[发明专利]基于双谱分析和图傅里叶变换的心电信号特征提取方法

说明书

本发明公开了一种基于双谱分析和图傅里叶变换的心电信号特征提取方法，属于心电信号特征提取方法技术领域。本方法首先利用高阶谱算法将时域信号转换到高阶谱域，再利用图傅里叶变换，将双谱矩阵转换至特征值域，然后从特征谱矩阵中直接提取图谱特征在得到特征向量后可以根据AAMI标准，对图谱特征进行分类。本方法克服了现有双谱矩阵特征提取方法计算量大的问题，并且准确度高，能够对各种心电信号进行有效分析。

技术领域

本发明涉及一种基于双谱分析和图傅里叶变换的心电信号特征提取方法，属于心电信号特征提取方法技术领域。

背景技术

心血管疾病已逐渐成为危害人类生命的最常见疾病之一，因此如何诊断和预防这类疾病已成为当今医学界面临的重要问题。心电信号不仅可以用来分析和鉴别心律失常、心肌梗死等多种疾病，还可以反映心肌细胞损伤程度、发育过程、心房和心室功能结构等，已成为心血管疾病诊断中一种简明有效的工具。

信号的高阶谱是一种非平稳信号分析工具，双谱作为高阶谱中阶次最低的，不仅包含了高阶谱的所有特性，并且计算最简单，因此得到广泛应用。在实际操作中，双谱矩阵较为复杂，目前大多数特征提取方法是在得到双谱矩阵的基础上，需要进一步地降维处理，例如围线积分、双谱切片、主成分分析、独立成分分析、核主成分分析等。

作为代数图论中一个非常重要的研究方向，图谱理论早在上个世纪五十年代就开始发展。图谱理论简单的说就是在图和矩阵之间建立起对应的关系，这是图谱理论的基本思想。这样把图的问题转移到存储矩阵之后，就可以通过研究矩阵谱的相关属性来研究图的问题。存储矩阵主要包括邻接矩阵和拉普拉斯矩阵。邻接矩阵的研究已经具有较长的历史，是一门相对成熟的学科。相较于邻接矩阵，近年来出现了更多关于图的拉普拉斯矩阵谱的研究。并且由图谱理论衍生的图信号处理也是近几年快速发展的一个应用。图傅里叶变换是图信号关于图拉普拉斯矩阵特征函数的展开，也是图信号处理的基础。

通过图傅里叶变换将建立在双谱基础上的双谱矩阵转化到特征值域，从特征值的统计量中提取特征，利用图谱特征构造特征向量的方法计算简单，可区分度高。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供出了一种基于双谱分析和图傅里叶变换的心电信号特征提取方法，不仅克服了现有双谱矩阵特征提取方法计算量大的问题，并且准确度高，能够对各种心电信号进行有效分析，实现对心律不齐等心血管疾病问题的有效诊断。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于双谱分析和图傅里叶变换的心电信号特征提取方法，包含如下步骤：

步骤A.心电信号预处理，使用滤波方法去除信号中的噪声，分离得到单个心拍数据；

步骤B.对心电信号进行高阶谱分析，计算得到信号的双谱矩阵S；

步骤C.利用二维图傅里叶变换将双谱矩阵映射到特征值域；

步骤D.对获取的特征值谱进行图谱特征提取，并组成特征向量，包括图谱平坦度、图谱亮度和图谱滚降度。

所述步骤A的具体过程如下：

步骤(A-1).将原始心电信号减去平均值消除直流分量；

步骤(A-2).通过中值滤波器消除基线漂移；

步骤(A-3).通过低通滤波器消除工频干扰和肌电噪声；

步骤(A-4).通过高通滤波器消除低频噪声；

步骤(A-5).寻找信号QRS复合波中的峰值R波位置，以峰值点为原点，该点和之前以及之后各取K个数据，形成长度为2K点的单个心拍数据h(t)。

所述步骤B的具体过程如下：

步骤(B-1).计算出单个心拍数据h(t)的三阶积累量