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专利号: 2020110725563
申请人: 广东工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种单导联心电信号f波提取方法,其特征在于,包括以下步骤:建立双通道时序卷积神经网络模型,所述模型包括两个编码子模块、两个掩码估计子模块、信息融合模块和两个编码子模块,其中:所述两个编码子模块分别用于提取心室QRST波群的特征和f波的特征;所述两个掩码估计子模块分别用于根据心室QRST波群的特征和f波的特征,提取f波的潜在特征和心室QRST波群的潜在特征;所述信息融合模块用于在编码空间中对所述f波的潜在特征和心室QRST波群的潜在特征进行特征融合,从而估计出心室QRST波群的掩码和f波的掩码;所述两个解码子模块分别用于根据心室QRST波群的掩码与特征的加权结果,和f波的掩码与特征的加权结果,重构心室QRST波群的时域信号和f波的时域信号;

构建ECG信号的训练数据集并对所述双通道时序卷积神经网络模型进行训练,保存训练好的模型;

对于未知的混合心电信号,将其输入到训练好的模型中,从而提取出f波时域信号。

2.根据权利要求1所述的单导联心电信号f波提取方法,其特征在于,所述双通道时序卷积神经网络模型基于概率图模型建立,该概率图模型的概率因子分解公式表示为:其中,P(xVA,xAA|x)表示条件分布概率,x表示未知的ECG信号,xVA表示心室QRST波群的时域信号,xAA表示f波的时域信号,ZVA,ZAA表示QRST波群和f波的编码特征变量,FAA,FVA表示QRST波群和f波的潜在特征变量,MVA,MAA表示QRST波群和f波的掩码特征变量, 表示为加权后的特征变量,P()表示概率。

3.根据权利要求1所述的单导联心电信号f波提取方法,其特征在于,所述构建ECG信号的训练数据集,包括:

采用已标注QRST波群位置和f波位置的ECG信号数据集,构建训练数据集i 1×T

其中,ntr为训练数据集中ECG记录总数,x ∈R 表示为第i条ECG记录,T为时间采样点个数, 表示为第i条ECG记录中干净的QRST波群位置标签,表示为第i条ECG记录中干净的f波位置标签。

4.根据权利要求1所述的单导联心电信号f波提取方法,其特征在于,所述两个编码子模块分别提取心室QRST波群的特征和f波的特征的过程包括:编码子模块中,编码使用一维卷积神经网络,每条ECG记录划分为K个固定长L的心电片K×L

段,记作:X∈R ,将X分别作为两个编码子模块中一维卷积网络的输入,分别提取心室QRSTK×N

波群和f波的特征向量记作ZVA,ZAA∈R 其中N为编码基的个数,具体计算方式如下:L×N

其中,BVA,BAA∈R 是编码基向量。

5.根据权利要求1所述的单导联心电信号f波提取方法,其特征在于,所述两个掩码估计子模块根据心室QRST波群的特征和f波的特征,提取f波的潜在特征和心室QRST波群的潜在特征的过程为:

将编码特征向量ZVA,ZAA分别输入到一个均含有TCN的掩码估计子模块中,得到f波和心K×N

室QRST波群的潜在特征向量记作FAA,FVA∈R 。

6.根据权利要求1所述的单导联心电信号f波提取方法,其特征在于,所述信息融合模块在编码空间中对所述f波的潜在特征和心室QRST波群的潜在特征进行特征融合,从而估计出心室QRST波群的掩码和f波的掩码的过程为:信息融合模块中的信息融合使用拼接操作和一维卷积神经网络;

在编码空间中,将潜在特征向量FAA,FVA进行拼接操作,获得拼接特征向量Fconcat=[FVA,K×2N

FAA]∈=R 并输入到一维卷积网络,从而估计出心室QRST波群和f波的掩码向量记作MVA,K×N

MAA∈R 。

7.根据权利要求1所述的单导联心电信号f波提取方法,其特征在于,所述心室QRST波群的掩码与特征的加权结果,和f波的掩码与特征的加权结果表示为:将两个掩码估计子模块所输出的掩码向量MVA,MAA,用于对编码特征向量ZVA,ZAA加权,得到QRST波群和f波的特征向量分别记作 具体计算方式如下:其中,⊙表示为元素点积。

8.根据权利要求1所述的单导联心电信号f波提取方法,其特征在于,所述两个解码子模块重构心室QRST波群的时域信号和f波的时域信号的过程为:解码使用一维反卷积神经网络;对加权后的特征向量 分别输入到一维反卷积网络中,重构出心室QRST波群的时域信号为 和f波时域信号 具体计算公式如下:

N×L

其中,DVA,DAA∈R 是解码基向量;

最后,将 中的K个长度L的重构片段依次串接,最终估计出两条完整的QRST波群和f波的时域信号,记作

9.根据权利要求1所述的单导联心电信号f波提取方法,其特征在于,所述双通道时序卷积神经网络模型进行训练时,目标函数为:其中,ω为模型所有可训练的参数,α,β是折中系数,SNRVA,SNRAA分别表示模型估计的心室QRST波群和f波的信噪比,SVA表示为所有ECG样本两两之间心室QRST的编码特征距离之和,i表示第i个样本编号,ntr为训练数据集中ECG记录总数。

10.一种计算机可读存储介质,所述存储介质中存储有计算机程序,其特征在于,计算机程序被处理器执行时,实现根据权利要求1至9中任一权利要求所述单导联心电信号f波提取方法的步骤。