1.一种基于组合二维特征的12导联ECG信号分类方法,其特征在于,包括如下步骤:a)读取12导联数据库中的第i条ECG数据,记为Signali,i∈{1,2,...,n},n为12导联数据库中ECG数据个数,ECG数据Signali中R峰位置为Loc_Ri、标签为Labelsi;
b)对ECG数据Signali进行小波变换,得到小波变换后的数据Coe;
c)通过公式 计算得到小波系数的阈值λ,N为Signali的长度,将阈值λ代入软阈值去噪法中,剔除数据Coe中包含的噪声的小波系数;
d)重构剔除包含噪声的小波系数后的ECG数据,得到去除噪声后的12导联ECG数据,记为NNSigi;
e)对ECG数据NNSigi的每一个导联进行归一化,得到归一化后的ECG数据Datai;
f)遍历标签Labelsi,将标签值为1、2、3、11和34的重置为标签值为0,将标签值为4、7、8和9的重置为标签值为1,将标签值为5和10的重置为标签值为2,将标签值为6的重置为标签值为3,将标签值为13、13和38的重置为标签值为4;
g)选取R峰位置Loc_Ri中的连续三个值Rj‑1、Rj和Rj+1,按分割起点位置为分割终点位置为 对ECG数据Datai中的每个导联上截取对应位置的数据,得到分割后的单心拍数据集合Beatsi;
h)重复执行步骤b)至步骤g),直至12导联数据库中所有的ECG数据均被分割成单心拍数据集合;
i)从分割后的所有单心拍数据集合中随机挑选60%的单心拍数据集合Beatsi及其对应的标签Labelsi作为训练集,从剩余的所有单心拍数据集合中再随机挑选20%的单心拍数据集合Beatsi及其对应的标签Labelsi作为验证集,最终剩余的所有单心拍数据集合作为测试集;
j)从训练集中读取64个心拍数据beats及其对应的标签ys,依次将心拍数据beats中的
12个导联数据分别输入到12路并行的输入层中;
k)导联数据进入输入层后经4个卷积核为11,步长为2的一维卷积处理,卷积处理后输入到BN层进行规范化处理,规范化处理后的数据通过ReLU激活函数处理,激活后的数据由池化核为2,池化步长为2的最大池化层进行特征下采样操作;
l)心拍数据beats中的每一个导联数据重复执行步骤k)两次得到输出数据CFMi;
m)对每个导联的数据CFMi执行全局平均池化操作,得到池化后的数据AFMi;
n)将12个导联的池化后的数据AFMi分别通过Flatten函数展平成长度12的一维向量Vi,将12个一维向量Vi拼接组合成一个12×12的组合二维特征M;
o)将组合二维特征M输入到一个二维卷积层中进行卷积操作,卷积操作后依次输入BN层和ReLU层,得到输出结果M′;
p)将M′进行最大池化处理,生成特征图PM;
q)重复执行步骤o),得到M″;
r)将M″经平均池化层池化处理,生成特征图AM;
s)将特征图AM输入全连接层,得到ECG信号分类结果 完成模型建立;
t)计算损失函数,并利用损失函数训练模型,得到优化后的模型;
u)将获取的12导联数据输入到优化后的模型中,得到优化后的模型输出的ECG信号分类结果
2.根据权利要求1所述的基于组合二维特征的12导联ECG信号分类方法,其特征在于:步骤a)中12导联数据库为INCART数据库。
3.根据权利要求1所述的基于组合二维特征的12导联ECG信号分类方法,其特征在于:步骤b)中使用db8小波对Signali进行8尺度分解,通过计算得到小波变换后的数据Coe,式中α为大于0的尺度因子,τ为小波函数的平移量, 为db8小波, 为t时刻的Signali的值。
4.根据权利要求1所述的基于组合二维特征的12导联ECG信号分类方法,其特征在于:步骤d)中使用python中的pywt.waverec()函数重构剔除包含噪声的小波系数后的ECG数据。
5.根据权利要求1所述的基于组合二维特征的12导联ECG信号分类方法,其特征在于:步骤e)中通过公式 计算得到归一化后
的ECG数据Datai中第i个导联的归一化后的数据di,式中 为NNSigi中第l个输入数据, 为NNSigi中第j个输入数据,l,j∈[1,N]。
6.根据权利要求1所述的基于组合二维特征的12导联ECG信号分类方法,其特征在于:步骤l)中第一次重复时经过8个卷积核为11,步长为2的一维卷积处理,第二次重复时经过
12个卷积核为11,步长为2的一维卷积处理。
7.根据权利要求1所述的基于组合二维特征的12导联ECG信号分类方法,其特征在于:步骤o)中二维卷积层有32个卷积核,每个卷积核大小为3×3,步长为1×1,填充为1×1,步骤p)中最大池化层的池化核为2×2,池化步长为2×2,步骤q)中重复执行步骤o)时的二维卷积层有64个卷积核,每个卷积核大小为3×3,步长为2×2,填充为1×1,步骤r)中平均池化的池化核为3×3。
8.根据权利要求1所述的基于组合二维特征的12导联ECG信号分类方法,其特征在于,步骤t)包括如下步骤:t‑1)通过公式
计算损失函数loss,式中L为ECG信号分类结果 和真实标签ys的长度,ECG信号分类结果 的长度与真实标签ys的长度相等,k为类别的个数, 为第j个预测标签的对应第i类的概率值,ysj为第j个真实标签;
t‑2)设置动态调整学习率,使用Adam优化器优化模型的参数;
t‑3)重复步骤j)至步骤t‑2),直到训练集中所有数据均被模型训练过,保存所有loss的平均值aloss和模型参数;
t‑4)重复步骤j)至步骤t‑3)100次;
t‑4)选出100个aloss值中最小的一个,并加载其对应的模型参数;
t‑5)读取所有验证集中的数据,重复步骤j)至步骤u),读取到的真实标签记为vys,模型输出的预测标签记为t‑6)计算真实标签记vys与预测标签记 的平均F1分数;
t‑7)若F1分数小于0.95,则重复执行步骤j)至步骤t‑6);
t‑8)保存模型参数,得到优化后的模型。