[發明專利]一種基于BP神經網絡的心電信號R波提取方法

有效

• 申請號: 201810410514.2
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108836316B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 萬相奎;吳海波;嚴岳文;王仲昊;楊輝;魏佳昕;危競;劉翔宇;陳瑞;帥亮;李風從;豐勵
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: A61B5/352
• 分類號: A61B5/352
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明提出了一種基于BP神經網絡的心電信號R波提取方法。通過國際權威數據庫選用已經標注R波的心電信號，對已經標注R波的心電信號進行帶通濾波以及信號加窗的預處理，計算每個窗內預處理后已經標注R波的心電信號的采樣方差以及每個窗內已經標注R波的心電信號的采樣最大值；構建BP神經網絡模型的輸入層、隱藏層以及輸出層，已經標注R波的心電信號作為BP神經網絡模型的訓練集，通過多次迭代訓練得到訓練后BP神經網絡模型；將未標注R波的心電信號通過帶通濾波以及信號加窗的預處理，并根據訓練后BP神經網絡模型進行檢測以提取未標注R波的心電信號中R波。與現有技術相比，本發明的方法易于實現，準確率高。

技術領域

本發明涉及心電信號的波形提取領域，具體地涉及一種基于BP神經網絡的心電信號R波提取方法。

背景技術

心電圖是一種以時間為單位記錄心臟的電生理活動的診療技術。心臟跳動會引起心肌細胞做去極化變化，從而引起皮膚表面電學改變。因此，心電圖是一種典型的生物電信號。醫療監護設備通過多導聯的方式連續監測到心電活動情況，這樣的心電圖是診斷心電傳導組織受損時心臟的節律異常以及由于電解質平衡失調引起的心臟節律的改變的最好方法。所以，心電圖的研究在臨床醫學上進行心臟疾病的診斷和學術研究上非常重要。

隨著人工智能技術的飛速發展，BP神經網絡作為一門新興的學科知識引起了學術界廣泛關注。BP神經網絡是“誤差反向傳播”的簡稱，它傳播的過程包含兩步：第一步是前向傳播階段，它將特征信息輸送進網絡以獲得激勵響應，并將激勵響應同訓練輸入對應的目標輸出求差，從而獲得隱層和輸出層的響應誤差；第二階段反向傳播階段，它將反向傳播的權值和閾值來不斷調整網絡，使網絡的誤差平方和最小，使得損失函數最小化，這不斷地提高了數據特征提取的準確度。因此，基于BP神經網絡對心電信號R波提取方法是一種提取心電信號R波提取準確度較高的方法，這在心電信號的學術研究和心臟疾病的臨床診斷及治療具有非常重要的作用。

近年來，心電信號R波提取方法一直是研究熱點，具體提取方法主要有差分閾值法、模板匹配法和小波變換法，但都存在著一些不足。差分閾值法是利用心電信號R波和該R波的二階差分的極小值存在一定的位移關系，從而對R波進行定位提取，但是對于含有噪聲干擾的信號提取效果并不理想；模板匹配法是一種基于統計識別的提取方法，即使用一個標準心電信號作為模板，將待檢測信號與標準模板信號比對并計算相關系數，這種方法雖原理簡單、便捷穩定，但是重復執行次數較多、效率低、實時性較差；小波變換法是利用心電信號R波的強奇異性，并進行心電信號相關性分析，然后將輸入信號形狀同小波模板函數對比，顯然該提取方法過于復雜，計算量很大，實時性較差。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于BP神經網絡的心電信號R波提取方法。

本發明的技術方案為一種基于BP神經網絡的心電信號R波提取方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：通過國際權威數據庫選用已經標注R波的心電信號，對已經標注R波的心電信號進行帶通濾波以及信號加窗的預處理，計算每個窗內預處理后已經標注R波的心電信號的采樣方差以及每個窗內已經標注R波的心電信號的采樣最大值；

步驟2：構建BP神經網絡模型的輸入層、隱藏層以及輸出層，已經標注R波的心電信號作為BP神經網絡模型的訓練集，通過多次迭代訓練得到訓練后BP神經網絡模型；

步驟3：將未標注R波的心電信號通過步驟2中所述帶通濾波以及信號加窗的預處理，并根據訓練后BP神經網絡模型進行檢測以提取未標注R波的心電信號中R波。

作為優選，步驟1中所述帶通濾波的頻率范圍為[f_H-f_L],通過低通濾波器與高通濾波器疊加進行濾波；