CN104983415A - 心拍识别的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种心拍识别的方法及装置,所述方法包括:获取统计时间段内多个导联的采样点的心电数据;对每个所述导联的采样点的心电数据进行差分相乘变换;分别对每个所述导联的心电数据经过差分相乘变换后的心电数据进行阈值检测,以获得每个所述导联上的第一心拍位置;根据获得的多个导联各自的第一心拍位置来确定第二心拍位置。本发明实施例的心拍识别的方法及装置能够准确地识别心拍位置,且无需再确定QRS波主峰位置,降低了算法复杂度,同时降低了噪声误检和室性心拍漏检。
Description
技术领域
本发明涉及心电分析技术领域,尤其涉及一种心拍识别的方法及装置。
背景技术
通常,心拍识别的方法有降阈值回检法、滤波器组法等。其中,降阈值回检法的主要步骤包括带通滤波、微分、平方函数、移动窗口积分、设定阈值和回检。其算法复杂度高、准确率低,易出现噪声误检和室性心拍漏检,此外,由于积分后的顶点最高值与QRS波主峰的顶点不对应,检出QRS波位置后仍需确定QRS波主峰位置。而滤波器组法具有运算量小,抗干扰能力较强的优点,但是时常出现错检和漏检情况。
发明内容
本发明实施例的目的在于,提供一种心拍识别的方法及装置,以实现准确、快速地识别心拍位置,降低算法复杂度,同时降低噪声误检和室性心拍漏检。
为实现上述发明目的,本发明的实施例提供了一种心拍识别的方法,包括:获取统计时间段内多个导联的采样点的心电数据;对每个所述导联的采样点的心电数据进行差分相乘变换;分别对每个所述导联的心电数据经过差分相乘变换后的心电数据进行阈值检测,以获得每个所述导联上的第一心拍位置;根据获得的多个导联各自的第一心拍位置来确定第二心拍位置。
优选地,通过以下公式执行所述对每个所述导联的采样点的心电数据进行差分相乘变换的处理:
y(i)=(x(i)-x(i-wid))*(x(i)-x(i+wid)),
其中,i为采样点的序号,x(i)为所述采样点对应的心电数据,y(i)为所述采样点对应的差分相乘变换后的心电数据,wid为预定的单边差分窗口的宽度。
优选地,所述分别对每个所述导联的心电数据经过差分相乘变换后的心电数据进行阈值检测,以获得每个所述导联上的第一心拍位置的处理包括:获取超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据对应的采样点两侧相邻的采样点分别对应的差分相乘变换后的心电数据,如果所述超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据大于所述两侧相邻的采样点分别对应的差分相乘变换后的心电数据,则将超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据对应的采样点所处的心拍位置确定为所述导联的第一心拍位置。
优选地,所述根据获得的多个导联各自的第一心拍位置来确定第二心拍位置的处理包括:如果超过设定导联个数阈值的导联具有相同的第一心拍位置,则将所述第一心拍位置确定为第二心拍位置。
优选地,所述方法还包括:通过带通滤波器对获取统计时间段内多个导联的采样点的心电数据进行滤波处理,所述带通滤波器的带宽在0.67赫兹和40赫兹之间。
本发明的实施例还提供了一种心拍识别的装置,包括:心电数据获取模块,用于获取统计时间段内多个导联的采样点的心电数据;差分相乘变换模块,用于对每个所述导联的采样点的心电数据进行差分相乘变换;阈值检测模块,用于分别对每个所述导联的心电数据经过差分相乘变换后的心电数据进行阈值检测,以获得每个所述导联上的第一心拍位置;心拍位置确定模块,用于根据获得的多个导联各自的第一心拍位置来确定第二心拍位置。
优选地,所述差分相乘变换模块用于通过以下公式执行所述对每个所述导联的采样点的心电数据进行差分相乘变换的处理:
y(i)=(x(i)-x(i-wid))*(x(i)-x(i+wid)),
其中,i为采样点的序号,x(i)为所述采样点对应的心电数据,y(i)为所述采样点对应的差分相乘变换后的心电数据,wid为预定的单边差分窗口的宽度。
优选地,所述阈值检测模块用于获取超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据对应的采样点两侧相邻的采样点分别对应的差分相乘变换后的心电数据,如果所述超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据大于所述两侧相邻的采样点分别对应的差分相乘变换后的心电数据,则将超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据对应的采样点所处的心拍位置确定为所述导联的第一心拍位置。
优选地,所述心拍位置确定模块用于如果超过设定导联个数阈值的导联具有相同的第一心拍位置,则将所述第一心拍位置确定为第二心拍位置。
优选地,所述装置还包括:滤波处理模块,用于通过带通滤波器对获取统计时间段内多个导联的采样点的心电数据进行滤波处理,所述带通滤波器的带宽在0.67赫兹和40赫兹之间。
