[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于MODWT及中值濾波的PPG信號(hào)實(shí)時(shí)去噪方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010180685.8
• 申請(qǐng)日: 2020-03-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111493821B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊智;顧林躍;孫斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江好絡(luò)維醫(yī)療技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): A61B5/00
• 分類(lèi)號(hào): A61B5/00
• 代理公司: 杭州九洲專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 陳琦;陳繼亮

一種基于MODWT及中值濾波的PPG信號(hào)實(shí)時(shí)去噪方法，包括：a)采集PPG信號(hào)，根據(jù)實(shí)時(shí)分析要求確定PPG信號(hào)分析參數(shù)，對(duì)PPG信號(hào)進(jìn)行分段處理；b)對(duì)去均值后分段PPG信號(hào)進(jìn)行MODWT，得到高頻濾波后的分段PPG信號(hào)；c）對(duì)高頻濾波后的分段PPG信號(hào)進(jìn)行中值濾波，去除基線漂移；d）銜接分段信號(hào)。本發(fā)明基于MODWT及中值濾波方法，對(duì)PPG信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)去噪，易于理解，容易實(shí)現(xiàn)，精度較高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出了一種基于MODWT及中值濾波的PPG信號(hào)實(shí)時(shí)去噪方法，涉及PPG信號(hào)智能診斷領(lǐng)域。

背景技術(shù)

PPG是借助光電手段在活體組織中檢測(cè)血液容積變化的一種無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方法。PPG信號(hào)中包含有人體循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等許多生理病理信息，在人體血壓、血流、血氧、血糖、呼吸率等參數(shù)的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)中都有很好的應(yīng)用前景，但在采集過(guò)程中，由于人體呼吸、運(yùn)動(dòng)、抖動(dòng)、工頻干擾、肌電干擾等原因，正常的PPG信號(hào)往往伴隨較多的毛刺(高頻)及基線漂移(低頻)。為得到一個(gè)干凈的PPG信號(hào)，就必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行必要的去噪處理。目前，對(duì)PPG信號(hào)的噪聲抑制一般采用低通濾波器方法，其中主要的不足在于固定頻帶的濾波不能適應(yīng)PPG信號(hào)的隨機(jī)性、非平穩(wěn)性，也難以解決信號(hào)與噪聲處于同一頻帶問(wèn)題。

傳統(tǒng)小波變換具有良好的時(shí)-頻局部分析特點(diǎn)，能較好的解決PPG信號(hào)的非平穩(wěn)性問(wèn)題，但在強(qiáng)噪聲背景下，進(jìn)行小波變換后，不具有平移不變性，且幅度較小的特征波形處常因?yàn)镚ibbs振蕩現(xiàn)象，造成信號(hào)失真。MODWT是一種高度冗余的非正交小波變換，對(duì)樣本容量沒(méi)有要求，具有小波系數(shù)和尺度系數(shù)的平移不變性、無(wú)相位扭曲，從而保留了PPG信號(hào)中有用的特征波形，避免了有用PPG信息的損失。在此基礎(chǔ)上，再結(jié)合經(jīng)典的自適應(yīng)閾值方法，就能較好的去掉同一頻帶內(nèi)的噪聲。

但MODWT算法運(yùn)算量較大，為了滿足PPG信號(hào)實(shí)時(shí)濾波的要求：首先，分析層次不宜過(guò)高，所以對(duì)于低頻的基線漂移，最好采用別的濾波方法進(jìn)行處理；其次，分析數(shù)據(jù)不宜過(guò)長(zhǎng)，需要進(jìn)行秒級(jí)的分段處理，而分段容易引起銜接處的頓挫和切跡。

為此，我們綜合考慮PPG信號(hào)要求，以中值濾波去除PPG信號(hào)低頻基線漂移、以MODWT去除高頻噪聲、以基于重疊量的分段濾波——銜接方法去除銜接處的切跡和頓挫，較好的解決了PPG信號(hào)的實(shí)時(shí)去噪問(wèn)題，易于理解，容易實(shí)現(xiàn)，精度較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種基于MODWT及中值濾波的PPG信號(hào)實(shí)時(shí)去噪方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種基于MODWT及中值濾波的PPG信號(hào)實(shí)時(shí)去噪方法，包括：a)采集PPG信號(hào)，根據(jù)實(shí)時(shí)分析要求確定PPG信號(hào)分析實(shí)時(shí)參數(shù)，對(duì)PPG信號(hào)進(jìn)行分段處理；b)對(duì)去均值后分段PPG信號(hào)進(jìn)行MODWT，得到高頻濾波后的分段PPG信號(hào)；c)對(duì)高頻濾波后的分段PPG信號(hào)進(jìn)行中值濾波，去除基線漂移；d)銜接分段信號(hào)。所述a)采集PPG信號(hào)，根據(jù)實(shí)時(shí)分析要求確定PPG信號(hào)分析實(shí)時(shí)參數(shù)，對(duì)PPG信號(hào)進(jìn)行分段處理方法為：

步驟1：采用光電容積脈搏波描記法采集PPG信號(hào)，采樣頻率為100Hz，以1秒、3秒、5秒、10秒作為分析時(shí)長(zhǎng)分別進(jìn)行分析測(cè)試，基于測(cè)試結(jié)果，根據(jù)實(shí)時(shí)分析要求，對(duì)PPG信號(hào)進(jìn)行分段處理。

步驟2：計(jì)算分段PPG信號(hào)幅值平均值，在分段信號(hào)幅值的基礎(chǔ)上減去該均值。所述計(jì)算分段PPG信號(hào)幅值平均值mean(X₀)：

其中設(shè)原始分段信號(hào)長(zhǎng)度為N，各采樣點(diǎn)幅值為X₀(i)，i＝1,2,3,……N。

作為優(yōu)選：所述b)對(duì)去均值后分段PPG信號(hào)進(jìn)行MODWT，得到高頻濾波后的分段PPG信號(hào)方法為：

步驟1：基于采樣頻率及PPG信號(hào)特征對(duì)分段信號(hào)進(jìn)行MODWT；