基于核函數(shù)分類算法的心電電極錯誤放置自動檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于核函數(shù)分類算法的心電電極錯誤放置自動檢測方法，使得不需采用額外輔助情況下實現(xiàn)設(shè)備智能檢測手、足電極的錯誤位置布放，本發(fā)明方法將參考信號分為七個類別，通過采用基于核函數(shù)的分類器方法，對給定任意心電向量進行識別、分類。本方法能夠準確甄別心臟疾病與位置錯放導(dǎo)致的異常波形，大大提高心電圖解讀的正確率。
【專利說明】基于核函數(shù)分類算法的心電電極錯誤放置自動檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生物信號處理方法，屬于信息科學(xué)與工程領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 心臟病是奪去人類生命的主要疾病之一，其引發(fā)的心源性猝死在短短幾分鐘內(nèi)可 以使病患離世，留給病患家屬無盡的痛苦。當今社會快節(jié)奏、方方面面的壓力巨大，心源性 猝死更表現(xiàn)出多行業(yè)、年輕化的趨勢，給國家和社會帶來無法彌補的損失。
[0003] 人體心電圖作為心臟電活動在體表的綜合表現(xiàn)，蘊涵著豐富的反應(yīng)心臟節(jié)律及其 電傳導(dǎo)的生理和病理信息。自上世紀初荷蘭萊頓大學(xué)的生理學(xué)家威廉.埃因托芬應(yīng)用炫線 式檢流計描記心電過程開始，心電圖應(yīng)用于臨床心臟病診斷，至今已有100多年。如今，心 電圖已經(jīng)成為臨床上重要的高效、無創(chuàng)和低價格檢查手段。
[0004] 由于心臟病的"一過性"等特征，廣大心臟病患者和潛在病患急需便攜式心電監(jiān)測 設(shè)備做到隨時隨地地監(jiān)測心臟和心血管健康情況。目前在廣大醫(yī)療器械廠家的不懈努力 下，簡易心電圖監(jiān)護儀設(shè)備，如一、三導(dǎo)聯(lián)心電儀，已經(jīng)開始進入千萬尋常百姓家。簡易單 導(dǎo)、三導(dǎo)心電儀可以監(jiān)測心率失常等心臟疾病，但非醫(yī)學(xué)級心電監(jiān)護儀。其在監(jiān)測心臟病的 廣度和深度上遠遠不能達到醫(yī)院常用12、18導(dǎo)聯(lián)心電儀的水平。
[0005] 心電儀采用12導(dǎo)聯(lián)就可以拾取心臟電活動的全貌，不僅能從額面，也能從橫面觀 察心臟電信息活動，已得到國際上的認可而在世界各國通用。更為重要的是經(jīng)過60多年的 時間活動，12導(dǎo)聯(lián)體系已積累了豐富的臨床資料。其所制定的測量方法、分析技術(shù)和標準， 已被人們認為是"常規(guī)"的準繩，成為心電圖學(xué)寶貴財富。其余120余種導(dǎo)聯(lián)，尚無法與12 導(dǎo)聯(lián)體系媲美。但是，由于12導(dǎo)聯(lián)需要在人體體表布放10個電極，分別是左手（LA)、右手 (RA)、左足（LF)和右足（RF)和六個胸導(dǎo)聯(lián)（V1-V6),在醫(yī)療實踐中醫(yī)護人員很容易把電極 位置錯誤放置，從而導(dǎo)致檢測結(jié)果不準確。各個電極放置的位置對后期心電信號的拾取和 正確解讀至關(guān)重要，如何簡便精準地檢測手、足心電電極的錯誤位置布放，從而甄別心臟疾 病與位置錯放導(dǎo)致的異常波形、提高心電圖解讀的正確率，在本領(lǐng)域一直是個難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述問題，保證用戶能夠在不需采用額外輔助情況下正確完成12、18導(dǎo) 聯(lián)心電測量，尤其是4個肢體電極的準確布放，本發(fā)明提供了一種基于核函數(shù)分類算法的 心電電極錯誤放置自動檢測方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟一：定義常規(guī)12導(dǎo)聯(lián)心電波形特征向量X= [X1,x2,. . .x12]T，其中[.]T表示 向量轉(zhuǎn)置；
[0008] 步驟二：根據(jù)肢體電極正確放置和可能的6種錯誤放置類別，測量并記錄各種人 群（不同年齡、性別、地區(qū)等）12導(dǎo)聯(lián)心電數(shù)字信號波形，將心電數(shù)字信號波形分為上述的 七個類別；
[0009] 步驟三：由步驟一定義建立的心電波形特征向量數(shù)據(jù)集，并根據(jù)步驟二中的7種 類別來明確每個心電波形特征向量的類別，每個心電向量X及其對應(yīng)的類別構(gòu)成輸入輸出 對，即樣本（sample)點。設(shè)共有m個樣本點；
[0010] 步驟四：步驟三中m個樣本點構(gòu)成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集（trainingdataset)并用于訓(xùn)練 基于核函數(shù)的7個分類器（classifier)，上述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集包括所有7個類別心電信號。每 個分類器以參數(shù)向量（parametervector) 0標識，0有m+1個成分（component)，即9 = [叭Q1 02 …0JT;