本发明实施例提供的心拍识别的方法及装置,通过在单导联上进行阈值检测之前对统计时间段内获取的心电数据进行差分相乘变换,进一步采用多导联心拍位置匹配来识别心拍,从而更加准确、快速地识别心拍位置,降低了算法复杂度,同时降低了噪声误检和室性心拍漏检。
此外,差分相乘变换处理不会改变QRS波主峰峰值,因此与现有技术相比,本实施例在识别心拍位置后无需再确定QRS波主峰位置。
附图说明
图1是示出典型的心拍波形的示意图;
图2是示出本发明实施例一的心拍识别的方法的流程图;
图3是示出本发明实施例一的正常波形下单导联的差分相乘变换前与差分相乘变换后心电波形对比效果的示意图;
图4是示出本发明实施例一的噪声干扰下单导联的差分相乘变换前与差分相乘变换后心电波形对比效果的示意图;
图5是示出本发明实施例一的存在室性心拍时单导联的差分相乘变换前与差分相乘变换后心电波形对比效果的示意图;
图6是示出本发明实施例一的噪声干扰下心拍识别效果的示意图;
图7是示出本发明实施例一的存在室性心拍时心拍识别效果的示意图;
图8是示出本发明实施例二的心拍识别的装置的逻辑框图。
具体实施方式
QRS波是心电图ECG(Eletrocardiogram)信号的主要特征,因此在心电检测中最重要的是检测QRS波。图1是示出典型的心拍波形的示意图。心电图的波形周期划分为P波、P-R段、S-T段、T波(图中均未示出)和QRS复合波。只有在确定QRS波群后才能计算心率、检测心率变异,并进一步检测心电信号的其他细节。
心电图通常是由心电导联来记录的。心电导联是指在记录心电图信号时,输入导线与电极放置在机体特定的测试部位(正输入端)、参比部位(负输入端)和接地部位的连接方式。目前临床上使用最多的是标准12导联,即导联I、II、III、AVR、AVL、AVF、V1、V2、V3、V4、V5和V6,其中,I、II、III、aVR、aVL、aVF导联是肢体导联。I、II、III导联分别是左右手连接、右手左脚、左手左脚的三个连接,它们和aVR、aVL、aVF三个肢导联的加压单极导联反映纵向心电综合向量的导联。V1-V6是胸前导联,反映横面心电综合向量的导联。
在本发明实施例中,通过对单导联上心电数据做差分相乘变换处理,以及多导联心拍位置匹配,从而更加准确、快速地识别心拍位置。降低了算法复杂度,且降低了噪声误检和室性心拍漏检。进而更加符合动态长时程心电数据分析的需求。
下面结合附图对本发明实施例心拍识别的方法及装置进行详细描述。
实施例一
图2是示出本发明实施例一的心拍识别的方法的流程图。可在例如心电数据分析的客户端上执行所述方法。
参照图2,在步骤S210,获取统计时间段内多个导联的采样点的心电数据。
也就是说,同步采集多个导联的长时程的心电数据。例如可同步采集前述提及的12导联的心电数据。
在步骤S220,对每个所述导联的采样点的心电数据进行差分相乘变换。
通过以下公式执行所述对每个所述导联的采样点的心电数据进行差分相乘变换的处理:
y(i)=(x(i)-x(i-wid))*(x(i)-x(i+wid)),
其中,i为采样点的序号,x(i)为所述采样点对应的心电数据,y(i)为所述采样点对应的差分相乘变换后的心电数据,wid为预定的单边差分窗口的宽度。
需要说明的是,i-wid和i+wid为以第i个采样点为中心,分别向前、向后距离wid宽度的位置所对应的采样点。wid的值取决于QRS时限的范围,QRS时限的范围在100ms和200ms之间。也就是说,上述公式的含义是将当前采样点对应的心电数据分别与位于其两侧,且距离同样宽度位置的两个采样点对应的心电数据求差值,再计算两个求得的差值之积,将最终的乘积值作为当前采样点对应的差分相乘变换处理的心电数据。
图3是示出本发明实施例一的正常波形下单导联的差分相乘变换前与差分相乘变换后心电波形对比效果的示意图,由图3可以看出,差分相乘变换后QRS主峰对应峰值与P波、T波各自主峰对应峰值的峰值比明显增加,更利于后续步骤的处理。此外,图4是示出本发明实施例一的噪声干扰下单导联的差分相乘变换前与差分相乘变换后心电波形对比效果的示意图,参照图4,对心电数据进行差分相乘变换处理后,噪声明显被抑制,从而提高了心拍识别的准确度。
另一方面,对于存在室性心拍的心电波形,由于室性心拍斜率较小,现有技术通过平方再积分的变换处理后,其幅值相对于正常心拍的幅值较小,易出现室性心拍漏检的情况。图5是示出本发明实施例一的存在室性心拍时单导联的差分相乘变换前与差分相乘变换后心电波形对比效果的示意图,参照图5,相比之下,本实施例采用差分相乘变换后,室性心拍对应的幅值与正常心拍的幅值无明显降低,从而降低了室性心拍漏检。
在步骤S230,分别对每个所述导联的心电数据经过差分相乘变换后的心电数据进行阈值检测,以获得每个所述导联上的第一心拍位置。
根据本发明的示例性实施例,步骤S230包括:获取超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据对应的采样点两侧相邻的采样点分别对应的差分相乘变换后的心电数据,如果所述超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据大于所述两侧相邻的采样点分别对应的差分相乘变换后的心电数据,则将超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据对应的采样点所处的心拍位置确定为所述导联的第一心拍位置。
