[發(fā)明專利]基于頻率分解的心電信號降噪方法

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• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114947877A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)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

本發(fā)明提供了一種基于頻率分解的心電信號降噪方法。基于頻率分解的心電信號降噪方法包括以下步驟：S1、原始心電數(shù)據(jù)的采集與預處理，獲取原始心電信號；S2、對原始心電信號進行多元變分模態(tài)分解，獲取高頻心電信號分量和低頻心電信號分量；S3、對高頻心電信號分量進行DWT運算，獲取高頻降噪信號；S4、對低頻心電信號分量進行NML運算，獲取低頻降噪信號；S5、對高頻降噪信號和低頻降噪信號進行信號重構，獲取降噪處理后的心電信號。本發(fā)明基于頻率分解的心電信號降噪方法，通過聯(lián)合DWT和NLM兩種方法來對心電數(shù)據(jù)進行高頻和低頻信號的有效去噪，更好的保留心電的完整特征，以便后續(xù)心電分析能夠更好準確的進行判別和研究。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于頻率分解的心電信號降噪方法，屬于醫(yī)療設備技術領域。

背景技術

心電圖(Electrocardiogram,ECG)信號在心律失常的分類中起著至關重要的作用。心電圖形態(tài)包含有重要的臨床信息，可作為分類各種心律失常的特征。然而，心電信號在采集和記錄過程中經常受到各種噪聲的污染。影響心電信號的顯著噪聲有電力線干擾、高斯白噪聲、肌電信號噪聲、基線漂移、運動偽影等。近年來，遠程心電監(jiān)護逐漸成為分析患者心臟狀況的重要手段。在動態(tài)記錄和無線傳感過程中，加性高斯白噪聲嚴重畸變心電形態(tài)。因此，對心電信號進行去噪是非常必要的。

目前最先進的心電去噪方法大多基于小波域濾波和經驗模式分解(EmpiricalMode Decomposition,EMD)方法。在生物醫(yī)學信號處理領域，盲源分離(Blind SourceSeparation,BSS)技術也被有效地用于從記錄過程中添加的無用成分中分離出需要的信號。

變分模態(tài)分解(Variational Mode Decomposition,VMD)是近年來提出的一種有效的信號分解方法。VMD將輸入信號以非遞歸方式分解為多個窄帶變模函數(shù)的集合。在分解過程中，還計算了各模態(tài)的中心頻率。模式復制過程在本質上具有噪聲魯棒性。分解后的變分模態(tài)函數(shù)(Variational Mode Functions,VMF)為輸入信號中出現(xiàn)的不同頻率區(qū)域提供了清晰的見解。因此，窄帶VMF可以作為原始噪聲心電信號的各種低、高頻子帶的表征。

然而，目前的心電信號去噪方法不能從心電信號的整個頻率范圍去噪，這些濾波技術在強噪聲影響下不能同時降噪高低頻噪聲分量。例如，對低頻離散小波變換(DiscreteWavelet Transform,DWT)近似系數(shù)進行閾值處理通常會導致重要的形態(tài)內容的丟失。進一步說，大分解級別用于訪問非常低頻率的組件。而對DWT域的高頻噪聲分量進行去噪是非常有效的。另外，由于存在較大的非局部相似點，NLM可以有效地從ECG的低頻區(qū)域去除噪聲。相反，由于高頻QRS-complex區(qū)域的振幅突變，NLM存在rare-patch效應。因此，NLM在高頻QRS-complex區(qū)域去噪時是無效的。

有鑒于此，確有必要提出一種心電信號降噪方法，以解決上述問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于頻率分解的心電信號降噪方法，通過對原始心電信號按照高低頻率進行分解，并聯(lián)合DWT和NLM兩種去噪方法分別對高頻和低頻信號分量進行去噪，可在對心電信號進行去噪的同時，更好的保留心電的完整特征，以便后續(xù)心電分析能夠更好準確的進行判別和研究。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了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(shù)據(jù)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(tài)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。

作為本發(fā)明的進一步改進，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(shù)據(jù)，并對所述原始心電數(shù)據(jù)進行放大、擬合處理，獲取原始心電信號。