System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法技术_技高网

一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法技术

技术编号:41720004 阅读:12 留言:0更新日期:2024-06-19 12:45
本发明专利技术提供一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,本发明专利技术利用PointNet++的多尺度分组(MSG)模块获取3D‑VCG的全局时空特征,然后通过自注意力机制识别重要的点集,并通过PointNet++处理这些点集以获取其局部时空特征,然后使用Transformer的多头注意力机制再次关联和融合局部和全局特征,通过前向反馈网络减少生成的可训练列表的维度,并通过softmax层生成类概率,以实现心肌梗塞的精确定位。本发明专利技术的方法在11类MI定位任务上展现了优异的性能,整体准确率达到99.98%,显著优于现有的心肌梗塞定位技术;有效地利用3D空间中VCG的局部‑时空特征,实现了MI的精确定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医学信号处理,尤其是一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法


技术介绍

1、心肌梗死(mi),又称急性心肌梗死,是由于心脏冠状动脉区域供血不足而引起的,延迟的诊断和治疗可能导致广泛的心肌细胞死亡和不可逆转的心脏损伤,具有较高的致残率、致死率,一旦发病,需立即送往医院抢救,如救治不及时会出现不可逆的心肌损伤、休克、死亡现象。

2、研究表明,在关键的“黄金时间”内进行精确的识别和干预可以显著减小梗死面积和降低心肌梗死的死亡率。由于心肌梗死时会显著改变受影响心脏区域的电活动特性。对此,在临床实践中常使用标的12导联心电图(ecg)和矢量心电图(vcg)进行心肌梗死的定位。其中,标准12导联心电图提供了来自12个视角的心脏电活动图解,并被认为是心肌梗死诊断及定位的黄金标准之一。

3、然而,由于导联信息的冗余和无法提供矢状面心电活动信息,使得ecg的诊断能力有待提高,特别是对于严格的后段和下段心肌梗死。而心电向量图(vcg)通过记录来自多个电极或传感器的信号,从不同方向和角度捕捉心脏电活动的特征。

4、随着新一代信息技术的发展,以及心电向量图在心电特征的表达上更加全面。心电向量图(vcg)已成为心肌梗死智能辅助诊断领域的新研究趋势,通过智能化、自动化的计算机系统开发提高心肌梗死定位的准确性,为医学专家的诊疗、用药和每个心电向量图向量环包括p环、qrst环和t环,分别代表心房去极化、心室去极化和心室复极化。心肌梗死扰乱了心脏内传导途径中带电离子的流动,导致心电向量图的局部和时空特性发生变化。</p>

5、对此,一些研究针对心电向量图(vcg)的局部和时空特征进行自动提取,在传统技术中,研究人员主要关注与心电向量图形态学、角度、能量和非线性动力学相关的时空特征提取。

6、但是,传统方法中,依赖先验专家知识的手动特征选择方法在心肌梗死检测的定位准确率和模型泛化能力方面存在不足,因此常见的心肌梗死病房部位定位中性能表现较差;

7、而且现有一大主流方法中,直接从心电向量图的原始一维时序信号中从提取局部或时空特征,或结合两者特征进行分类,但特征提取过程繁琐,且忽略了心电向量图的原始一维时序信号在空间中的相互关系,且模型参数较大,不适用于边缘端设备的部署;在另一大主流方法中,通过使用心电向量图的二维投影来获取局部或时空特征,通过计算心电向量图的原始一维时序信号在二维平面中的相互关系来提升对心肌梗死定位的准确性,然而至多只有三个视觉的投影图像无法完整表征心电向量图在空间下的完整特征表示,且这类方法只能对心电向量图单个节拍进行分析,对心电向量图片段无法有效分析。


技术实现思路

1、针对现有技术的不足,本专利技术提供一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,本专利技术通过3d矢量心电图(3d-vcg)的深度学习分析,实现mi的精确自动定位,克服现有技术的不足。

2、本专利技术的技术方案为:一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,包括以下步骤:

3、s1)、3d矢量心电图数据的获取和预处理

4、采集目标3d-vcg信号,通过下采样和滤波对目标3d-vcg信号进行预处理;

5、s2)、全局时空特征提取

6、利用pointnet++的多尺度分组(msg)模块从预处理的目标3d-vcg信号点云空间中获取全局时空特征,通过远点采样算法从输入的3d-vcg点云中计算出中心点,通过特征聚合实现对vcg全局特征的综合表示;

7、s3)、局部特征提取,利用transformer的自注意力机制确定关键点,然后再通过pointnet++在这些关键点的欧氏距离内提取局部时空特征;

8、s4)、特征融合和mi定位

9、使用transformer的多头注意力机制再次关联和融合局部和全局特征,通过前向反馈网络减少生成的可训练列表的维度,并通过softmax层生成类概率,以实现心肌梗塞的精确定位。

10、作为优选的,步骤s1)中,采集的目标3d-vcg信号采用physikalisch-technischebundesanstalt(ptb)提供的心脏病患者和健康人群的3d-vcg数据集,所述的3d-vcg数据集中涵盖了11种最常见的心肌梗死类别,数据原始采样频率设置为1000hz。

11、作为优选的,步骤s1)中,所述的下采样的频率为512hz,所述的滤波操作采用二阶butterworth高通滤波器,截止频率设为0.5hz,以消除基线漂移,然后采用2秒非重叠窗口对数据进行分割。

