本發(fā)明涉及醫(yī)療健康與信息，更具體地，涉及一種心電圖無線采集分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線心電圖采集系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，藍(lán)牙、wi-fi等無線傳輸技術(shù)的成熟應(yīng)用，使得心電圖數(shù)據(jù)能夠在不受線纜束縛的情況下實(shí)時(shí)傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)分析，心電圖數(shù)據(jù)分析與診斷是心電圖采集系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的不斷發(fā)展，心電圖數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析和診斷成為可能，這些技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)心電圖信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別和分類，幫助醫(yī)生快速準(zhǔn)確地診斷心臟疾病。

2、現(xiàn)有技術(shù)的心電檢測(cè)效率往往偏低，且非自由基環(huán)境對(duì)心電檢測(cè)的影響較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種心電圖無線采集分析系統(tǒng)，能有效解決上述技術(shù)問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種心電圖無線采集分析系統(tǒng)，包括采集模塊、預(yù)處理模塊、智能分析模塊、多信道檢測(cè)模塊、噪聲抑制模塊、輸出模塊和通信模塊；

4、所述采集模塊，用于從心電信號(hào)源獲取原始心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)；

5、所述預(yù)處理模塊，對(duì)采集到的原始心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理和準(zhǔn)備；

6、所述智能分析模塊，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)預(yù)處理后的心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和診斷，以識(shí)別和診斷心電圖異常；

7、所述多信道檢測(cè)模塊，用于同時(shí)檢測(cè)多個(gè)信道的心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)，評(píng)估和選擇最佳的無線通信信道；

8、所述噪聲抑制模塊，識(shí)別和抑制來自環(huán)境或設(shè)備本身的噪聲；

9、所述輸出模塊，將分析后的結(jié)果以可視化或數(shù)據(jù)格式輸出，供醫(yī)生或系統(tǒng)用戶查看和分析；

10、所述通信模塊，用于心電圖數(shù)據(jù)的無線傳輸，系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間以及系統(tǒng)與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信和交互。

11、優(yōu)選地，所述采集模塊包括信號(hào)采集子模塊、無線傳輸子模塊和電源管理子模塊；

12、所述信號(hào)采集子模塊，用于通過專用的心電采集設(shè)備直接從患者身體上捕捉微弱的心電信號(hào)數(shù)據(jù)；

13、所述無線傳輸子模塊，將經(jīng)過初步處理的心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送到后端的分析系統(tǒng)或接收設(shè)備；

14、所述電源管理子模塊，用于管理系統(tǒng)的電源供應(yīng)和功耗。

15、優(yōu)選地，所述預(yù)處理模塊包括濾波放大子模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器子模塊、基線校正子模塊、心率檢測(cè)子模塊、波形識(shí)別子模塊；

16、所述濾波放大子模塊，對(duì)采集到的心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和放大；濾波的目的是去除信號(hào)中的高頻噪聲和低頻干擾；

17、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器子模塊，將經(jīng)過濾波和放大后的模擬心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字心電圖信號(hào)；

18、所述基線校正子模塊，對(duì)數(shù)字心電圖信號(hào)進(jìn)行基線校正，消除心電圖信號(hào)中的直流分量或緩慢變化的基線漂移；基線漂移是指心電圖信號(hào)的基線在長時(shí)間記錄過程中發(fā)生的緩慢變化，可能影響信號(hào)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性；

19、所述心率檢測(cè)子模塊，從處理后的數(shù)字心電圖信號(hào)中檢測(cè)心率信息；通過檢測(cè)心電圖信號(hào)中的r波或其他特征波形，可以計(jì)算出心率；

20、所述波形識(shí)別子模塊，識(shí)別心電圖信號(hào)中的特定波形；

21、優(yōu)選地，所述智能分析模塊包括特征提取器子模塊、機(jī)器學(xué)習(xí)模型子模塊、實(shí)時(shí)決策支持模塊；

22、所述特征提取器子模塊，根據(jù)數(shù)字心電圖信號(hào)的特點(diǎn)，提取與心臟疾病相關(guān)的特征信息；

23、所述特征提取器子模塊還包括時(shí)域特征提取單元、頻域特征提取單元和形態(tài)特征提取單元；

24、所述時(shí)域特征提取單元，通過分析數(shù)字心電圖信號(hào)的時(shí)間序列來捕捉信號(hào)的基本特征和動(dòng)態(tài)變化；其捕捉r-r間期，其詳細(xì)步驟如下：

