一种同步记录的多通道心电信号的增强方法技术

一种对同步记录的多通道心电信号进行增强的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)读入同步记录的多通道心电信号，设为X＝[x1；x2；…；xi…；xm]，它可以是直接记录的m通道心电信号，也可以是经过一定预处理的m通道心电信号，预处理可指去直流、基线漂移、50Hz干扰等基本预处理，也可指从腹壁电去除母体心电这样的综合性预处理；(2)对读入的m个通道心电信号X进行R峰的初检或者叫预检，在R峰初检的基础上并制作m个通道心电信号QRS波群模板矩阵XQRS＝[xQRS1；xQRS2；…；xQRSi；…；xQRSm]；(3)求解一个最大化问题

An Enhancement Method for Synchronized Recording of Multichannel ECG Signals

A method for enhancing multi-channel ECG signals recorded synchronously is characterized by the following steps: (1) reading multi-channel ECG signals recorded synchronously is set to X=[x1; x2;;... ; Xi... Xm], which can be directly recorded M-channel ECG signal, or M-channel ECG signal after certain pre-processing, pre-processing can refer to basic pre-processing such as DC, baseline drift, 50Hz interference, or comprehensive pre-processing such as removing parent ECG from abdominal wall electrocardiogram; (2) the initial detection or pre-detection of the R peak of the read M-channel ECG signal X, and the initial detection of the R peak. On this basis, the QRS group template matrix XQRS=[xQRS1; xQRS2;... XQRSi; (3) Solving a maximization problem

【技术实现步骤摘要】
一种同步记录的多通道心电信号的增强方法
本申请涉及一种基于计算机程序对同步记录的多通道心电信号进行增强的方法。实际中存在同步记录多通道心电信号的场景。譬如，人们经常去医院做标准12导静息心电图检查，它实际同步记录了8个通道的人体心电信号；胎儿做心电监护或静息心电图检查时，也往往是同步记录了3到4个通道的孕妇腹壁电信号，有时还增加同步记录1路或几路孕妇胸壁电信号作为参考；常规心电监护仪和动态心电图(Holter)，也是同步记录多通道心电信号的情况更为常见。同步记录多通道心电信号，较只记录单通道心电信号，采集系统的成本增加了，但是，它使通过多通道心电信号融合实现心电信号的增强成为可能，人们可以通过对同步记录的多通道心电信号进行线性合成，合成出一路高信噪比的心电信号，以改善心电信号R波检测和其他分析的效果。特别是，对胎心电、动态心电等所记录信号信噪比较低的场合，多通道心电信号增强显得非常有必要。以从腹壁电中分离胎心电问题为例，在母体心电成分估计阶段，可以用多通道心电信号增强方法增强母体心电成分，在去除母体心电后的胎心电增强阶段，也可以用多通道心电增强方法增强胎儿心电信号。
技术介绍
设有同步记录的m个通道的心电信号X＝[x1；x2；…；xi…；xm]，它是一个m行的矩阵，其中，行向量xi，i＝1，2，…，m为记录的第i个通道的心电信号，所谓多通道心电信号的增强，就是要求出一个m维单位组合向量w(行向量)，使得按y＝wX计算出的心电信号y在一定的标准下最强。不同的标准，求出的组合向量w不尽相同，也对应不同的方法。主分量分析(PrincipalComponentAnalysis，PCA)方法确定组合向量w的原理是：它的标准或者说目标函数是maxwXXTwTs.t.||w||2＝1，也就是求一个单位向量w使变换后的信号y具有最大的能量；具体求解时，可求矩阵XXT的特征值和特征向量，让w等于对应最大特征值的特征向量即可。该方法求得的一路能量最大的信号，未必是信噪比最强的信号。独立分量分析(IndependentComponentAnalysis，ICA)方法确定组合向量w的原理是：求解一个优化问题，使得按照y＝wX变换后的信号y具有最大非高斯性，认为具有最大非高斯性的信号是一个独立的源信号或者源分量，它的目标函数通常定义为变换后信号y＝wX的峭度(kurtosis)最大或负熵最大，限定||w||2＝1。但求得的一个独立源信号，未必就刚好是你想要的独立源信号，存在一个进一步辨识的问题。独立源不与信噪比最强等价。周期成分分析(PeriodicComponentAnalysis，πCA)方法确定组合向量w的原理是：求解一个优化问题，使得按照y＝wX变换后的信号y具有最好的周期性，它的基本目标函数描述为其中y(n)即y＝wX，y(n+τT)-y(n)即y的τT个单位左延迟减去y。优化问题可进一步推导为其中X′＝X(：，n+τT)-X(：，n)，即X′为X的τT个单位左延迟减去X；由于心电信号不是严格的周期信号，存在心率变异性，因此，式(1)计算时，τT不应该是个常数，式(1)中X′求解时，需要先对记录的多通道信号X进行R波峰的初检或者叫预检，R波峰初检的质量会影响增强的效果。同样，最好的周期性不与信噪比最强等价。以上这些常见的主要的多通道增强方法，似乎从原理上，就不是直接追求变换后的信号质量最高、信噪比最强，所以存在根本上的局限性。参考文献：[1]AndreottiF，RiedlM，HimmelsbachT，etal.RobustfetalECGextractionanddetectionfromabdominalleads[J].PhysiologicalMeasurement，2014，35(8)：1551-1567.[2]RadekM，RadanaK，JanuszJ，etal.ComparativeEffectivenessofICAandPCAinExtractionofFetalECGFromAbdominalSignals：TowardNon-invasiveFetalMonitoring[J].FrontiersinPhysiology，2018，9：648-.[3]DiMariaC，LiuC，ZhengD，etal.Extractingfetalheartbeatsfrommaternalabdominalrecordings：selectionoftheoptimalprincipalcomponents[J].PhysiologicalMeasurement，2014，35(8)：1649-1664.[4]SameniR，JuttenC，ShamsollahiMB.MultichannelElectrocardiogramDecompositionUsingPeriodicComponentAnalysis[J].IEEETransactionsonBiomedicalEngineering，2008，55(8)：1935-1940.[5]ZhangJW，LiuX，DongJ.CCDD：ANENHANCEDSTANDARDECGDATABASEWITHITSMANAGEMENTANDANNOTATIONTOOLS[J].InternationalJournalonArtificialIntelligenceTools，2012，21(05)：1240020.[6]YanH，LiuH，HuangX，etal.InvariantheartbeatspanversusvariantheartbeatintervalsanditsapplicationtofetalECGextraction[J].BioMedicalEngineeringOnLine，2014，13(1)：1-12.[7]QiongYu，QunGuan，etal.Waveletoptimizationforapplyingcontinuouswavelettransformtomaternalelectrocardiogramcomponentenhancing[J].ChinesePhysicsB，2017(11)：558-564.[8]TheMIT-BIHNormalSinusRhythmDatabase.[Online].http：//www.physionet.org/physiobank/database/nsrdb/
技术实现思路
专利技术目的。提出一种更为有效的对同步记录的多通道心电信号进行增强的方法。技术方案。一种对同步记录的多通道心电信号进行增强的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)读入同步记录的多通道心电信号，设为X＝[x1；x2；…；xi…；xm]，即m个通道心电信号构成的一个m行的矩阵，它可以是直接记录的m通道心电信号，也可以是经过一定预处理的m通道心电信号，这个预处理可指去直流、基线漂移、50Hz干扰等基本预处理，也可指从腹壁电中去除母体心电这样的综合性预处理；(2)对读入的m个通道心电信号X进行R峰的初检或者叫预检，这里的初检相对于信号增强后一般还要再次进行R峰检测而言，并在R峰初检的基础上制作m个通道心电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对同步记录的多通道心电信号进行增强的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)读入同步记录的多通道心电信号，设为X＝[x1；x2；…；xi…；xm]，即m个通道心电信号构成的一个m行的矩阵，它可以是直接记录的m通道心电信号，也可以是经过一定预处理的m通道心电信号，这个预处理可指去直流、基线漂移、50Hz干扰等基本预处理，也可指从腹壁电去除母体心电这样的综合性预处理；(2)对读入的m个通道心电信号X进行R峰的初检或者叫预检，这里的初检相对于信号增强后一般还要再次进行的R峰检测而言，在R峰初检的基础上并制作m个通道心电信号QRS波群模板矩阵XQRS＝[xQRS1；xQRS2；…；xQRSi；…；xQRSm]，其中行向量xQRSii＝1，2，…，m表示制作的第i个通道的QRS波群模板；(3)求解一个最大化问题

