[发明专利]一种基于时频分析的心电信号分析方法

权利要求书

1.一种基于时频分析的心电信号分析方法，其特征在于，所述方法包括：

采集多段心电信号，利用经验模态分解方法将心电信号分解为多个IMF分量，根据IMF分量的标准差，筛选IMF分量标准差最高的k段心电信号作为待时频分析的心电信号；对于筛选得到的待时频分析的心电信号，去除心电信号中经验模态分解所得到的剩余分量以及部分IMF分量，将剩余的IMF分量重构为心电信号；

所述筛选IMF分量标准差最高的k段心电信号作为待时频分析的心电信号，包括：

计算任意第i段心电信号的IMF分量标准差：

其中：

表示第i段心电信号的长度；

表示第i段心电信号的IMF分量；

从采集到的L段心电信号中筛选出IMF分量标准差最大的k段心电信号作为待时频分析的心电信号；

利用小波阈值去噪方法对重构得到的心电信号进行去噪处理，得到去噪后的心电信号；所述小波阈值为硬阈值；

对去噪后的心电信号进行多尺度小波分解，选择小波尺度为的小波系数，并根据小波系数的时频，匹配得到心电信号中的R峰；

利用R峰检测算法检测心电信号中重叠的R峰，并将时频匹配到的R峰与检测到的重叠R峰重构为心电信号R峰序列；根据重构得到的心电信号R峰序列，计算心电信号的心率值；

所述利用R峰检测算法检测心电信号中重叠的R峰，包括：

计算时频匹配下每一段心电信号对应R峰序列两个R峰的间隔，其中-1，D为时频匹配下的R峰数量，表示R峰时序序列中的第d个R峰；

筛选有效的R峰间隔，即若，则认为为有效R峰，得到的有效R峰序列为，其余R峰为重叠R峰，表示第i个重叠R峰；

所述将时频匹配到的R峰与检测到的重叠R峰重构为心电信号R峰序列，包括：

计算每一段心电信号有效R峰序列中的间隔，其中-1，V为有效的R峰数量，为有效R峰时序序列中的第v个R峰，计算有效R峰间隔均值：

；

在有效R峰序列中插入重叠R峰，R峰位置满足，表示第一个有效R峰，将的位置与有效R峰序列按升序重新排列，得到重新组合的有效R峰时序序列；重复该步骤，直到将前V-1个重叠R峰插入到有效R峰时序序列，最终重构得到的心电信号R峰序列为。

2.如权利要求1所述的一种基于时频分析的心电信号分析方法，其特征在于，所述利用经验模态分解方法对采集得到的多段心电信号进行分解，得到心电信号的IMF分量和剩余分量，包括：

1）对采集到的心电信号加入同长度的白噪声，得到信号：

其中：

i表示采集到的第i段心电信号；

2）遍历出信号中所有的极大值点和极小值点，将所有的极大值点以及所有的极小值点分别用三次样条曲线连接，分别得到信号的上包络线以及下包络线，上下包络线的均值曲线即为，则；

3）对进行步骤2）操作，得到；

4）重复步骤3），得到，将所得到的作为信号的第一组IMF分量，第一组IMF分量的剩余分量；

5）判断剩余分量中的j是否大于，若，对进行步骤2）-4），即将作为步骤2）中待遍历的信号，步骤4）中输出的剩余分量为，并输出第j+1组IMF分量，若,则转到步骤6）；

6）得到组IMF分量以及剩余分量；则将信号分解为下式：

其中：

表示第i段心电信号的剩余分量，表示第i段心电信号的IMF分量。

3.如权利要求2所述的一种基于时频分析的心电信号分析方法，其特征在于，去除待时频分析心电信号中的剩余分量以及部分IMF分量，将剩余的IMF分量重构为心电信号，包括：

对于待时频分析的心电信号，其经验模态分解得到的IMF分量为，剩余分量为，其中e表示待时频分析心电信号中的任意心电信号；

计算心电信号的概率密度函数为，IMF分量的概率密度函数为，其中；计算任一IMF分量概率密度函数值与心电信号的概率密度函数的范数：

其中：

表示心电信号与第j组IMF分量的范数值；

筛选的IMF分量作为用于重构心电信号的IMF分量，将筛选得到的IMF分量重构为心电信号，重构得到的心电信号为，其中表示IMF分量阈值，将其设置为1.2。