一種心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決方法和裝置，其中該方法包括以下步驟：對輸入的原始心電信號去除漂移得到基線漂移成分和去除基線漂移的心電信號；對去除基線漂移的心電信號進(jìn)行低通濾波處理，得到去除基線漂移、濾除高頻成分的心電信號；識別出心電信號的基線定位信息；將基線定位信息與去除基線漂移的心電信號輸入基線信號類似均方差參數(shù)計算模塊，計算基線信號類似均方差參數(shù)；將基線定位信息與基線漂移成分輸入基線漂移幅度參數(shù)計算模塊，計算基線漂移波動幅度參數(shù)；將前述步驟的兩個輸出信號輸入到一貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中，由該貝葉斯網(wǎng)絡(luò)輸出原始心電信號的質(zhì)量指數(shù)。
【專利說明】一種心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及心電數(shù)字信號處理和計算機(jī)心電波形智能診斷領(lǐng)域，具體而言涉及一 種心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決方法與裝置，實(shí)現(xiàn)對拾取的心電數(shù)字信號的質(zhì)量判斷。

【背景技術(shù)】
[0002] 心臟病是奪去人類生命的主要疾病之一，其引發(fā)的心源性猝死在短短幾分鐘內(nèi)可 以使病患離世，留給病患家屬無盡的痛苦。當(dāng)今社會快節(jié)奏、方方面面的壓力巨大，心源性 猝死更表現(xiàn)出多行業(yè)、年輕化的趨勢，給國家和社會帶來無法彌補(bǔ)的損失。
[0003] 人體心電圖作為心臟電活動在體表的綜合表現(xiàn)，蘊(yùn)涵著豐富的反應(yīng)心臟節(jié)律及其 電傳導(dǎo)的生理和病理信息。自上世紀(jì)初荷蘭萊頓大學(xué)的生理學(xué)家威廉.埃因托芬應(yīng)用炫線 式檢流計描記心電過程開始，心電圖應(yīng)用于臨床心臟病診斷，至今已有1〇〇多年。如今，心 電圖已經(jīng)成為臨床上重要的高效、無創(chuàng)和低價格檢查手段。
[0004] 由于病態(tài)心電圖種類繁多、變異極大，同種病理不同患者的心電圖、甚至同一患者 不同時刻的心電圖都存在較大的差異，因此，若要對其做出準(zhǔn)確判斷，一方面，需要醫(yī)師具 有豐富的專業(yè)領(lǐng)域知識和臨床經(jīng)驗(yàn)，另一方面，若醫(yī)師長期從事大量圖形的識別工作，極易 疲勞，容易漏檢、出錯。而且，人工進(jìn)行心電圖形分析都是事后分析，不具備實(shí)時性，很難具 有預(yù)警性。
[0005] 人類在30多年前開始探索心電圖自動分析、診斷技術(shù)，嘗試讓計算機(jī)分擔(dān)人類專 家的任務(wù)。心電信號的自動分析是指在將模擬的心電信號數(shù)字化后，應(yīng)用數(shù)字信號處理技 術(shù)對其提取表征心臟狀態(tài)的波形信息和特征參數(shù)，獲取心臟工作狀態(tài)的相關(guān)信息，然后應(yīng) 用多種人工智能算法分析判斷心電信號類型及其所對應(yīng)的疾病類型或健康狀況。
[0006] 心電自動診斷技術(shù)經(jīng)過多年積累已經(jīng)取得的長足的進(jìn)步并解決了部分心電圖自 動測量、模式識別和輔助診斷的難題。但是，由于心電圖信號的個體性差異和心臟病理信息 分析的復(fù)雜性，已有心電信號分析系統(tǒng)還沒有達(dá)到臨床醫(yī)師的診斷準(zhǔn)確度，對心電信號表 征的心臟疾病有著較嚴(yán)重的誤診和漏診。這其中的主要原因是心電信號作為一種體表電信 號，信號幅度微弱（毫伏級），極易受到外界環(huán)境干擾（如50Hz工頻信號干擾）和人體本身 運(yùn)動、體態(tài)、肌電干擾。例如，如圖1所示的心電信號圖，其中心電信號有著較嚴(yán)重的肌電干 擾。又如圖2所示的心電信號圖，其中心電信號不但有肌電干擾，而且基線漂移嚴(yán)重。
[0007] 受到干擾的低質(zhì)量心電信號對自動分析系統(tǒng)是很大的挑戰(zhàn)。如果不能對拾取的心 電信號質(zhì)量進(jìn)行正確合理的評估，就對惡劣質(zhì)量的心電信號強(qiáng)行判讀，極易造成誤判或漏 判。目前現(xiàn)有技術(shù)中未見相關(guān)技術(shù)能夠?qū)π碾娦盘柕馁|(zhì)量以簡單的計算作出正確合理的評 價。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明目的在于提供一種心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決方法與裝置，適于心電數(shù) 字信號的質(zhì)量判斷與評估。
