用于耳部心电图 R 波检测的深层匹配滤波器
信号处理
2023-05-24 v1
摘要
耳部心电图（Ear-ECG）通过测量可使用嵌入耳机内的电极获取与心脏活动相关的电位差，提供连续的 Lead I 心电图（ECG）。Ear-ECG 在可穿戴性与舒适度上的显著提升常伴随信号质量的相应退化——这是大多数可穿戴技术共有的常见障碍。我们旨在通过引入一种用于可穿戴 ECG 中 R 波高精度检测的深层匹配滤波器（Deep-MF）来解决此问题，从而增强 Ear-ECG 在真实场景中的效用。Deep-MF 由一个编码器阶段（作为编码器-解码器模块的一部分训练以重建真实 ECG）和一个 R 波分类器阶段组成。通过其作为匹配滤波器的运作，编码器在输入信号中搜索与 ECG 模板模式的匹配，随后用卷积层滤波匹配项并选取对应真实 ECG 匹配的峰值。如此浓缩的 R 波信息潜表示被送入一个简单的 R 波分类器，其输出给出精确的 R 波位置。所提 Deep 匹配滤波器在 36 名年龄 18–75 岁的受试者上采用留一交叉验证评估，Deep-MF 在噪声 ECG 的 R 波检测中优于现有算法。Deep-MF 取得中位 R 波召回率 94.9%、中位精度 91.2% 及（AUC）值 0.97。此外，我们证明 Deep 匹配滤波器算法不仅在训练过程中保留初始化的 ECG 核结构，还放大其认为最有价值的 ECG 部分。总体而言，Deep 匹配滤波器是 Ear-ECG 真实世界功能的有价值进步，并以其可解释运作促进深度学习模型在电子健康中的接受。
引用
@article{arxiv.2305.14102,
title = {A Deep Matched Filter For R-Peak Detection in Ear-ECG},
author = {Harry J. Davies and Ghena Hammour and Marek Zylinski and Amir Nassibi and Danilo P. Mandic},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.14102},
year = {2023}
}
备注
7 pages, 7 figures