【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于心电信号处理领域，特别是一种基于开闭运算的心电信号平滑方法。
技术介绍
1、在心电记录仪捕获心电信号的过程中，常遭遇来自周边复杂环境的干扰，导致所记录的信号中混杂着多重噪声成分。特别是采用干电极记录心电信号时，所获取的信号往往伴随着大量人体自身的肌肉震颤带来的噪声干扰，这类噪声难以通过传统的频域滤波手段进行有效剔除，进而给医护人员的观测与诊断分析带来了不便。
2、传统的心电信号平滑滤波方式大部分是对心电信号整体进行平滑处理，虽能够使得心电信号平滑，但这种方式不可避免地导致心电信号r峰幅值不同程度的衰减。有小部分研究将心电信号的r峰提取出来，然后将qrs波群以外的信号做平滑处理，这种方式会将没有被提取出来的r峰平滑掉，导致这些r峰的幅值显著低于附近其他r峰的幅值，继而引起医护人员的误判。由于心电信号中波峰的幅值对于诊断某些心脏疾病具有至关重要的参考价值，因此如何在实施平滑处理后依然能够保持心电信号r峰幅值的完整性，成为了心电信号处理算法领域亟待攻克的技术难题。
技术实现思路
1、为了克服已有技术的不足，本专利技术提供了一种基于开闭运算的心电信号平滑方法，在平滑心电信号的基础上有效保留心电信号r峰的原始幅值。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种基于开闭运算的心电信号平滑方法，包括以下步骤：
4、1)信号预处理，将信号中基线漂移分量去除；
5、2)信号峰值区域分量获取，将信号经过腐蚀运算，再
6、3)信号谷值区域分量获取，将信号经过膨胀运算，再经过腐蚀运算得到开运算后的信号，即信号谷值区域的分量；
7、4)剩余分量获取，根据步骤2)获取到的峰值区域分量信号和步骤3)中获取到的谷值区域分量信号，从原信号中剔除信号中峰值区域分量和谷值区域分量，留下基线区域的包含肌肉震颤的剩余分量信号；
8、5)剩余分量滤波处理，采用均值滤波方法对4)中的剩余分量滤波，循环迭代执行k次均值滤波操作，得到处理后的剩余分量rcsigpred；
9、6)平滑信号获取：分量叠加，将步骤2)、步骤3)和步骤5)获得的具有不同特性的三种信号分量在同一个时间域内通过加法运算相互结合，得到最终所需要的平滑信号。
10、进一步，所述步骤1)中，采用固定频带范围的高通滤波方法、小波变换或中值滤波方法去除信号中的基线漂移分量。
11、再进一步，所述步骤2)的过程为：记一段信号为ecgseg，信号长度为ecgl，定义结构元素为se，se的长度为sel，以信号中某个点为中心，在前后sel/2范围内循环查找与结构元素对应值差值的最小值，循环遍历每个信号点，得到腐蚀运算后的信号pe。以pe中的某个点为中心，前后sel/2范围内循环查找与结构元素对应值加和的最大值，循环遍历每一个信号点得到闭运算后的信号ped，为：
12、pen＝min{pn-sel/2+m-sem,pn},m＝1,2,3,...,sel
13、pe＝{pe1，pe2,...,pen},n＝1,2,...,ecgl
14、pedn＝max{pen-sel/2+m+sem,pen},m＝1,2,3,...,sel
15、ped＝{ped1，ped2,...,pedn},n＝1,2,...,ecgl
16、式中的min{}和max{}分别为求最小和最大值的函数，pn为信号中的某个点。
17、所述步骤3)的过程为：以信号段ecgseg的某个点为中心，前后sel/2范围内循环查找与结构元素对应值加和最大值，循环遍历每个信号点得到膨胀运算后的信号pd，然后以信号pd中的点为中心，前后sel/2范围内循环查找与结构元素对应值差值的最小值循环遍历每一个信号点得到开运算后的信号pde，为：
18、pdn＝min{pn-sel/2+m+sem,pn},m＝1,2,3,...,sel
19、pd＝{pd1，pd2,...,pdn},n＝1,2,...,ecgl
20、pdeen＝max{pdn-sel/2+m-sem,pdn},m＝1,2,3...sel
21、pde＝{pde1，pde2,...,pden},m＝1,2,...,ecgl。
22、所述步骤4)的过程为：根据步骤2)获取到的峰值区域分量信号pde和步骤3)中获取到的谷值区域分量信号ped，从原信号中剔除信号中峰值区域分量和谷值区域分量，留下基线区域的包含肌肉震颤的剩余分量信号rcsig，为：
23、rcsign＝pn-pedn-pedn，
24、rcsig＝{rcsig1，rcsig2,...,rcsign},n＝1,2,...,ecgl。
25、所述步骤5)中，均值滤波方法采用五点三线平滑方法，为：
26、n＝1,2,...,ecgl,k＝1,2,...,k
27、rcsigpred＝fk
28、式中的a,b,c为滤波系数，rcsigpred为剩余分量；
29、k值的确定根据均值滤波后信号的频率范围，当滤波的范围为mhz时的频域累计能量变化量小于某个阈值时，终止滤波处理。
30、本专利技术中，五点三线平滑方法只是一种实施例，其他的均值滤波方法也在该专利技术权利保护范围。
