[發明專利]一種ECG信號聯合基線校正及降噪的方法

在審

• 申請號: 201910018584.8
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109602416A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 舒明雷;王梟;朱清;許繼勇;孔祥龍;劉照陽;高天雷;單珂
• 申請（專利權）人: 山東省計算中心（國家超級計算濟南中心）;山東大學齊魯醫院
• 主分類號: A61B5/0402
• 分類號: A61B5/0402
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 支文彬

一種ECG信號聯合基線校正及降噪的方法，使得經過基線校正和降噪后恢復的信號，能夠保持原始信號的平滑，并且恢復的信號基本保留了原始信號的細節信息特征。有效地進行了基線校正和噪聲抑制，明顯改善了傳統濾波算法中存在的ECG峰值欠估計的問題，保證了恢復ECG信號的真實性。

技術領域

本發明涉及心電圖信號處理技術領域，具體涉及一種ECG信號聯合基線校正及降噪的方法。

背景技術

心電圖(electrocardiogram,ECG)是有關心臟活動相關的電位變化圖，是可以檢測健康或病變心臟的電信號。然而，在ECG信號采集過程中，不可避免地會受到人為干擾和噪聲的影響，其中包括隨機噪聲，基線漂移，肌肉偽影及周圍電場的干擾。基線漂移主要由記錄者呼吸及身體移動所產生的人為干擾，其頻率較低，屬于一種低頻干擾。由于基線漂移的頻率與ECG信號ST段會有重疊部分，會抬高ST段，進而影響判斷。與此同時，由于心電信號本身比較微弱，易受到周圍環境噪聲的影響，且噪聲的頻譜與ECG信號重疊，使得ECG信號難與噪聲分離，無法采用傳統濾波方法有效消除。因此，ECG信號的基線校正和降噪具有重要意義。

目前傳統的小波算法雖然也可以同時達到基線校正和降噪的目的，但是由于傳統的濾波會對ECG原始信號進行壓縮，因此恢復后的ECG信號會存在極大地峰值欠估計問題，造成ECG原始信號細節的丟失。

發明內容

本發明為了克服以上技術的不足，提供了一種在充分抑制基線漂移和噪聲的同時，保留更多ECG原始細節信息，改善傳統濾波中存在的峰值欠估問題的ECG 信號聯合基線校正及降噪的方法。

本發明克服其技術問題所采用的技術方案是：

一種ECG信號聯合基線校正及降噪的方法，包括：

a)計算機加載ECG信號數據y，提取ECG信號數據長度為N；

b)設置LTI濾波器，輸入LTI濾波器的截止頻率為fc、濾波階數d、拆分矩陣的階數K；

c)通過公式P＝A^T*A，Q＝A*A^T+B*B^T計算LTI濾波器所需的稀疏帶狀矩陣P、Q，其中A為d階差分矩陣，B為d-1階差分矩陣，A^T為A的轉置矩陣，B^T為B的轉置矩陣；

d)進行LTI濾波與稀疏結合優化，引入非對稱懲罰函數θ(x；r)，其中式中r為非對稱懲罰因子，x為原始ECG信號；

e)引入優化參數b、d，其中d＝Q^TQP^-1y-λP^Tb，式中λ為差分參數， P^-1為矩陣P的逆矩陣，P^T為矩陣P的轉置矩陣，Q^T為矩陣Q的轉置矩陣；

f)設置差分矩陣D，當K＝0時，D為N階單位矩陣，當K≥1 時，N階單位矩陣中每一行位置對應的數值減去下一行位置相對應的數值得到 (N-K)*N階矩陣，當K＝1時，其為(N-1)*N階差分矩陣；

g)設置生成的N階矩陣為主對角線全為1，其余均為0 的矩陣，引入第三方矩陣M，其中M＝2*Gamma+D^-1*Gamma*D；

h)設定算法迭代最大次數Nit，對最終優化x進行迭代循環計算，其中 x＝P(Q^T*Q+P^TMP)d；

i)當x前后兩次的差值小于0.005或達到最大迭代循環次數Nit時停止循環，輸出經過基線校正和降噪后的恢復信號x。