25、s311.1、精確識(shí)別r波的峰值位置；這可以通過閾值策略結(jié)合波形分析或者基于波峰檢測(cè)算法，如基于斜率的方法來實(shí)現(xiàn)；

26、s311.2、計(jì)算r-r間期，使用連續(xù)檢測(cè)到的r波位置，計(jì)算相鄰兩個(gè)r波之間的時(shí)間間隔，即r-r間期；這些間隔反映了心跳的節(jié)律性和心率變化；

27、s311.3、動(dòng)態(tài)調(diào)整的r-r間期分析，計(jì)算短時(shí)和長時(shí)r-r間期的變化趨勢(shì)，以捕捉心臟節(jié)律的動(dòng)態(tài)特征；

28、s311.4、統(tǒng)計(jì)特征提取，對(duì)計(jì)算得到的r-r間期序列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)特征提取；如平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值、最小值等，這些特征有助于描述心率的基本特性和變異性；

29、所述頻域特征提取單元，通過頻譜分析捕捉心電信號(hào)在不同頻率下的能量分布；

30、所述形態(tài)特征提取單元，用于提取心電信號(hào)的波形形狀和結(jié)構(gòu)特征，其包括qrs波群、t波和st段的變化；

31、所述qrs波群提取包括以下步驟：

32、s313.1.1、對(duì)預(yù)處理后的心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行多層小波變換，選擇小波基daubechies小波和分解層數(shù)；

33、s313.1.2、通過小波分解，將心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)分解為不同頻率的子帶；便于分離出qrs復(fù)合波所在的頻段；

34、s313.1.3、將提取包含qrs復(fù)合波的主要頻段信號(hào)，進(jìn)行重構(gòu)；以突出qrs復(fù)合波的特征；

35、s313.1.4、根據(jù)重構(gòu)后的信號(hào)，計(jì)算動(dòng)態(tài)閾值；動(dòng)態(tài)閾值可以根據(jù)信號(hào)的平均幅值和標(biāo)準(zhǔn)差來設(shè)定，以適應(yīng)不同個(gè)體和心電信號(hào)的變化。

36、s313.1.5、利用自適應(yīng)閾值對(duì)信號(hào)進(jìn)行二值化處理，將qrs復(fù)合波與背景噪聲和其他波形區(qū)分開來；

37、s313.1.6、對(duì)二值化后的信號(hào)進(jìn)行形態(tài)學(xué)分析，提取qrs復(fù)合波的形態(tài)特征；這包括波形的寬度、高度、斜率等參數(shù)；

38、s313.1.7、通過形態(tài)學(xué)運(yùn)算，如膨脹、腐蝕、開運(yùn)算和閉運(yùn)算，進(jìn)一步突出qrs復(fù)合波的輪廓，便于特征提?。?/p>

39、所述t波提取包括以下步驟：

40、s313.2.1、t波區(qū)間定位，根據(jù)r波的位置，確定t波的時(shí)間窗口；是從r波的位置開始，向后取一定的時(shí)間窗口作為t波區(qū)間；

41、s313.2.2、t波峰值時(shí)間提取，在t波區(qū)間內(nèi)，尋找t波振幅最高的點(diǎn)，記錄該點(diǎn)的時(shí)間作為t波的峰值時(shí)間；

42、s313.2.3、t波傾斜度計(jì)算，使用差分法計(jì)算t波的傾斜度；

43、所述st段變化包括以下步驟：

44、s313.3.1、在qrs波群檢測(cè)的基礎(chǔ)上，確定st段的起始和終止點(diǎn)；可以采用閾值法、斜率變化法或模型擬合等方法來精確定位st段。

