專利名稱：：基于標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差的可電擊復(fù)律心律識(shí)別算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種心電信號(hào)(ECG)識(shí)別方法，特別涉及一種可改進(jìn)現(xiàn)有的心電監(jiān)護(hù)儀和自動(dòng)體外除顫器性能的可電擊復(fù)律心律(ShockableRhythm,ShR)識(shí)別算法。
背景技術(shù)：
：心臟性猝死(SCD)是指由于心臟原因引起的突然發(fā)生的自然死亡。造成心臟性猝死的原因大部分是在各類心血管病變基礎(chǔ)上發(fā)生的一時(shí)性功能障礙和電生理改變，并引起惡性室性心律失常如室性心動(dòng)過(guò)速(簡(jiǎn)稱室速，VT)、心室纖維顫動(dòng)(簡(jiǎn)稱室顫，VF)等。電擊除顫是終止多數(shù)快速性惡性室性心律失常的首選有效方法。1997年，美國(guó)心臟協(xié)會(huì)(AHA)在循環(huán)(Circulation)雜志上發(fā)表了一份與自動(dòng)體外除顫器(AED)算法性能報(bào)道相關(guān)的建議《用于公共場(chǎng)合除顫的自動(dòng)體外除顫器對(duì)說(shuō)明和匯報(bào)的心律失常分析算法的性能、包含新的波形和提高安全性的建議》(《AutomaticExternalDefibrillatorsforPublicAccessDefibrillation:RecommendationsforSpecifyingandReportingArrhythmiaAnalysisAlgorithmPerformance,IncorporatingNewWaveforms,andEnhancingSafety.》)。該建議將心律分為以下三大類可電擊復(fù)律心律(shockablerhythms,ShR)，不可電擊復(fù)律心律(nonshockablerhythms,NShR)和中間心律(Intermediaterhythms)。目前文獻(xiàn)報(bào)道的可電擊復(fù)律心律識(shí)別算法存在著各種問(wèn)題，如由于室顫時(shí)心電圖的形態(tài)會(huì)發(fā)生很大的變化，各種基于心電圖R波識(shí)別的算法不適用于可電擊復(fù)律心律的判別；相空間重建(PhaseSpaceReconstructionAlgorithm,PSR)算法、信號(hào)比較算法(SignalComparisonAlgorithm,SCA)等雖然有很高的特異性，但靈敏度卻很差；而一些基于各種變換和復(fù)雜度分析的算法計(jì)算復(fù)雜，對(duì)硬件的要求較高。所以，己有的可電擊復(fù)律心律的判別算法仍存在靈敏度和特異性不能兼顧，或計(jì)算復(fù)雜等問(wèn)題，例如，作為典型的例子，HILB算法應(yīng)用于疾病的診治的儀器或裝置中，也存在這樣的一些缺點(diǎn)，HILB算法使用了在分析非線性信號(hào)時(shí)經(jīng)常使用的方法-希爾伯特變換法構(gòu)建相空間。假設(shè)心電信號(hào)為々)，對(duì)它做希爾伯特變換后得到&(r)，如果用x(0表示x軸坐標(biāo)，用&(0表示y軸坐標(biāo)，就構(gòu)造出了一個(gè)二維的相空間。在這樣一個(gè)相空間中，混沌信號(hào)的軌跡會(huì)比規(guī)律信號(hào)的軌跡雜亂。Anoton、Robert和Karl等人發(fā)現(xiàn)VF信號(hào)的相空間軌跡比SR(竇性心律)信號(hào)的相空間軌跡要雜亂。所以，他們假設(shè)VF信號(hào)是混沌的，而SR信號(hào)是規(guī)律的。他們將構(gòu)建出來(lái)的相空間劃分成40x40個(gè)相同大小的格子，并統(tǒng)計(jì)心電信號(hào)的相空間軌跡經(jīng)過(guò)的格子點(diǎn)數(shù)。由于SR信號(hào)是規(guī)律的，VF信號(hào)是混沌的，所以與SR信號(hào)的相空間軌跡相比，VF信號(hào)的相空間軌跡會(huì)經(jīng)過(guò)更多的格子。為了減小計(jì)算量，還需要對(duì)信號(hào)做降采樣。HILB算法的詳細(xì)過(guò)程如下1.對(duì)信號(hào)以50Hz降采樣。2.心電信號(hào)x(t)的希爾伯特變換為XH(t)，構(gòu)建40x40格的相空間，計(jì)算(x(t)，XH(t))在所構(gòu)建的相空間中所占的格數(shù)visitedboxes。3.定乂"=^^^^，并取閾值為d0，如果d〉d0，則判為VF;如果d〈二d0，則判為SR。
