【心电信号ECG】基于支持向量机SVM心电图心搏检测与分类附Matlab复现含文献

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简介: ✅作者简介:热爱科研的Matlab仿真开发者,擅长数据处理、建模仿真、程序设计、完整代码获取、论文复现及科研仿真。🍎 往期回顾关注个人主页:Matlab科研工作室 👇 关注我领取海量matlab电子书和数学建模资料 🍊个人信条:格物致知,完整Matlab代码获取及仿真咨询内容私信。🔥 内容介绍 摘要——在第三项任务中,我们开发了一种基于支持向量机(SVM)的心电图(ECG)节律分类流程,利用MIT- BIH 心律失常数据库区分正常与异常心搏。通过潘-

✅作者简介:热爱科研的Matlab仿真开发者,擅长数据处理、建模仿真、程序设计、完整代码获取、论文复现及科研仿真。

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🔥 内容介绍
摘要——在第三项任务中,我们开发了一种基于支持向量机(SVM)的心电图(ECG)节律分类流程,利用MIT- BIH 心律失常数据库区分正常与异常心搏。通过潘-汤普金斯算法处理五份记录的ECG信号以检测QRS波群,随后提取形态学、时间及频谱特征。评估了两种特征配置:基线配置(8个特征)和扩展配置(12个特征)。采用 RBF 核训练的 SVM 模型在扩展特征集中实现了更高的分类准确率,同时提升了敏感性和特异性。通过混淆矩阵和基于主成分分析(PCA)的特征分离等可视化手段,验证了该方法在真实ECG监测场景中检测心律失常的有效性。

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⛳️ 运行结果
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📣 部分代码
= 1).';

% right_ind = find(diff([poss_reg.' 0]) == -1).';

%

% % R, Q, S detection

% R_loc = zeros(numel(left_ind), 1);

% Q_loc = zeros(numel(left_ind), 1);

% S_loc = zeros(numel(left_ind), 1);

% for i = 1:numel(left_ind)

% [~, R_loc(i)] = max(ecg_m(left_ind(i):right_ind(i)));

% R_loc(i) = R_loc(i)-1+left_ind(i);

% [~, Q_loc(i)] = min(ecg_m(left_ind(i):R_loc(i)));

% Q_loc(i) = Q_loc(i)-1+left_ind(i);

% [~, S_loc(i)] = min(ecg_m(R_loc(i):right_ind(i)));

% S_loc(i) = S_loc(i)-1+R_loc(i);

% end

%

% % Clean incomplete edges

% if R_loc(1)*ts < 0.2

% Q_loc(1) = []; R_loc(1) = []; S_loc(1) = [];

% left_ind(1) = []; right_ind(1) = [];

% end

% if (numel(ecg_m)-R_loc(end))*ts < 0.2

% Q_loc(end) = []; R_loc(end) = []; S_loc(end) = [];

% left_ind(end) = []; right_ind(end) = [];

% end

% n_beats_det = numel(R_loc);

%

% % P and T detection

% P_loc = zeros(n_beats_det, 1);

% T_loc = zeros(n_beats_det, 1);

% for i = 1:n_beats_det

% pL = max(1, left_ind(i) - round(0.2 * fs));

% pR = left_ind(i);

% [~, p] = max(ecg_m(pL:pR));

% P_loc(i) = pL + p - 1;

%

% tL = right_ind(i);

% tR = min(numel(ecg_m), tL + round(0.4 * fs));

% [~, t] = max(ecg_m(tL:tR));

% T_loc(i) = tL + t - 1;

% end

%

% % Feature Extraction

% RS_width = ts * (S_loc - R_loc);

% QS_width = ts * (S_loc - Q_loc);

% QR_width = ts * (R_loc - Q_loc);

% pre_RR_int = [0; ts * diff(R_loc)];

% post_RR_int = [pre_RR_int(2:end); 0];

%

% MPSD = zeros(n_beats_det, 1);

% area_QR = zeros(n_beats_det, 1);

% area_RS = zeros(n_beats_det, 1);

% for i = 1:n_beats_det

% MPSD(i) = mean(abs(fft(ecg_m(P_loc(i):T_loc(i)))).^2);

% area_QR(i) = trapz(ecg_m(Q_loc(i):R_loc(i)));

% area_RS(i) = trapz(ecg_m(R_loc(i):S_loc(i)));

% end

%

% features = [QS_width, pre_RR_int, post_RR_int, QR_width, RS_width, MPSD, area_QR, area_RS];

% end

function [features, R_loc, Q_loc, S_loc, P_loc, T_loc, n_beats_det, left_ind, right_ind] = extract_ecg_features(ecg_m, ecg_MW, fs, template_normal)

ts = 1/fs;



% === Thresholding and region detection ===

poss_reg = (ecg_MW > mean(ecg_MW))';

left_ind = find(diff([0 poss_reg.']) == 1).';

right_ind = find(diff([poss_reg.' 0]) == -1).';



% === R, Q, S detection ===

R_loc = zeros(numel(left_ind), 1);

Q_loc = zeros(numel(left_ind), 1);

