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1、(10)申请公布号 CN 104021275 A (43)申请公布日 2014.09.03 C N 1 0 4 0 2 1 2 7 5 A (21)申请号 201410201179.7 (22)申请日 2014.05.12 G06F 19/00(2011.01) (71)申请人银江股份有限公司 地址 310012 浙江省杭州市西湖区益乐路 223号1幢1层 (72)发明人李丹 李建元 张麒 (74)专利代理机构杭州之江专利事务所(普通 合伙) 33216 代理人张慧英 (54) 发明名称 一种新型心电图相似性度量方法 (57) 摘要 本发明涉及智慧医疗领域和信息技术领域， 尤其涉及一种新的心电。
2、图相似性度量方法，包括： 对待度量心电图进行去噪预处理；计算心电图的 医学特征：RR间期和ST间期；计算心电图的统计 特征：对称KL距离；融合医学特征和统计特征建 立相似性模型，将计算的医学特征值和统计特征 值带入相似性模型得到相似性值。本发明的有 益效果在于：(1)本发明计算速度快，可行性强， 计算精度高，可扩展性强，只需给定两条心电图数 据，就能计算出两者的相似性；(2)融合统计特征 和医学特征，既能克服时间漂移又能防止医学结 构变化导致的细节丢失，具有较好的鲁棒性；(3) 本发明是对心电图相似性度量方法的创新，能有 效应用于心电图的分类等，实用价值高。 (51)Int.Cl. 权利要求书。
3、1页 说明书5页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104021275 A CN 104021275 A 1/1页 2 1.一种新型心电图相似性度量方法，其特征在于包括： (1)心电检测采集仪器将采集的待度量的两幅心电图输入计算机，计算机对心电图进 行滤波、数模转换、去噪预处理； (2)分别计算两幅待度量心电图的医学特征，医学特征包括RR间期和ST间期： (2.1)根据QRS复合波的形态特征，计算机识别心电信号中的R波，得到所有R波的位 置，计算相邻R波间的距离得到RR间期； (2.2)计算机根。
4、据R波定位S波，根据S波定位T波，计算相邻S波与T波之间的距离 得到ST间期； (3)分别计算两幅待度量心电图的统计特征：对称KL距离； (4)融合医学特征和统计特征建立心电图相似性模型，心电图相似性的计算公式为： 其中，RR 1 为第一幅待度量心电图的RR间期值，RR 2 为第二幅待度量心电图的RR间期 值，ST 1 为第一幅待度量心电图的ST间期值，ST 2 为第二幅待度量心电图的ST间期值， 1 和 2 为常数，,为约束系数，+1，S为相似性度量值，取值在0,1之间，S 值越大，表明相似性越大；反之则越小。 2.根据权利要求1所述的一种新型心电图相似性度量方法，其特征在于，RR间期的计 。
5、算方法包括：根据QRS复合波的形态特征，首先对R波进行检测，通过比较相邻俩个数值的 幅值大小，找出心电图的所有极值点；以8个最大幅度平均值和100个最小幅度平均值的差 的30作为判别R波的阈值，去掉小于阈值的极值点；再根据两个极值点之间的距离排除R 波中的噪声，阈值为抽样率的40，距离小于阈值时去掉幅值较小的极值点，由此得到所有 R波的位置，每两个R波的间距即为RR间期。 3.根据权利要求1所述的一种新型心电图相似性度量方法，其特征在于，对称KL距离 的计算公式为： 其中，P(i)表示概率分布P第i个概率，Q(i)表示概率分布Q第i个概率。 4.根据权利要求1所述的一种新型心电图相似性度量方法。
