一種基于信號分段平滑的心電信號處理方法技術

一種基于信號分段平滑的心電信號處理方法，包括以下步驟：S1原始信號獲取：采集并獲取心電信號的原始數據，記為ECGraw；S2心電信號預處理：對ECGraw進行預處理操作，得到輸出信號記為ECGfiltered；S3QRS特征識別：對ECGfiltered進行QRS波群特征點識別操作；S4分段線性平滑：對ECGfiltered進行分段線性平滑濾波操作，得到輸出信號記為ECGsmooth；S5全局二階平滑：對ECGsmooth進行全局二階平滑濾波操作，得到輸出心電信號。本發明專利技術同時滿足去除高頻噪聲、去除運動干擾以及信號波形平滑需求，適用于對心電信號質量要求較高的場合，經處理的心電信號質量效果好。

A signal processing method based on signal piecewise smooth ECG signal

【技術實現步驟摘要】
一種基于信號分段平滑的心電信號處理方法
本專利技術涉及生物電信號的數字信號處理領域，尤其涉及一種基于信號分段平滑的心電信號處理方法。
技術介紹
心電信號是一種重要的人體生命體征信號，該信號通過生物電極測量人體表面的電勢差而獲得，可用于反映心臟的工作狀態和內部的特征信息，從而可對心血管相關疾病作出快速診斷。心電信號是一種幅值非常微弱的電信號，原始心電信號容易淹沒在采集過程中生成的各類噪聲中，因此需要對心電信號進行信號處理操作以達到用于疾病分析和診斷的需求。常用于心電信號處理領域的數字信號處理技術包括：數字濾波技術、小波變換技術、平滑濾波技術等。心電信號的信號處理需求包括去除高頻噪聲、去除運動干擾，以及信號波形平滑等要求，使用上述單一技術實現的心電信號處理方法難以達到全部需求，因此考慮結合已有信號處理技術以滿足上述需求。
技術實現思路
為了克服已有心電信號處理方法難以同時實現去除高頻噪聲、去除運動干擾以及信號波形平滑需求的不足，本專利技術提供了一種同時滿足去除高頻噪聲、去除運動干擾以及信號波形平滑需求的基于信號分段平滑的心電信號處理方法。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于信號分段平滑的心電信號處理方法，所述方法包括以下步驟：S1原始信號獲取：采集并獲取心電信號的原始數據，記為ECGraw；S2心電信號預處理：對ECGraw進行預處理操作，得到輸出信號記為ECGfiltered；S3QRS特征識別：對ECGfiltered進行QRS波群特征點識別操作；S4分段線性平滑：對ECGfiltered進行分段線性平滑濾波操作，得到輸出信號記為ECGsmooth；S5全局二階平滑：對ECGsmooth進行全局二階平滑濾波操作，得到輸出心電信號，記為ECGoutput。進一步，所述步驟S1中，原始信號ECGraw為數字信號，原始信號ECGraw為數字信號，其中ECGraw[n]用于表征原始信號中第n個采樣點對應的信號電壓值。所述步驟S2中，原始信號ECGraw需要進行預處理操作，信號預處理的操作步驟可包括數字陷波、數字低通濾波和小波變換去基線，經信號預處理操作得到的輸出信號記為ECGfiltered。所述步驟S3中，心電信號ECGfiltered需要進行QRS波群特征點識別操作，該步驟可識別出心電信號中每一心拍對應的Q波、R波、S波特征點，并確定每一心拍對應的QRS間期。所述步驟S4中，信號ECGfiltered需進行分段線性平滑濾波操作，包括設置線性平滑濾波的循環次數loop，同時在每次循環操作下對心電信號進行遍歷，針對非處于QRS間期內的信號采樣點進行m點線性平滑濾波操作，循環操作完成后得到步驟S4的輸出信號記為ECGsmooth。所述步驟S5中，信號ECGsmooth需進行全局二階平滑濾波操作，包括設置二階平滑濾波的循環次數loop，同時在每次循環操作下對心電信號進行遍歷，針對信號全部采樣點進行全局m點二階平滑濾波操作，循環操作完成后得到步驟S5的輸出信號記為ECGoutput，ECGoutput亦即本方法最終輸出的心電信號。本專利技術的有益效果主要表現在：通過不同數字信號處理技術的結合實現了一種全新的心電信號處理方法，可同時滿足心電信號去除高頻噪聲、去除運動干擾，以及信號波形平滑的需求。進一步，本專利技術提出的方法采用了基于心電信號波形特點的分段平滑濾波操作，該操作在保留心電信號QRS波群特征的同時，也為信號其余區間部分提供了較好的波形平滑效果。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術及其具體實施例中的技術方案，下面將對本專利技術及其具體實施例中所需使用的附圖作簡單介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術及其技術對應的一項實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術提供的一種基于信號分段平滑的心電信號處理方法的整體流程示意圖；圖2為本專利技術提供的一種基于信號分段平滑的心電信號處理方法中心電信號預處理步驟的一項實施例的流程示意圖；圖3為本專利技術提供的一種基于信號分段平滑的心電信號處理方法中分段線性平滑步驟的一項實施例的流程示意圖；圖4為本專利技術提供的一種基于信號分段平滑的心電信號處理方法中全局二階平滑步驟的一項實施例的流程示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步描述。