[發明專利]心磁信號噪聲抑制中的信號選擇性平均方法

有效

• 申請號: 201210465494.1
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN102988041B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 劉明;張樹林;曾佳;邱陽;李華;王永良;孔祥燕;謝曉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: A61B5/0402
• 分類號: A61B5/0402
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司31002
• 代理人: 潘振甦

技術領域

本發明涉及一種心磁信號噪聲抑制中的信號選擇性平均方法，更確切地說，本發明涉及一種應用于心磁信號噪聲抑制的信號選擇性平均方法。

背景技術

超導量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，SQUID)是目前已知最靈敏的磁通傳感器，典型低溫超導SQUID的磁場靈敏度為3-5fT/sqrt(Hz)。作為SQUID的一個重要應用領域，經臨床研究證明，心磁系統在心臟疾病診斷、功能研究等方面有獨特的應用潛力【V.Pizzela etal，Supercond.Sci.Technol.14(2001)R79-R114】。

心磁系統采集獲得的信號包括有用信號及噪聲干擾，其中噪聲包括白噪聲、非白噪聲、外界環境干擾，以及一些來自信號本身的變化、局部信號異常等。經過預處理后，心磁信號所得的結果中仍然存在一些‘頑固’噪聲，如脈沖、隨機出現的擾動及局部顯著的信號毛刺等。為了消除這些干擾噪聲，多周期平均處理得到了廣泛地使用。

平均是生物醫學信號處理過程中常用的提高周期或準周期信號質量的最常用方法之一，在心磁信號處理中被廣泛使用。在心磁信號平均處理中，通過采集同步心電信號，以心電信號的R峰為基準進行截斷平均。目前，最常用的方法主要是對全段信號進行平均處理，該方法使得這些頑固噪聲引入到最后的平均結果中，造成信號失真。除此之外還有聚類分析法【DDiPietroPaolo，H-P Muller and S N Erne，Phys.Med.Biol.50(2005)2415-2426】，它是將每一個信號段按照信號特征劃分為樹形結構，但是由于過于精細造成復雜度較大，效率較低。

為此，探尋高效率、強實用性、易操作的心磁信號平均方法是本領域技術人員努力追求的目標之一，同時在實際應用和分析方面具有十分重要的意義，構筑成本發明的構思。

發明內容

本發明的目的在于提供一種心磁信號噪聲抑制中的信號選擇性平均方法，所提供的方法是一種在信號噪聲抑制中的信號選擇性平均方法，所述的方法基于模版匹配的方式，通過計算模版信號與被檢信號之間的相似系數，經閾值判斷剔除部分干擾周波進行平均，以實現可選擇信號平均。

本發明所述的信號選擇性平均方法是：

（1）查找與待處理心磁信號對應的參考心電信號R峰，以對應心電信號R峰為基準，將心磁信號分割為各個獨立周波；進行心磁的單周波分段；

（2）將待處理信號進行全平均處理，獲取的平均信號結果作為初級模版；

（3）計算每一原始分段周波信號與初級模版之間的相似系數，與設定的初閾值進行比較，識別并剔除波形變化較大的周波段，將保留下來的周波段進行平均，獲得最終模版信號；

相似系數γ代表兩者之間的相似程度，定義為：

γ=1-δ

δ為差值系數，反映了當前信號與模版信號在各時間點上的形狀差異：

其中，C_k為模版信號，X_k為被檢信號。在波形識別過程中，相似系數對信號的幅度變化及波寬更為敏感，對于波形變化的識別能力更強。

閾值大小決定信號選擇剔除的程度，直接影響模版信號的優劣，因此選擇合適的閾值是十分關鍵的。不合理的閾值可能造成選擇不足或過選擇的情況發生。選擇過度，這使得信號保留的可用周波減少，所得結果的SNR較差，無法體現相干平均在抑制噪聲、提高SNR方面的優勢，相對于選擇不足，過選擇的危害更大。為了避免出現過選擇現象，采用相對閾值，定義為：

Gate＝μ×γ_mean，0≤μ≤1

其中，γ_mean為相似系數序列的均值，μ為強度因子，可以根據實際數據的情況進行選擇。

（4）重復步驟（3），模版匹配以最終模版代替初級模版獲取最終的平均心磁信號。

為了驗證本發明提供的選擇性平均方法的可用性，圖2(a)給出了一組模擬MCG信號及信號選擇結果，通過模版匹配，可識別出存在明顯干擾的周波。圖2(b)分別給出了模擬心磁全平均結果、選擇平均結果以及被剔除周波的平均結果。可以看到，全平均結果在波形上與該被剔除周波平均結果的曲線存在一定的關聯，是造成波形失真的直接來源。選擇性平均可以有效地識別存在局部干擾的周波并進行剔除，從而抑制干擾噪聲的影響。與參考信號相比，選擇平均可以更好的保持信號波形。