6、，其特征在于，计算机利用 小波变换的多尺度特性去除心电图中各种频率的干扰波。 权 利 要 求 书CN 104021275 A 1/5页 3 一种新型心电图相似性度量方法 技术领域 0001 本发明涉及智慧医疗领域和信息技术领域，尤其涉及一种新的心电图相似性度量 方法，是一种融合统计特征和医学特征的心电图相似性度量方法。 背景技术 0002 相似性度量指的是比较输入的两个对象或样本间的相似性或相关性的技术。已有 的技术主要是基于距离的相似性度量，包括欧氏距离、曼哈顿距离、马氏距离、KL距离、切比 雪夫距离、闵可夫斯基距离等。基于欧式距离的相似性度量方法计算简单易理解，但不适用 于有相位差的时间序。
7、列，同理的还有曼哈顿距离、切比雪夫距离等。基于KL距离的相似性 度量方法因为其对时间漂移的鲁棒性成为当前研究的主流技术，但是存在以下缺陷：KL距 离只考虑了心电图的统计特征，没有考虑到心电图的医学特征，对于心电图来说，在概率分 布一致的情况下，两个相距较近的R波与两个相距较远的R波之间的KL距离等于0，即两条 波形是相似的，显然这种计算是错误的。针对以上问题，需要解决的是如何选择合适的心电 图相似性度量方法，既具有时间漂移鲁棒性又具有医学结构鲁棒性，这也是长期受到关注 的话题。 0003 已有的技术在进行心电图相似性度量时大多只考虑了心电图之间的统计特征，而 忽视了心电图的医学特征，而这些医学。
8、特征正是统计特征遗漏掉的重要细节。既定的心电 图相似性度量方法已不足以支撑高精度的心电图相似性分析，需要引入新的信息。 发明内容 0004 本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种新型心电图相似性度量方法， 通过对心电图本身的医学特征进行标注，融合统计特征和医学特征建立相似性模型。 0005 本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种新型心电图相似性度量方法，包 括： 0006 (1)心电检测采集仪器将采集的待度量的两幅心电图输入计算机，计算机对心电 图进行滤波、数模转换、去噪预处理； 0007 (2)分别计算两幅待度量心电图的医学特征，医学特征包括RR间期和ST间期： 0008 (2.1。
9、)根据QRS复合波的形态特征，计算机识别心电信号中的R波，得到所有R波 的位置，计算相邻R波间的距离得到RR间期； 0009 (2.2)计算机根据R波定位S波，根据S波定位T波，计算相邻S波与T波之间的 距离得到ST间期； 0010 (3)分别计算两幅待度量心电图的统计特征：对称KL距离； 0011 (4)融合医学特征和统计特征建立心电图相似性模型，心电图相似性的计算公式 为： 0012 说 明 书CN 104021275 A 2/5页 4 0013 其中，RR 1 为第一幅待度量心电图的RR间期值，RR 2 为第二幅待度量心电图的RR 间期值，ST 1 为第一幅待度量心电图的ST间期值，ST。
10、 2 为第二幅待度量心电图的ST间期值， 1 和 2 为常数，,为约束系数，+1，S为相似性度量值，取值在0,1 之间，S值越大，表明相似性越大；反之则越小。 0014 作为优选，RR间期的计算方法包括：根据QRS复合波的形态特征，首先对R波进行 检测，通过比较相邻俩个数值的幅值大小，找出心电图的所有极值点；以8个最大幅度平均 值和100个最小幅度平均值的差的30作为判别R波的阈值，去掉小于阈值的极值点；再 根据两个极值点之间的距离排除R波中的噪声，阈值为抽样率的40，距离小于阈值时去 掉幅值较小的极值点，由此得到所有R波的位置，每两个R波的间距即为RR间期。 0015 作为优选，对称KL距离。
11、的计算公式为： 0016 0017 其中，P(i)表示概率分布P第i个概率，Q(i)表示概率分布Q第i个概率。 0018 作为优选，计算机利用小波变换的多尺度特性去除心电图中各种频率的干扰波。 0019 本发明的有益效果在于：(1)本发明计算速度快，可行性强，计算精度高，可扩展 性强，只需给定两条心电图数据，就能计算出两者的相似性；(2)融合统计特征和医学特 征，既能克服时间漂移又能防止医学结构变化导致的细节丢失，具有较好的鲁棒性；(3)本 发明是对心电图相似性度量方法的创新，能有效应用于心电图的分类等，实用价值高。 附图说明 0020 图1是本发明的步骤流程图； 0021 图2是本实施例待度。
