[发明专利]一种改进的心电信号快速聚类分析方法

说明书

本发明涉及一种改进的心电信号快速聚类分析方法。首先对心电信号加窗，对窗口内数据进行预处理去除干扰；对预处理后的数据截取心拍片段进行时域或频域的处理，得到新的信号序列；计算序列的相似性系数并与阈值比较从而进行心拍分类，并提取每种类型的平均模板。窗口移动到下一段心电信号，重复以上过程，直至将整段心电信号聚类完毕。对上述每个窗口得到的平均模板进行二次聚类，得到最终的心拍类型、对应类型的心拍数量与平均模板。本发明方法适用于短时程或长时程的心电信号；同时适用于单导联或多导联心电信号；可用于正常窦性心律、单一异常心律或多种异常心律的心电信号快速聚类。本发明方法可推广至心内电信号的激动分析和相关量化研究。

技术领域

本发明涉及一种改进的心电信号快速聚类分析方法。

背景技术

心电信号可以综合反映心脏的电活动的情况，对于心脏疾病的诊断以及心脏 功能的评估都有着重要作用。目前心电标测技术日臻完善，无论在院内、院外， 术前、术中或是术后获取人体心电信号都较为方便。心电图已经成为临床上常规 而又重要的检查手段，可以辅助医生对患者进行病情诊断或评估。但由于心律异 常的种类繁多，且患者的心电信号在不同时刻可能表现出不同的特征，个体差异 性较大，使得心电信号的变异较大，导致容易出现误检的情况。此外，某些异常 心电信号由于在长时程的心电信号中出现的频度较小、时长较短，仅靠医护人员 的人工观察，也容易导致漏检的情况发生。

心电信号的聚类是通过算法设计将时域特征或频域特征相近者归为同一类。 医生临床诊断时只需要观察同类型心电信号的少量图片，大大减少了医生识读心 电波形的工作量，可以更集中于观察异常心电波形，从而提高各类心律失常的检 测效率以及准确性。另外，心电信号的聚类分析还可用于身份识别。

聚类是根据一定的规律或对象特征将对象数据集中的对象进行区分和分类 的过程，聚类的结果是同一类别中的对象彼此相近，不同类别间的对象彼此不相 似。基于心电信号的聚类方法近年来也逐渐涌现，但因为心电波形分类问题的复 杂性，目前的研究状况还有很大的发展空间。随着可穿戴技术的发展，无论院内、 院外，术前、术中或是术后获取人体心电信号都较为方便，心电信号的数据量剧 增。许多聚类算法出现内存不够，运算速度慢等问题。而为了提高运算速度往往 会导致聚类的有效性下降，因此难以实现运算速度、占用内存与分类精度之间的 平衡。

发明内容

为了克服以上局限性，本发明的目的在于提出一种改进的心电信号快速聚类 分析方法。此方法通过对心电信号进行分段聚类分析，提取平均模板，再进行二 次聚类分析，大大减少了聚类算法所需要的内存，提高了聚类算法运行速度。本 发明的心电信号快速聚类分析方法既可以用于正常窦性心律的心电信号快速聚 类；也可用于单一异常心律的心电信号快速聚类；还可用于多种心律异常的心电 信号快速聚类。此外，本发明的心电信号快速聚类分析方法既适用于短时程的心 电信号，也适用于长时程的心电信号。尤其适用于出现频度小、形态异常的心电 波形的检测与分析，以供科学研究参考。

本发明提出的心电信号快速聚类分析方法，通过一系列信号预处理步骤，再 对信号进行聚类分析，最终得到心电信号二次聚类后的心拍类型和平均模板，以 及每类心拍的数量等结果。具体步骤如下：

一种改进的心电信号快速聚类分析方法，具体步骤如下：

(1)读取一段时长为T的心电信号数据，所述心电信号是单导联或多导联心 电信号，心电信号的导联数为m；

(2)对步骤(1)中的心电信号数据，设定窗口长度为t(t<T)，取一个窗口长 度的心电信号数据片段(数据窗口序号用k表示)，进行预处理，去除干扰；