[發明專利]基于頻率分解的心電信號降噪方法

在審

• 申請號: 202210373300.9
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114947877A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 羅金和;唐聰;劉單英
• 申請（專利權）人: 廣州芯相隨科技有限公司
• 主分類號: A61B5/347
• 分類號: A61B5/347;A61B5/00
• 代理公司: 深圳市華騰知識產權代理有限公司 44370
• 代理人: 彭年才

1.一種基于頻率分解的心電信號降噪方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、原始心電數據的采集與預處理，獲取原始心電信號；

S2、對所述原始心電信號進行多元變分模態分解，獲取高頻心電信號分量和低頻心電信號分量；

S3、對所述高頻心電信號分量進行DWT運算，獲取高頻降噪信號；

S4、對所述低頻心電信號分量進行NML運算，獲取低頻降噪信號；

S5、對所述高頻降噪信號和所述低頻降噪信號進行信號重構，獲取降噪處理后的心電信號。

2.根據權利要求1所述的基于頻率分解的心電信號降噪方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括：通過心電傳感器采集受試者的原始心電數據，并對所述原始心電數據進行放大、擬合處理，獲取原始心電信號。

3.根據權利要求1所述的基于頻率分解的心電信號降噪方法，其特征在于，所述步驟S2具體為：

S21、定義包含C個數據通道的輸入數據X(t)，則X(t)＝[x₁(t),x₂(t),...,x_C(t)]；

S22、定義K個本征主模態u_k(t)，并對所述輸入數據X(t)進行更新；

S23、提取多元調制振蕩集合并在本征主模態u_k(t)中找到在多個通道的共同頻率分量ω_k，以對最小化模態函數帶寬之和進行優化；

S24、對變分問題求解，構造增廣的拉格朗日表示，并使得約束條件保持嚴格性；

S25、應用乘子交替方向法進行模態更新，以尋找增廣拉格朗日表達式的鞍點，得到最小化問題公式，并依據所述最小化問題公式對中心頻率和頻域進行優化。

4.根據權利要求3所述的基于頻率分解的心電信號降噪方法，其特征在于，在所述步驟S24中，所述增廣的拉格朗日表示為：

其中，α為二次懲罰因子，其保障存在高斯噪聲時信號的重構精度，λ_c(t)為拉格朗日乘子，使得約束條件保持嚴格性。

5.根據權利要求3所述的基于頻率分解的心電信號降噪方法，其特征在于，所述步驟S25具體為：

S251、應用乘子交替方向法進行模態的預更新，獲取預更新后的最小化問題公式、中心頻率公式以及頻域優化公式；

S252、模態更新，利用Parseval傅里葉變換對預更新后的最小化問題公式進行模態更新；

S253、中心頻率更新，利用Parseval傅里葉變換對中心頻率進行更新；

S254、應用乘子交替方向法進行模態更新，以尋找增廣拉格朗日表達式的鞍點，得到最小化問題公式，并依據所述最小化問題公式對中心頻率和頻域進行優化。

6.根據權利要求1所述的基于頻率分解的心電信號降噪方法，其特征在于，所述步驟S3具體為：

S31、對所述高頻心電信號分量進行DWT運算，其中離散化的小波函數表示為：

其中，l和m是整數，l是小波函數的擴張信息，m是小波函數的移動信息，β是最優值1，α是最優值2；a是小波函數的尺度；

S32、對所述高頻心電信號分量進行DWT評估，并通過逆DWT重構信號；

S33、利用近似系數得到的近似信號通常表示輸入信號的低頻分量，則高頻心電信號分量z(j)的DWT表示使用近似值和細節信號為：

S34、使用低通和高通濾波器對信號進行分解，定義低通脈沖響應為s(j)、高通濾波脈沖響應為t(j)，并對所述高通濾波脈沖響應t(j)進行正交鏡表示，則高通濾波脈沖響應為t(j)表示為：

t(j)＝(-1)^1-js(1-j)

即，使用正交鏡像濾波器組的大小反應是另一個過濾器的鏡像π/2相移，以作為濾波手段，將所述高頻心電信號分量分成兩個子帶，完成降噪。