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专利号: 2020108630993
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多尺度特征提取的多导联心跳信号分类的方法,其特征在于,所述基于多尺度特征提取的多导联心跳信号分类的方法,包括:获取多导联心跳信号,将每条导联信通过基线校准、振幅归一化、心跳分离操作,将属于同一时刻、来自多条导联的心跳信号按照I、II、III、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5、V6导联顺序进行纵向堆叠,得到心跳信号堆叠矩阵;

将心跳信号堆叠矩阵输入至构建并训练完成的浅层特征提取模块,得到心跳信号的浅层特征图;

将上一步得到的浅层特征图输入至构建并训练完成的多尺度深层特征提取模块,得到三种不同尺度的深层特征向量Fα、Fβ和Fγ;

将特征向量Fα、Fβ和Fγ进行融合,得到特征融合向量Ffusion,并基于此对多导联心跳信号进行分类。

2.根据权利要求1所述的基于多尺度特征提取的多导联心跳信号分类的方法,其特征在于,所述获取多导联心跳信号,将每条导联信通过基线校准、振幅归一化、心跳分离操作,将属于同一时刻、来自多条导联的心跳信号按照I、II、III、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5、V6导联顺序进行纵向堆叠,得到心跳信号堆叠矩阵,包括:步骤1.1、输入多导联心电信号Soriginal,对于每条导联心跳信号 使用中值滤波器消除基线偏移现象,滤波器窗口大小为WS,得到基线矫正后的导联心跳信号步骤1.2、对基线校正后的导联心跳信号 按如下公式进行振幅归一化,得到归一化后的导联心跳信号

其中,x和xp分别表示 信号值和 信号值,min和max分别表示 的最小、最大值,newmin和newmax分别表示 的最小、最大值;

步骤1.3、将各导联心跳信号 分割为若干个心跳信号,根据导联心跳信号中的R点标注信息,以R点为基准,左右各取0.3秒间隔作为单个心跳的长度,得到长度为0.6秒的心跳信号BSi,i表示该心跳属于i导联;

步骤1.4、将属于同一时刻、来自多条导联的心跳信号按照I、II、III、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5、V6导联顺序进行纵向堆叠,得到心跳信号堆叠矩阵Ml×n,l为导联数量,n为单个心跳的长度。

3.根据权利要求1所述的基于多尺度特征提取的多导联心跳信号分类的方法,其特征在于,所述将心跳信号堆叠矩阵输入至构建并训练完成的浅层特征提取模块,得到心跳信号的浅层特征图,包括:步骤2.1、将心跳信号堆叠矩阵Ml×n输入至卷积核大小为l×3的一维卷积块C1,l为导联心跳信号数量,n为单个心跳的长度,得到输出特征图Ft,其维度为heightt×widtht;

步骤2.2、将特征图Ft输入至卷积核大小为heightt×3的一维卷积块C2,得到输出的浅层特征图Fshallow,其维度为heightt×widtht。

4.根据权利要求3所述的基于多尺度特征提取的多导联心跳信号分类的方法,其特征在于,所述将上一步得到的浅层特征图输入至构建并训练完成的多尺度深层特征提取模块,得到三种不同尺度的深层特征向量Fα、Fβ和Fγ,包括:步骤3.1、将浅层特征图Fshallow输入至卷积核大小为shallowheight×3的一维残差卷积块RC3_1,得到特征图 其维度为步骤3.2、将特征图 输入至卷积核大小为 的一维残差卷积块

RC3_2,得到特征图 其维度为

步骤3.3、将特征图 输入至卷积核大小为 的一维残差卷积块

RC3_3,得到特征图 其维度为

步骤3.4、对特征图 使用全局平均池化,得到尺度为3的深层特征向量Fα,其维度为heightα×1;

步骤3.5、将浅层特征图Fshallow输入至卷积核大小为shallowheight×5的一维残差卷积块RC5_1,得到特征图 其维度为步骤3.6、将特征图 输入至卷积核大小为 的一维残差卷积块

RC5_2,得到特征图 其维度为

步骤3.7、将特征图 输入至卷积核大小为 的一维残差卷积块

RC5_3,得到特征图 其维度为

步骤3.8、对特征图 使用全局平均池化,得到尺度为5的深层特征向量Fβ,其维度为heightβ×1;

步骤3.9、将浅层特征图Fshallow输入至卷积核大小为shallowheight×7的一维残差卷积块RC7_1,得到特征图 其维度为步骤3.10、将特征图 输入至卷积核大小为 的一维残差卷积块

RC7_2,得到特征图 其维度为

步骤3.11、将特征图 输入至卷积核大小为 的一维残差卷积块

RC7_3,得到特征图 其维度为

步骤3.12、对特征图 使用全局平均池化,得到尺度为7的深层特征向量Fγ,其维度为heightγ×1。

5.根据权利要求3所述的基于多尺度特征提取的多导联心跳信号分类的方法,其特征在于,所述一维卷积块C1和一维卷积块C2均分别包括卷积层、批量归一化层、激活层和最大池化层,所述卷积层的卷积核大小为heightinput×widthinput,heightinput为输入矩阵的行数,widthinput可以设置为3、5或7。

6.根据权利要求4所述的基于多尺度特征提取的多导联心跳信号分类的方法,其特征在于,所述一维残差卷积块RC3_1、RC3_2、RC3_3、RC5_1、RC5_2、RC5_3、RC7_1、RC7_2、RC7_3均分别包括两个一维卷积层、两个批量归一化层、两个激活层和一个最大池化层,将输入的特征图F依次通过一维卷积层、批量归一化层、激活层、一维卷积层、批量归一化层的计算,得到特征图F’,然后将输入特征图F与特征图F’进行点对点相加后再依次输入激活层和最大池化层,得到输出特征图。

7.根据权利要求1所述的基于多尺度特征提取的多导联心跳信号分类的方法,其特征在于,所述将特征向量Fα、Fβ和Fγ进行融合,得到特征融合向量Ffusion,并基于此对心跳信号进行分类,包括:步骤4.1、将多尺度深层特征向量Fα、Fβ和Fγ进行纵向拼接融合,得到特征融合向量Ffusion,其维度为heightfusion×1,其中heightfusion=heightα+heightβ+heightγ;

步骤4.2、将特征融合向量Ffusion输入至全连接层FC,得到分类结果向量Foutput,其维度为k×1,其中k为类别数量;

步骤4.3、将分类结果向量Foutput按照如下公式进行softmax激活,得到多导联心跳信号的分类概率向量P=(p1,…,pk),取概率最高的对应类别作为该多导联心跳信号的分类结果:其中,pw表示分类概率向量P中第w个值,vw表示分类结果向量Foutput中第w个值,k表示类别数量。

8.根据权利要求7所述的基于多尺度特征提取的多导联心跳信号分类的方法,其特征在于,所述全连接层FC包括两层全连接的神经元,第一层神经元的数量为heightfusion,第二层神经元的数量为k,k为类别数量。

9.一种基于多尺度特征提取的多导联心跳信号分类的装置,包括处理器以及存储有若干计算机指令的存储器,其特征在于,所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1至权利要求8中任意一项所述方法的步骤。