一種心電信號降噪方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)信號降噪領(lǐng)域，更具體地，涉及一種心電信號降噪方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 心電圖為心血管疾病的診斷提供了一種無創(chuàng)、安全、高效的手段。但是，心電信號 極其微弱，在采集過程中容易受到基線漂移、工頻信號、肌電信號和運(yùn)動(dòng)偽影等多種噪聲的 干擾，這些噪聲會(huì)降低心電信號的信噪比，不利于疾病的診斷。心電信號降噪對提升心電信 號質(zhì)量，從而提高心血管疾病診斷的正確率具有理論價(jià)值和實(shí)際意義。
[0003] 現(xiàn)有的心電信號濾波算法主要包括有限沖擊響應(yīng)（Finite Impulse Response, FIR)濾波、無限沖擊響應(yīng)（Infinite Impulse Response, IIR)濾波、中值濾波、小 波濾波和非局部均值降噪等。其中非局部均值降噪在細(xì)節(jié)保留和背景噪聲濾除取得了較好 的平衡性，降噪效果較好。
[0004] 然而現(xiàn)有的心電信號非局部均值降噪方法，不能較好的適應(yīng)心電信號具有明顯周 期性和區(qū)域性的特點(diǎn)，對不同的心電信號波段，都采用相同的衰減系數(shù)，導(dǎo)致難以兼顧均勻 區(qū)域的平滑和細(xì)節(jié)信息的保護(hù)，濾波效果扔有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種心電信號降噪方法，其 目的在于在現(xiàn)有非局部均值降噪方法的基礎(chǔ)上，對不同的心電信號波段，自適應(yīng)調(diào)整衰減 系數(shù)，由此解決現(xiàn)有心電信號濾波算法濾波效果不佳的技術(shù)問題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種心電信號降噪方法，其特征 在于，包括以下步驟：
[0007] (1)對原始心電信號0進(jìn)行均值濾波，計(jì)算每一信號點(diǎn)的梯度值gi及衰減系數(shù)h i， 并判斷該信號點(diǎn)為邊緣信號點(diǎn)或非邊緣信號點(diǎn)；
[0008] (1-1)對原始心電信號0進(jìn)行均值濾波，得到均值濾波心電信號I ;
[0009] (1-2)對于均值濾波心電信號I中的每一點(diǎn)i，計(jì)算其梯度值g#判斷該點(diǎn)是否 為邊緣區(qū)域信號點(diǎn)，并根據(jù)判斷結(jié)果計(jì)算衰減系數(shù)h，其中：
[0010] 梯度值gi為其左鄰域信號點(diǎn)與該信號點(diǎn)差值的平均值；
[0011] 判斷該點(diǎn)是否為邊緣區(qū)域信號點(diǎn)，方法如下：根據(jù)預(yù)先設(shè)定的梯度閾值T，判斷該 信號點(diǎn)為邊緣區(qū)信號點(diǎn)或非邊緣區(qū)信號點(diǎn)，當(dāng)gi大于T，判斷該信號點(diǎn)為邊緣區(qū)信號點(diǎn)，否 則判斷該信號點(diǎn)位非邊緣區(qū)信號點(diǎn)；
[0012] 根據(jù)判斷結(jié)果計(jì)算衰減系數(shù)h，按照式（I)計(jì)算：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種心電信號降噪方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 對原始心電信號O進(jìn)行均值濾波，計(jì)算每一信號點(diǎn)的梯度值gi及衰減系數(shù)hi，并判 斷該信號點(diǎn)為邊緣信號點(diǎn)或非邊緣信號點(diǎn)； (1-1)對原始心電信號O進(jìn)行均值濾波，得到均值濾波心電信號I; (1-2)對于均值濾波心電信號I中的每一點(diǎn)i，計(jì)算其梯度值gi并判斷該點(diǎn)是否為邊 緣區(qū)域信號點(diǎn)，并根據(jù)判斷結(jié)果計(jì)算衰減系數(shù)h，其中： 梯度值gi為其左鄰域信號點(diǎn)與該信號點(diǎn)差值的平均值； 判斷該點(diǎn)是否為邊緣區(qū)域信號點(diǎn)，方法如下：根據(jù)預(yù)先設(shè)定的梯度閾值T，判斷該信號 點(diǎn)為邊緣區(qū)信號點(diǎn)或非邊緣區(qū)信號點(diǎn)，當(dāng)gi大于T，判斷該信號點(diǎn)為邊緣區(qū)信號點(diǎn)，否則判 斷該信號點(diǎn)位非邊緣區(qū)信號點(diǎn)； 根據(jù)判斷結(jié)果計(jì)算衰減系數(shù)h，按照式（I)計(jì)算：