發(fā)明內(nèi)容如上所述，為心電監(jiān)護(hù)儀和自動(dòng)體外除顫器提供判別準(zhǔn)確性高且運(yùn)算速度快的可電擊復(fù)律心律識(shí)別算法，乃是本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題。為此，本發(fā)明的目的在于提供一種識(shí)別準(zhǔn)確、計(jì)算簡(jiǎn)單、能滿足應(yīng)用要求的、基于標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差的可電擊復(fù)律心律識(shí)別算法，以改進(jìn)現(xiàn)有的需要使用可電擊復(fù)律心律識(shí)別方法的儀器設(shè)備的性能。本發(fā)明的技術(shù)方案如下根據(jù)本發(fā)明提出的一種標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差的可電擊復(fù)律心律識(shí)別算法，包括步驟如下首先，對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行心臟停搏心律的識(shí)別如果是心臟停搏心律，則判為NShR;如果不是心臟停搏心律，則進(jìn)行后面的步驟。計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)判別NShR和ShR，判別標(biāo)準(zhǔn)為如果標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差>=閾值，則判為NShR;如果標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差<閾值，則判為ShR。上述識(shí)別心臟停搏心律的具體過(guò)程為將幅度小于80uV的心電信號(hào)判為心臟停搏心律。上述計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差的具體過(guò)程為首先，將一段心電數(shù)據(jù)按相同時(shí)間間隔分成小段，每一小段稱為一個(gè)柵條(bar)，每一個(gè)時(shí)間間隔稱為柵條寬度(barwidth);然后，計(jì)算每個(gè)柵條內(nèi)的最后一個(gè)樣點(diǎn)與第一個(gè)樣點(diǎn)的差值的絕對(duì)值(slope)，艮卩s/ope;=-(/))，其中s/op^表不第i個(gè)珊條的斜率絕對(duì)值，^X表示第i個(gè)柵條內(nèi)的樣點(diǎn)序列；接著，計(jì)算所有斜率絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)差(slope—std);最后，對(duì)slope—std標(biāo)準(zhǔn)化，g卩slope_std/mean(slope)，得到標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差(slope—stdnor)。由于采用了以上技術(shù)方案，提高了識(shí)別可電擊復(fù)律心律的靈敏度和特異性。另外也簡(jiǎn)化了算法的計(jì)算復(fù)雜度。本發(fā)明可應(yīng)用于心電監(jiān)護(hù)儀和自動(dòng)體外除顫器(AED)等需要根據(jù)體表心電圖識(shí)別可電擊復(fù)律心律的儀器圖1是本發(fā)明的主體流程圖。圖2是本發(fā)明的主體流程圖中"S1預(yù)處理"步驟的流程圖。圖3是本發(fā)明主體流程圖中"S3計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差"步驟的流程圖。具體實(shí)施方式-下面通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。本實(shí)施例是本發(fā)明在個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)和矩陣實(shí)驗(yàn)室(MatrixLaboratory,Matlab)平臺(tái)上一種可能的實(shí)現(xiàn)，并在由麻省理工大學(xué)心律失常數(shù)據(jù)庫(kù)(MITDB)、克萊登大學(xué)室性心律失常數(shù)據(jù)庫(kù)(CUDB)、麻省理工大學(xué)惡性室性心律失常數(shù)據(jù)庫(kù)(VFDB)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成的測(cè)試數(shù)據(jù)集上進(jìn)行測(cè)試和比較。本實(shí)施例具體步驟如下1.對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理a)使用一個(gè)5階的滑動(dòng)平均濾波器，濾除散布噪聲和肌電噪聲等高頻噪聲；b)使用一個(gè)截止頻率為1HZ的高通濾波器，抑制基線漂移；c)使用一個(gè)截止頻率為30Hz的巴特沃思低通濾波器，進(jìn)一步濾除無(wú)關(guān)的高頻成分。2.對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行心臟停搏心律的識(shí)別如果心電信號(hào)的幅度小于80uV，則認(rèn)為是心臟停搏心律，判為NShR;如果心電信號(hào)的幅度大于或等于80uV，則認(rèn)為不是心臟停搏心律，繼續(xù)后面的步驟。3.