CN113180689A - 一种基于高斯函数拟合的p波波峰及起始位置提取方法 - Google Patents

一种基于高斯函数拟合的p波波峰及起始位置提取方法 Download PDF

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吕金涛
潘黎光
张德涛
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Abstract

本申请涉及一种基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，包括以下步骤：S1，对于长度为N，采样频率为fs的心电信号，将其采样点数值转化为真实的电压幅值，并进行预处理得到s′(i)；S2，采用任意一种算法进行R波波峰提取；S3，在R波峰位置发生之前的一段时间的波形片段中，以单位时间的步长进行移动，不断截取得到心电信号片段，以心电信号片段为对象，对函数
Figure DDA0003011854190000011
进行拟合，得到函数中的σ，u和d的参数值，并记拟合误差大小为err；S4，选取拟合误差最小的片段作为潜在的P波区域，记这个片段的拟合误差为err1，拟合得到的振幅增益为d1，中心时间参数为u1，分析d1的大小，判断出p波的起点、终点。

Description

一种基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法
技术领域
本申请属于心电图函数拟合技术领域，尤其是涉及一种基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法。
背景技术
心电信号具有非植入性、成本低的优势，因此成为临床上常用的心血管疾病诊断工具。一段心电信号通常由若干个心跳组成，一个正常的心跳主要由P波、QRS复合波、T波组成。其中P波的有无和位置是诊断多种心脏疾病的重要依据，也是心电图临床特征参数的计算依据，因此准确提取P波出现的位置和形态具有重要的意义。传统方法中，采用滤波+幅值阈值法或过零点检测法检测，然而由于P波特征相对于QRS波群和T波特征较为不明显，并且P波波峰振幅较小，因此很容易受到噪声的干扰，导致传统方法在提取P波时效果比较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中心电图函数拟合方法的不足，从而提供一种基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，包括以下步骤：
S1，对于长度为N，采样频率为fs的心电信号，将其采样点数值转化为真实的电压幅值，并进行预处理得到s′(i)s′(i)是预处理后的，
心电信号的第i个点的幅值；
S2，采用任意一种算法进行R波波峰提取；
S3，在R波波峰位置发生之前的一段时间的波形片段中，以单位时间的步长进行移动，不断截取得到心电信号片段，以心电信号片段为对象，对函数
Figure BDA0003011854170000021
进行拟合，得到函数中的σ，u和d的参数值，并记拟合误差大小为err；式中，Zp表示采样点幅值大小，d表示振幅增益，通过拟合得到；t表示时间，是自变量；u为中心时间参数，通过拟合得到；σ是宽度因子，通过拟合得到；
S4，选取拟合误差最小的片段作为潜在的P波区域，记这个片段的拟合误差为err1，拟合得到的振幅增益为d1，中心时间参数为u1，判断d1的大小，如果err1>0.1或d1>0.5，则认为P波不存在；否则，认定该潜在区域的中间点tz为P波波峰位置发生处，tz-0.8*u1是P波的起点，tz+0.8*u1是P波的终点；式中，tz表示步骤S3中截取得到心电信号片段的中心采样点的发生时间。
优选地，本发明的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，步骤S1中，按照以下公式预处理：
Figure BDA0003011854170000022
Figure BDA0003011854170000023
J＝floor(N/fs)。
优选地，本发明的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，步骤S3中，所述一段时间为0.02秒～0.2秒。
优选地，本发明的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，步骤S3中，所述单位时间为0.01秒。
优选地，本发明的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，步骤S3中，不断截取得到用时0.12s的心电信号片段。
优选地，本发明的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，步骤S3中，函数
Figure BDA0003011854170000031
使用最小二乘误差进行拟合。
本发明的有益效果是：
提出了一种新的预处理方法+高斯拟合的方法对P波波峰有无，P波起始点位置进行判断，能够更加准确的判断心电图中P波的起点、终点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是本申请实施例的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例
本实施例提供一种基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，本方法适用于长度大于2秒的心电信号中的P波波峰的提取，如图1所示，包括以下步骤：