45、s313.3.2、st段分割和特征提取，將每個(gè)qrs波群周圍的st段切割出來，形成以qrs波群為中心的固定長度的st段窗口；

46、s313.3.3、對(duì)每個(gè)st段窗口進(jìn)行特征提取；

47、形狀特征，包括st段的平均斜率和最大變化率，反映st段的傾斜程度和變化速率；

48、頻譜特征，進(jìn)行st段信號(hào)的頻譜分析，提取頻率分布特征，包括主要頻率成分和功率譜密度，揭示st段的頻域特性；

49、時(shí)頻特征：使用時(shí)頻分析方法，如小波變換或時(shí)頻變換獲取st段的時(shí)變特性，檢測(cè)st段內(nèi)部的動(dòng)態(tài)變化。

50、統(tǒng)計(jì)特征，計(jì)算st段窗口內(nèi)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征，包括均值、方差、偏度和峰度，描述st段的分布和形態(tài)；

51、s313.3.4、動(dòng)態(tài)st段變化分析，計(jì)算相鄰st段特征的變化率，或應(yīng)用窗口移動(dòng)技術(shù)分析連續(xù)時(shí)間內(nèi)的st段變化趨勢(shì)；

52、所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型子模塊，利用特征提取器子模塊提取的特征，應(yīng)用決策樹c4.5算法進(jìn)行心電信號(hào)的分類和診斷；

53、所述實(shí)時(shí)決策支持子模塊，根據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸出和特征提取器的結(jié)果，提供實(shí)時(shí)的決策支持。

54、優(yōu)選地，所述多信道檢測(cè)模塊包括信道狀態(tài)監(jiān)測(cè)子模塊、信道選擇子模塊、信道編碼解碼子模塊、信號(hào)校正子模塊和異常信道處理子模塊；

55、所述信道狀態(tài)監(jiān)測(cè)子模塊，持續(xù)監(jiān)測(cè)每個(gè)心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)通道的連接狀態(tài)和數(shù)據(jù)接收質(zhì)量，并分析接收到的信號(hào)質(zhì)量；

56、所述信道選擇子模塊，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載和信號(hào)質(zhì)量，選擇最佳的信道組合進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，根據(jù)預(yù)設(shè)條件，自動(dòng)切換到備用信道；以應(yīng)對(duì)主信道異?；蚋蓴_，確保所有信道能夠均衡利用，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)擁塞或負(fù)載不均衡的情況；

57、所述信道編碼解碼子模塊，對(duì)心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，使用哈夫曼編碼以提高數(shù)據(jù)的抗干擾能力和傳輸質(zhì)量，在接收端對(duì)編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，其包括以下步驟：

58、s43.1、確定符號(hào)集合，將心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)波形離散化為符號(hào)集合，每個(gè)符號(hào)代表一種特定的信號(hào)狀態(tài)或頻率分量；這些符號(hào)可以是基于心電信號(hào)幅度和頻率的離散級(jí)別；

59、s43.2、統(tǒng)計(jì)符號(hào)頻率，遍歷心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)每個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的頻率；頻率越高的符號(hào)將被分配到更短的編碼，以提高編碼效率；

60、s43.3、構(gòu)建哈夫曼樹，根據(jù)符號(hào)的頻率構(gòu)建哈夫曼樹，頻率較低的符號(hào)將作為葉子節(jié)點(diǎn)，頻率較高的符號(hào)將位于樹的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)：構(gòu)建哈夫曼樹的過程確保了頻率高的符號(hào)具有最短的編碼長度；

61、s43.4、生成哈夫曼編碼表，從構(gòu)建好的哈夫曼樹中，通過遍歷樹的路徑生成每個(gè)符號(hào)的哈夫曼編碼，左子樹路徑添加0，右子樹路徑添加1，使得每個(gè)符號(hào)將有一個(gè)唯一的哈夫曼編碼；

62、s43.5、進(jìn)行編碼，將離散化后的心電信號(hào)符號(hào)序列，根據(jù)生成的哈夫曼編碼表，逐個(gè)符號(hào)進(jìn)行編碼，將每個(gè)符號(hào)替換為其對(duì)應(yīng)的哈夫曼編碼序列；

63、所述信號(hào)校正子模塊，分析和校正接收到的心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)；以消除傳輸過程中可能引入的誤差或畸變，進(jìn)行信號(hào)濾波處理，去除噪音和干擾，優(yōu)化信號(hào)質(zhì)量，實(shí)施數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，如重采樣、時(shí)域校正等，使得輸出的心電圖數(shù)據(jù)符合醫(yī)學(xué)上的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