12、量的两条心电图数据显示图； 0022 图3是本实施例去噪后的两条心电图数据显示图； 0023 图4是本实施例心电图中R波位置示意图； 0024 图5是本实施例心电图中S波位置示意图； 0025 图6是本实施例心电图中T波位置示意图； 0026 图7是心率为60的仿真心电图； 0027 图8是图7漂移后的仿真心电图； 0028 图9是心率为72的仿真心电图。 具体实施方式 0029 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于 此： 0030 实施例1：如图1至图6所示所示，一种新型心电图相似性度量方法，包括： 0031 (1)心电检测采集仪器将采集的待度量的两幅心电图。
13、输入计算机，心电图经过解 析以250的抽样率抽取了5400个数据点作为一条心电图数据，心电图数据如图2所示；计 算机利用小波变换的多尺度特性去除心电图中各种频率的干扰波，小波变换可用matlab 说 明 书CN 104021275 A 3/5页 5 自带的函数进行处理，输出的心电图数据如图3所示； 0032 (2)分别计算两幅待度量心电图的医学特征，医学特征包括RR间期和ST间期： 0033 (2.1)建立R波，求RR间期。根据QRS复合波的形态特征，计算机识别心电信号中 的R波，R波是心电图中幅值最大的波，根据小波变换后的心电图的极值点位置可将原始心 电图中的波峰点位置找到，再根据阈值法排除。
14、不符合要求的极值点；以8个最大幅度平均 值和100个最小幅度平均值的差的30作为判别R波的阈值，若极值点的幅度小于阈值，则 将其排除；在剩下的极值点中，难免会留下因噪声干扰形成的极值，因而再通过两个极值点 的距离排除这些噪声，阈值为抽样率的40即100，两个极值点距离小于100时去掉幅值较 小的极值点，最终剩下的极值点即为R波所在位置，两个R波之间的距离即为RR间期，R波 位置如图4所示，波形上由黑色*号标记； 0034 (2.2)计算机根据R波定位S波，S波为R波后面第一个向下的负波，找到R波后 面第一个极小值点位置即为S波位置，S波位置如图5所示，用白色五角星标记；根据S波 定位T波，T波。
15、为S波之后P波前的一个向上的正波，根据已得到的S波位置，找到S波后 面第一个极大值点位置即为T波位置，每一个S波和T波之间的距离即为ST间期，T波位 置如图6所示，用黑色三角标记； 0035 (3)分别计算两幅待度量心电图的统计特征：对称KL距离： 0036 (3.1)将两条心电图数据归一化到0,1之间，归一化准则如下式所示： 0037 0038 其中，X为心电图序列，x(i)X是序列中的一个元素i1,2,5400，min(X) 和max(X)分别为序列的最小值和最大值。 0039 (3.2)计算心电图数据的概率分布，以0.005为间隔将0,1平均分为200个区 间，计算5400个数据点落在各。
16、个区间的数目，以此计算各区间的概率分布： 0040 0041 其中，p(i)为第i1,2,200个区间的概率，即落在该区间内的数据点的个数 n(i)占数据总数5400的比重； 0042 (3.3)计算两条心电图的KL距离：根据公式(3-2)可得到两条心电图的概 率分布，再运用公式(3-3)可得到KL距离；考虑到常规KL距离不具有对称性，这样 D(P|Q)D(Q|P)。因此本发明考虑用对称KL距离公式(3-4)： 0043 0044 0045 P(i)表示概率分布P第i个概率，Q(i)表示概率分布Q第i个概率。 0046 (4)融合医学特征和统计特征建立心电图相似性模型，心电图相似性的计算公式 。
