一種去除心電信號基線漂移的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種去除心電信號基線漂移的方法，包括：步驟1)確定小波分解層數(shù)步驟，包括：通過信號的采樣率與心電信號的有效頻帶，確定出小波分解的層數(shù)；步驟2)進(jìn)行小波分解步驟，包括：根據(jù)步驟1中確定的小波分解層數(shù)，采樣用小波分析對心電信號進(jìn)行J層分解，每層的小波高頻系數(shù)分別為：CD1，CD2，……，CDJ，低頻系數(shù)為：CAJ；步驟3)小波系數(shù)處理及信號重構(gòu)步驟，包括：分別將步驟2中的高頻系數(shù)與低頻系數(shù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理后的小波系數(shù)進(jìn)行小波重構(gòu)；步驟4)移動平均濾波步驟，包括：對步驟3中重構(gòu)的信號進(jìn)行移動平均濾波，得到心電信號的基線漂移值；步驟5)去除基線漂移步驟，包括：通過原始心電信號減去步驟四中的基線偏移值，即得到了去除基線漂移后的信號。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及生物醫(yī)學(xué)信號噪聲處理
，尤其涉及小波分析結(jié)合窗口移動平均濾波去除心電信號基線漂移的方法。
技術(shù)介紹
心電信號(Electrocardiogram，ECG)是人類最早研究并應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)的生物電信號之一，它反映了心臟在興奮產(chǎn)生、傳導(dǎo)和恢復(fù)過程中的電變化，是心臟電活動的一種客觀表示，在不同層面上反映了心臟的工作狀態(tài)，對于心臟疾病的臨床診斷和治療具有非常重要的參考價值。心電信號是一種微弱的生物電信號，其幅度為毫伏(mV)級，很容易受到外界環(huán)境的影響。在對心電記錄的過程中，被記錄者身體的活動、呼吸、各種通訊設(shè)備等都會對記錄過程產(chǎn)生較大的干擾,這些干擾對于信號檢測的正確性有很大的影響。心電信號主要受到以下三種類型噪聲的干擾：1工頻噪聲：工頻噪聲是由帶電系統(tǒng)產(chǎn)生的一種干擾，呈現(xiàn)的形態(tài)類似在純凈心電信號上出現(xiàn)正弦波以及類似正弦波的波形。這種類型的噪聲頻率一般為50Hz或60Hz，且其幅值不高，為該心電信號波形最高幅度的50％左右。2肌電噪聲：肌電噪聲是由于肌肉緊張以及人身體的移動造成的，該類噪聲的頻率為0-10kHz，與均值高斯噪聲相似，所以一般并不是很明顯，這類噪聲一般表現(xiàn)比較微弱，可以把肌電干擾看成是瞬間產(chǎn)生的零均值帶限噪聲。3基線漂移噪聲：ECG中的基線漂移干擾在心電信號處理中是常見的情況，由被記錄者呼吸時引起的，沒有辦法避免，基線漂移的噪聲幅度比較低，基線漂移頻率在0.05Hz到2Hz之間，同時該曲線比較平緩，跟正弦波形相似，不易去除。去除以上三種類型的噪聲主要方法有：去除工頻噪聲的方法比較多，主要包括：平滑濾波、IIR濾波、FIR濾波、自適應(yīng)濾波等，比較成熟的做法是利用陷波濾波。每種方法均有其各自的優(yōu)劣點，工程應(yīng)用中根據(jù)實際的應(yīng)用需求選擇合適的方法；去除肌電噪聲，對于肌電噪聲一般可以采取高通濾波結(jié)合硬件上采取上限頻率為100Hz的低通濾波器進(jìn)行消除；去除基線噪聲，一般有傳統(tǒng)的高通濾波和小波變換等方法，由于基線偏移噪聲的頻率比較低(一般為0-0.05Hz)，設(shè)計高通濾波器時所需要的濾波階數(shù)特別大，計算量大，占用計算資源多；同樣，在利用小波分析的方法進(jìn)行時，由于其基于卷積運算，在去除基線漂移時要將信號分解到十層之后(特別是信號采樣率大的情況下)，計算量大，對計算資源要求高，不利于實時處理。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種去除心電信號基線漂移的方法，用于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題。