計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差a)將一段心電數(shù)據(jù)按相同時(shí)間間隔分成小段，每一小段稱為一個(gè)柵條(bar)，時(shí)間間隔稱為柵條寬度(barwidth)，barwidth取為16ms(當(dāng)采樣率為250Hz時(shí)，對(duì)應(yīng)為4個(gè)采樣點(diǎn))；b)計(jì)算每個(gè)柵條內(nèi)的最后一個(gè)樣點(diǎn)與第一個(gè)樣點(diǎn)的差值的絕對(duì)值(slope)，即Wo戸，=a&(Wg"a/,(Z^wW//0-w'g"a/,(/))，其中s/o;e,表示第i個(gè)柵條的斜率絕對(duì)值，w^"(表示第i個(gè)柵條內(nèi)的樣點(diǎn)序列；c)計(jì)算所有斜率絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)差(sl0pe_std);d)對(duì)slope—std標(biāo)準(zhǔn)化，S卩slope—std/mean(slope)，得到標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差(slope—stdnor)。4.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)判別NShR和ShR:判別標(biāo)準(zhǔn)為如果標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差>=閾值T，則判為NShR;如果標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差<閾值T，則判為ShR。本實(shí)施例使用的軟硬件配置如下-硬件戴爾奔4電腦，主頻226GHz，512兆內(nèi)存(DellOPTIPLEXGX270,Pentium(R)4(2.26GHz)and512MBDDRSDRAM)-軟件MATLABR13,"信號(hào)處理工具箱"版本6.0("SignalProcessingToolbox"version6.0)在如下測(cè)試條件下，對(duì)本實(shí)施例和已有技術(shù)希爾伯特(HILB)算法W^進(jìn)行了測(cè)試和比較測(cè)試數(shù)據(jù)集為MITDB、CUDB、VFDB三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)的所有數(shù)據(jù)，以8s為一個(gè)片斷(樣本數(shù)據(jù))，相鄰兩個(gè)片斷起始時(shí)間相差ls。心律分類的金標(biāo)準(zhǔn)(GoldenStandard):a)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)自帶的參考注釋(referenceannotation)，對(duì)數(shù)據(jù)片斷進(jìn)行心律分類。b)ShR:心律(rhythm)類注釋信息標(biāo)注為VF、VT的心電數(shù)據(jù)，NShR:其他所有心律；c)含有混合心律的片斷不使用。測(cè)試結(jié)果如下表8<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>其中，AUC是指接收操作特性曲線(ROC)下面積[3][4]，是綜合反映靈敏度和特異性的指標(biāo)。由表中可見(jiàn)，本實(shí)施例的AUC(0.980)大于HILB算法的AUC(0.965)，并且該差異統(tǒng)計(jì)意義上顯著，965—。.980l=10.6>2.57)。說(shuō)明本實(shí)V0.0012+0.0012施例的分類性能優(yōu)于HILB算法。而且本實(shí)施例的計(jì)算時(shí)間也少于HILB算法。若閾值T取為0.98，本實(shí)施例中基于標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差的可電擊復(fù)律心律識(shí)別算法的靈敏度為92.0%、特異性為95%，達(dá)到AHA所建議的靈敏度90%，特異性95%的性能要求。*本發(fā)明參考文獻(xiàn)DIRobertTratnig.ReliabilityofNewFibrillationDetectionAlgorithmsforAutomatedExternalDefibrillators[D].Dornbirn,Austria:TechnischeUniversit',atGraz，2005.A.Amann，R.Tratnig，K.Unterkofler.Anewventricularfibrillationdetectionalgorithmforautomatedexternaldefibrillators[J].ComputersinCardiology,2005:559-562.JPMarques著，吳逸飛譯.模式識(shí)別---原理、方法及應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2002:113-115.宇傳華，徐勇勇.非參數(shù)法估計(jì)ROC曲線下面積[J].中國(guó)衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)，1999，16(4):241-244.RichardE.Kerber，ChairMD,LanceB.Becker,etal.AutomaticExternalDefibrillatorsforPublicAccessDefibrillation:RecommendationsforSpecifyingandReportingArrhythmiaAnalysisAlgorithmPerformance,IncorporatingNewWaveforms,andEnhancingSafety[J]Circulation,1997，95(6):1677-1682.權(quán)利要求1.