心電圖特征識(shí)別系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種心電圖特征識(shí)別系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種基于領(lǐng)域知識(shí)與模式識(shí)別融合的心電圖特征識(shí)別系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]心電圖(electrocard1gram, ECG)作為心血管疾病診斷的必要手段已經(jīng)毋庸置疑，ECG中P波、QRS波和T (U)波等的自動(dòng)識(shí)別也越來越被重視，其中P波由于形態(tài)和類別十分繁雜，目前P波的識(shí)別準(zhǔn)確率較低。
[0003]現(xiàn)有P波的識(shí)別主要有兩大類，一類是基于模式識(shí)別，即用某種模式識(shí)別進(jìn)行處理；另一類是根據(jù)P波形態(tài)通過斜率閾值或者基于各種變化(小波變化)后根據(jù)領(lǐng)域知識(shí)提取P波。其中，前一類方法對(duì)P波的有無和范圍區(qū)間的尋找有優(yōu)勢，但對(duì)具體的P波峰值點(diǎn)、起止點(diǎn)不能準(zhǔn)確定位。而后一類方法則可以準(zhǔn)確定位峰值點(diǎn)和起止點(diǎn)，但是對(duì)于P波不明顯或者稍有異常的則很難定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于領(lǐng)域知識(shí)和模式識(shí)別融合的、可以有效地提高P波、T波或QRS波的特征提取準(zhǔn)確率的心電圖特征識(shí)別系統(tǒng)和心電圖特征識(shí)別方法。
[0005]一種心電圖特征識(shí)別系統(tǒng)，用于對(duì)ECG信號(hào)中的P波、T波或QRS波進(jìn)行特征識(shí)另Ij，所述ECG信號(hào)已經(jīng)經(jīng)過濾波和基線調(diào)整，且已經(jīng)提取到其中QRS波和T波的起止點(diǎn)，其包括:
[0006]前處理模塊，其包括基線替代單元和數(shù)據(jù)組織單元，其中:
[0007]對(duì)所述ECG信號(hào)中的P波進(jìn)行特征識(shí)別時(shí)，所述基線替代單元用基線替換QRS波及T波；
[0008]對(duì)所述ECG信號(hào)中的T波進(jìn)行特征識(shí)別時(shí)，所述基線替代單元用基線替換QRS波；
[0009]對(duì)所述ECG信號(hào)中的QRS波進(jìn)行特征識(shí)別時(shí)，所述基線替代單元不對(duì)所述EGC信號(hào)進(jìn)行處理；
[0010]所述數(shù)據(jù)組織單元對(duì)所述基線替代單元處理后的初步數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)組織，獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)；
[0011]分類模塊，其包括模式識(shí)別單元，所述模式識(shí)別單元對(duì)所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)和所述測試數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和分類，并輸出分類結(jié)果；
[0012]后處理模塊，其包括合并單元和范圍確定單元，所述合并單元對(duì)所述分類結(jié)果進(jìn)行合并，獲得合并數(shù)據(jù)，所述范圍確定單元對(duì)所述合并數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得預(yù)選的P波范圍、T波范圍或QRS波范圍；
[0013]規(guī)則推理模塊，其對(duì)所述P波范圍、所述T波范圍或所述QRS波范圍進(jìn)行處理，并輸出P波起止點(diǎn)和峰值點(diǎn)、T波起止點(diǎn)和峰值點(diǎn)或QRS波起止點(diǎn)和峰值點(diǎn)。
[0014]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述基線替代單元從起始點(diǎn)到終止點(diǎn)用基線替換QRS波與/或T波。
[0015]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)為M* (lead+Ι)的矩陣，所述測試數(shù)據(jù)為M*lead的矩陣，其中M代表樣本數(shù)，每一個(gè)樣本代表一個(gè)采樣點(diǎn)，lead表示導(dǎo)聯(lián)數(shù)。
[0016]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述模式識(shí)別單兀為支持向量機(jī)。
[0017]本發(fā)明另外提供一種心電圖特征識(shí)別方法，其包括如下步驟:
[0018]S101、對(duì)ECG信號(hào)進(jìn)行前處理，包括基線替換和數(shù)據(jù)組織，所述基線替換獲得初步數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)組織獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)，所述ECG信號(hào)已經(jīng)經(jīng)過濾波和基線調(diào)整，且已經(jīng)提取到其中QRS波和T波的起止點(diǎn)；
[0019]S103、對(duì)所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)和所述測試數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和分類，并輸出分類結(jié)果；
[0020]S105、根據(jù)脈搏周期確定ECG信號(hào)中的P波、T波或QRS波的范圍；
[0021]S107、使用領(lǐng)域知識(shí)在所述P波范圍、所述T波范圍或所述QRS波范圍內(nèi)提取P波起止點(diǎn)和峰值點(diǎn)、T波起止點(diǎn)和峰值點(diǎn)或QRS波起止點(diǎn)和峰值點(diǎn)。
[0022]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，步驟SlOl中，所述基線替換包括:
[0023]對(duì)所述ECG信號(hào)中的P波進(jìn)行特征識(shí)別時(shí)，用基線替換QRS波及T波；
[0024]對(duì)所述ECG信號(hào)中的T波進(jìn)行特征識(shí)別時(shí)，用基線替換QRS波；
[0025]對(duì)所述ECG信號(hào)中的QRS波進(jìn)行特征識(shí)別時(shí)，不對(duì)所述EGC信號(hào)進(jìn)行基線替換。
[0026]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，步驟SlOl中，按照采樣點(diǎn)對(duì)所述初步數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)組織。
[0027]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，步驟S103中，采用支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練和分類。
[0028]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，對(duì)所述ECG信號(hào)中的P波進(jìn)行特征識(shí)別時(shí)，步驟S105中，提取出所述分類結(jié)果中標(biāo)志為I的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，作為暫時(shí)的P波范圍，其中如果兩個(gè)P波特別近，則認(rèn)為屬于一個(gè)P波，完成結(jié)果的合并；
[0029]在合并后的P波范圍中，根據(jù)QRS波確定心拍周期。
[0030]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，對(duì)所述ECG信號(hào)中的P波進(jìn)行特征識(shí)別時(shí)，步驟S107中，包括:
[0031]首先判斷形態(tài)是否倒置、雙相、直立；
[0032]然后在P波起止點(diǎn)范圍內(nèi)找到極值點(diǎn)，如果雙向則找到一個(gè)極大值和一個(gè)極小值，直立找到一個(gè)極大值，倒置則找到一個(gè)極小值。
[0033]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出綜合領(lǐng)域知識(shí)和模式識(shí)別的心電圖特征識(shí)別系統(tǒng)和心電圖特征識(shí)別方法，首先對(duì)經(jīng)過預(yù)處理后的ECG信號(hào)進(jìn)行前處理，然后對(duì)前處理后的信號(hào)使用模式識(shí)別分出屬于P波、T波或QRS波的特征點(diǎn)，之后再對(duì)模式識(shí)別產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行后處理，目的是找到P波、T波或QRS波的大概范圍，最后在P波、T波或QRS波的范圍內(nèi)利用領(lǐng)域知識(shí)確定真正的P波、T波或QRS波的起止點(diǎn)和峰值點(diǎn)。可以有效地提高P波、T波或QRS波的特征提取準(zhǔn)確率。
[0034]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的心電圖特征識(shí)別系統(tǒng)的示意圖；
[0036]圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的心電圖特征識(shí)別方法的流程圖；
