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专利号: 2020108805733
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 医学或兽医学;卫生学
更新日期:2024-05-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于EEMD和信号结构分析的心电信号R波识别方法,其特征在于,该方法具体包括以下步骤:S1:通过集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)将带噪声的心电信号分解成一系列本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF)和残余分量;

S2:通过ICA算法从各模态分量中提取出R波;

S3:将ICA分离出的R波分量进行结构分析实现R波的识别。

2.根据权利要求1所述的心电信号R波识别方法,其特征在于,步骤S1中,EEMD对信号进行分解之前需要确定两个参数:添加的辅助白噪声的大小k以及集合平均次数N,具体确定步骤包括:

1)输入待处理信号x(t),并计算出该信号幅值标准差σx;

2)将x(t)通过EMD分解成一系列IMF和残余量,选取IMF1作为高频分量,并计算出IMF1幅值标准差σ1;

3)根据EEMD中加入白噪声的依据准则: 确定k的大小,其中

4)根据EEMD中集合平均次数N与白噪声大小k的关系: 确定N的大小,其中e为预设相对误差。

3.根据权利要求2所述的心电信号R波识别方法,其特征在于,所述步骤S1具体包括:输入带噪声的心电信号y(n),其中混有工频干扰、肌电干扰以及基线漂移三种噪声,根据确定的添加白噪声的大小k和集合平均的次数N对y(n)进行EEMD分解。

4.根据权利要求1所述的心电信号R波识别方法,其特征在于,所述步骤S2具体包括:假设存在N个随机信号x1、x2、…、xn,由n个相互独立的非高斯信号s1、s2、…、sn线性表示,即:xi=ai1s1+ai2s2+...+ainsn,其矩阵表达式为:X=AS

其中,A为混合矩阵,S为独立源向量,X为观测信号向量;

在源信号S中各分量未知且相互独立和A未知的条件下,由观测信号X估计分离矩阵W,用输出信号Y估计S,即:Y=WX

利用EEMD分解后的IMF构造ICA算法中的观测信号矩阵X:并利用基于最大负熵的FastICA算法从观测信号矩阵中提取出R波的源信号H(n)。

5.根据权利要求4所述的心电信号R波识别方法,其特征在于,所述步骤S3具体包括以下步骤:S31:从H(n)中提取出所有波峰的特征点,波峰集的定义如下:其中,sgn()表示符号函数,v表示满足波峰集的特征值;

S32:计算以时间步长i为中心,大小为2α+1的滑动窗口内特征值的平均值αi和标准差si:αi=mean(vj|i-α≤tj≤i+α)

si=std(vj|i-α≤tj≤i+α)

S33:若特征H(i)是滑动窗口内的一个离群值,则假定它是构成R峰值包络线的一个节点,判断该特征是否是滑动窗口内的离群值,离群值需满足以下条件:①滑动窗口内的特征值满足正态分布;

②R峰是滑动窗口内的局部极大值;

③在滑动窗口内随机选择的特征为R峰的概率小于或等于32%;

S34:若特征H(i)满足以上条件并且超出1σ界限,则该特征是一个离群值;利用该特征构造R峰值包络节点:NT={H(i)|vi>αi+si}

S35:对NT按ti进行升序排列,对包络节点之间的值进行线性插值,使得每个特征H(i)在构造的R峰包络线ET(i)中都有对应的值;在执行步骤S32的时候,取 Fs为心率;

S36:根据构建的R峰值包络线确定R波的位置;对检测到的R波进行修正,对算法进行优化;搜索Ri内连续太近的波峰对,去除振幅最小的一个以排除误检;搜索Ri内连续太远的波峰对,将他们之间具有最高值的特征处判定为R波来“添加”一个R波,排除漏检现象;根据心率对R峰值太过接近和太过分离进行判断,判断标准分别如下公式:其中,Ri(k)表示第i次迭代搜索过程中R峰k,Ri(j)表示第i次迭代搜索过程中R峰j,Fs表示所检测心电信号的心率,HRmax表示最大心率,HRmin表示最小心率。