本專利技術(shù)解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下：一種去除心電信號基線漂移的方法，包括：步驟1)確定小波分解層數(shù)步驟，包括：通過信號的采樣率與心電信號的有效頻帶，確定出小波分解的層數(shù)；步驟2)進(jìn)行小波分解步驟，包括：根據(jù)步驟1中確定的小波分解層數(shù)，采樣用小波分析對心電信號進(jìn)行J層分解，每層的小波高頻系數(shù)分別為：CD1，CD2，……，CDJ，低頻系數(shù)為：CAJ；步驟3)小波系數(shù)處理及信號重構(gòu)步驟，包括：分別將步驟2中的高頻系數(shù)與低頻系數(shù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理后的小波系數(shù)進(jìn)行小波重構(gòu)；步驟4)移動平均濾波步驟，包括：對步驟3中重構(gòu)的信號進(jìn)行移動平均濾波，得到心電信號的基線漂移值；步驟5)去除基線漂移步驟，包括：通過原始心電信號減去步驟四中的基線偏移值，即得到了去除基線漂移后的信號。優(yōu)選的是，步驟1)中，確定小波分解層數(shù)時，按如下式子進(jìn)行：J＝log2(Fs/f)其中：J為小波分解層數(shù)，F(xiàn)s為心電信號的采樣率，f為心電信號的有效頻帶最大值。優(yōu)選的是，步驟2和步驟3中，進(jìn)行小波分解與重構(gòu)采用的小波函數(shù)均為Haar函數(shù)。優(yōu)選的是，步驟3中，對將步驟2中的高頻系數(shù)與低頻系數(shù)進(jìn)行處理，包括：將小波各層高頻濾波系數(shù)全置0，即：CA1’＝CA2’＝…...＝CAJ’＝0；低頻系數(shù)保持不變，CAJ’＝CAJ。優(yōu)選的是，步驟3)中，信號重構(gòu)步驟中，采取Mallat算法。優(yōu)選的是，移動平均濾波步驟中，具體包括：其中x[n]為輸入信號，y[n]為輸出信號，n為正整數(shù)，取移動平均算法的M值為500。本專利技術(shù)采取了上述方案以后，確定了小波變換的層數(shù)，不用將小波分解至十幾層，極大的降低了計算復(fù)雜度，有針對性的處理感興趣頻帶的信號，減小了其他頻帶噪聲的影響，提高了信號的質(zhì)量。本專利技術(shù)的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本專利技術(shù)而了解。本專利技術(shù)的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。附圖說明下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的描述，以使得本專利技術(shù)的上述優(yōu)點更加明確。其中，圖1是本專利技術(shù)去除心電信號基線漂移的方法中PTB數(shù)據(jù)庫中第s0016lrem號數(shù)據(jù)第二導(dǎo)聯(lián)信號的示意圖；圖2是本專利技術(shù)去除心電信號基線漂移的方法中小波分解計算各層系數(shù)的示意圖；圖3是本專利技術(shù)去除心電信號基線漂移的方法中小波重構(gòu)及移動平均濾波的示意圖；圖4是本專利技術(shù)去除心電信號基線漂移的方法中重構(gòu)后的信號的示意圖；圖5本專利技術(shù)去除心電信號基線漂移的方法中基線漂移信號的示意圖；圖6本專利技術(shù)去除心電信號基線漂移的方法中去除基線漂移后信號的示意圖；圖7是本專利技術(shù)去除心電信號基線漂移的方法中患者I心電信號及去基線漂移后信號的示意圖；圖8是本專利技術(shù)去除心電信號基線漂移的方法中患者II心電信號及去基線漂移后信號的示意圖；圖9是本專利技術(shù)去除心電信號基線漂移的方法中患者III心電信號及去基線漂移后信號的示意圖。具體實施方式以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細(xì)說明本專利技術(shù)的實施方式，借此對本專利技術(shù)如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本專利技術(shù)中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本專利技術(shù)的保護(hù)范圍之內(nèi)。另外，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機(jī)可執(zhí)行指令的計算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。