[發(fā)明專利]一種基于GMC懲罰項的稀疏最小二乘法ECG信號分解降噪方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811136348.8 | 申請日： | 2018-09-27 |
| 公開（公告）號： | CN110946567A | 公開（公告）日： | 2020-04-03 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 舒明雷;金中一;王英龍;董安明;許繼勇 | 申請（專利權(quán)）人： | 山東省計算中心（國家超級計算濟南中心） |
| 主分類號： | A61B5/0402 | 分類號： | A61B5/0402;A61B5/04 |
| 代理公司： | 濟南泉城專利商標事務所 37218 | 代理人： | 支文彬 |
| 地址： | 250014 山東省濟*** | 國省代碼： | 山東;37 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 gmc 懲罰 稀疏 最小二乘法 ecg 信號 分解 方法 | ||
一種基于GMC懲罰項的稀疏最小二乘法ECG信號分解降噪方法，包括如下步驟：a)計算機加載原始帶噪音ECG信號數(shù)據(jù)y；b)建立低通濾波器，將ECG信號數(shù)據(jù)y進行低通濾波處理；c)得到具有原始信號特征信息的稀疏信號g；d)通過公式x＝f+g將低通濾波信號f和稀疏信號g相疊加得到干凈的信號x。由于使用GMC懲罰項，即廣義極小極大非凸懲罰項(Generalized Minimax?Concave penalty)來進行約束，既能在保證問題能找到最優(yōu)解的情況下，提高降噪過程中估計信號的精準度。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及心電圖ECG信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于GMC懲罰項的稀疏最小二乘法ECG信號分解降噪方法。
背景技術(shù)
心血管疾病一直是威脅人類生命健康的重大疾病之一，根據(jù)2017中國心血管疾病報告顯示，心血管疾病死亡占居民疾病死亡構(gòu)成的40％以上，位居首位。現(xiàn)在 預防和診治心血管疾病的最流行最有效的醫(yī)學手段是通過心電圖機產(chǎn)生的ECG 信號來判斷心臟的生理狀況。ECG是用心電圖儀測量心臟肌肉和電活動的記錄， 如附圖1所示，一個正常的心跳周期在ECG圖上表現(xiàn)出的形態(tài)主要分為4個部分： P波，QRS波群，T波，U波。這些波形每一部分都有它們所對應的正常幅值和持 續(xù)時間，通過對ECG波形的解讀可以得到多種病理信息，為疾病的確診治療指明 方向。
ECG信號的采集需要由一組電極與身體接觸采集電信號，在此過程中不可避免的會受到來自各方面因素的噪音干擾，例如：人呼吸造成的基線漂移，肌肉收縮產(chǎn) 生的肌電噪音，電極接觸所產(chǎn)生的電極噪音，這些都會使得ECG信號喪失其準確 性，降低醫(yī)生診療效率，甚至會延誤病情。為此準確的ECG降噪變得尤為重要。 目前常見的降噪方法有很多，例如：低通、高通濾波，小波降噪，經(jīng)驗模態(tài)分解 降噪(EMD)等，上述方法固然有效但亦有其不足之處：在過濾掉噪音的同時， 會造成信號的損傷，丟失重要的細節(jié)信息。例如：對R波估計不足，壓低峰值； P波降噪后消失等。所以現(xiàn)在急需一個高信息保真度的ECG降噪技術(shù)。
近些年來，信號稀疏分解降噪技術(shù)發(fā)展迅速，在信號處理各方面都表現(xiàn)處了良好的性能表現(xiàn)。在本專利中，我們將ECG信號分解為低通信號、稀疏信號以及噪音 的和，并使用低通濾波與稀疏表示技術(shù)實現(xiàn)ECG信號的降噪。其中低通濾波技術(shù) 作為一個傳統(tǒng)的降噪技術(shù)，有著運算復雜度低，計算資源需求小，降噪效果良好 并且降噪后信號曲線尤為平滑等特點，使其在ECG降噪領(lǐng)域應用極為廣泛。但美 中不足的是無法完美的保存信號中的細節(jié)信息。而在目前的信號處理領(lǐng)域，對稀 疏表示理論的應用的研究正方興未艾，其原理是將原信號使用盡可能少的元素來 表示，即提煉出原信號中的特征元素，這樣既能降低數(shù)據(jù)復雜度，同時又不破壞 信號的真實性，以此可以進行高效的去除信號中噪音。在常見的稀疏表示過程中， 通常使用L1范數(shù)作為其懲罰項，雖然在凸函數(shù)中，L1范數(shù)能最有效的促進稀疏 性，但是在降噪過程中常常會低估信號的真實值。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服以上技術(shù)的不足，提供了一種實現(xiàn)在ECG降噪過程中完美抑制噪音的同時保護波形的細節(jié)信息的基于GMC懲罰項的稀疏最小二乘法ECG信號分解 降噪方法。
本發(fā)明克服其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
一種基于GMC懲罰項的稀疏最小二乘法ECG信號分解降噪方法，包括如下步驟：
a)計算機加載原始帶噪音ECG信號數(shù)據(jù)y，并提取信號長度為N；
b)建立低通濾波器，將ECG信號數(shù)據(jù)y進行低通濾波處理，得到低通濾波信號f 和剩下的帶噪信號s，帶噪信號s中包含稀疏信號g和噪聲w，低通濾波器通 過一個帶狀托普利茲矩陣系統(tǒng)H建立，H＝A-1B，式中A、B均為一個大小為N×N 的帶狀托普利茲矩陣，式中其中
c)通過公式計算帶噪聲信號 經(jīng)稀疏優(yōu)化處理后得到具有原始信號特征信息的稀疏信號g，式中 為GMC懲罰項，式中v為迭代參數(shù)，λ為系統(tǒng) 參數(shù)，λ的取值為(λ＞0)，γ為系統(tǒng)參數(shù)，γ的取值為(0.5≤γ≤0.8)；
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息，商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于山東省計算中心（國家超級計算濟南中心），未經(jīng)山東省計算中心（國家超級計算濟南中心）許可，擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作，請聯(lián)系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/201811136348.8/2.html，轉(zhuǎn)載請聲明來源鉆瓜專利網(wǎng)。