具体地,可为前述提及的差分相乘变换后的心电数据即y(i)设定阈值,进而检测出大于设定阈值的差分相乘变换后的心电数据的采样点y(i),同时需满足y(i)>y(i-1)且y(i)>y(i+1))条件的差分相乘变换后的心电数据对应的采样点,那么该采样点所处的心拍位置处有心拍,从而在单导联上准确、快速地识别了心拍位置。
在步骤S240,根据获得的多个导联各自的第一心拍位置来确定第二心拍位置。
相应地,在前述获得每个导联上的第一心拍位置之后,根据本发明的示例性实施例,步骤S240包括:如果超过设定导联个数阈值的导联具有相同的第一心拍位置,则将所述第一心拍位置确定为第二心拍位置。
在具体的实现方式中,假设导联个数阈值为5,那么如果超过5个导联在同一位置检测出有心拍,则所述位置即是心拍位置,这种多导联心拍位置匹配的方式,进一步提高了心拍识别的准确度。图6是示出本发明实施例一的噪声干扰下心拍识别效果的示意图,图7是示出本发明实施例一的存在室性心拍时心拍识别效果的示意图。参照图6和图7,标注了例如148N、150N、107V等标签的位置即是识别出的心拍位置,其中,148、150等数字代表心率,N代表窦性心拍,V代表室性心拍。
进一步地,为了抑制信号低频漂移和高频噪声干扰,可对心电数据进行预处理,因此,所述方法还可以包括:通过带通滤波器对获取统计时间段内多个导联的采样点的心电数据进行滤波处理,所述带通滤波器的带宽在0.67赫兹和40赫兹之间。
本发明实施例提供的心拍识别的方法,通过对心电数据先做差分相乘变换处理再进行阈值检测,提高了单导联上心拍识别的准确度,进一步采用多导联心拍位置匹配来识别心拍,从而使得心拍识别的准确度更高,同时,降低了算法复杂度,更适合长时程心电数据的分析。
另外,与现有技术相比,本发明实施例降低了噪声误检和室性心拍漏检,且在识别心拍位置后无需再确定QRS波主峰位置。
实施例二
图8是示出本发明实施例二的心拍识别的装置的逻辑框图。可用于执行如图2所示实施例的方法步骤。
参照图8,所述心拍识别的装置包括心电数据获取模块810、差分相乘变换模块820、阈值检测模块830和心拍位置确定模块840。
心电数据获取模块810用于获取统计时间段内多个导联的采样点的心电数据。
差分相乘变换模块820用于对每个所述导联的采样点的心电数据进行差分相乘变换。
优选地,所述差分相乘变换模块820用于通过以下公式执行所述对每个所述导联的采样点的心电数据进行差分相乘变换的处理:
y(i)=(x(i)-x(i-wid))*(x(i)-x(i+wid)),
其中,i为采样点的序号,x(i)为所述采样点对应的心电数据,y(i)为所述采样点对应的差分相乘变换后的心电数据,wid为预定的单边差分窗口的宽度。
阈值检测模块830用于分别对每个所述导联的心电数据经过差分相乘变换后的心电数据进行阈值检测,以获得每个所述导联上的第一心拍位置。
具体地,所述阈值检测模块830用于获取超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据对应的采样点两侧相邻的采样点分别对应的差分相乘变换后的心电数据,如果所述超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据大于所述两侧相邻的采样点分别对应的差分相乘变换后的心电数据,则将超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据对应的采样点所处的心拍位置确定为所述导联的第一心拍位置。
心拍位置确定模块840用于根据获得的多个导联各自的第一心拍位置来确定第二心拍位置。
前述确定每个导联的第一心拍位置之后,相应地,所述心拍位置确定模块840用于如果超过设定导联个数阈值的导联具有相同的第一心拍位置,则将所述第一心拍位置确定为第二心拍位置。
进一步地,所述装置还可以包括:滤波处理模块(未示出),用于通过带通滤波器对获取统计时间段内多个导联的采样点的心电数据进行滤波处理,所述带通滤波器的带宽在0.67赫兹和40赫兹之间。从而抑制了信号低频漂移和高频噪声干扰,便于更加准确地识别心拍位置。
本发明实施例提供的心拍识别的装置,在单导联上进行阈值检测之前,先对统计时间段内获取的心电数据进行差分相乘变换处理,再采用多导联心拍位置匹配来准确、快速地识别心拍位置,并且降低了算法复杂度,更适合长时程心电数据的分析。同时降低了噪声误检和室性心拍漏检,且在识别心拍位置后无需再确定QRS波主峰位置。
在本发明所提供的几个实施例中,应该理解到,所公开的装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述模块的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式。
