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【ECG理論篇】(3)AI實現心律失常判別:心電訊號的波形識別與特徵提取

心電圖中的各個波形都包含了非常多的資訊,例如RR間期可以反映心動週期的時限;相鄰心動週期的 RR 間期的比值可以反映室性早搏;R 波和 S 波幅值的比值和 R 波和 S 波之間的時限可以反映房性早搏等異常情況,等等
所以識別這些波形以及提取相應特徵對我們後續做心律失常的分類很重要。

我們在用演算法做心律失常判別分類之前,有兩個關鍵點:

  • 第一步: 識別檢測ECG訊號中的波群(目前主要是先定位QRS波群,再依次定位其它波群)
  • 第二步: 對波群進行訊號特徵的提取(不同波形的不同狀態展示了心臟的情況,所以提取這些波群的訊號特徵,是我們做分類判別的關鍵)

1.心電圖波形

首先來學習認識一下心電圖中各個波形的含義
心電圖

一個正常的心電訊號在一個週期內,是由P波,QRS波群以及T波組成
P波:代表心臟除極,一般呈現鈍圓形,幅度約為0.25mV,持續時間為0.08~0.11s。
PR間期:指心房除極開始到心室除極開始的傳導時間,一般是從P波開始到QRS波的起點,正常PR間隔時間為:0.12s-0.20s。
QRS:代表心室肌的除極產生的電位變化,是心電圖中最高大,快速的波形。
T波:代表心室肌的復極
QT間期:代表心臟去極化和復極過程,即心室收縮的總時間。QT 間隔和心率相關,心率越快,QT 間隔越短,反之越長
RR間隔:是指連續兩個心電週期 R 峰值間隔變化特徵,是常用的心拍識別標準之一

2.心電訊號的波形識別檢測與特徵提取

心電訊號的波形識別,主要是指識別QRS波群(因為它最明顯)。只有當正確檢測到QRS複合波群之後,我們才能根據QRS波群來確定其它典型波群的特徵和位置,為心律失常分類提供基礎。
目前心電訊號中QRS波群的檢測主要有小波變換法,差分閾值法 等等 選哪個需要根據自己的方向來定,小波變換法的計算量較大。
Pan-Tompkins演算法是最經典的, 具體哪個演算法最好,要根據自己的方向來定。因為這裡面涉及一些訊號處理的知識,自己需要先學學,目前暫時不能詳細敘述各個波群檢測演算法的原理

所以這裡先待定填坑

確定了QRS波群之後,我們可以根據QRS波群來確定其它波(T波,P波,QR間期等等)

確定完這些波,我們就可以根據提取這些波的訊號特徵,為後期心律判別奠定基礎
心電訊號特徵提取的常用方法包括:心電訊號的時域特徵、心電訊號的變換域特徵等方法。。。
心電訊號的時域特徵主要反映了心電訊號的形態和直觀特徵,變換域特徵是指分別從不同維度不同方向描繪心電訊號,整合心電訊號的時域特徵和變換域特徵就可以很好的描述心電訊號啦。

具體的特徵提取方法還有待研究,這裡先待定填坑

ECG(心電)訊號在波形檢測完成之後會被分為多個心拍,不同的心拍型別應該被 分為特定的類別,這個過程就是心律失常的診斷和識別過程

參考文獻:
可穿戴式心電監測模組的心律失常分類演算法研究.盧莉莉
基於 LSTM 的心律失常分類研究.李雪