[發明專利]一種基于極值能量分解法的心率變異性信號分析方法

有效

• 申請號: 201910841605.6
• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN110464337B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 寧新寶;曾彭;周作建;姜曉東;劉果;王斌斌;王華
• 申請（專利權）人: 江蘇華康信息技術有限公司
• 主分類號: A61B5/0402
• 分類號: A61B5/0402;A61B5/0205;A61B5/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張婧

1.一種基于極值能量分解法的心率變異性信號分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)、獲取給定時間和給定采樣頻率下的未知狀態的ECG信號，然后對ECG信號進行去噪預處理，從中提取RRI信號，得到未知狀態的RRI信號x(t)；

(2)、將RRI信號x(t)作為原始信號，求出原始信號的所有局部極值點，然后將原始信號的所有極大值點和所有極小值點采用樣條曲線連起來分別形成上包絡線e_max和下包絡線e_min，得到上、下包絡線的包絡均值信號m(t)＝(e_max+e_min)/2；

(3)、將原始信號x(t)減去包絡均值信號m(t)，得到h(t)＝x(t)-m(t)；然后判斷h(t)是否滿足極值模態函數的判定條件，如果不滿足，將h(t)作為原始信號返回至步驟(3)，直到h_k(t)滿足極值模態函數的判定條件，則記c₁(t)＝h_k(t)，作為第一個極值模態函數分量；

(4)、將原始信號x(t)減去第一個極值模態函數分量c₁(t)，得到余量r₁(t)＝x(t)-c₁(t)，然后判斷h_k(t)是否滿足停止準則，如果不滿足，將r₁(t)作為新的原始序列x(t)，返回至步驟(2)和(3)；如果h_k(t)滿足停止準則但n＜8時，返回步驟(1)重新獲取原始信號；如果h_k(t)滿足停止準則且n≥8時，得到第2、3、…、n個極值模態函數分量及余量r_n(t)，于是將原始信號x(t)分解為n個極值模態函數分量和一個余量，即

(5)、對極值模態函數分量c_i(t)，i＝1，2，…，n，進行頻譜分析得到各極值模態函數分量的中心頻率；

(6)、將原始信號x(t)分解得的n個極值模態函數分量，代表了原始信號不同頻段的分量，然后計算其各個分量的能量

E_i＝∫|c_i(t)|²dt,i＝1，2，…，n

將每一個能量值歸一化，得到歸一化的能量分布向量

p_i＝E_i/E,i＝1,2,…,n

其中，第一個分量p₁表示最高頻段的能量，代表了信號在最高頻段范圍內能量分布的比例，最后一個分量p_n表示信號在最低頻段范圍內能量分布的比例；根據歸一化的能量分布向量繪制歸一化能量分布圖，其中橫坐標表示分量層次，縱坐標表示歸一化的能量分布向量值，曲線表示平均值，誤差棒表示標準差；

(7)、選取第二個分量p₂至第七個分量p₇，計算能量差異值EDV，EDV＝(p₂+p₃+p₄)-(p₅+p₆+p₇)，當EDV≤第一標準值時，則判定該RRI信號為正常心率變異性信號，當第一標準值＜EDV＜第二標準值時，則判定該RRI信號為疑似異常心率變異性信號，當EDV≥第二標準值時，則判定該RRI信號為異常心率變異性信號。

2.根據權利要求1的一種基于極值能量分解法的心率變異性信號分析方法，其特征在于：所述原始信號x(t)所需最少數據量N＝2ⁿ⁺¹，其中n為分解出的極值模態函數分量的數量。

3.根據權利要求1的一種基于極值能量分解法的心率變異性信號分析方法，其特征在于：所述步驟(1)中去噪預處理的具體方法為：將ECG信號經過40Hz零相位FIR低通濾波器濾波消除高頻噪聲，然后經過中值濾波器去除基線漂移。

4.根據權利要求1的一種基于極值能量分解法的心率變異性信號分析方法，其特征在于：所述步驟(3)中極值模態函數的判定條件為：(a)、在整個數據序列中，極值點的數量與過零點的數量相等或者相差一個；(b)、在任意時刻，上下包絡線對于時間軸對稱。