[0009] 本發(fā)明的上述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選或有 利的方式發(fā)展獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征。
[0010] 為達(dá)成上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0011] 一種心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決方法，包括以下步驟：
[0012] 步驟1、利用一基線漂移分離器對輸入的原始心電信號（xl)進(jìn)行漂移去除，得到 基線漂移成分（x2)以及去除基線漂移的心電信號（x3);
[0013] 步驟2、利用一 FIR低通濾波器對去除基線漂移的心電信號（x3)進(jìn)行低通濾波處 理，濾除高頻成分，得到去除基線漂移、濾除高頻成分的心電信號（x4);
[0014] 步驟3、利用一基線識別器接收步驟2得到的心電信號（x4)并識別出基線定位信 息（x5);
[0015] 步驟4、將所述基線定位信息（x5)與去除基線漂移的心電信號（x3)輸入基線信號 類似均方差參數(shù)計算模塊，計算輸出基線信號類似均方差參數(shù)（yl);以及將所述基線定位 信息（χ5)與基線漂移成分（x2)輸入基線漂移幅度參數(shù)計算模塊，計算輸出基線漂移波動 幅度參數(shù)（y2);
[0016] 步驟5、將所述步驟4輸出的基線信號類似均方差參數(shù)（yl)與基線漂移波動幅 度參數(shù)（y2)輸入到一貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中，由該貝葉斯網(wǎng)絡(luò)輸出原始心電信號（xl)的質(zhì)量指數(shù) (L)。
[0017] 進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述步驟1中，在去除漂移過程中，首先采用一 2階低通IIR 濾波器對原始心電信號（xl)進(jìn)行濾波處理，濾除1Hz以上的高頻成分，得到1Hz以下的基 線漂移成分（x2)，然后再將原始心電信號（xl)和基線漂移成分（x2)輸入一減法器，得到去 除基線漂移的心電信號（x3)。
[0018] 進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述2階低通IIR濾波器的差分方程為程為：
[0019] y(n) = α X (η) - a y (n-1),
[0020] 其中，系數(shù) α = 〇· 98〇988。
[0021] 進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述步驟2中，對去除基線漂移的心電信號（x3)進(jìn)行低通濾 波處理時，所采用的FIR低通濾波器的通帶截止頻率為16Hz，阻帶起始頻率為24Hz。
[0022] 進(jìn)一步的實(shí)施例中，在所述步驟3中，基線識別器判斷某段信號是否為基線時，所 采用的樣本長度大于等于20個采樣點(diǎn)。
[0023] 進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述步驟4中，基線信號類似均方差參數(shù)計算模塊計算基線 信號類似均方差參數(shù)（yl)的步驟如下：
[0024] 設(shè)輸入基線向量為x3，x3 = [x3SI+Q，x3SI+1，x3SI+2, "·χ3Μ+Ν_Ν]τ，其中含N個心電信號 米樣點(diǎn)，Ν彡20, SI表不一段基線開始的米樣點(diǎn)序號；
[0025] 計算該段基線向量所有元素的均值μ，其中：
[0026]

【權(quán)利要求】
