CN111938627A - 一种滤除心磁信号基线漂移的方法 - Google Patents

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Abstract

一种滤除心磁信号基线漂移的方法，包括：a)根据原始心磁信号选取移动平均滤波较合适的滤波窗口长度。移动平均对原序列有修匀或平滑的作用，使得原序列的上下波动被削弱；b)在该窗口长度下，利用移动平均滤波法对原始心磁信号进行平滑处理，得到第一次滤波处理后的基线；c)为防止质量过差的心磁信号在第一次滤波后的基线仍有突变波动区域，再一次对其进行中值滤波，得到第二次滤波后的基线；d)通过含有基线漂移噪声的原始心磁信号与光滑的基线漂移噪声计算得到消除基线漂移噪声的心磁信号，并对其进行低通滤波，以滤除高频噪声。本发明有效去除了原始信号中的基线漂移噪声，自动化程度较高，运行时间成本较低，提高了心磁信号信噪比。

Description

一种滤除心磁信号基线漂移的方法
技术领域
本发明涉及一种滤除光泵原子磁力仪的心磁信号基线漂移的方法。
背景技术
随着生物磁学检测技术的不断发展，心磁图技术以非接触性、高灵敏度、准确等优点，成为一种新的诊断心血管疾病的方法，并在心脏疾病诊断、功能研究等方面具有不可替代的应用价值。目前在心磁测量中，新型光泵原子磁力仪凭借低成本、便携程度高等优点赢得关注，但由于仪器本身的测量原理、外界环境磁场的干扰等因素的影响，它比超导量子干涉仪(SQUID)磁力仪所测得的心磁信号基漂更严重。基线漂移噪声会造成心磁轨迹的严重失真，从而影响一系列的医学判断，因此消除心磁信号基线漂移的影响，对于心磁测量以及医学诊断等方面来说意义重大。
去除心电信号基线漂移的方法有很多：高通滤波、中值滤波、小波变换、数学形态学滤波等方法均可用于基线校正。而心磁信号的基漂噪声通常比心电信号更严重，直接将前述处理方法用于心磁信号基线校正并不可行，故滤除心磁信号基线漂移的方法屈指可数。如何从具有严重漂移的心磁信号(如新型光泵原子磁力仪所测得的信号)中得到较为纯净的心磁信号成为心磁信号基线漂移校正阶段一个较大的挑战。此外，找到一个可调参数较少、自动化程度较高的去除基线漂移的方法亟待解决。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种滤除心磁信号基线漂移的方法。本发明是一种得到较优的基线漂移校正结果的心磁信号基线漂移校正方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种滤除心磁信号基线漂移的方法，包括如下步骤：
a)根据原始心磁信号选取移动平均滤波较合适的滤波窗口长度。移动平均对原序列有修匀或平滑的作用，使得原序列的上下波动被削弱。其中平滑窗口是一个重要的参数，若窗口宽度太小，平滑去噪效果不佳，若窗口宽度太大，会平滑掉一些有用的信息，将造成信号的失真；
b)在该窗口长度下，利用移动平均滤波法对原始心磁信号进行平滑处理，得到第一次滤波处理后的基线；
c)为防止质量过差的心磁信号在第一次滤波后的基线仍有突变波动区域，再一次对其进行中值滤波，得到第二次滤波后的基线；
d)通过含有基线漂移噪声的原始心磁信号与光滑的基线漂移噪声计算得到消除基线漂移噪声的心磁信号，并对其进行低通滤波，以滤除高频噪声。
进一步的，步骤a)通过以下步骤处理：
a-1)步骤a)中所述含有基线漂移噪声的原始心磁信号为：f(n)(n∈[1，N])，移动平均滤波的窗长设为Ti＝1，2，3，......，m.(m＜N)，Ti从1开始依次递增以便选择合适的滤波窗长，m为预设窗长的阈值；
a-2)利用计算机对含有基线漂移噪声的原始心磁信号使用窗长为Ti的移动平均滤波器进行过滤，计算得到初步消除基线漂移噪声后的心磁信号：htemp(n)(n∈[1，N])；
a-3)htemp(n)基本服从N(μ，σ2)，计算其均值(μ)、标准差(σ)，计算不同窗长Ti下htemp(n)分布在区间(-∞，μ+3σ)之外的数据点个数，记为ai(i≤m)。此处认为心磁信号R波的峰值基本上分布在(μ-3σ，μ+3σ)之外，且信号峰值大多为正值，故(-∞，μ-3σ)内的数据点个数不计入；
a-4)改变Ti，重复步骤a-2)～a-3)，得到ai趋势图，找出ai的极值点amax(此处认为R波的峰值个数最大时即为较合适的情况)，该点对应的窗长Tmax则被认为是较合适的移动平均窗长；
进一步的，步骤b)中，利用移动平均滤波法对原始心磁信号进行窗长为Tmax的移动平均滤波处理，得到第一次滤波后的基线bw(n)(n∈[1，N])；
进一步的，步骤c)对bw(n)进行中值滤波，得到第二次滤波后的基线bw-z(n)(n∈[1，N])；
进一步的，步骤d)通过含有基线漂移噪声的原始心磁信号与光滑的基线漂移噪声通过公式f(n)-bw_z(n)(n∈[1，N])计算得到消除基线漂移噪声的心磁信号，并对其进行低通滤波，得到较为纯净的心磁信号h(n)(n∈[1，N])。