一種基于標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差的可電擊復(fù)律心律識(shí)別算法，適用于疾病的診治儀器或裝置，包括步驟S1.對(duì)采集到的心電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；S2.對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行心臟停搏心律的識(shí)別若為心臟停搏心律，則判為不可電擊復(fù)律心律；若不是心臟停搏心律，則繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)步驟S3，S4；S3.計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差；S4.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)辨別是否為不可電擊復(fù)律心律或可電擊復(fù)律心律，若標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差>＝閾值，則判為不可電擊復(fù)律心律；若標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差<閾值，則判為可電擊復(fù)律心律。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差的可電擊復(fù)律心律識(shí)別算法，其特征在于，所述的心電信號(hào)預(yù)處理，包括步驟S11.使用一個(gè)5階的滑動(dòng)平均濾波器，濾除高頻噪聲；S12.使用一個(gè)截止頻率為1Hz的高通濾波器，抑制基線漂移；S13.使用一個(gè)截止頻率為30Hz的巴特沃思低通濾波器，進(jìn)一步濾除無(wú)關(guān)的高頻成分。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差可電擊復(fù)律心律識(shí)別方法，其特征在于，所述的步驟Sll濾除高頻噪聲包括散布噪聲和肌電噪聲。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差的可電擊復(fù)律心律識(shí)別算法，其特征在于，所述的心臟停搏心律是指心電信號(hào)幅度小于80uV。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差的可電擊復(fù)律心律識(shí)別算法，其特征在于，所述的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差，包括步驟S31.將一段心電數(shù)據(jù)按相同時(shí)間間隔分成小段，將每一小段稱為一個(gè)柵條，將每一時(shí)間間隔稱為柵條寬度；S32.計(jì)算每個(gè)柵條內(nèi)的最后一個(gè)樣點(diǎn)與第一個(gè)樣點(diǎn)的差值的絕對(duì)值，形成斜率絕對(duì)值序列；S33.計(jì)算所有斜率絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)差；S4.將標(biāo)準(zhǔn)差除以所有斜率絕對(duì)值的平均值，求得標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差。全文摘要一種基于標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差的可電擊復(fù)律心律識(shí)別算法，適用于疾病的診治儀器或裝置，包括步驟S1.對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；S2.對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行心臟停搏心律的識(shí)別若為心臟停搏心律，則判為不可電擊復(fù)律心律；若不是心臟停搏心律，則繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)步驟S3，S4；S3.計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差；S4.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化斜率絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)辨別是否為不可電擊復(fù)律心律或可電擊復(fù)律心律。本發(fā)明提高了識(shí)別可電擊復(fù)律心律的靈敏度和特異性，也簡(jiǎn)化了算法的計(jì)算復(fù)雜度，可應(yīng)用于心電監(jiān)護(hù)儀和自動(dòng)體外除顫器等需要根據(jù)體表心電圖識(shí)別可電擊復(fù)律心律的儀器設(shè)備。文檔編號(hào)A61B5/0452GK101461711SQ20091004515公開(kāi)日2009年6月24日申請(qǐng)日期2009年1月12日優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日發(fā)明者宋海浪,方祖祥,鄔小玫申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)