1. 一種心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、利用一基線漂移分離器對輸入的原始心電信號（XI)進(jìn)行漂移去除，得到基線 漂移成分（χ2)以及去除基線漂移的心電信號（x3); 步驟2、利用一FIR低通濾波器對去除基線漂移的心電信號（x3)進(jìn)行低通濾波處理，濾 除高頻成分，得到去除基線漂移、濾除高頻成分的心電信號（x4); 步驟3、利用一基線識別器接收步驟2得到的心電信號（x4)并識別出基線定位信息 (x5)； 步驟4、將所述基線定位信息（x5)與去除基線漂移的心電信號（x3)輸入基線信號類 似均方差參數(shù)計算模塊，計算輸出基線信號類似均方差參數(shù)（yl);以及將所述基線定位信 息（χ5)與基線漂移成分（x2)輸入基線漂移幅度參數(shù)計算模塊，計算輸出基線漂移波動幅 度參數(shù)（y2);以及 步驟5、將所述步驟4輸出的基線信號類似均方差參數(shù)（yl)與基線漂移波動幅度參數(shù) (y2)輸入到一貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中，由該貝葉斯網(wǎng)絡(luò)輸出原始心電信號（xl)的質(zhì)量指數(shù)（L)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決方法，其特征在于，所述步驟1 中，在去除漂移過程中，首先采用一 2階低通IIR濾波器對原始心電信號（xl)進(jìn)行濾波處 理，濾除1Hz以上的高頻成分，得到1Hz以下的基線漂移成分（x2)，然后再將原始心電信號 (xl)和基線漂移成分（x2)輸入一減法器，得到去除基線漂移的心電信號（x3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決方法，其特征在于，所述2階低 通IIR濾波器的差分方程為程為： y(n) = α χ(η)_α y(n-l)， 其中，系數(shù)α = 〇. 980988。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決方法，其特征在于，所述步驟2 中，對去除基線漂移的心電信號（x3)進(jìn)行低通濾波處理時，所采用的FIR低通濾波器的通 帶截止頻率為16Hz，阻帶起始頻率為24Hz。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決方法，其特征在于，在所述步 驟3中，基線識別器判斷某段信號是否為基線時，所采用的樣本長度大于等于20個采樣點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決方法，其特征在于，所述步驟4 中，基線信號類似均方差參數(shù)計算模塊計算基線信號類似均方差參數(shù)（yl)的步驟如下： 設(shè)輸入基線向量為x3，x3 = [X3SI+Q，X3SI+1，X3 SI+2,，其中含N個心電信號采樣 點(diǎn)，N彡20, SI表不一段基線開始的米樣點(diǎn)序號； 計算該段基線向量所有元素的均值μ，其中：
然后計算該基線向量的類似均方差參數(shù)
根據(jù)φ的數(shù)值和 預(yù)先設(shè)定的閾值Φτ?2, φτ23和ΦΤ34將φ劃分不同的等級，即tpii表示優(yōu)，φ?·2表示良，<Pi3表 示中，Φμ表示差，共計4個等級，具體操作是： 根據(jù)計算得到的類似均方差參數(shù)摩*判定等級： 如果φ S φτ12，則判定為Φμ等級； 如果ΦΤ12 <屮S ΦΤ23,則判定為<Pi2等級； 如果ΦΤ23〈妒S ΦΤ34,則判定為<^3等級； 如果φ 2 φ·〇4?則判定為Φμ.等級； 最后，將判定的等級賦值給基線信號類似均方差參數(shù)（yl);以及 基線漂移幅度參數(shù)計算模塊計算對應(yīng)基線漂移信號（χ2)的漂移波動幅度參數(shù)（y2)的 步驟如下： 對應(yīng)段基線向量基線漂移向量表示為x2,該段基線向量的波動幅度參數(shù)ω按照下述 公式計算：
然后，根據(jù)ω數(shù)值和預(yù)先設(shè)定的閾值ωη2, ωΤ23和ωΤ34將φ劃分不同的等級，8卩c〇u 表示優(yōu)，ω。表示良，ω。表示中，ω μ表示差，具體操作為： 根據(jù)計算得到的類似均方差參數(shù)ω，判定等級： 如果ω < ωη2，則判定為等級； 如果ωη2〈ω < ωΤ23，則判定為等級； 如果ωΤ23〈ω < ωΤ34，則判定為ω。等級； 如果ω > ω Τ34，則判定為ω Μ等級； 最后，將判定的等級賦值給基線漂移波動幅度參數(shù)（y2)。
