[發(fā)明專利]心磁信號噪聲自適應(yīng)濾波消除設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310142565.9
• 申請日: 2013-04-23
• 公開（公告）號: CN103190898A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何怡剛;尹柏強;龍英
• 申請（專利權(quán)）人: 何怡剛
• 主分類號: A61B5/0402
• 分類號: A61B5/0402
• 代理公司: 長沙星耀專利事務(wù)所 43205
• 代理人: 姜芳蕊;寧星耀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電磁信號處理領(lǐng)域，涉及一種基于廣義S變換和奇異值分解的心磁信號噪聲自適應(yīng)濾波消除設(shè)計方法。

背景技術(shù)

心臟疾病是危害人類健康的主要疾病之一。目前，心臟功能檢測和診斷方法主要采用心電圖來檢測和分析心臟電活動。隨著磁傳感器件的發(fā)展，高溫射頻超導(dǎo)量子干涉儀作為靈敏度極高的磁傳感器件廣泛的應(yīng)用于心臟信號的測量中。高靈敏度的高溫射頻超導(dǎo)量子干涉儀在無屏蔽室內(nèi)采集到的心磁信號中存在大量的背景噪聲，其主要成份為50HZ的市電干擾及其它環(huán)境噪聲。如何從包含大量背景噪聲的含噪信號中有效的提取心磁信號及相關(guān)特征信息是心臟病診斷與治療的關(guān)鍵。在現(xiàn)已報道的心磁信號噪聲自適應(yīng)濾波消除設(shè)計方法中，主要包括三種方法：一種是基于自適應(yīng)理論的背景噪聲消除方法，自適應(yīng)理論算法適用于心磁信號及環(huán)境噪聲可同步采集情形，但不能解決無參考噪聲數(shù)據(jù)情形下的背景噪聲濾除問題。另一種是基于SVD分解和自適應(yīng)濾波的心磁信號消噪方法。該方法對無參考噪聲情形下的近周期心磁信號消噪問題具有較好消除效果，但主要缺點是其所分解的Hankel矩陣圖像特征不能提取信號及背景噪聲基本頻域特征，且在消除50HZ市電干擾時，仍需采用自適應(yīng)濾波方法。第三種是利用小波變換來處理心磁信號，采用多種小波基函數(shù)在不同尺度下進行消噪研究。結(jié)果顯示，采用symlet8小波函數(shù)進行消噪能取得了較好的濾波效果，其局局限性在于選取合適的小波基函數(shù)和尺度因子與背景噪聲強度有關(guān)，選取過程較為復(fù)雜，且在高頻段時需要強制消噪處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有心磁信號濾波設(shè)計方法中存在的上述不足和滿足非平穩(wěn)信號處理未來發(fā)展的需要，提供了一種基于廣義S變換和奇異值分解的心磁信號噪聲自適應(yīng)濾波消除設(shè)計方法。該方法通用性強，可以在無參考噪聲數(shù)據(jù)情形下解決背景噪聲濾除問題；在消除50HZ市電干擾及其它定頻干擾時，無需采用其它自適應(yīng)濾波方法；該方法實現(xiàn)簡單，噪聲抑制比高，運行速度快，能在較高信噪比的條件下，利用較少奇異值就能取得良好的濾波效果。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

心磁信號噪聲自適應(yīng)濾波消除設(shè)計方法，包括以下步驟：?(1)?對實時采集到的心磁信號進行S變換，獲得信號時頻域內(nèi)特征矩陣S變換時頻矩陣；?(2)?根據(jù)S變換時頻矩陣時頻分辨率的實時要求高低，在S變換中引入時頻調(diào)節(jié)因子????????????????????????????????????????????????、構(gòu)建廣義S變換，利用廣義S變換時頻調(diào)節(jié)因子調(diào)節(jié)信號時頻特征的時頻分辨率；?(3)?采用奇異值分解方法分解廣義S變換二維時頻特征矩陣，得到左特征時域矩陣、右特征頻域矩陣及特征值組成的對角陣，將單個奇異值對角陣分別與左右特征時域矩陣相乘得到單奇異值S變換時頻矩陣，單奇異值S變換時頻矩陣經(jīng)反S變換即可得到單個主要奇異值所對應(yīng)的信號時域成份；(4)?計算單個奇異值時域信號與高斯白噪聲（均值為0，方差為0.1）的相關(guān)系數(shù)，取相關(guān)系數(shù)r<0.5且單個奇異值占總奇異值比例大于10%的奇異值所對應(yīng)奇異矩陣區(qū)域為有效心磁信號奇異值分布區(qū)域，對有效心磁信號時頻域進行反S變換重構(gòu)信號從而實現(xiàn)心磁信號自適應(yīng)時頻濾波。

所述步驟（1）中，所述心磁信號是指工作在無磁屏蔽室條件下利用高溫射頻超導(dǎo)量子干涉儀系統(tǒng)所測量到的心臟電心理過程在軀干上面產(chǎn)生的時變磁場強度信號。

所述步驟（1）中，所述S變換是指以高斯函數(shù)為窗函數(shù)的信號短時傅里葉變換，其表達式為，式中，為時間，為頻率，為時移因子，為虛數(shù)，為表示實時連續(xù)心磁信號，為高斯窗函數(shù)，其中。

所述步驟（2）中，所述廣義S變換是指在S變換中引入時頻調(diào)節(jié)因子、，其表達式為。其中，為高斯窗幅度拉伸因子，為頻率尺度拉伸因子，為時間，為頻率，為時移因子，為虛數(shù)，為表示實時連續(xù)心磁信號。當(dāng)且僅當(dāng)，且時，廣義S變換為StockWell所提出的變換。當(dāng)或時，頻率分辨率提高，時間分辨率下降；當(dāng)或時，時間分辨率提高，頻率分辨率下降。

所述步驟（3）中，所述奇異值分解方法是指一種非退化正交矩陣分解法，在本發(fā)明中是指心磁信號經(jīng)廣義S變換后的二維時頻特征矩陣正交分解方法。