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申请/专利权人：浙江好络维医疗技术有限公司

摘要：一种针对干电极采集的单导联心电图室性早搏识别方法，包括如下步骤：步骤一：单导联心电信号获取及预处理；步骤二：ECG心拍子波形态9根线定位；步骤三：基于医学知识对特殊室性早搏心拍进行检测；步骤四：心拍近似波形特征提取；步骤五：在步骤三基于医学知识第一次检测特殊室性早搏心拍的基础上，再基于近似波形的LightGBM模型继续检测室性早搏心拍，步骤六：模型评估。本发明针对干电极采集的单导联心电信号，提供的室性早搏识别方法，结合了室性早搏医学领域的9条医学知识，检测特殊的PVC心拍，并融合了近似波形形态特征的模型检测算法识别复杂的PVC心拍，同时解决其依赖于心电波形分段定位的问题，可以有效提高室性早搏检测的准确率和效率。

主权项：1.一种针对干电极采集的单导联心电图室性早搏识别方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤一：单导联心电信号获取及预处理，根据预设的采样率，采用干电极获取m秒固定长度的i份训练集和j份测试集的单导联ECG样本，并对每个样本进行滤波去噪，去肌电、工频干扰和去基线漂移处理；步骤二：ECG心拍子波形态9根线定位，首先从步骤一预处理后的每个ECG样本中，对每个心拍定位特征最明显、检测准确率很高的R波位置；其次，以检测到的R波位置为中心，向前向后取一定数量采样点的固定窗口为基础进行分割，表示该R波所代表的一个心博QRS波群，共分割得到n个心拍；再次，对分割的第2个至第n-1个单个心拍进行加权处理，获得一个样本ECG信号n-2个心拍对应的一个叠加波；最后，对每个样本的所有单个心拍及叠加波进行QRS波起始点、Q波顶点、R波顶点、S波顶点、QRS波终止点、T波起始点、T波顶点、T波终止点及主波的位置，共9个子波关键点位置进行定位；步骤三：基于医学知识对特殊室性早搏心拍进行检测，依据领域背景及室性早搏医学知识，对样本的每个心拍进行心拍级分类，从步骤二的9个定位点确定9条规则检测特殊的PVC心拍，判断心拍信号是否符合9种规则，若符合，此心拍为室性早搏心拍，若不符合，继续步骤四；步骤四：心拍近似波形特征提取，根据步骤二定位到的心拍R波顶点位置，用其前后的少数点逐点叠加来近似表达QRS波形，进而提取最关键的心拍QRS波群形态特征，取代心电波形分段定位阶段寻找QRS波起始点和终止点的复杂流程，用斜率、高度、宽度、比例多个参数描述每个心拍的QRS波形态特征，该特征包括了斜率特征群、高度特征群、宽度特征群；步骤五：在步骤三基于医学知识第一次检测特殊室性早搏心拍的基础上，再基于近似波形的LightGBM模型继续检测室性早搏心拍，将步骤三检测出的非室性早搏心拍，根据上述步骤四提取心拍的斜率、高度、宽度特征群，结合对应的心拍标签，输入到LightGBM模型中进行训练，得到室性早搏检测模型；步骤六：模型评估，将医学知识和训练好的室性早搏识别模型应用在测试集的样本数据上，将最后的输出结果与测试集样本的标签进行对比，使用召回率和精度评估模型的性能；所述步骤三中9种规则分别为：规则1：心拍R波的幅值和QRS波起始点幅值的差值Δh1，T波的幅值和QRS波起始点幅值的差值Δh2，Δh1和Δh2的乘积小于0；规则2：心拍斜率1比斜率4大，斜率2比斜率4大，斜率4比斜率3大；其中斜率1和2的计算方式：若主波在上，计算R波与Q波、S波的斜率分别为斜率1和2；若主波在下时，且R波幅值大于等于0，就计算S波与R波、QRS波终止点的斜率分别为斜率1和2；若主波在下时，且R波幅值小于0，就计算S波与QRS波起始点、终止点的斜率分别为斜率1和2；斜率3计算方式：T波顶点和T波起始点的斜率；斜率4计算方式：T波顶点和T波终止点的斜率；规则3：心拍主波顶点幅值同时大于或小于QRS波起始终止两点幅值，且T波顶点幅值也同时大于或小于T波起始终止两点幅值；规则4：心拍主波幅值和T波幅值乘积小于0；规则5：满足心拍T波前后的单调性；T波方向向下时，将T波起始点到T波顶点的区域划分两个子区域：子区域1和子区域2，以T波起始点的电压值作为子区域1最大值max1，然后计算子区域2的最大值max2；T波顶点到T波终止点的区域再划分两个子区域：子区域3和子区域4，以T波终止点的电压值作为子区域4最大值max4，然后计算子区域3的最大值max3；因为T波方向向下，左边部分单调下降，右边部分单调上升，此时需满足max1＝max2且max4＝max3，即T波终止点和起始点分别为T波前后的最大值，反之，T波方向向上时，同理；规则6：满足心拍QRS波群最值和T波群最值大小关系；T波方向向下时，T波群的最小值小于QRS波群的最小值且T波群的最大值小于QRS波群的最大值；T波方向向上时，T波群的最大值大于QRS波群的最大值且T波群的最小值大于QRS波群的最小值，规则7：先针对主波方向向下且R波顶点幅值小于0的心拍，重新定位R波：计算Q波和S波中间区域的最大值点，作为R波顶点；[1]针对主波方向向下且R波顶点幅值大于等于0的心拍，计算R波顶点和Q波顶点幅值之差h1，R波顶点和S波顶点幅值之差h2，R波到QRS波终止点的宽度w，满足h1h2w值小于等于设定的阈值TH1，[2]针对主波方向向下且R波顶点幅值小于0的心拍：a排除R波大于Q波和S波幅值的心拍；b满足QRS波终止点到T波起始点区域内、T波群的区域1内和区域4内的电压波动较小：计算各区域的电压最大值和最小值，然后和对应区域的起始点和终止点的电压值进行作差，如果该区域单调递增，区域起始点电压就和最小值电压作差，区域终止点就和最大值电压进行作差，若单调递减，则相反，满足差值小于设定的阈值TH2；[3]针对主波方向向上的心拍：a满足QRS终止点幅值和S波幅值差小于等于设定的阈值TH3；b满足QRS波终止点到T波起始点区域内、T波群的区域1内和区域4内的电压波动较小：计算各区域的电压最大值和最小值，然后和对应区域的起始点和终止点的电压值进行作差，如果该区域单调递增，区域起始点电压就和最小值，区域终止点就和最大值电压进行作差，若单调递减相反，满足差值小于设定的阈值TH4；规则8：心拍余弦相似度：横向索引是叠加波的QRS波群起始点到T波群终止点，纵向是当前心拍和叠加波的主波顶点对齐，主波方向向上时，是R波顶点对齐，主波方向向下时，是S波顶点对齐；a针对主波方向向上心拍：满足余弦相似度小于设定的阈值TH5；b针对主波方向向下心拍：满足余弦相似度小于设定的阈值TH6；规则9：针对主波方向向上心拍：a当前心拍的R波幅值大于叠加波的R波幅值；b当前心拍的R波幅值大于ST段的最大值幅值。

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