基于无监督学习的心冲击信号心率变异性检测方法研究

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1、分类号学号M201676166学校代码10487密级硕士学位论文基于无监督学习的心冲击信号心率变异性检测方法研究学位申请人：杨明祺学科专业：软件工程指导教师：沈刚教授答辩日期：2018.12.27AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringBallistocardiogram-BasedHeartRateVariationMonitoringUsingUnsupervisedLearnin

2、gCandidate:YangMingqiMajor:SoftwareEngineeringSupervisor:Prof.ShenGangHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaDecember,2018独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中以

3、明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：＞口曰曰期：７年／月ｆ学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。库进行检索，可保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密沭“”内打Ｖ）（请在以上方框指导教师签名

4、：轧Ｉｆ学位论文作者签名：杨朝４名Ｈ｜日日期上丨啊１月日年／月？７日期华中科技大学硕士学位论文摘要连续的心率变异性（HRV）监测是诊断和预防致命性心血管疾病的重要措施。传统的心率检测设备往往需要专业的人士进行操作，将电机放置在患者的身体部位，并且需要患者进行配合。由于最近可穿戴装置的发展，可以在很长一段时间内收集心冲击（BCG）信号，而不使患者的正常活动收到限制。然而，患者的身体活动可能会严重干扰BCG信号的采样，从而导致信号质量下降。这给识别信号的心跳周期和心率变异性带来很大的困难。提出了一种使用无监督学习框

5、架来估计每一个心跳间隔的方法。在预处理阶段，使用支持向量机（SVM）去除异常信号，然后用巴特沃兹带通滤波器来获得去除呼吸分量后的BCG信号。接下来将通过聚类的方式学习到信号的心跳周期模式。首先通过高斯混合模型的方法找到包涵局部峰信号段的聚类中心，然后利用极差找出候选心跳尖峰所在的簇，并且根据候选心跳尖峰得到BCG信号的心跳模式。接下来根据学习到的心跳模型对BCG信号做相关性分析，使用相关系数来对信号进行滤波，以期望突出信号中的心跳尖峰。最后根据滑动局部最大值的持续时间来预测心跳尖峰，同时可以得到心率变异性（HRV），并且可

6、以在中值滤波的帮助下，去除一些明显的异常值。通过对10个具有不同性别，年龄，体重，身高的测试者同时采集BCG信号与ECG（心电图）信号，共得到10组数据。以对BCG信号提取的心率变异性作为估计值，用ECG信号得到的心率变异性作为参考值，以此来验证所提出的方法。实验结果表明，该算法能够提供准确、可靠的估计值，并且能够处理轻微体动信号。与标准值对比，其平均绝对误差为14.73ms，准确率为95.3%，查全率为96.2%。关键词：心冲击无监督学习心率变异性I华中科技大学硕士学位论文AbstractContinuousheartr

7、atevariability(HRV)monitoringisanimportantmeasuretodiagnoseandpreventfatalcardiovasculardisease.Traditionalheartratetestingdevicesoftenrequireprofessionalpersonneltooperatethemotoronthepatient'sbodyandrequirethepatienttocooperate.Duetotherecentdevelopmentofwearabl

8、edevices,heartattack(BCG)signalscanbecollectedoveralongperiodoftimewithoutlimitingthepatient'snormalactivities.However,thepatient'sphysicalactivitymayse