12、作为优选的,步骤s2)中,所述的pointnet++的多尺度分组(msg)模块包括多个集合抽象(sa)层和特征传播(fp)层,所述的pointnet++采用一系列集合抽象(sa)层分层提取局部特征。

13、作为优选的,步骤s2)中,具体包括如下步骤:

14、s21)、采样

15、所述的pointnet++的多尺度分组(msg)模块通过最远点采样策略(fps)从预处理的目标3d-vcg信号点云中选择一组中心点{c1,c2,...,cm};这些中心点的组合代表点云的全局特征;采样后,每个中心点都会成为一组局部点的中心,这些局部点将用于后续的特征提取;

16、s22)、分组

17、对于每个中心点cj,根据指定的欧式距离r和最大邻居数k对相邻点进行分组,其表达式如下:

18、pcj=group(p,cj,r);

19、式中,pcj表示以cj为中心点的点组,并被用于局部特征计算,p表示采集的3d-vcg信号点云数据集;

20、s23)、对于每个点组pcj,采用小型pointnet网络进行处理得到局部点集的时空特征flocal,cj:

21、flocal,cj=poinnet(pcj);

22、s24)、特征聚合

23、通过多尺度分组(msg)模块将所有局部点集的时空特征flocal,cj进行拼接,生成一个包含层次化局部特征的全局特征描述符;这个全局特征描述符包含从多个尺度上提取的局部特征信息;其中,所述的全局特征描述符的表达式为:

24、

25、s25)、特征上采样

26、为了将局部特征与全局特征结合,并恢复到原始点云的分辨率,pointnet++使用特征传播(fp)层;特征传播(fp)层通过上采样函数来融合不同层次的特征。

27、作为优选的,步骤s24)中,对于给定的层fup=upsample(flayerl,flayerl-1),其中,函数upsample包含最近邻插值或学习权值来融合来自不同层的特征,在经过多个sa和fp层后,pointnet++提供了一组丰富的特征,封装了局部几何和全局上下文;然后,这个分层特征集被一系列共享的mlp处理,产生一个精炼的全局描述符gfinal:

28、gfinal=mlp(fup)。...

【技术保护点】

1.一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于:步骤S1)中,采集的目标3D-VCG信号采用Physikalisch-Technische Bundesanstalt(PTB)提供的心脏病患者和健康人群的3D-VCG数据集,所述的3D-VCG数据集中涵盖了11种最常见的心肌梗死类别,数据原始采样频率设置为1000Hz。

3.根据权利要求1所述的一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于:步骤S1)中,所述的下采样的频率为512Hz,所述的滤波操作采用二阶Butterworth高通滤波器,截止频率设为0.5Hz,以消除基线漂移,然后采用2秒非重叠窗口对数据进行分割。

4.根据权利要求1所述的一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于:步骤S2)中,所述的PointNet++的多尺度分组(MSG)模块包括多个集合抽象(SA)层和特征传播(FP)层,所述的PointNet++采用多个集合抽象(SA)层分层提取局部特征。

5.根据权利要求1所述的一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于:步骤S2)中,具体包括如下步骤:

6.根据权利要求5所述的一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于:步骤S24)中,对于给定的层其中,函数upsample包含最近邻插值或学习权值来融合来自不同层的特征,在经过多个SA和FP层后,PointNet++提供一组丰富的特征,封装了局部几何和全局上下文;然后,这个分层特征集被一系列共享的MLP处理,产生一个精炼的全局描述符Gfinal:

7.根据权利要求5所述的一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于:步骤S2)中,所述的PointNet++的多尺度分组(MSG)模块的中心点采样数设为64,所述的多尺度分组(MSG)模块的欧式距离r依次设为0.1、0.2、0.4,每个欧式距离r内的点数分别为16、32、128。

8.根据权利要求1所述的一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于:步骤S3)中,具体包括如下步骤:

9.根据权利要求5所述的一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于:步骤S4)中,具体包括如下步骤:

10.根据权利要求9所述的一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于:在训练过程中,使用交叉熵损失函数L来优化模型参数,在评估阶段,使用准确率、召回率、F1分数指标来衡量模型的性能,其中,交叉熵损失函数L的表达式为:

...

【技术特征摘要】

1.一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于:步骤s1)中,采集的目标3d-vcg信号采用physikalisch-technische bundesanstalt(ptb)提供的心脏病患者和健康人群的3d-vcg数据集,所述的3d-vcg数据集中涵盖了11种最常见的心肌梗死类别,数据原始采样频率设置为1000hz。

3.根据权利要求1所述的一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于:步骤s1)中,所述的下采样的频率为512hz,所述的滤波操作采用二阶butterworth高通滤波器,截止频率设为0.5hz,以消除基线漂移,然后采用2秒非重叠窗口对数据进行分割。

4.根据权利要求1所述的一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于:步骤s2)中,所述的pointnet++的多尺度分组(msg)模块包括多个集合抽象(sa)层和特征传播(fp)层,所述的pointnet++采用多个集合抽象(sa)层分层提取局部特征。

5.根据权利要求1所述的一种基于心电向量图的心肌梗死定位方法,其特征在于:步骤s2)中,具体包括如下步骤:

6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员:徐琳张献斌李敏黄建玉李芳赖莹莹林彩龙高宇硕
申请(专利权)人:中国人民解放军南部战区总医院
类型:发明
国别省市:

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