參照圖1～圖4，一種基于信號分段平滑的心電信號處理方法，所述方法包括以下步驟：S1原始信號獲取：采集并獲取心電信號的原始數據，記為ECGraw；S2心電信號預處理：對ECGraw進行預處理操作，得到輸出信號記為ECGfiltered；S3QRS特征識別：對ECGfiltered進行QRS波群特征點識別操作；S4分段線性平滑：對ECGfiltered進行分段線性平滑濾波操作，得到輸出信號記為ECGsmooth；S5全局二階平滑：對ECGsmooth進行全局二階平滑濾波操作，得到輸出心電信號，記為ECGoutput。本實施例中，所述基于信號分段平滑的心電信號處理方法，其步驟S1中所述的原始信號ECGraw為數字信號，設ECGraw信號的采樣點個數(即信號長度)為len，其中ECGraw[n]用于表征原始信號中第n個采樣點對應的信號電壓值，滿足1≤n≤len，其他用于表征心電原始信號的方法也應當包含在本專利技術當中。參照圖2，本實施例中，所述基于信號分段平滑的心電信號處理方法，其步驟S2中需要對原始信號ECGraw進行預處理操作以得到輸出信號ECGfiltered，信號預處理的操作步驟包括數字陷波、數字低通濾波、小波變換去基線等步驟。本實施例提供的步驟S2的一種具體操作流程為：S21將ECGraw信號通過陷波頻率為50Hz的數字陷波濾波器，得到輸出信號記為ECG1；S22將ECG1信號通過陷波頻率為100Hz的數字陷波濾波器，得到輸出信號記為ECG2；S23將ECG2信號通過截止頻率為40Hz的數字低通濾波器，得到輸出信號記為ECG3；S24對ECG3信號進行小波分解及重構，提取并剔除信號基線后得到預處理操作的輸出信號，記為ECGfiltered。該步驟中所述心電信號預處理操作流程的不同順序及組合，及其他可用于進行心電信號預處理操作的方法也應當包含在本專利技術當中。本實施例中，所述基于信號分段平滑的心電信號處理方法，其步驟S3為針對ECGfiltered信號進行QRS波群特征點的識別操作，目標識別出心電信號中每一心拍對應的Q波、R波、S波特征點，并確定每一心拍對應的QRS間期。本實施例提供的步驟S3的一種具體操作流程為：首先將心電信號中所有信號值超過幅值50％的峰值點識別為R波點，再將R波波峰前60毫秒內的信號最小值點識別為Q波點，最后將R波波峰后60毫秒內的信號最小值點識別為S波點，每一心拍識別出的Q波至S波區域即為其對應的QRS間期。其他可用于實現QRS波群特征點識別的操作及方法也應當包含在本專利技術當中。參照圖3，本實施例中，所述基于信號分段平滑的心電信號處理方法，其步驟S4中需針對信號ECGfiltered進行分段線性平滑濾波操作，包括設置線性平滑濾波的循環次數loop，同時在每次循環操作下對心電信號進行遍歷，針對非處于QRS間期內的信號采樣點進行m點線性平滑濾波操作，循環操作完成后得到步驟S本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于信號分段平滑的心電信號處理方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：S1原始信號獲取：采集并獲取心電信號的原始數據，記為ECGraw；S2心電信號預處理：對ECGraw進行預處理操作，得到輸出信號記為ECGfiltered；S3QRS特征識別：對ECGfiltered進行QRS波群特征點識別操作；S4分段線性平滑：對ECGfiltered進行分段線性平滑濾波操作，得到輸出信號記為ECGsmooth；S5全局二階平滑：對ECGsmooth進行全局二階平滑濾波操作，得到輸出心電信號，記為ECGoutput。

【技術特征摘要】
1.一種基于信號分段平滑的心電信號處理方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：S1原始信號獲取：采集并獲取心電信號的原始數據，記為ECGraw；S2心電信號預處理：對ECGraw進行預處理操作，得到輸出信號記為ECGfiltered；S3QRS特征識別：對ECGfiltered進行QRS波群特征點識別操作；S4分段線性平滑：對ECGfiltered進行分段線性平滑濾波操作，得到輸出信號記為ECGsmooth；S5全局二階平滑：對ECGsmooth進行全局二階平滑濾波操作，得到輸出心電信號，記為ECGoutput。2.如權利要求1所述的一種基于信號分段平滑的心電信號處理方法，其特征在于：所述步驟S1中，原始信號ECGraw為數字信號，其中ECGraw[n]用于表征原始信號中第n個采樣點對應的信號電壓值。3.如權利要求1或2所述的一種基于信號分段平滑的心電信號處理方法，其特征在于：所述步驟S2中，原始信號ECGraw需要進行預處理操作，信號預處理的操作步驟包括數字陷波、數字低通濾波和小波變換去基線，經信號預處理操作得到的輸出信號記為ECGfiltered。4.如...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鐘一舟，李宗俊，
申請(專利權)人：杭州質子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江,33