專利名稱：基于盲源提取的房顫監(jiān)測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于心電監(jiān)測領域，具體內容是利用單導聯(lián)心電信號實現(xiàn)對房顫疾病的監(jiān) 測方法。
背景技術：
心房纖顫簡稱“房顫”，它可以并發(fā)于許多類型的心臟病，如風濕性心臟瓣膜病、 冠心病、心肌病、縮窄性心包炎等。在60歲以下的人群中，房顫病的患病率約為1%，但是 在70歲以上的人群中患病率有著顯著的增加，80歲以上的患病率高達10%。目前，國內 外關于房顫信號的提取方法有模板匹配法，主成分分析(principal component analysis, PGA)，獨立成分分析(independent component analysis, IGA)，盲源分離(Blind source s印aration，BSS)，盲源提取(Blind source extraction, BSE)等，鑒于各種算法(處理方 法)的局限性，能夠準確適用于房顫監(jiān)測系統(tǒng)的方法極少，醫(yī)生往往需要從房顫病人的長 時間(24小時)心電監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)臨床經(jīng)驗判斷該病人在監(jiān)測過程中是否發(fā)生 了房顫。這種診斷方法不僅時效性差，而且耗費大量人力和物力。在眾多的房顫信號提取方法中，模板匹配法又分為固定模板匹配法和自適應模板 匹配法，這兩種方法都有共同的特點只從體表心電中的一個導聯(lián)數(shù)據(jù)中提取房顫信號，而 且極易受到心電波形的形態(tài)影響，魯棒性較弱，在一定程度上阻礙了后續(xù)的房顫信號特征 分析。主成分分析(PCA)和獨立成分分析(ICA)都屬于盲源分離(BSS)方法，它們都能 夠充分利用多導聯(lián)信號的信息。但是由于此類方法會同時提取多個信號，當幾個信號同時 存在房顫信號特征時，它們并不能分辨哪一個分量是房顫信號，所以無法直接提取出房顫 信號。而且這些方法在計算時占用大量的時間和空間，不適用于實時監(jiān)測。盲源提取(BSE)技術是盲信號處理的一個分支，它通常利用獨立分量分析技術， 從線性混合數(shù)據(jù)中提取出相互獨立的非高斯信號。與BSS相比，BSE只提取一個感興趣的 信號，占用硬件空間少，計算量小，而且易于工程實現(xiàn)。但是在提取過程中，期望信號的自回 歸(Autoregressive，AR)模型(信號)往往不能自適應的準確估計，其受到噪聲信號的干 擾較大，影響提取結果。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對背景技術存在的缺陷，研發(fā)一種基于盲源提取的房顫監(jiān)測方 法，根據(jù)房顫病發(fā)作時的特征，并結合了小波變換、非線性擴展以及譜減法等信號處理技 術，實現(xiàn)房顫實時監(jiān)測及定位等目的。本發(fā)明的解決方案是在對房顫信號采用盲源提取技術的基礎上，根據(jù)房顫病發(fā)作 時在.頻譜上表現(xiàn)為3-lOHz之間有一個明顯尖峰，結合小波變換，非線性擴展以及譜減法 等現(xiàn)代信號處理技術，實現(xiàn)房顫實時監(jiān)測及定位的目的。因而本發(fā)明方法包括步驟1.監(jiān)測標準參數(shù)的初始化設置按受監(jiān)測人類型對相應的監(jiān)測標準參數(shù)進行初始化設置，即將受監(jiān)測人為小孩時、其正常心率設為100-145次/分，為成年男性時、正常心率設為60-80 次/分，為成年女性時、正常心率設為60-90次/分，為老人時、正常心率設為55-85次/分； 同時將數(shù)據(jù)采集及處理時段(緩存周期)、相應的報警閾值一并作為基礎參數(shù)進行初始化 設置并存入數(shù)據(jù)庫、以備調用；步驟2.數(shù)據(jù)采集首先將監(jiān)測顯示器置于相應受監(jiān)測人類型檔，利用常規(guī)心電采 集儀將監(jiān)測對象的心電信號經(jīng)放大濾波后陸續(xù)輸入監(jiān)測器內，按步驟1設定的數(shù)據(jù)采集及 處理時段進行采集，所得數(shù)據(jù)轉步驟3 ；步驟3.去除基線漂移將步驟2所得數(shù)據(jù)采用小波包技術按信號頻率分段，并刪 除低于0. 5Hz的頻率信號、以除去基線漂移成分后、再重構成時域信號；步驟4.心率的確定；通過
權利要求
一種基于盲源提取的房顫監(jiān)測方法，包括步驟1.監(jiān)測標準參數(shù)的初始化設置按受監(jiān)測人類型對相應的監(jiān)測標準參數(shù)進行初始化設置，即將受監(jiān)測人為小孩時、正常心率設為100 145次/分，為成年男性時、正常心率設為60 80次/分，為成年女性時、正常心率設為60 90次/分，為老人時、正常心率設為55 85次/分；同時將數(shù)據(jù)采集及處理時段、相應的報警閾值一并作為基礎參數(shù)進行初始化設置并存入數(shù)據(jù)庫、以備調用；步驟2.數(shù)據(jù)采集首先將監(jiān)測顯示器置于相應受監(jiān)測人類型檔，利用常規(guī)心電采集儀將監(jiān)測對象的心電信號經(jīng)放大濾波后陸續(xù)輸入監(jiān)測器內，按步驟1設定的數(shù)據(jù)采集及處理時段進行采集，所得數(shù)據(jù)轉步驟3；步驟3.去除基線漂移將步驟2所得數(shù)據(jù)采用小波包技術按信號頻率分段，并刪除低于0.5Hz的頻率信號、以除去基線漂移成分后、再重構成時域信號；步驟4.