17、说 明 书CN 104021275 A 4/5页 6 为： 0047 0048 其中，RR 1 为第一幅待度量心电图的RR间期值，RR 2 为第二幅待度量心电图的RR 间期值，ST 1 为第一幅待度量心电图的ST间期值，ST 2 为第二幅待度量心电图的ST间期值， 1 和 2 为常数，,为约束系数，+1，S为相似性度量值，取值在0,1 之间，S值越大，表明相似性越大；反之则越小。 0049 在计算心电图相似性时，令13，RR间期和ST间期进行归一化处 理， 1 和 2 为扩展常数，通过选取合适的值将医学特征和统计特征量化到同一尺度，取值 为 1 2， 2 1。S为相似性度量值，S值越大表明相似。
18、性越高，反之则越低。经计算图 2所示两条心电图数据的S值为0.712。 0050 我们运用仿真出的心电图数据做时间漂移与医学结构鲁棒性测试，图7、图8、图9 都是仿真心电图，图7是心率为60的仿真心电图，图8是图7时间漂移后的仿真心电图，图 9是心率为72的仿真心电图。 0051 1)时间漂移测试： 0052 假设图7信号为x(t)，进行时间漂移后产生了新的心电图信号x(t-t0)，如图8所 示。比较x(t)和x(t-t0)的相似性，目的是希望展示已有基于距离的相似性度量方法在时 间漂移时的度量结果。分别采用欧式距离、夹角余弦等方法以及本发明方法度量x(t)与 x(t)的相似性以及x(t)与x。
19、(t-t0)的相似性。若两次检测的结果一致，则表明所用方法 具有时间漂移鲁棒性。测试结果如表1所示，其中欧氏距离、曼哈顿距离越小表示两者越相 似，为0时表示两者重合。夹角余弦取值为-1,1，当两条数据完全重合时取值为1，反向 时取值为-1。本发明方法度量值越大相似性越高，度量值为1时表示两者重合。结果表明 在所采用的方法中，欧氏距离、夹角余弦、曼哈顿距离两次度量结果不一致，不具有时间漂 移鲁棒性，而本发明方法两次度量结果相同，具有时间漂移鲁棒性。 0053 欧氏距离夹角余弦曼哈顿距离本发明方法 (x(t),x(t) 0 1 0 1 (x(t),x(t-t0) 5.887 0.572 8.619。
20、 1 0054 表1 0055 (2)医学结构鲁棒性检测： 0056 图9为与图7概率分布相同但心率不同的心电图仿真图，我们采用图7和图9相 同概率分布的两条信号来验证医学结构变化时度量方法的准确性。我们截取两条心电图数 据中间两个相同长度和幅值的R波，图7心率为60，R波间隔较大，图9心率为72，R波间隔 较小，显然这两条心电图是不一样的。如表2所示，对图7和图9所示的心率不同但概率分 布相同的心电图数据，基于统计特征的方法认为两者是完全一样的。本发明方法通过引入 心电图医学特征，将相似性度量转化为统计特征和医学特征融合的相似性建模，能有效解 说 明 书CN 104021275 A 5/5页。
21、 7 决统计特征的度量缺陷。 0057 基于统计特征度量方法融合统计特征和医学特征度量方法 (ECG60,ECG72) 0 0.287 0058 表2 0059 对图7和图8的实验以及图7和图9的实验说明了本发明方法对时间漂移和医学 结构变化具有较强的鲁棒性，验证了本发明方法的可靠性和有效性。 0060 以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所 作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的 保护范围。 说 明 书CN 104021275 A 1/4页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104021275 A 2/4页 9 图3 图4 说 明 书 附 图CN 104021275 A 3/4页 10 图5 图6 说 明 书 附 图CN 104021275 A 10 4/4页 11 图7 图8 图9 说 明 书 附 图CN 104021275 A 11 。