其中g(shù)_是預(yù)先設(shè)定的梯度值的最大值，Iitl為固定衰減系數(shù)； (2) 對原始心電信號O的進(jìn)行非局部均值降噪，得到非局部均值預(yù)濾波結(jié)果M，其中每 一點(diǎn)Mi按照式（II)計(jì)算，
其中，G是高斯核函數(shù)，CiS歸一化參數(shù)，O(Ni)為信號塊，O(Nj)為相似窗，Iii為步驟 (1)獲得的衰減系數(shù)； (3) 對步驟（2)中獲得的非局部均值預(yù)濾波結(jié)果M，根據(jù)步驟（1)獲得的梯度值^結(jié) 果修正，得到降噪后的心電信號； (3-1)對于非局部均值預(yù)濾波結(jié)果M每一點(diǎn)Mi,計(jì)算其梯度值g'i，梯度值g' 1為其 左鄰域信號點(diǎn)與該信號點(diǎn)差值的平均值，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的梯度閾值T，判斷該信號點(diǎn)為邊緣 區(qū)信號點(diǎn)或非邊緣區(qū)信號點(diǎn)；如果判斷結(jié)果與根據(jù)步驟（1-2)判斷的結(jié)果相同，則該點(diǎn)不 需要修正，將乂作為降噪后的心電信號，否則執(zhí)行步驟（3-2); (3-2)對非局部均值預(yù)濾波結(jié)果中需要修正的點(diǎn)乂進(jìn)行修正：將式（I)中的gi替換為g'i，得到該點(diǎn)的修正后的衰減參數(shù)h'i，將式（III)中的比替換為h'i，得到該點(diǎn)修正 后的信號塊與相似窗權(quán)重《 (i，j)'，將式（II)中的《 (i，j)替換為《 (i，j)'，得到該點(diǎn)修 正后的非局部均值預(yù)濾波結(jié)果M'i，將M'i作為降噪后的心電信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的心電信號降噪方法，其特征在于，步驟（1-1)所述的均值濾波窗 口大小在3X3至6X6之間，優(yōu)選5X5。
3. 如權(quán)利要求1所述的心電信號降噪方法，其特征在于，步驟（1-2)所述的8_在15 至20之間，優(yōu)選16。
4. 如權(quán)利要求1所述的心電信號降噪方法，其特征在于，步驟（1-2)所述的T在9至 14之間，優(yōu)選10。
5. 如權(quán)利要求1所述的心電信號降噪方法，其特征在于，步驟（1-2)所述的h^取值在 0. 1至25之間。
6. 如權(quán)利要求1所述的心電信號降噪方法，其特征在于，步驟（1-2)所述左領(lǐng)域?yàn)猷徲?f目號點(diǎn)i_3,i_2和i_l。
7. 如權(quán)利要求1所述的心電信號降噪方法，其特征在于，步驟（2)所述搜索窗的大小為 7X7。
8. 如權(quán)利要求1所述的心電信號降噪方法，其特征在于，步驟（2)所述信號塊與相似窗 大小相同，為3X3。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種心電信號降噪方法，包括以下步驟：(1)對原始心電信號進(jìn)行均值濾波，計(jì)算每一信號點(diǎn)的梯度值gi及衰減系數(shù)hi，并判斷該信號點(diǎn)為邊緣信號點(diǎn)或非邊緣信號點(diǎn)；(2)對原始心電信號的進(jìn)行非局部均值降噪，得到非局部均值預(yù)濾波結(jié)果；(3)對步驟(2)中獲得的非局部均值預(yù)濾波結(jié)果，根據(jù)步驟(1)獲得的梯度值gi結(jié)果修正。本發(fā)明對不同的心電信號波段，自適應(yīng)調(diào)整衰減系數(shù)，有效抑制心電信號中噪聲的同時(shí)更好地保護(hù)信號細(xì)節(jié)，濾波效果良好。
【IPC分類】A61B5-0428
【公開號】CN104706350
【申請?zhí)枴緾N201410640510
【發(fā)明人】張旭明, 李想, 李永帥, 周歡, 張靖陽, 張鄒濤, 王順順, 丁明躍
【申請人】華中科技大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2014年11月13日