[发明专利]一种改进的心电信号快速聚类分析方法

摘要

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。

主权项

1.一种改进的心电信号快速聚类分析方法，其特征在于具体步骤如下：(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；(3)对步骤(2)去除干扰后的心电信号提取R波，定位R波的峰值点，以R波峰值点前若干秒(一般取0.3秒)的位置为起始点，以R波峰值点后若干秒(一般取0.5秒)的位置为终止点，截取心拍，得到p段心拍片段；对窗口内的最后一个峰值点截取心拍片段时，若不能截取到完整的心拍片段，则将从最后一个心拍片段起始点至窗口末尾的数据，拼接到下一段窗长为t的心电信号的前端；(4)当导联数m＝1时，直接实施步骤(5)；当导联数m≥2时，将步骤(3)截取的m导联的m个心拍片段按照顺序拼接成一个波形，p段心拍共得到p段波形；(5)对步骤(4)得到的每两段心拍片段的信号序列，计算相似性系数，得到相似性系数矩阵(p×p)，判断相似性系数是否大于所设定的阈值，将大于阈值的相似性系数所对应的信号序列聚成同一类；聚类中心取每一类心拍波形的均值，并得到平均模板；记录第k个窗口的聚类结果：心拍类型数N_k、每个类型对应的心拍数量n_ki(1≤i≤N_k)以及每个类型对应的心拍平均模板Y_ki(1≤i≤N_k)；(6)取下一个窗口的心电信号数据(将上一个窗口剩余的数据拼接在窗口前端)，重复步骤(2)到步骤(5)，直到将所读取的时长为T的心电信号全部聚类完毕(整段心电信号数据共计K个窗口)，得到整段信号聚类完毕的总心拍类型数N、每个类型对应的心拍数量n_ki(1≤k≤K，1≤i≤N_k)以及每个类型对应的心拍平均模板Y_ki(1≤k≤K，1≤i≤N_k)；其中，总心拍类型数N的计算如公式(1)所示：其中：N_k是第k个窗口的心拍类型数量，1≤k≤K；(7)对步骤(6)中得到的N类心拍模板Y_ki(1≤k≤K，1≤i≤N_k)进行二次聚类，即对每两类心拍模板的信号序列，计算相似性系数，得到相似性系数矩阵(N×N)，将聚类中心相互靠近的类(即相似性系数大于阈值)合并成同一类，并且以步骤(6)中得到的每个类型对应的心拍数量n_ki(1≤k≤K，1≤i≤N_k)的占比为权重，重新计算平均模板；最终聚类所得到的结果有：二次聚类后的心拍类型数N’；每个类型对应的心拍数量n_j’(1≤j≤N’)；以及每个类型对应的心拍平均模板Y_j’(1≤j≤N’)。经过二次聚类后得到的平均模板Y_j’反映同类心拍片段在时域或频域的特征。