[發(fā)明專利]一種可在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)的心電去噪小波算法

無效

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• 申請日: 2010-05-11
• 公開（公告）號: CN102240208A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪家旺;朱為;翁羽潔;孫立艷
• 申請（專利權(quán)）人: 南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院;汪家旺
• 主分類號: A61B5/0402
• 分類號: A61B5/0402
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)的心電去噪小波算法，特別適用于袖珍便攜式移動(dòng)多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀。

背景技術(shù)

心電活動(dòng)是心臟的基本活動(dòng)，心電圖的臨床應(yīng)用已有上百年的歷史，盡管科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使臨床診斷技術(shù)越來越現(xiàn)代化，但心電圖至今仍是臨床診斷心血管疾病的主要輔助手段，尤其是在缺血性心臟病、各種心律失常的診斷等方面仍具有獨(dú)特的作用。

心電信號是一種微弱的生物電信號，信號幅度小于5mv，頻率范圍在0.05～250HZ之間，其能量主要集中在0.25～35HZ之間，又由于在對心電信號進(jìn)行處理的過程中，不免會(huì)混入各種噪聲和干擾，因而很容易引起心電信號的畸變，甚至掩蓋了原始心電波形中的特征信息，

其中主要的噪聲干擾有以下三種：

1)工頻干擾頻率為50HZ，表現(xiàn)為有規(guī)律的正弦波，輕者可致心電圖不整齊，干擾較大時(shí)可致心電無法辨認(rèn)。是由于周圍環(huán)境有交流電設(shè)備、病人肢體接觸鐵床、導(dǎo)聯(lián)線接觸不良或斷裂等原因產(chǎn)生。

2)肌電干擾頻率多在10～300HZ之間，在心電圖中表現(xiàn)為一系列不規(guī)則的細(xì)小芒刺，較易誤診為心房顫動(dòng)波。是由于室溫過低、被檢者精神過分緊張、電極板與皮膚接觸過緊等原因產(chǎn)生。

3)基線漂移頻率多在1HZ以下，表現(xiàn)為心電圖基線上下擺動(dòng)或突然升降，對準(zhǔn)確判斷S_T段有影響。是由于被檢測者呼吸不穩(wěn)、導(dǎo)聯(lián)線牽拉過緊、電極板與皮膚接觸不良等原因產(chǎn)生。

傳統(tǒng)小波變換的時(shí)頻定位特性在去除心電信號的噪聲中有非常好的效果，但由于其基于卷積運(yùn)算，而且在去除基線漂移時(shí)要將信號分解到十層左右，因此計(jì)算量大，計(jì)算復(fù)雜度高，對存儲空間的需求高，不利于實(shí)時(shí)處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有的心電去噪方法存在的弊端，提出了一種新的解決方法：使用一種提升小波和中值濾波相結(jié)合的算法去除心電信號中的三種噪聲。提升小波是一種更為快速有效的小波變換實(shí)現(xiàn)方法，它不依賴于傅里葉變換，繼承了第一代小波的多分辨率特性，采用提升小波將原始信號分解為三層，保留第三層的低頻信號，然后用中值濾波去除信號中的基線漂移，最后利用提升小波重構(gòu)算法重構(gòu)濾波之后的心電信號。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)算量低、原位運(yùn)算、節(jié)省存儲空間、逆變換可以直接反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)等，而且Daubechies已經(jīng)證明，任何離散小波變換都可以被分解成為一系列簡單的提升步驟。

在提升小波算法的實(shí)現(xiàn)過程中結(jié)合了兩種小波的優(yōu)點(diǎn)，在不同的層數(shù)用不同的小波進(jìn)行分解，第一層用haar小波，是由于haar小波算法相對簡單，而且對于基線漂移的去除有一定的效果，第二層用bior4.4小波，第三層用sym8小波，對于同時(shí)去除工頻干擾和肌電干擾有較好的效果。

綜合以上結(jié)果，可以得出：

(1)提升小波結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)算量低的特點(diǎn)，適合單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。

(2)提升小波可以在不同的分解層用不同的小波，可以更好的去除多種干擾噪聲。

(3)在分解后的低頻信號中做中值濾波，減少了計(jì)算點(diǎn)數(shù)，有利于降低計(jì)算量。

附圖說明

圖1為提升小波的構(gòu)造。

圖2為實(shí)驗(yàn)采用的采集系統(tǒng)框圖。

圖3為原始心電信號及含噪聲信號。

圖4在第三層分解后采用中值濾波去基線漂移。

圖5三種去噪方法去混合噪聲對比。

圖6三種去噪方法對實(shí)際心電信號去噪對比。

具體實(shí)施方式

1.提升小波的構(gòu)造

提升小波的構(gòu)造分為三個(gè)過程，包括分解、預(yù)測和更新，圖1為提升小波的構(gòu)造具體框圖。

1)分解

將原始信號S分解成兩個(gè)部分。可以有多種分解方法，最簡單的是奇偶分解，本研究中用到的就是這種方法，根據(jù)信號的下標(biāo)將信號分解為和，其中j表示第j層信號，這種分解產(chǎn)生的小波稱為懶小波。公式如下：