[发明专利]一种可在单片机中实现的心电去噪小波算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可在单片机中实现的心电去噪小波算法，特别适用于袖珍便携式移动多参数监护仪。

背景技术

心电活动是心脏的基本活动，心电图的临床应用已有上百年的历史，尽管科学技术的发展使临床诊断技术越来越现代化，但心电图至今仍是临床诊断心血管疾病的主要辅助手段，尤其是在缺血性心脏病、各种心律失常的诊断等方面仍具有独特的作用。

心电信号是一种微弱的生物电信号，信号幅度小于5mv，频率范围在0.05～250HZ之间，其能量主要集中在0.25～35HZ之间，又由于在对心电信号进行处理的过程中，不免会混入各种噪声和干扰，因而很容易引起心电信号的畸变，甚至掩盖了原始心电波形中的特征信息，

其中主要的噪声干扰有以下三种：

1)工频干扰频率为50HZ，表现为有规律的正弦波，轻者可致心电图不整齐，干扰较大时可致心电无法辨认。是由于周围环境有交流电设备、病人肢体接触铁床、导联线接触不良或断裂等原因产生。

2)肌电干扰频率多在10～300HZ之间，在心电图中表现为一系列不规则的细小芒刺，较易误诊为心房颤动波。是由于室温过低、被检者精神过分紧张、电极板与皮肤接触过紧等原因产生。

3)基线漂移频率多在1HZ以下，表现为心电图基线上下摆动或突然升降，对准确判断S_T段有影响。是由于被检测者呼吸不稳、导联线牵拉过紧、电极板与皮肤接触不良等原因产生。

传统小波变换的时频定位特性在去除心电信号的噪声中有非常好的效果，但由于其基于卷积运算，而且在去除基线漂移时要将信号分解到十层左右，因此计算量大，计算复杂度高，对存储空间的需求高，不利于实时处理。

发明内容

本发明针对现有的心电去噪方法存在的弊端，提出了一种新的解决方法：使用一种提升小波和中值滤波相结合的算法去除心电信号中的三种噪声。提升小波是一种更为快速有效的小波变换实现方法，它不依赖于傅里叶变换，继承了第一代小波的多分辨率特性，采用提升小波将原始信号分解为三层，保留第三层的低频信号，然后用中值滤波去除信号中的基线漂移，最后利用提升小波重构算法重构滤波之后的心电信号。

与现有的技术相比，本发明具有的有益效果是：结构简单、运算量低、原位运算、节省存储空间、逆变换可以直接反转实现等，而且Daubechies已经证明，任何离散小波变换都可以被分解成为一系列简单的提升步骤。

在提升小波算法的实现过程中结合了两种小波的优点，在不同的层数用不同的小波进行分解，第一层用haar小波，是由于haar小波算法相对简单，而且对于基线漂移的去除有一定的效果，第二层用bior4.4小波，第三层用sym8小波，对于同时去除工频干扰和肌电干扰有较好的效果。

综合以上结果，可以得出：

(1)提升小波结构简单、运算量低的特点，适合单片机实现。

(2)提升小波可以在不同的分解层用不同的小波，可以更好的去除多种干扰噪声。

(3)在分解后的低频信号中做中值滤波，减少了计算点数，有利于降低计算量。

附图说明

图1为提升小波的构造。

图2为实验采用的采集系统框图。

图3为原始心电信号及含噪声信号。

图4在第三层分解后采用中值滤波去基线漂移。

图5三种去噪方法去混合噪声对比。

图6三种去噪方法对实际心电信号去噪对比。

具体实施方式

1.提升小波的构造

提升小波的构造分为三个过程，包括分解、预测和更新，图1为提升小波的构造具体框图。

1)分解

将原始信号S分解成两个部分。可以有多种分解方法，最简单的是奇偶分解，本研究中用到的就是这种方法，根据信号的下标将信号分解为和，其中j表示第j层信号，这种分解产生的小波称为懒小波。公式如下：