基於形態學與emd類小波閾值的心電信號去噪方法
2023-04-25 12:07:41 1
基於形態學與emd類小波閾值的心電信號去噪方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於形態學與EMD類小波閾值的心電信號去噪方法，首先採用數學形態學濾波法對心電信號進行初次濾波，濾除信號中的基線漂移，然後採用EMD法對所獲信號進行分解，並分類得出噪聲主導分量與有用信號主導分量，之後採用閾值去噪法對心電信號進行二次濾波，最後採用EMD法對信號進行重構，得到濾除噪聲後的心電信號。其顯著效果是：本發明方法簡單，易於實現，將形態學濾波法、經驗模態分解法和閾值去噪法有機結合，相較於傳統去噪方法，能夠全面有效的去除心電信號噪聲，保留信號中的有用信息，為心臟功能的變化和心臟疾病的診斷，提供更有價值的參考。
【專利說明】基於形態學與EMD類小波閾值的心電信號去噪方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及到生物醫學信號噪聲處理【技術領域】，具體地說，是一種基於形態學與EMD類小波閾值的心電信號去噪方法。
【背景技術】
[0002]心電信號是人的生命體徵信號之一，可以從不同的層面上準確反映出心臟的信息，為心臟功能的變化和心臟疾病的診斷，提供了一個非常有價值意義的參考。
[0003]心電信號是一種隨機性強，實時變化的非平穩微弱信號。其頻率主要集中在
0.05?100HZ，能量主要集中在0.5?45HZ，幅值在0.05?5mv間。心電信號的噪聲主要有三類:由來自設備50HZ的電源及高次諧波引起的工頻幹擾，由肢體運動、呼吸及採集工程帶來的基線漂移以及由人體表皮電勢、肌肉收縮產生的肌電幹擾。基線漂移的頻率集中在0.05?10HZ，屬於低頻噪聲；肌電幹擾頻率集中在5?2000HZ，屬於高頻噪聲。噪聲貫穿心電信號的整個頻域中，給信號的去噪帶來很大困難。
[0004]在心電信號去噪方面，去噪效果比較好的有基於形態學與小波的心電噪聲濾波器，該濾波器根據心電信號噪聲的特點設置形態學濾波器，可以非常好的將基線漂移濾除；通過小波變換對高頻部分的噪聲進行有效去除。然而，小波的基函數是固定的，多解析度恆定，使得小波缺乏自適應性。而經驗模態分解法(Empirical Mode Decoposit1n,即EMD)脫離了傅立葉變換的限制，有著很好的自適應性。因此本發明提出一種基於形態學與EMD類小波閾值去噪法對心電信號去噪。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種心電信號去噪方法，該方法具有良好的自適應性，能夠全面的有效地去除心電信號中的基線漂移等噪聲。
[0006]為達到上述目的，本發明表述一種基於形態學與EMD類小波閾值的心電信號去噪方法，其關鍵在於按照以下步驟進行:
[0007]步驟1:採用形態學濾波法對獲取的心電信號f進行處理，去除心電信號f中的基線漂移得到信號f2 ;
[0008]步驟2:採用經驗模態分解方法對信號f2進行分解，得到K個MF分量和一個殘餘分量rn ；
[0009]步驟3:將K個IMF分量分為Ii1個噪聲主導分量和n2個有用信號主導分量，Ii^n2=K ；
[0010]步驟4:利用閾值去噪法對II1個噪聲主導分量進行去噪處理；
[0011]步驟5:將Ii1個去噪後的噪聲主導分量、n2個有用信號主導分量以及殘餘分量rn進行信號重構，得到濾除噪聲後的心電信號f』。
[0012]作為更進一步的技術方案，步驟I中所述的形態學濾波法按照以下步驟進行:
[0013]步驟1-1:將心電信號f同時進行一路開一閉運算和一路閉一開運算，然後將兩路運算結果進行算術平均得到所述基線漂移;
[0014]步驟1-2:將所述心電信號f與步驟1-1獲得的基線漂移進行求差運算，得到信號f2。
[0015]結合基線漂移的形態特徵，所述的形態學濾波法採用直線形結構元素。
[0016]作為更進一步的技術方案，步驟3中所述IMF分量的分類方法如下:
[0017]步驟3-1:分別計算得出K個IMF分量的能量密度En與平均周期Y 汁算公式分別為:
[0018]
【權利要求】
1.一種基於形態學與EMD類小波閾值的心電信號去噪方法，其特徵在於按照以下步驟進行: 步驟1:採用形態學濾波法對獲取的心電信號f進行處理，去除心電信號f中的基線漂移fi得到號f2 ； 步驟2:採用經驗模態分解方法對信號f2進行分解，得到K個IMF分量和一個殘餘分量rn ; 步驟3:將K個IMF分量分為Ii1個噪聲主導分量和n2個有用信號主導分量,IiJn2 = K ； 步驟4:利用閾值去噪法對Ii1個噪聲主導分量進行去噪處理； 步驟5:將Ii1個去噪後的噪聲主導分量、n2個有用信號主導分量以及殘餘分量rn進行信號重構，得到濾除噪聲後的心電信號f』。
2.根據權利要求1所述的基於形態學與EMD類小波閾值的心電信號去噪方法，其特徵在於:步驟I中所述的形態學濾波法按照以下步驟進行: 步驟1-1:將心電信號f同時進行一路開一閉運算和一路閉一開運算，然後將兩路運算結果進行算術平均得到所述基線漂移; 步驟1-2:將所述 心電信號f與步驟1-1獲得的基線漂移進行求差運算，得到信號f2。
3.根據權利要求1或2所述的基於形態學與EMD類小波閾值的心電信號去噪方法，其特徵在於:所述的形態學濾波法採用直線形結構元素。
4.根據權利要求1所述的基於形態學與EMD類小波閾值的心電信號去噪方法，其特徵在於:步驟3中所述IMF分量的分類方法如下: 步驟3-1:分別計算得出K個IMF分量的能量密度En與平均周期I，計算公式分別為:
其中，N為IMF分量的信號長度，imfn(g)為第η個IMF分量第g個採樣點的值，Numn為第η個MF分量中極大值點的個數，η = I~K ; 步驟3-2:按照
汁算出每個IMF分量的評估係數，其中，P ^ ^ C為常數； 步驟3-3:將所述評估係數λη與預設閾值進行比較，當λ ?大於預設閾值時，其所對應的IMF分量為有用信號主導分量，否則為噪聲主導分量。
5.根據權利要求1所述的基於形態學與EMD類小波閾值的心電信號去噪方法，其特徵在於:步驟4中所述閾值去噪法按照以下公式對噪聲主導分量進行去噪:
其中，imfj(i)為第j個噪聲主導分量的第i個採樣點值，sgn為符號函數，imf/ (i)為imfj(i)去噪後的值，th」為第j個噪聲主導分量的閾值，i = I~N，j = I~叫，N為MF分量的信號長度。
6.根據權利要求5所述的基於形態學與EMD類小波閾值的心電信號去噪方法,其特徵在於:所述閾值的計算公式為:
其中，σ ^為第j個噪聲主導分量的標準方差。
【文檔編號】A61B5/0402GK104182625SQ201410403556
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月15日 優先權日:2014年8月15日
【發明者】龐宇, 張磊磊, 林金朝, 吳健, 李章勇, 王偉, 羅志勇, 周前能, 李國權 申請人:重慶郵電大學