[发明专利]基于注意力机制的无监督多模态心电图异常检测方法

权利要求书

1.一种基于注意力机制的无监督多模态心电图异常检测方法，包括如下步骤：

(1)从病人体表采集多导联心电信号，以每一个心跳周期为一组心电时域序列；

(2)对每组心电时域序列进行归一化处理以及频域转换，得到对应的心电频域序列；

(3)构建基于注意力机制的重构模型，其包含两个编码模块以及一个解码模块，两个编码模块分别用于对心电时域序列和心电频域序列进行编码，得到的编码特征拼接后经由解码模块解码成与输入维度一致的ECG波形序列；

(4)将心电时域序列和心电频域序列成对逐一输入至模型，以模型输出的ECG波形序列与输入心电时域序列平均误差最小为损失函数，从而对模型进行训练；

(5)将待检测心电信号的时域序列和频域序列输入至训练好的重构模型，根据模型输出ECG波形序列与输入心电时域序列之间的重构误差，判别待检测的心电信号是否异常。

2.根据权利要求1所述的无监督多模态心电图异常检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中的归一化处理采用最大-最小值归一化策略，频域转换采用小波变换。

3.根据权利要求1所述的无监督多模态心电图异常检测方法，其特征在于：所述重构模型中的两个编码模块结构相同，但在训练过程中不共享权重，独立进行特征学习。

4.根据权利要求1所述的无监督多模态心电图异常检测方法，其特征在于：输入至模型中的心电时域序列和心电频域序列需先进行位置编码，即给序列中每一时刻对应的幅值增添时间位置信息，具体如下：

PE_(pos，2i)＝sin(pos/10000^2i/d)

PE_(pos，2i+1)＝cos(pos/10000^2i/d)

其中：PE_(pos，2i)表示序列中偶数位置增添的时间位置信息，PE_(pos，2i+1)表示序列中奇数位置增添的时间位置信息，pos表示序列中每一幅值对应的时间点，d表示编码的维度，i为自然数。

5.根据权利要求1所述的无监督多模态心电图异常检测方法，其特征在于：所述编码模块采用多头注意力机制以及残差连接，其中多头注意力机制由多个自注意力机制叠加形成；同时在编码模块前向传播学习参数的过程中，对每层参数做了Layer Normalization，对每一层的激活值做了归一化。

6.根据权利要求5所述的无监督多模态心电图异常检测方法，其特征在于：所述自注意力机制的计算过程如下：

Q＝X_embedding*W_Q

K＝X_embedding*W_K

V＝X_embedding*W_V

其中：Attention(Q，K，V)为自注意力机制的输出，X_embedding为经位置编码后的心电时域序列或心电频域序列，Q、K、P分别为查询向量、键向量、值向量，W_Q、W_K、W_V分别为查询向量、键向量、值向量对应的权值矩阵，d_k为自注意力机制的输出维度，T表示转置。

7.根据权利要求1所述的无监督多模态心电图异常检测方法，其特征在于：两个编码模块输出的编码特征沿时间轴方向拼接，即拼接之后维度变为原来的两倍，进而特征经由解码模块线性映射层解码成与输入维度一致的ECG波形序列。