心率的確定；通過 <mrow><msub> <mi>W</mi> <mi>f</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msubsup> <mo>∫</mo> <mrow><mo>+</mo><mo>∞</mo> </mrow> <mrow><mo>-</mo><mo>∞</mo> </mrow></msubsup><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mover> <mi>ψ</mi> <mo>‾</mo></mover><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>b</mi></mrow><mi>a</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mi>dt</mi> </mrow>對經(jīng)步驟3處理后的信號進行小波變換處理，以確定R波的位置及R波的波間距(R_R)；然后根據(jù)該波間距與心電采集儀的采樣率、以確定受監(jiān)測人的心率；式中f(t)∈L2(R)；L2(R)為能量有限的信號空間；ψ為母小波；為積分核的積分變換；為ψa，b的共軛函數(shù)；相應的函數(shù)族ψa，b稱作小波；a是尺度參數(shù)；b是定位參數(shù)；步驟5.預警及AR特征信號的提取將步驟4所得受監(jiān)測人的心率與數(shù)據(jù)庫內對應受監(jiān)測人類型的正常心率對比，若在設定的時段范圍內心電信號所有心率值在對應受監(jiān)測人類型的正常心率范圍內時存儲后、繼續(xù)對下一個緩存周期內的數(shù)據(jù)進行處理；R波若在該時段內心電信號的所有心率值都超出受監(jiān)測人對應類型的正常心率范圍時，發(fā)出一個預警信號并存儲后、繼續(xù)對下一個緩存周期內的數(shù)據(jù)進行處理；若在該時段內的心電信號中，有部分心率值超出受監(jiān)測人所對應類型的正常心率范圍時，則分別提取正常心電的AR特征信號和異常心電的AR特征信號后，轉步驟6；步驟6.正常心電的提?。粚⒉襟E5所得正常心電的AR特征信號b1和步驟3所得心電信號采用BSE方法將正常心電信號提取出；步驟7.譜減法去除正常心電；將步驟3所得時域信號和步驟6所得正常心電信號進行時頻變換，然后使用常規(guī)譜減法從頻譜上將正常心電減去，再通過傅立葉反變換方法處理，從而得到帶噪聲及房顫的異常心電信號；步驟8非線性擴維處理；利用高斯核函數(shù)對步驟7所得心電信號進行擴維處理，擴維后得到的多維信號轉步驟9處理；式中xc＝1為核函數(shù)中心；δ＝1為函數(shù)的寬度參數(shù)；步驟9信號的分離處理；將步驟5所得異常心電的AR特征信號和步驟8所得擴維后的信號再采用BSE方法對信號進行分離處理，將噪聲信號與帶房顫特征信號的心電信號分離；步驟10頻譜集中度分析及報警；使用周期圖法對步驟9所得將噪聲信號與帶房顫特征信號分離處理后的心電信號，進行頻譜集中度分析當頻譜集中度達到設定的報警閾值時、則發(fā)出報警信號。FSA00000355237100012.tif,FSA00000355237100013.tif,FSA00000355237100021.tif
2.按權利要求1所述基于盲源提取的房顫監(jiān)測方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集及處理 時段為緩存窗長5-15秒、步長1-3秒。
3.按權利要求1所述基于盲源提取的房顫監(jiān)測方法，其特征在于所述報警閾值為相應 頻譜集中度> 40%時為報警閾值。
4.按權利要求1所述基于盲源提取的房顫監(jiān)測方法，其特征在于步驟6中所述采用 BSE方法將正常心電成分提取出，其BSE方法為經(jīng)下式
5.按權利要求1所述基于盲源提取的房顫監(jiān)測方法，其特征在于所述非線性擴維處 理，其擴維處理到4-6維止。
6.按權利要求1所述基于盲源提取的房顫監(jiān)測方法，其特征在于步驟9中所述采用 BSE方法對信號進行分離處理，其BSE方法為經(jīng)
7.按權利要求1所述基于盲源提取的房顫監(jiān)測方法，其特征在于步驟10中所述進行頻 譜集中度分析方法是通過下式進行
全文摘要
該發(fā)明屬于房顫疾病的監(jiān)測方法。包括監(jiān)測標準參數(shù)的初始化設置，數(shù)據(jù)采集，去除基線漂移，心率的確定，預警及AR特征信號的提取，正常心電的提取，譜減法去除正常心電，非線性擴維處理，信號的分離處理，頻譜集中度分析及報警。該發(fā)明在對房顫信號采用盲源提取技術的基礎上，根據(jù)房顫病發(fā)作時的.頻譜特征，結合小波變換，非線性擴展以及譜減法等信號處理技術；巧妙的運用心率參數(shù)及病人的“正常”與“異?！毙碾姡源藖泶_定受監(jiān)測人正常心電的AR與異常心電的AR特征信號。與傳統(tǒng)的監(jiān)測方法相比，該發(fā)明不但有效降低了對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的人力和時間的耗費，而且大大提高了房顫監(jiān)測的實時性及監(jiān)測的準確性，更有利于臨床應用等特點。
文檔編號A61B5/0402GK101972143SQ20101055427
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權日2010年11月16日
發(fā)明者劉廣雄, 李 杰, 楊澤武, 王云鶴, 王剛, 饒妮妮 申請人:電子科技大學