[发明专利]心电信号的早搏心拍检测系统

说明书

本发明公开了一种心电信号的早搏心拍检测系统，所述系统用于实现如下方法，包括：步骤一：将预设采样率的心电信号的输入长度固定为统一长度，并给心电信号增加不同程度的噪声，给心电信号每一组数据准备了其对应的标签，标签有两个通道，每个通道分别划分好对应的室性早搏QRS波段和室上性早搏QRS波段；步骤二：将步骤一中的心电信号进行低通滤波，并结合对应的标签输入到神经网络中进行训练，所述神经网络的损失函数为Dice损失函数，所述神经网络采用一维U‑net网络结构。本发明的有益效果：无需复杂的前期去噪或者域变换、无需人工设计特征；鲁棒性强、能够在高噪信号中准确检测出早搏心拍，即早搏心拍中的QRS波位置；端到端的检测、再通过后处理直接输出早搏类型与位置。

技术领域

本发明涉及心电信号检测领域，具体涉及一种心电信号的早搏心拍检测系统。

背景技术

在人体不同部位放置电极，并通过导联线与心电图机的正负相连，这种记录心电图的电路连接方法称为心电图导联。心电信号图本质上是一种心脏搏动时电位变化的时间-电压曲线图。在一个正常心动周期中，一个典型的ECG波形是由一个P波，一个QRS波群，一个T波，以及在50％～75％的ECG中可能见到的U波组成。P波对应着心房去极化、QRS波群对应心室去极化、T波对应心室复极化的过程。如图1所示(参考国标YY 0782-2010/IEC60601-2-51：2003)。目前临床上应用的多是常规12导联(又称标准十二导联)系统，包括双极肢体导联(I、II、III导联)，加压单极肢体导联(aVR、aVL、aVF导联)，胸导联(V1、V2、V3、V4、V5、V6导联)。

心律失常是由心脏异常电活动引起的，室性早搏(PVC)和室上性早搏(SPB)是两种最常见的心律失常，如图2。室性早搏心拍在心电图上的主要表现为：QRS波提前出现，其前无P波，形态宽大畸形；室上性早搏心拍在心电图上的主要表现为：P波提早出现，其形态与基本心律的P波不同，有时可无P波，其QRS波大多与窦性心律的相同，有时稍增宽或畸形。这些心拍的出现可能是中风或者心脏猝死的前兆，因此准确且快速地检测出这些心拍可以有效地预防某些疾病的出现。但是室性早搏和室上性早搏往往是阵发性的，只有在长期监测中才能检测得到，要找到这些阵发性的心拍需要耗费医生大量的精力，因此需要一种能准确且快速的自动检测早搏心拍的算法，来减少医生人工的判读工作。

近年来，早搏心拍的检测方法不断改进和创新，有传统的基于规则的方法，有基于模式识别的方法也有基于深度学习的方法等等。

传统的基于规则的方法是比较基础的方法，它通过特征波形检测算法，检测出心电信号的P波、QRS波群等特征波，提取出这些波形的宽度、幅值等信息，符合医学上相对应的节律、形态的心拍就可被检测为早搏心拍。这个方法很好地利用了医学知识，算法的可解释性强，但是在噪声大的心电信号中表现欠佳，并且依赖于前期的特征波形检测算法，虽然时间复杂度低，但是在准确率上与其他方法相比不具备优势。

基于模式识别的方法是目前比较流行的，主要可分为以下四个步骤：首先对心电信号做预处理，主要为去噪，接着通过心拍提取算法把心电信号中的每一个心拍提取出来，然后提取出每一个心拍的特征，特征包括时域特征和频域特征等，最后通过模式识别算法将每一个心拍分为室性早搏心拍、室上性早搏心拍和其他类别心拍。该算法在总体上有令人较为满意的效果，但是步骤过于繁琐，每个环节都不能出错，而且也依赖于前期的心拍提取算法，鲁棒性低。

基于规则的方法简介如下：

首先对心电信号进行去噪，然后通过特征波形检测算法，检测出心电信号的P波、QRS波群等特征波，得到这些特征波形的宽度、幅值等信息，对于符合医学上相对应的节律、形态的心拍可被检测为早搏心拍。

基于规则的方法缺点如下：

1.对于噪声大的心电信号，得到的特征波形的宽度、幅值等信息受到很大的噪声干扰，很难用于检测早搏心拍。

2.该方法依赖于特征波形检测算法，特征波形检测的不好，后面的检测效果也会变差。