[0037]圖3為圖1所示心電圖特征識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行P波特征識(shí)別時(shí)的示意圖；
[0038]圖4為圖1所示心電圖特征識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行T波特征識(shí)別時(shí)的示意圖；
[0039]圖5為圖1所示心電圖特征識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行QRS波特征識(shí)別時(shí)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0041]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種心電圖特征識(shí)別系統(tǒng)100，用于對(duì)ECG信號(hào)中的P波、T波或QRS波進(jìn)行特征識(shí)別，所述ECG信號(hào)已經(jīng)經(jīng)過濾波和基線調(diào)整，且已經(jīng)提取到其中QRS波和T波的起止點(diǎn)，所述心電圖特征識(shí)別系統(tǒng)100包括前處理模塊10、分類模塊20、后處理模塊30及規(guī)則推理模塊40。
[0042]所述前處理模塊10包括基線替代單元11和數(shù)據(jù)組織單元13，所述基線替代單元11用于對(duì)所述ECG信號(hào)中的QRS波與/或T波進(jìn)行基線(Basicline)替換，并輸出初步數(shù)據(jù)。具體地:對(duì)所述ECG信號(hào)中的P波進(jìn)行特征識(shí)別時(shí)，所述基線替代單元11用基線替換QRS波及T波；對(duì)所述ECG信號(hào)中的T波進(jìn)行特征識(shí)別時(shí)，所述基線替代單元11用基線替換QRS波；對(duì)所述ECG信號(hào)中的QRS波進(jìn)行特征識(shí)別時(shí)，所述基線替代單元11不對(duì)所述EGC信號(hào)進(jìn)行處理，即此時(shí)所述心電圖特征識(shí)別系統(tǒng)100可以沒有所述基線替代單元11。本實(shí)施例中，所述基線替代單元11從起始點(diǎn)到終止點(diǎn)用基線替換QRS波與/或T波，基線Basicline=0。所述數(shù)據(jù)組織單元13對(duì)所述基線替代單元11處理后的初步數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)組織，獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)為M* (lead+Ι)的矩陣，所述測試數(shù)據(jù)為M*lead的矩陣，其中M代表樣本數(shù)，每一個(gè)樣本代表一個(gè)采樣點(diǎn)，lead表示導(dǎo)聯(lián)數(shù)。具體地，所述數(shù)據(jù)組織單元13將所述初步數(shù)據(jù)組織成M* (lead+Ι)的矩陣和M*lead的矩陣，其中，M代表樣本數(shù)，具有實(shí)施中每一個(gè)采樣點(diǎn)可以看成是一個(gè)樣本；lead表示導(dǎo)聯(lián)數(shù)，具體實(shí)施中是基于12個(gè)導(dǎo)聯(lián)的ECG，所以lead=12 ;公式中的“I”表示標(biāo)簽類別，其值為O或者1，0的意義為不屬于P波、T波或QRS波范圍，I的意義為屬于P波、T波或QRS波范圍。
[0043]可以理解的是，所述測試數(shù)據(jù)(M*lead陣列)不包括標(biāo)簽類別。
[0044]可以理解的是，所述基線替代單元11和所述數(shù)據(jù)組織單元13之間相互數(shù)據(jù)連接。
[0045]所述分類模塊20包括模式識(shí)別單元，所述模式識(shí)別單元對(duì)所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)和所述測試數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和分類，并輸出分類結(jié)果。本實(shí)施例中，所述分類模塊20包括訓(xùn)練和測試。具體地，首先是訓(xùn)練過程:將所述數(shù)據(jù)組織單元13組織好的訓(xùn)練數(shù)據(jù)輸入所述模式識(shí)別單元中，訓(xùn)練好模型后，將所述數(shù)據(jù)組織單元13組織好的測試數(shù)據(jù)輸入所述模式識(shí)別單元，得出測試數(shù)據(jù)的分類結(jié)果。
[0046]優(yōu)選地,所述模式識(shí)別單元為支持向量機(jī)(Iibsvm)。
[0047]可以理解的是，所述分類模塊20和所述前處理模塊10數(shù)據(jù)連接。
[0048]所述后處理模塊30包括合并單元31和范圍確定單元33，所述合并單元31對(duì)所述分類結(jié)果進(jìn)行合并，獲得合并數(shù)據(jù)，所述范圍確定單元33對(duì)所述合并數(shù)據(jù)進(jìn)行處