本发明的有益效果为：
本发明通过心磁信号数据点的分布来确定较合适的移动平均滑动窗长，确定移动窗长后，对新型光泵原子磁力仪所测得的有严重漂移的原始心磁信号进行基线漂移校正后即可得到较为纯净的心磁信号。其优势在于，对于基漂严重的心磁信号，可以较好的拟合基线漂移噪声曲线，从而减少对真实信号的削弱，保留原始信息。本发明有效去除了原始信号中的基线漂移噪声，相较于现有方法可调参数较少、自动化程度较高，运行时间成本较低，提高了心磁信号信噪比。且心磁信号在医学上有着重要的意义，得到噪声较小的心磁信号对心脏疾病的诊断极为重要，故本发明可以为后续心磁信号的正演和溯源反演，以及医学上早期诊断甚至预测心脏疾病提供较好的心磁信号。
附图说明
图1是本发明的去除原始心磁信号基线漂移的流程图。
图2是本发明的原始心磁信号图。
图3是本发明的消除基线漂移噪声后心磁信号数据分布图。
图4是本发明的ai趋势图。
图5(a)是原始心磁信号图；图5(b)是基线漂移图；图5(c)是去除基漂并经过低通滤波后的心磁信号图。
图6(a)是(1×104，2×104)区间内的原始心磁信号图；图6(b)是(1×104，2×104)区间内的基线漂移图；图6(c)是(1×104，2×104)区间内的去除基漂并经过低通滤波后的心磁信号图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
本发明的一种滤除心磁信号基线漂移的方法，包括如下步骤：
a)利用计算机对新型光泵原子磁力仪所测得的采样率为1000Hz、长度为3×104点的原始心磁信号f(n)(如图2所示)进行移动平均滤波，并选取最佳滤波窗口长度；
b)在该窗口长度下，利用移动平均滤波法对原始心磁信号进行平滑处理，得到第一次滤波后的基线；
c)对第一次滤波后的基线进行中值滤波，根据采样率选取中值滤波的窗长为601(当采样频率为1000Hz时，中值滤波的窗长取501～1001之间都是比较合理的，都能得到较好的滤波效果)，得到第二次滤波后的基线；
d)通过含有基线漂移噪声的原始心磁信号与光滑的基线漂移噪声计算得到消除基线漂移噪声的心磁信号，并对其进行低通滤波，以滤除高频噪声。
步骤a)通过以下步骤处理：
a-1)考虑到实际测量的心磁信号长度为3×104，所以此处设置移动平均的窗长为Ti＝1，2，3，......，1000，1000为预设窗长的阈值；
a-2)利用计算机对含有基线漂移噪声的原始心磁信号使用窗长为Ti的移动平均滤波器进行移动平均，计算得到消除基线漂移噪声后心磁信号：htemp(n)(n∈[1，N])；
a-3)窗长为Ti时htemp(n)基本服从N(μ，σ2)，该分布如图3所示。计算该分布的均值(μ)、标准差(σ)，计算在区间(-∞，μ+3σ)之外的数据点个数并记为ai(i≤m)；
a-4)改变Ti，重复步骤a-2)～a-3)，找出ai的极值点amax，该点对应的窗长Tmax则被认为是最佳移动平均窗长，对于此数据，最佳窗长为169，如图4所示；
步骤b)中，利用移动平均滤波法对原始心磁信号进行窗长为169的平滑处理，得到第一次滤波后的基线bw(n)(n∈[1，N])；
步骤c)对bw(n)进行中值滤波，得到第二次滤波后的基线bw_z(n)(n∈[1，N])，如图5(b)；
步骤d)通过含有基线漂移噪声的原始心磁信号与光滑的基线漂移噪声通过公式f(n)-bw-z(n)(n∈[1，N])计算得到消除基线漂移噪声的心磁信号，并对其进行低通滤波，得到较为纯净的心磁信号h(n)(n∈[1，N])，如图5(c)所示，其中(1×104，2×104)区间内的数据如图6(a)～图6(c)所示。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种滤除心磁信号基线漂移的方法，包括如下步骤：
a)根据原始心磁信号选取移动平均滤波较合适的滤波窗口长度。移动平均对原序列有修匀或平滑的作用，使得原序列的上下波动被削弱。其中平滑窗口是一个重要的参数，若窗口宽度太小，平滑去噪效果不佳，若窗口宽度太大，会平滑掉一些有用的信息，将造成信号的失真；
b)在该窗口长度下，利用移动平均滤波法对原始心磁信号进行平滑处理，得到第一次滤波处理后的基线；
c)为防止质量过差的心磁信号在第一次滤波后的基线仍有突变波动区域，再一次对其进行中值滤波，得到第二次滤波后的基线；
d)通过含有基线漂移噪声的原始心磁信号与光滑的基线漂移噪声计算得到消除基线漂移噪声的心磁信号，并对其进行低通滤波，以滤除高频噪声。
2.如权利要求1所述的一种滤除心磁信号基线漂移的方法，其特征在于：步骤a)通过以下步骤处理：
a-1)步骤a)中所述含有基线漂移噪声的原始心磁信号为：f(n)(n∈[1，N])，移动平均滤波的窗长设为Ti＝1，2，3，......，m.(m＜N)，Ti从1开始依次递增以便选择合适的滤波窗长，m为预设窗长的阈值；