S1，对于长度为N，采样频率为fs的心电信号，将其采样点数值转化为真实的电压幅值(由于信号时间长度大于2s，则必有N＞2*fs)，并进行预处理得到s′(i)，s′(i)是预处理后的心电信号的第i个点的幅值；
S2，采用任意一种算法进行R波波峰提取；
S3，在R波峰位置发生之前的一段时间的波形片段中，以单位时间的步长进行移动，不断截取得到心电信号片段，以心电信号片段为对象，对函数
Figure BDA0003011854170000051
进行拟合，得到函数中的σ，u和d的参数值，并记拟合误差大小为err；式中，Zp表示采样点幅值大小，d表示振幅增益，通过拟合得到；t表示时间，是自变量；u为中心时间参数，通过拟合得到；σ是宽度因子，通过拟合得到；
S4，选取拟合误差最小的片段作为潜在的P波区域，记这个片段的拟合误差为err1，拟合得到的振幅增益为d1，中心时间参数为u1，判断d1的大小，如果err1>0.1或d1>0.5，则认为P波不存在；否则，认定该潜在区域的中间点tz为P波波峰位置发生处，tz-0.8*u1是P波的起点，tz+0.8*u1是P波的终点；式中，tz表示步骤S3中截取得到心电信号片段的中心采样点的发生时间。
本实施例的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，提出了一种新的预处理方法+高斯拟合的方法对P波波峰有无，P波起始点位置进行判断，能够更加准确的判断心电图中P波的起点、终点。
优选地，本实施例的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，步骤S1中，按照以下公式预处理：
Figure BDA0003011854170000052
Figure BDA0003011854170000053
J＝floor(N/fs)。
其中，floor为floor函数(向下取整)。
优选地，本实施例的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，步骤S3中，所述一段时间为0.02秒～0.2秒。
优选地，本实施例的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，步骤S3中，所述单位时间为0.01秒。
优选地，本实施例的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，步骤S3中，不断截取得到用时0.12s的心电信号片段。
优选地，本实施例的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，步骤S3中，函数
Figure BDA0003011854170000061
使用最小二乘误差进行拟合。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对于长度为N，采样频率为fs的心电信号，将其采样点数值转化为真实的电压幅值，并进行预处理得到s′(i)，s′(i)是预处理后的心电信号的第i个点的幅值；
S2，采用任意一种算法进行R波波峰提取；
S3，在R波峰位置发生之前的一段时间的波形片段中，以单位时间的步长进行移动，不断截取得到心电信号片段，以心电信号片段为对象，对函数
Figure FDA0003011854160000011
进行拟合，得到函数中的σ，u和d的参数值，并记拟合误差大小为err；式中，Zp表示采样点幅值大小，d表示振幅增益，通过拟合得到；t表示时间，是自变量；u为中心时间参数，通过拟合得到；σ是宽度因子，通过拟合得到；
S4，选取拟合误差最小的片段作为潜在的P波区域，记这个片段的拟合误差为err1，拟合得到的振幅增益为d1，中心时间参数为u1，判断d1的大小，如果err1>0.1或d1>0.5，则认为P波不存在；否则，认定该潜在区域的中间点tz为P波波峰位置发生处，tz-0.8*u1是P波的起点，tz+0.8*u1是P波的终点；式中，tz表示步骤S3中截取得到心电信号片段的中心采样点的发生时间。
2.根据权利要求1所述的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，其特征在于，步骤S1中，按照以下公式预处理：
Figure FDA0003011854160000012
Figure FDA0003011854160000021
J＝floor(N/fs)
floor(*)表示，向下取整。
3.根据权利要求2所述的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，其特征在于，步骤S3中，所述一段时间为0.02秒～0.2秒。
4.根据权利要求3所述的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，其特征在于，步骤S3中，所述单位时间为0.01秒。
5.根据权利要求4所述的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，其特征在于，步骤S3中，不断截取得到用时0.12s的心电信号片段。
6.根据权利要求5所述的基于高斯函数拟合的P波波峰及起始位置提取方法，其特征在于，步骤S3中，函数
Figure FDA0003011854160000022
使用最小二乘误差进行拟合。
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