要的问题。
[0006]目前心电信号质量评估的研究还比较少，采用的方法不尽相同，但其关键都是在于能否提取到与信号质量相关的特征和分类方法的选择。与心电信号质量具有高相关性的SQI可以准确反映信号的好坏，但是目前很多SQI都是针对多导联心电信号而提出的，对单导联心电信号质量分析的研究还比较少。
[0007]心电信号本身非常微弱，十二标准导联设备采集的心电信号虽然对环境噪声抗干扰能力较强，但是操作起来复杂，且不灵活，不符合可穿戴式传感器在未来的医疗保健发展
方向。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种具有基于多特征融合的心电信号质量评估功能的远程心电监测系统，解决了上述
技术介绍
中提出的问题。
[0009]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种具有基于多特征融合的心电信号质量评估功能的远程心电监测系统，包括心电采集模块和STM32F407主控模块；
[0010]所述STM32F407主控模块包括控制心电信号采集模块和心电信号质量评估算法；
[0011]所述心电信号质量评估算法包括以下特征：
[0012]a)样本熵(SampEn)：
[0013][0014]b)sSQI：sSQI是第三个时刻心电信号分布
[0015][0016]c)pSQI：pSQI为评估功率谱分布特征
[0017][0018]Q(f)表示分析窗口中心电信号功率谱
[0019]d)basSQI：basSQI表示基线漂移的相对功率
[0020][0021]e)MpSQI：MpSQI表示心电波形主频功率谱分布
[0022][0023]f)iSQI：iSQI为评估具有固定时间窗的RR间隔时间序列的间隔异常指数，将RR区间升序排列，选择15％值RR
15
和85％值RR
85
[0024][0025]g)bsSQI：bsSQI表示检查时域基线漂移
[0026][0027]对采集到的心电信号进行计算，得到每条心电信号的上述7个信号质量指标SQIs，将其作为训练分类模型的特征，然后构建基于随机森林的分类模型。最终将分类模型部署在STM32F407上。
[0028]在本专利技术中进一步的，所述a)中样本熵通过度量信号中产生新模式的概率大小来衡量时间序列复杂性，新模式产生的概率越大，序列的复杂性就越大。
[0029]在本专利技术中进一步的，所述b)中x
i
是包含N个样本点的心电信号，μ是信号的均值，σ是信号的标准差。
[0030]在本专利技术中进一步的，所述c)中Q(f)表示分析窗口中心电信号功率谱。
[0031]在本专利技术中进一步的，所述g)中Ra
i
是每个QRS心电波形峰到峰的振幅；R是QRS波群中QRS检测器的基准点，i＝1，2，3，
…
，N是在分析窗口内检测到的QRS波数量；Ba
i
是每个波群中基线的峰到峰振幅。
[0032]本专利技术提供了一种具有基于多特征融合的心电信号质量评估功能的远程心电监测系统，具备以下有益效果：
[0033]本专利技术综合考虑了算法复杂度和检测精度的平衡问题，创新性地提出了一个具有基于多特征融合的心电信号质量评估功能的远程心电监测系统，实现了可穿戴设备自动分析心电信号前，先对心电信号进行质量分析，过滤掉临床质量不可接受的心电信号，有效避免大量低质量数据被视为有效数据保存下来，而浪费存储资源，严重降低分析效率这一情况。
[0034]同时，此系统实现了动态心电监护的可穿戴、智能化、便捷化，实现了心电数据的个体化、随时、长程、连续采集，与移动通讯等技术深度融合，实现了心电数据的实时传输、质量评估、智能监测和专业诊断。
附图说明
[0035]图1为基于多特征融合的心电信号质量评估功能的远程心电监测系统示意图。
具体实施方式
[0036]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，而不是全部的实施例。
[0037]请参阅图1，本专利技术的主要目的在于提出了一个具有基于多特征融合的心电信号质量评估功能的远程心电监测系统，主要由ADS1292心电采集模块和部署有基于随机森林分类模型的心电质量评估算法的STM32F407ZG主控模块组成。通过ADS1292单导联心电采集设备采集用户心电信号，利用SPI通信协议将提取的数据传输到主控芯片，然后利用相应算法提取心电信号时域、频域、非线性域特征，构建特征指标矩阵，利用以随机森林本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有基于多特征融合的心电信号质量评估功能的远程心电监测系统，其特征在于：包括心电采集模块和STM32F407主控模块；所述STM32F407主控模块包括控制心电信号采集模块和心电信号质量评估算法；所述心电信号质量评估算法包括以下特征：a)样本熵(SampEn)：b)sSQI：sSQI是第三个时刻心电信号分布c)pSQI：pSQI为评估功率谱分布特征Q(f)表示分析窗口中心电信号功率谱d)basSQI：basSQI表示基线漂移的相对功率e)MpSQI：MpSQI表示心电波形主频功率谱分布f)iSQI：iSQI为评估具有固定时间窗的RR间隔时间序列的间隔异常指数，将RR区间升序排列，选择15％值RR
15
和85％值RR
85
g)bsSQI：bsSQI表示检查时域基线漂移对采集到的心电信号进行计算，得到每条心电信号的上述7个信号质量指标SQIs，将其作为训练分类模型的特征，然后构建基于随机森林的分类模型。最终将分类模型部署在STM32F407上。2.根据权利要求1所述的一种具有基于多特征融合的心电信号质量评估功能的远程心电监测系统，其特征在于：所述a...

【专利技术属性】
技术研发人员：王竹卿，钟磊，龙智明，
申请(专利权)人：成都日和先端科技有限公司，
类型：发明
国别省市：