一种基于正交投影和独立分量分析的P波提取方法与流程

本发明涉及到医疗器械领域，具体的说，是涉及一种基于正交投影和独立分量分析p波提取方法。

背景技术：

心电信号的分析在临床医学中应用广泛，且其特征参数的检测对于心血管疾病的诊断与治疗起着关键作用。qrs波群与p、t波均是心电信号的重要组成部分，它们反映了心脏运动的不同状态。心电信号特征参数的检测主要是对心电信号中的qrs波群、p波、t波和st段等主要参数的检测和识别.其中qrs波群是心电信号的一个主要特征，是心电信号检测中的首要问题，同样p波和t波在关于心脏疾病的诊断中也有着重要的意义。p波反映了左右心房的除极过程中的电位变化。绝大多数p波波形圆钝光滑，历时0.05～0.10秒，幅值为0.05～0.25mv，是心房传导较为可靠地无创指标。p波增宽反映心房内不均一性和不连续性传导，是诊断隐匿性高血压患者心脏损伤和预测冠心病房颤风险的重要指标。但是，p波弱小，具有多种形态，且位置不固定，当心房早搏时p波可能与t波混叠，当室性心动过速时，p波可能被qrs波掩盖。因此为了正确做出临床诊断，准确有效的提取p波信号显得很有必要和价值。

近几十年来，得益于信号处理技术的发展，p波的提取有了许多理论成果，比如差分阈值法、小波变换、基于平稳段识别的p波检测算，这些大都依赖于搜索窗，不恰当的搜索窗会引起p波起、止点定位不准确，所以存在一定的局限性，又因为p波弱小，形态多变，实施起来比较困难与不便。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于正交投影和独立分量分析的p波提取方法，该方法有效的解决了心电信号p波难以提取的问题，更好的服务于临床心电监护。

该发明通过下述技术方案实现：一种基于正交投影和独立分量分析的p波提取方法，包括如下步骤：

s1:信号预处理：对采集的多路心电信号进行预处理，主要去除各种噪声、肌电干扰、工频干扰以及矫正基线漂移。

s2：采用阈值检测法对信号进行r波检测，定位重复出现的多个qrs波群，然后通过时域平均法获得qrs波群模板。

s3：对处理后的信号，通过空间正交投影的方法滤除qrs波群成分，从而提高剩下成分中p波和t波的信噪比。

s4：鉴于p波反映了左右心房的除极过程中的电位变化，t波对应于心室的复极过程，两者具有一定的独立性，采用独立成分分析，分离p波和t波。

s5：漏值检测，当p波与qrs波群混叠时，平均法求得的qrs波群模板会含有p波成分，导致在qrs群滤除过程中，p波会有所损失，独立分量分离后得到的p波成分并不完整。所以以分离后的p波作为参考信号，采用半盲的方法，再次从原始混叠信号中萃取p波，以实现p波增强的目的。

附图说明

图1是本发明一种基于正交投影和独立分量分析p波提取方法流程图

图2是采集于腹部的三路源心电信号

图3是本发明中预处理后信号

图4是本发明时域平均法获得的qrs模板

图5是本发明去除qrs波后的信号

图6是本发明独立分量分离得到的p波信号

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明基于正交投影和独立分量分析p波提取方法，包括如下步骤：

(1)对采集得到的三路心电信号s1、s2、s3进行梳状滤波去除0hz、50hz工频干扰、以及高次谐波干扰。中值滤波去除基线漂移。

(2)对处理后的信号进行阈值检测，阈值的定义如下：

其中p为阈值，这里μ取0.3，是所有极值点的平均值。

(3)由于正常人的qrs波群时间为0.06～0.08秒，且信号的采样频率为fs＝1000hz，所以取模板长度为70。记所有qrs波分别为x(1)，

x(2)，x(3)…，x(n)，则qrs的模板信号如下所示：

(4)根据信号s1，s2，s3的r波位置及生成的模板信号template，采用空间正交投影法滤出qrs波得到x1、x2、x3。

(5)对剩余的信号进行独立成分分析，主要应用fastica算法来实现，步骤如下：

1)对数据进行中心化即去均值操作，能够有效的降低计算复杂度，设输入信号为信号为x，输出信号为y。

y＝x-e{x}

2)然后进行白化，得到z，满足e{zz^t}＝i

3)选择一个具有单位范数的初始化(可随机选取)向量w

4)更新w:

w←e{zg(w^tz)}-e{g(w^tz)}w

5)标准化w：

w←w/||w||

6)判断是否满足收敛|w(k+1)-w(k)|<ε,如果尚未收敛返回第4步，否则，完成，表示信号分离。

7)计算相关系数，选择相关系数最大的一路作为p波信号。

(6)如果出现漏值情况，是p波与qrs波群混叠时，在滤出qrs波的时候，p波会一起滤出。从混叠的信号中分离p波主要包括以下步骤：

1)定位p波的起始位值。

设n为一个p波的心电周期，m为一个qrs的心电周期，重合处的信号为以分离得到的p波为参考信号计算均值qrs的模板信号为将信号5’p^1×n扩展为使其与混叠信号长度相同，表示在5’p^1×n信号前面添加i个0元素，表示在s’p^1×n信号后面添加(m-i-n)个0元素，从而形成与混合信号相同长度的扩展信号

将p波的扩展信号：与qrs的模板信号：进行叠加，得到一个混合的模板信号求信号与重叠信号之间的误差。采用欧式距离作为目标函数：

当达到最小时即为重合位置的起点。

2)从混叠信号中求p波信号的分离矩阵

由步骤1)计算可知p波的模板信号为s’p^1×n，其扩展信号为而叠加的模板信号为可以得到如下表达式：

记为为vp,则有

因为am为列向量，是列满秩矩阵，所以由广义矩阵求得：

(am)^-1＝(a^ha)^-1a^h

可以得到：根据分离矩阵即可求得重叠的信号p。

本发明所提供的技术方案为本发明的一个较佳的实现方式，但本发明的实施方式并不局限于此，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。