另外,在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中,也可以是各个模块单独物理存在,也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
上述以软件功能模块的形式实现的集成的模块,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能模块存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种心拍识别的方法,其特征在于,所述方法包括:
获取统计时间段内多个导联的采样点的心电数据;
对每个所述导联的采样点的心电数据进行差分相乘变换;
分别对每个所述导联的心电数据经过差分相乘变换后的心电数据进行阈值检测,以获得每个所述导联上的第一心拍位置;
根据获得的多个导联各自的第一心拍位置来确定第二心拍位置。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过以下公式执行所述对每个所述导联的采样点的心电数据进行差分相乘变换的处理:
y(i)=(x(i)-x(i-wid))*(x(i)-x(i+wid)),
其中,i为采样点的序号,x(i)为所述采样点对应的心电数据,y(i)为所述采样点对应的差分相乘变换后的心电数据,wid为预定的单边差分窗口的宽度。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述分别对每个所述导联的心电数据经过差分相乘变换后的心电数据进行阈值检测,以获得每个所述导联上的第一心拍位置的处理包括:
获取超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据对应的采样点两侧相邻的采样点分别对应的差分相乘变换后的心电数据,
如果所述超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据大于所述两侧相邻的采样点分别对应的差分相乘变换后的心电数据,则将超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据对应的采样点所处的心拍位置确定为所述导联的第一心拍位置。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述根据获得的多个导联各自的第一心拍位置来确定第二心拍位置的处理包括:
如果超过设定导联个数阈值的导联具有相同的第一心拍位置,则将所述第一心拍位置确定为第二心拍位置。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:通过带通滤波器对获取统计时间段内多个导联的采样点的心电数据进行滤波处理,所述带通滤波器的带宽在0.67赫兹和40赫兹之间。
6.一种心拍识别的装置,其特征在于,所述装置包括:
心电数据获取模块,用于获取统计时间段内多个导联的采样点的心电数据;
差分相乘变换模块,用于对每个所述导联的采样点的心电数据进行差分相乘变换;
阈值检测模块,用于分别对每个所述导联的心电数据经过差分相乘变换后的心电数据进行阈值检测,以获得每个所述导联上的第一心拍位置;
心拍位置确定模块,用于根据获得的多个导联各自的第一心拍位置来确定第二心拍位置。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述差分相乘变换模块用于通过以下公式执行所述对每个所述导联的采样点的心电数据进行差分相乘变换的处理:
y(i)=(x(i)-x(i-wid))*(x(i)-x(i+wid)),
其中,i为采样点的序号,x(i)为所述采样点对应的心电数据,y(i)为所述采样点对应的差分相乘变换后的心电数据,wid为预定的单边差分窗口的宽度。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述阈值检测模块用于获取超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据对应的采样点两侧相邻的采样点分别对应的差分相乘变换后的心电数据,如果所述超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据大于所述两侧相邻的采样点分别对应的差分相乘变换后的心电数据,则将超过设定心电数据阈值的差分相乘变换后的心电数据对应的采样点所处的心拍位置确定为所述导联的第一心拍位置。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述心拍位置确定模块用于如果超过设定导联个数阈值的导联具有相同的第一心拍位置,则将所述第一心拍位置确定为第二心拍位置。
10.根据权利要求6~9中任一项所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:滤波处理模块,用于通过带通滤波器对获取统计时间段内多个导联的采样点的心电数据进行滤波处理,所述带通滤波器的带宽在0.67赫兹和40赫兹之间。
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