具體來說，本專利技術(shù)針對在心電信號基線漂移去噪中存在的問題，提供了一種新的解決方法：通過一種小波變換與移動平均濾波結(jié)合的方法，去除心電信號的基線漂移噪聲。具體步驟如下：一種去除心電信號基線漂移的方法，包括：步驟1)確定小波分解層數(shù)步驟，包括：通過信號的采樣率與心電信號的有效頻帶，確定出小波分解的層數(shù)；步驟2)進(jìn)行小波分解步驟，包括：根據(jù)步驟1中確定的小波分解層數(shù)，采樣用小波分析對心電信號進(jìn)行J層分解，每層的小波高頻系數(shù)分別為：CD1，CD2，……，CDJ，低頻系數(shù)為：CAJ；步驟3)小波系數(shù)處理及信號重構(gòu)步驟，包括：分別將步驟2中的高頻系數(shù)與低頻系數(shù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理后的小波系數(shù)進(jìn)行小波重構(gòu)；步驟4)移動平均濾波步驟，包括：對步驟3中重構(gòu)的信號進(jìn)行移動平均濾波，得到心電信號的基線漂移值；步驟5)去除基線漂移步驟，包括：通過原始心電信號減去步驟四中的基線偏移值，即得到了去除基線漂移后的信號。本專利技術(shù)采取了上述方案以后，確定了小波變換的層數(shù)，不用將小波分解至十幾層，極大的降低了計算復(fù)雜度，有針對性的處理感興趣頻帶的信號，減小了其他頻帶噪聲的影響，提高了信號的質(zhì)量。其中，更進(jìn)一步的實施例中，優(yōu)選的是，步驟1)中，確定小波分解層數(shù)時，按如下式子進(jìn)行：J＝log2(Fs/本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種去除心電信號基線漂移的方法，其特征在于，包括：步驟1)確定小波分解層數(shù)步驟，包括：通過信號的采樣率與心電信號的有效頻帶，確定出小波分解的層數(shù)；步驟2)進(jìn)行小波分解步驟，包括：根據(jù)步驟1中確定的小波分解層數(shù)，采樣用小波分析對心電信號進(jìn)行J層分解，每層的小波高頻系數(shù)分別為：CD1，CD2，……，CDJ，低頻系數(shù)為：CAJ；步驟3)小波系數(shù)處理及信號重構(gòu)步驟，包括：分別將步驟2中的高頻系數(shù)與低頻系數(shù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理后的小波系數(shù)進(jìn)行小波重構(gòu)；步驟4)移動平均濾波步驟，包括：對步驟3中重構(gòu)的信號進(jìn)行移動平均濾波，得到心電信號的基線漂移值；步驟5)去除基線漂移步驟，包括：通過原始心電信號減去步驟四中的基線偏移值，即得到了去除基線漂移后的信號。

【技術(shù)特征摘要】
2016.08.12 CN 20161066442131.一種去除心電信號基線漂移的方法，其特征在于，包括：步驟1)確定小波分解層數(shù)步驟，包括：通過信號的采樣率與心電信號的有效頻帶，確定出小波分解的層數(shù)；步驟2)進(jìn)行小波分解步驟，包括：根據(jù)步驟1中確定的小波分解層數(shù)，采樣用小波分析對心電信號進(jìn)行J層分解，每層的小波高頻系數(shù)分別為：CD1，CD2，……，CDJ，低頻系數(shù)為：CAJ；步驟3)小波系數(shù)處理及信號重構(gòu)步驟，包括：分別將步驟2中的高頻系數(shù)與低頻系數(shù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理后的小波系數(shù)進(jìn)行小波重構(gòu)；步驟4)移動平均濾波步驟，包括：對步驟3中重構(gòu)的信號進(jìn)行移動平均濾波，得到心電信號的基線漂移值；步驟5)去除基線漂移步驟，包括：通過原始心電信號減去步驟四中的基線偏移值，即得到了去除基線漂移后的信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除心電信號基線漂移的方法，其特征在于，步驟1)中，確定小波分解層數(shù)時，按如下...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅偉，朱國永，
申請(專利權(quán))人：武漢中旗生物醫(yī)療電子有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42