【技术特征摘要】
1.一种对同步记录的多通道心电信号进行增强的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)读入同步记录的多通道心电信号，设为X＝[x1；x2；…；xi…；xm]，即m个通道心电信号构成的一个m行的矩阵，它可以是直接记录的m通道心电信号，也可以是经过一定预处理的m通道心电信号，这个预处理可指去直流、基线漂移、50Hz干扰等基本预处理，也可指从腹壁电去除母体心电这样的综合性预处理；(2)对读入的m个通道心电信号X进行R峰的初检或者叫预检，这里的初检相对于信号增强后一般还要再次进行的R峰检测而言，在R峰初检的基础上并制作m个通道心电信号QRS波群模板矩阵XQRS＝[xQRS1；xQRS2；…；xQRSi；…；xQRSm]，其中行向量xQRSii＝1，2，…，m表示制作的第i个通道的QRS波群模板；(3)求解一个最大化问题求得最优点woptimized(行向量)；(4)计算y＝woptimizedX，即为要增强信号，并输出之。2.根据权利要求1所述的一种对同步记录的多通道心电信号进行增强的方法，第(2)步对读入的m个通道心电信号X进行R峰的初检或者叫预检，并制作m个通道心电信号QRS波群模板矩阵，其特征在于，包括如下步骤，(a)对读入的m个通道心电信号X，任选一个通道心电信号进行R峰的检测；(b)对m个通道的每个通道心电信号，根据(a)步骤检得的每个R峰时间位置，截取其前后各0.05～0.25s的数据，作为一个QRS波群，再求取此通道截得的所有QRS波群的均值作为这个通道的初步模板；(c)对每个通道，让各个QRS波群与求得的初步模板做相关运算，挑选出相关系数较大的k个QRS波群，由它们的平均得到最终QRS波群模板；(d)得到了各个通道的最终QRS波群模板xQRSii＝1，2，…，m，由此构造模板矩阵XQRS＝[xQRS1；xQRS2；…；xQRSi；…；xQRSm]。3.根据权利要求1所述的一种对同步记录的多通道心电信号进行增强的方法，第(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红星，陈艺娟，庄建军，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32