a-2)利用计算机对含有基线漂移噪声的原始心磁信号使用窗长为Ti的移动平均滤波器进行过滤，计算得到初步消除基线漂移噪声后的心磁信号：htemp(n)(n∈[1，N])；
a-3)htemp(n)基本服从N(μ，σ2)，计算其均值(μ)、标准差(σ)，计算不同窗长Ti下htemp(n)分布在区间(-∞，μ+3σ)之外的数据点个数，记为ai(f≤m)。此处认为心磁信号R波的峰值基本上分布在(μ-3σ，μ+3σ)之外，且信号峰值大多为正值，故(-∞，μ-3σ)内的数据点个数不计入；
a-4)改变Ti，重复步骤a-2)～a-3)，得到ai趋势图，找出ai的极值点amax(此处认为R波的峰值个数最大时即为较合适的情况)，该点对应的窗长Tmax则被认为是较合适的移动平均窗长。
3.如权利要求1所述的一种滤除心磁信号基线漂移的方法，其特征在于：步骤b)中，利用移动平均滤波法对原始心磁信号进行窗长为Tmax的移动平均滤波处理，得到第一次滤波后的基线bw(n)(n∈[1，N])。
4.如权利要求1所述的一种滤除心磁信号基线漂移的方法，其特征在于：步骤c)对bw(n)进行中值滤波，得到第二次滤波后的基线bw_z(n)(n∈[1，N])。
5.如权利要求1所述的一种滤除心磁信号基线漂移的方法，其特征在于：步骤d)通过含有基线漂移噪声的原始心磁信号与光滑的基线漂移噪声通过公式f(n)-bw_z(n)(n∈[1，N])计算得到消除基线漂移噪声的心磁信号，并对其进行低通滤波，得到较为纯净的心磁信号h(n)(n∈[1，N])。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113598728A (zh) * 2021-08-31 2021-11-05 嘉兴温芯智能科技有限公司 生理信号的降噪方法、监测方法、监测装置及可穿戴设备
CN113974576A (zh) * 2021-12-23 2022-01-28 北京航空航天大学杭州创新研究院 一种基于心磁图的睡眠质量监测系统及监测方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080212715A1 (en) * 2006-10-06 2008-09-04 Yuan-Shuo Chang Method and apparatus for baseline wander compensation in Ethernet application
CN105496400A (zh) * 2016-03-01 2016-04-20 张胜国 便捷式多导联无线心电监测设备及方法
CN107405096A (zh) * 2015-03-10 2017-11-28 努沃集团有限公司 用于感测胎儿活动的系统、装置和方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080212715A1 (en) * 2006-10-06 2008-09-04 Yuan-Shuo Chang Method and apparatus for baseline wander compensation in Ethernet application
CN107405096A (zh) * 2015-03-10 2017-11-28 努沃集团有限公司 用于感测胎儿活动的系统、装置和方法
CN105496400A (zh) * 2016-03-01 2016-04-20 张胜国 便捷式多导联无线心电监测设备及方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113598728A (zh) * 2021-08-31 2021-11-05 嘉兴温芯智能科技有限公司 生理信号的降噪方法、监测方法、监测装置及可穿戴设备
CN113598728B (zh) * 2021-08-31 2024-05-07 嘉兴温芯智能科技有限公司 生理信号的降噪方法、监测方法、监测装置及可穿戴设备
CN113974576A (zh) * 2021-12-23 2022-01-28 北京航空航天大学杭州创新研究院 一种基于心磁图的睡眠质量监测系统及监测方法
CN113974576B (zh) * 2021-12-23 2022-04-22 北京航空航天大学杭州创新研究院 一种基于心磁图的睡眠质量监测系统及监测方法

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Denomination of invention: A method for filtering out baseline drift of cardiac magnetic signals

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