7. -種心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決裝置，其特征在于，包括基線漂移分離器、FIR低 通濾波器、基線識別器、基線信號類似均方差參數(shù)計算模塊、基線漂移幅度參數(shù)計算模塊以 及一貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模塊，其中： 所述基線漂移分離器用于對輸入的原始心電信號（xl)進(jìn)行漂移去除，得到基線漂移 成分（x2)以及去除基線漂移的心電信號（x3); 所述FIR低通濾波器用于對所述去除基線漂移的心電信號（x3)進(jìn)行低通濾波處理，濾 除高頻成分，得到去除基線漂移、濾除高頻成分的心電信號（x4); 所述基線識別器用于識別所述去除基線漂移、濾除高頻成分的心電信號（x4)的基線 定位信息（x5); 所述基線信號類似均方差參數(shù)計算模塊用于根據(jù)所述基線定位信息（x5)與去除基線 漂移的心電信號（x3)計算基線信號類似均方差參數(shù)（yl); 所述基線漂移幅度參數(shù)計算模塊用于根據(jù)所述基線定位信息（x5)與基線漂移成分 (x2)計算基線漂移波動幅度參數(shù)（y2); 所述貝葉斯網(wǎng)絡(luò)用于根據(jù)所述基線信號類似均方差參數(shù)（yl)與基線漂移波動幅度參 數(shù)（y2)輸出原始心電信號xl的質(zhì)量指數(shù)（L)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決裝置，其特征在于，所述基線 漂移分離器包括一 2階低通IIR濾波器和一減法器，其中： 所述2階低通IIR濾波器對原始心電信號（xl)進(jìn)行濾波處理，濾除1Hz以上的高頻成 分，得到1Hz以下的基線漂移成分（x2)，該2階低通IIR濾波器的差分方程為程為： y(n) = α χ(η)-α y(n-l), 其中，系數(shù)α = 〇. 980988 ; 所述減法器的輸入信號來源于所述2階低通IIR濾波器的輸出以及輸入的原始心電信 號（xl)，該減法器用于將原始心電信號（xl)和基線漂移成分（x2)相減，得到去除基線漂移 的心電信號（x3)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決裝置，所述FIR低通濾波器的 通帶截止頻率為16Hz，阻帶起始頻率為24Hz。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的心電圖數(shù)字化信號質(zhì)量軟判決裝置，所述基線信號類似均 方差參數(shù)計算模塊計算基線信號類似均方差參數(shù)（yl)的步驟如下： 設(shè)輸入基線向量為x3，x3 = [X3SI+Q，X3SI+1，X3 SI+2,，其中含N個心電信號采樣 點(diǎn)，N彡20, SI表不一段基線開始的米樣點(diǎn)序號； 計算該段基線向量所有元素的均值μ，其中：
然后計算該基線向量的類似均方差參數(shù)
根據(jù)φ的數(shù)值和 預(yù)先設(shè)定的閾值Ψτ?2, ΦΤ23和ΦΤ34將Φ劃分不同的等級，即Φ?表示優(yōu)，φ￡·2表示良，<Pi3表 示中，Φμ表示差，共計4個等級，具體操作是： 根據(jù)計算得到的類似均方差參數(shù)Φ*判定等級： 如果Φ S ΦΤ12?則判定為等級； 如果ΦΤ12 < <5° S ΦΤ23,則判定為Φ12等級； 如果ΦΤ23〈妒玄ΦΤ34,則判定為1Pi3等級； 如果f 2 φΤ34?則判定為φ￡4等級； 最后，將判定的等級賦值給基線信號類似均方差參數(shù)（yl);以及 基線漂移幅度參數(shù)計算模塊計算對應(yīng)基線漂移信號（χ2)的漂移波動幅度參數(shù)（y2)的 步驟如下： 對應(yīng)段基線向量基線漂移向量表示為x2,該段基線向量的波動幅度參數(shù)ω按照下述 公式計算：
然后，根據(jù)ω數(shù)值和預(yù)先設(shè)定的閾值ωτ12，ωΤ23和ωΤΜ將Φ:劃分不同的等級，即 wu 表示優(yōu)，ω。表示良，ω。表示中，ω μ表示差，具體操作為： 根據(jù)計算得到的類似均方差參數(shù)ω，判定等級： 如果ω < ωη2，則判定為等級； 如果ωη2〈ω < ωΤ23，則判定為等級； 如果ωΤ23〈ω < ωΤ34，則判定為ω。等級； 如果ω > ω Τ34，則判定為ω Μ等級； 最后，將判定的等級賦值給基線漂移波動幅度參數(shù)（y2)。
【文檔編號】G06F19/00GK104095627SQ201410214498
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】邱磊 申請人:邱磊