31、优选的，所述步骤5)中，k值的确定方法如下：采用傅里叶变换获取第k次均值滤波后的信号yk的频域表示fk，频率序列为xk。然后获得fk的能量累积和sk，计算sk的逐点变化量diffsk，当累计能量的变化量在m hz的值小于thr时，终止循环，此时的k值即为需要的循环次数，为：
32、
33、x(n)＝(n*fs)/ecgl,
34、
35、diffs(m)＝s(m+1)-s(m),m＝1,2,...,n-1
36、其中e是自然对数的底数，i是虚数单位；
37、当x(n)＝m hz时,diffs(n)<thr时，终止循环。
38、所述步骤6)中，将步骤2)、步骤3)和步骤5)获得的具有不同特性的三种信号分量在同一个时间域内通过加法运算相互结合，为：
39、ecgsegfiltn＝pedn+pden+rcsigpredn，n＝1,2,...,ecgl。
40、本专利技术的有益效果主要表现在：该方法使得心电信号平滑的基础上保留了信号原始峰值的幅值。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于开闭运算的心电信号平滑方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于开闭运算的心电信号平滑方法，其特征在于，所述步骤1)中，采用固定频带范围的高通滤波方法、小波变换或中值滤波方法去除信号中的基线漂移分量。
3.如权利要求1或2所述的一种基于开闭运算的心电信号平滑方法，其特征在于，所述步骤2)的过程为：记一段信号为ecgSeg，信号长度为ecgL，定义结构元素为Se，Se的长度为SeL，以信号中某个点为中心，在前后SeL/2范围内循环查找与结构元素对应值差值的最小值，循环遍历每个信号点，得到腐蚀运算后的信号PE；以PE中的某个点为中心，前后SeL/2范围内循环查找与结构元素对应值加和的最大值，循环遍历每一个信号点得到闭运算后的信号PED，为：
4.如权利要求3所述的一种基于开闭运算的心电信号平滑方法，其特征在于，所述步骤3)的过程为：以信号段ecgSeg的某个点为中心，前后SeL/2范围内循环查找与结构元素对应值加和最大值，循环遍历每个信号点得到膨胀运算后的信号PD，然后以信号PD中的点为中心，前后SeL/2
5.如权利要求4所述的一种基于开闭运算的心电信号平滑方法，其特征在于，所述步骤4)的过程为：根据步骤2)获取到的峰值区域分量信号PED和步骤3)中获取到的谷值区域分量信号PDE，从原信号中剔除信号中峰值区域分量和谷值区域分量，留下基线区域的包含肌肉震颤的剩余分量信号RCSig，为：
6.如权利要求5所述的一种基于开闭运算的心电信号平滑方法，其特征在于，所述步骤5)中，均值滤波方法采用五点三线平滑方法，为：
7.如权利要求6所述的一种基于开闭运算的心电信号平滑方法，其特征在于，所述步骤5)中，K值的确定方法如下：采用傅里叶变换获取第k次均值滤波后的信号yk的频域表示fk，频率序列为Xk，然后获得fk的能量累积和Sk，计算Sk的逐点变化量diffSk，当累计能量的变化量在M Hz的值小于Thr时，终止循环，此时的K值即为需要的循环次数，为：
8.如权利要求6所述的一种基于开闭运算的心电信号平滑方法，其特征在于，所述步骤6)中，将步骤2)、步骤3)和步骤5)获得的具有不同特性的三种信号分量在同一个时间域内通过加法运算相互结合，为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于开闭运算的心电信号平滑方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于开闭运算的心电信号平滑方法，其特征在于，所述步骤1)中，采用固定频带范围的高通滤波方法、小波变换或中值滤波方法去除信号中的基线漂移分量。
3.如权利要求1或2所述的一种基于开闭运算的心电信号平滑方法，其特征在于，所述步骤2)的过程为：记一段信号为ecgseg，信号长度为ecgl，定义结构元素为se，se的长度为sel，以信号中某个点为中心，在前后sel/2范围内循环查找与结构元素对应值差值的最小值，循环遍历每个信号点，得到腐蚀运算后的信号pe；以pe中的某个点为中心，前后sel/2范围内循环查找与结构元素对应值加和的最大值，循环遍历每一个信号点得到闭运算后的信号ped，为：
4.如权利要求3所述的一种基于开闭运算的心电信号平滑方法，其特征在于，所述步骤3)的过程为：以信号段ecgseg的某个点为中心，前后sel/2范围内循环查找与结构元素对应值加和最大值，循环遍历每个信号点得到膨胀运算后的信号pd，然后以信号pd中的点为中心，前后sel/2范围内循环查找与结构元素对应值差值的最小值循...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢寒霜，王震，郑梦娜，刘亚敏，王磊，
申请(专利权)人：杭州质子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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