[0011] 步驟五：對于任意未知類別心電向量t，應(yīng)用步驟四中得到的7個分類器判別t的 類別，判定t是正確布放肢體電極或者是6種錯誤布放之一。
[0012] 進一步，上述心電波形特征向量X中的各成分代表：
[0013] (I)P波電軸，單位為弧度，若沒有P波則以零值計算，以變量X1表示；
[0014] (2)II導(dǎo)聯(lián)P波有效幅值，其中P、T波凈幅值為最大正波峰幅值減去最大負波峰 幅值的絕對值，單位為毫伏mV，若沒有P波則以零值計算，以變量X2表示；
[0015] (3)V6導(dǎo)聯(lián)P波有效幅值，單位為毫伏，若沒有P波則以零值計算，以變量X3表示；
[0016] (4)QRS波群電軸，單位為弧度，以變量X4表示；
[0017] (5)I導(dǎo)聯(lián)QRS波群面積，即QRS波群與基線間的面積，可正可負，單位為毫秒毫米， 以變量X5表示；
[0018] (6)V6導(dǎo)聯(lián)QRS波群面積，單位為毫秒毫米，以變量X6表示；
[0019] (7)I導(dǎo)聯(lián)QRS波群特征點群幅值，該幅值相對于基線數(shù)值可正可負，單位為毫伏， QRS特征點1、2、3幅值分別以變量17、&、19表示，若所述幅值與基線幅值沒有明顯差值（小 于0.ImV)則以零值計算；
[0020] (8)II導(dǎo)聯(lián)T波有效幅值，單位為毫伏，以變量Xltl表示；
[0021] (9)V6導(dǎo)聯(lián)T波有效幅值，單位為毫伏，以變量&表示；

【權(quán)利要求】
1. 一種基于核函數(shù)分類算法的心電電極錯誤放置自動檢測方法，其特征在于，包括如 下步驟： 定義常規(guī)12導(dǎo)聯(lián)心電波形特征向量
根據(jù)肢體電極正確放置和可能的六種錯誤放置類別，測量并記錄抽樣樣本的12導(dǎo)聯(lián) 心電數(shù)字信號波形； 根據(jù)心電波形特征向量數(shù)據(jù)集，并依據(jù)上述肢體電極正確放置和可能的六種錯誤放置 類別，來明確每個心電波形特征向量的類別，將每個心電波形特征向量x及其對應(yīng)的類別 構(gòu)成輸入輸出對，即樣本點，設(shè)共有m個樣本點； 將上述m個樣本點構(gòu)成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，用于訓(xùn)練基于核函數(shù)的七個分類器，上述訓(xùn)練數(shù) 據(jù)集包括所有七個類別心電信號，每個分類器以參數(shù)向量0標識，0有m+1個成分，SP0 =[叭 0i02 …0m]T; 對于任意未知類別心電向量t，應(yīng)用上述步驟中得到的七個分類器判別t的類別。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述心電波形特征向量x中的各成分代 表： (1) P波電軸，單位為弧度，若沒有P波則以零值計算，以變量Xl表示； (2) II導(dǎo)聯(lián)P波有效幅值，其中P、T波凈幅值為最大正波峰幅值減去最大負波峰幅值 的絕對值，單位為毫伏，若沒有P波則以零值計算，以變量x2表示； (3) V6導(dǎo)聯(lián)P波有效幅值，單位為毫伏，若沒有P波則以零值計算，以變量x3表示； (4) QRS波群電軸，單位為弧度，以變量x4表示； (5) I導(dǎo)聯(lián)QRS波群面積，即QRS波群與基線間的面積，可正可負，單位為毫秒毫米，以變 量叉5表不； (6)V6導(dǎo)聯(lián)QRS波群面積，單位為毫秒毫米，以變量x6表示； (7) I導(dǎo)聯(lián)QRS波群特征點群幅值，該幅值相對于基線數(shù)值可正可負，單位為毫伏，QRS 特征點1、2、3幅值分別以變量x7、x8、x9表示，若所述幅值與基線幅值的差值小于0.lmV)， 則以零值計算； (8) II導(dǎo)聯(lián)T波有效幅值，單位為毫伏，以變量x1(l表示； (9) V6導(dǎo)聯(lián)T波有效幅值，單位為毫伏，以變量xn表示； (10) 胸導(dǎo)聯(lián)％至V6的R波幅度遞增平均值，S卩
，以變 量xl2表示，其中AmpRi是胸導(dǎo)聯(lián)Vi的R波幅度，i= 1，2,…，6。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是，所述肢體電極正確放置和可能的六種錯 誤放置類別具體為： 類別1，正常人心電波形，僅左右手交叉錯誤布放； 類別2 :正常人心電波形，左手與左足、右手與右足交叉錯誤布放； 類別3 :正常人心電波形，僅左手與左足交叉錯誤布放； 類別4 :正常人心電波形，僅右手與左足交叉錯誤布放； 類別5 :正常人心電波形，僅左手與右足交叉錯誤布放； 類別6 :正常人心電波形，僅右手與右足交叉錯誤布放； 類別7 :正常人心電波形，4個手、足電極均正確布放。
【文檔編號】A61B5/0402GK104473629SQ201410635044
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】邱磊 申請人:邱磊