S_loc = zeros(numel(left_ind), 1);

for i = 1:numel(left_ind)

    [~, R_loc(i)] = max(ecg_m(left_ind(i):right_ind(i)));

    R_loc(i) = R_loc(i) - 1 + left_ind(i);

    [~, Q_loc(i)] = min(ecg_m(left_ind(i):R_loc(i)));

    Q_loc(i) = Q_loc(i) - 1 + left_ind(i);

    [~, S_loc(i)] = min(ecg_m(R_loc(i):right_ind(i)));

    S_loc(i) = S_loc(i) - 1 + R_loc(i);

end



% === Clean boundaries ===

if R_loc(1)*ts < 0.2

    Q_loc(1) = []; R_loc(1) = []; S_loc(1) = [];

    left_ind(1) = []; right_ind(1) = [];

end

if (numel(ecg_m)-R_loc(end))*ts < 0.2

    Q_loc(end) = []; R_loc(end) = []; S_loc(end) = [];

    left_ind(end) = []; right_ind(end) = [];

end

n_beats_det = numel(R_loc);



% === P and T detection ===

P_loc = zeros(n_beats_det, 1);

T_loc = zeros(n_beats_det, 1);

for i = 1:n_beats_det

    pL = max(1, left_ind(i) - round(0.2 * fs));

    pR = left_ind(i);

    [~, p] = max(ecg_m(pL:pR));

    P_loc(i) = pL + p - 1;



    tL = right_ind(i);

    tR = min(numel(ecg_m), tL + round(0.4 * fs));

    [~, t] = max(ecg_m(tL:tR));

    T_loc(i) = tL + t - 1;

end



% === Initialize feature arrays ===

QS_width = zeros(n_beats_det,1);

QR_width = zeros(n_beats_det,1);

RS_width = zeros(n_beats_det,1);

pre_RR_int = [0; ts * diff(R_loc)];

post_RR_int = [pre_RR_int(2:end); 0];

MPSD = zeros(n_beats_det,1);

area_QR = zeros(n_beats_det,1);

area_RS = zeros(n_beats_det,1);

auto_corr_val = zeros(n_beats_det,1);

ST_dev = zeros(n_beats_det,1);

ST_slope = zeros(n_beats_det,1);

template_corr = zeros(n_beats_det,1);



for i = 1:n_beats_det

    % === Duration Features ===

    QS_width(i) = ts * (S_loc(i) - Q_loc(i));

    QR_width(i) = ts * (R_loc(i) - Q_loc(i));

    RS_width(i) = ts * (S_loc(i) - R_loc(i));



    % === MPSD ===

    if P_loc(i) < T_loc(i)

        window = ecg_m(P_loc(i):T_loc(i));

        MPSD(i) = mean(abs(fft(window)).^2);

    else

        MPSD(i) = 0;

    end



    % === Area under QR, RS ===

    if Q_loc(i) < R_loc(i)

        area_QR(i) = trapz(ecg_m(Q_loc(i):R_loc(i)));

    else

        area_QR(i) = 0;

    end

    if R_loc(i) < S_loc(i)

        area_RS(i) = trapz(ecg_m(R_loc(i):S_loc(i)));

    else

        area_RS(i) = 0;

    end



    % === Autocorrelation ===

    if Q_loc(i) < S_loc(i)

        segment = ecg_m(Q_loc(i):S_loc(i));

        if length(segment) >= 2

            acf = xcorr(segment, 'coeff');

            acf(acf == 1 | isnan(acf)) = [];  % Remove trivial peak

            auto_corr_val(i) = max(acf(:), [], 'omitnan');

        else

            auto_corr_val(i) = 0;

        end

    else

        auto_corr_val(i) = 0;

    end



    % === ST deviation and slope ===

    st_start = S_loc(i) + round(0.02 * fs);

    st_end   = min(T_loc(i), numel(ecg_m));

    if st_end > st_start

        y = ecg_m(st_start:st_end);

        x = (st_start:st_end) * ts;

        ST_dev(i) = mean(y);

        p = polyfit(x, y, 1);

        ST_slope(i) = p(1);

    else

        ST_dev(i) = 0;

        ST_slope(i) = 0;

    end



    % === Correlation with normal template ===

    if Q_loc(i) < S_loc(i)

        beat_seg = ecg_m(Q_loc(i):S_loc(i));

        if length(beat_seg) >= 2 && length(template_normal) >= 2

            beat_seg = interp1(1:length(beat_seg), beat_seg, ...

                linspace(1,length(beat_seg), length(template_normal)), 'linear', 'extrap');

            c = corrcoef(beat_seg, template_normal);

            if size(c,1)==2 && size(c,2)==2

                template_corr(i) = c(1,2);

            else

                template_corr(i) = 0;

            end

        else

            template_corr(i) = 0;

        end

    else

        template_corr(i) = 0;

    end

end



% === Final Feature Matrix (12 features) ===

features = [QS_width, pre_RR_int, post_RR_int, ...

            QR_width, RS_width, MPSD, ...

            area_QR, area_RS, auto_corr_val, ...

            ST_dev, ST_slope, template_corr];

end

🔗 参考文献
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