64、所述異常信道處理子模塊，檢測(cè)并識(shí)別異常的信道或通信問題；如信號(hào)中斷、嚴(yán)重干擾等，針對(duì)不同類型的異常情況，自動(dòng)執(zhí)行預(yù)設(shè)的應(yīng)急處理策略。

65、優(yōu)選地，所述噪聲抑制模塊包括噪聲識(shí)別子模塊、電磁干擾濾除子模塊、肌電干擾抑制子模塊、運(yùn)動(dòng)偽跡校正子模塊、自適應(yīng)濾波子模塊、噪聲消除子模塊和非自由基環(huán)境適應(yīng)子模塊；

66、所述噪聲識(shí)別子模塊，通過分析心電信號(hào)的頻譜和時(shí)域特征，識(shí)別并標(biāo)記可能干擾心電信號(hào)的噪聲成分；

67、所述電磁干擾濾除子模塊，使用帶阻濾波器去除由電源線和無線設(shè)備引起的電磁干擾；

68、所述肌電干擾抑制子模塊，通過肌電信號(hào)的特征識(shí)別和差異化處理，減少肌電活動(dòng)對(duì)心電信號(hào)的干擾；

69、所述運(yùn)動(dòng)偽跡校正子模塊，利用運(yùn)動(dòng)檢補(bǔ)償算法，識(shí)別并減少因患者移動(dòng)而引起的運(yùn)動(dòng)偽跡，確保心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和分析；

70、所述自適應(yīng)濾波子模塊，根據(jù)識(shí)別的環(huán)境噪聲特性，自適應(yīng)地調(diào)整濾波器的參數(shù)，以最大限度地去除噪聲，同時(shí)保留心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)的有效信息；

71、所述噪聲消除子模塊，針對(duì)噪聲識(shí)別子模塊標(biāo)記的噪聲成分，從心電信號(hào)中去除已被識(shí)別的各類噪聲成分；

72、所述非自由基環(huán)境適應(yīng)子模塊，分析和適應(yīng)非自由基環(huán)境對(duì)心電檢測(cè)功能的影響，通過調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)或算法來提高在非自由基環(huán)境下的檢測(cè)準(zhǔn)確性。

73、優(yōu)選地，所述輸出模塊包括顯示器子模塊和報(bào)警器子模塊；

74、所述顯示子模塊，采用液晶顯示屏或觸摸屏，直觀展示心電圖分析結(jié)果；

75、所述報(bào)警子模塊，通過聲音、震動(dòng)或光信號(hào)，及時(shí)提醒用戶或醫(yī)護(hù)人員注意異常心電圖。

76、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明設(shè)計(jì)一種心電圖無線采集分析系統(tǒng)，通過采集的心電圖信號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過所述智能分析模塊進(jìn)行心電特征提取并利用決策樹c4.5算法進(jìn)行自動(dòng)分析和診斷，將從時(shí)域、頻域喝形態(tài)提取的特征中篩選出最具區(qū)分性的特征，減少特征空間，避免過擬合，通過構(gòu)建決策樹，選擇最佳分裂節(jié)點(diǎn)，通過信息增益比來優(yōu)化決策過程，將訓(xùn)練好的模型應(yīng)用于實(shí)時(shí)心電圖信號(hào)分析，快速提供診斷結(jié)果，通過剪枝減少?zèng)Q策樹的復(fù)雜度，避免過擬合，提高模型的泛化能力，確定哪些特征對(duì)診斷最為關(guān)鍵，優(yōu)化特征提取過程，捕捉心臟節(jié)律的短時(shí)和長時(shí)變化趨勢(shì)，提取qrs復(fù)合波、t波和st段的形態(tài)特征，識(shí)別異常變化，結(jié)合時(shí)域、頻域和形態(tài)特征，能夠識(shí)別心電圖中的異常波形和節(jié)律，提高心電檢測(cè)的效率，所述多信道檢測(cè)模塊通過并行處理多信道數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高檢測(cè)效率，所述噪聲抑制模塊抑制非自由基環(huán)境，電磁和患者自身肌肉動(dòng)作的影響，使得心電檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。