CN115644886A - 心电信号滤波方法、装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种心电信号滤波方法、装置、计算机设备及存储介质，其中，该心电信号滤波方法包括：获取输入的心电原始信号；通过零极点补偿梳状滤波器对心电原始信号进行滤波，用于过滤心电原始信号中的工频信号，获取第一心电信号；通过FIR滤波器对第一心电信号进行高通滤波，用于过滤第一心电信号中的低频信号，获取第二心电信号；通过低通滤波器对第二心电信号进行低通滤波，用于过滤第二心电信号中的高频信号，获取目标心电信号。该方法通过几种滤波器分别对心电原始信号进行工频信号、低频信号和高频信号的滤波，极大减少了噪声对心电信号的干扰。同时，滤波效果较好，不容易导致心电信号的波形图相位失真，影响特征识别。

Description

心电信号滤波方法、装置、计算机设备及存储介质

技术领域

本发明涉及医学信号处理技术领域，尤其涉及一种心电信号滤波方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术

心电信号是一种具有强烈的非线性、非平稳性和随机性的微弱信号。由于心电信号的微弱，在采集过程中，极易受人体内和体外环境的影响，采集到的心电信号常常都伴随着强烈的噪声。心电信号采集好之后，通常需要对其进行各种滤波，以便医生和用户不受太多噪声干扰，看到流畅、真实的波形图。

心电噪声主要有低频噪声、高频噪声和工频噪声等，而消除工频噪声最好用梳状滤波器，但常规的梳状滤波器常常会导致波形图相位失真，影响特征识别。

发明内容

本发明实施例提供一种心电信号滤波方法、装置、计算机设备及存储介质，以解决现有的梳状滤波器会导致波形图相位失真，影响特征识别的问题。

一种心电信号滤波方法，包括：

获取输入的心电原始信号；

通过零极点补偿梳状滤波器对心电原始信号进行滤波，用于过滤心电原始信号中的工频信号，获取第一心电信号；

通过FIR滤波器对第一心电信号进行高通滤波，用于过滤第一心电信号中的低频信号，获取第二心电信号；

通过低通滤波器对第二心电信号进行低通滤波，用于过滤第二心电信号中的高频信号，获取目标心电信号。

一种心电信号滤波方法，通过零极点补偿梳状滤波器对心电原始信号进行滤波，包括：

通过零极点补偿梳状滤波器对心电原始信号分别进行工频信号滤波和最左端的低频信号补波。

一种心电信号滤波方法，通过零极点补偿梳状滤波器对心电原始信号进行滤波，包括：

获取零极点补偿梳状滤波器的系统函数，系统函数的公式如下：

其中a为系统函数系数，Z为Z变换，N为第N个输入的心电信号；

通过运行系统函数对心电原始信号进行滤波。

一种心电信号滤波方法，过FIR滤波器对第一心电信号进行高通滤波，用于过滤第一心电信号中的低频信号，获取第二心电信号，包括：

设定低频阈值信号；

通过FIR滤波器过滤掉低于低频阈值信号的低频信号。

一种心电信号滤波方法，通过低通滤波器对第二心电信号进行低通滤波，用于过滤第二心电信号中的高频信号，获取目标心电信号，包括：

设定高频阈值信号；

通过低通滤波器过滤掉高于高频阈值信号的高频信号。

一种心电信号滤波方法，获取输入的心电原始信号之后，还包括：

将心电原始信号转化为数字心电信号；

对数字心电信号进行极值处理。

一种心电信号滤波方法，通过零极点补偿梳状滤波器对心电原始信号进行滤波，用于过滤心电原始信号中的工频信号，获取第一心电信号，包括：

检测第一心电信号中是否存在工频信号；

若工频信号还存在于第一心电信号中，重复执行通过零极点补偿梳状滤波器对第一心电信号进行滤波的步骤，直至工频信号不存在于第一心电信号中。

一种心电信号滤波装置，包括：

获取心电原始信号模块，用于获取输入的心电原始信号；

获取第一心电信号模块，用于通过零极点补偿梳状滤波器对心电原始信号进行滤波，用于过滤心电原始信号中的工频信号，获取第一心电信号；

获取第二心电信号模块，用于通过FIR滤波器对第一心电信号进行高通滤波，用于过滤第一心电信号中的低频信号，获取第二心电信号；

获取目标心电信号模块，用于通过低通滤波器对第二心电信号进行低通滤波，用于过滤第二心电信号中的高频信号，获取目标心电信号。

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述心电信号滤波方法。

一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述心电信号滤波方法。

上述心电信号滤波方法、装置、计算机设备及存储介质，通过零极点补偿梳状滤波器、FIR滤波器和低通滤波器依次分别对心电原始信号进行工频信号、低频信号和高频信号的滤波，极大减少了噪声对心电信号的干扰。同时，滤波效果较好，不容易导致心电信号的波形图相位失真，影响特征识别。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1绘示本发明一实施例中心电信号滤波方法的应用环境示意图；

图2绘示本发明第一实施例中心电信号滤波方法的第一流程图；

图3绘示本发明第二实施例中心电信号滤波方法的第二流程图；

图4绘示本发明施第三实例中常规的梳状滤波器的心电信号对照图；

图5绘示本发明第三实施例中零极点补偿梳状滤波器的心电信号对照图；

图6绘示本发明一实施例中心电信号滤波装置的示意图；

图7绘示本发明一实施例中计算机设备的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的心电信号滤波方法，可应用在如图1的应用环境中，该心电信号滤波方法应用在心电信号滤波系统中，该心电信号滤波系统包括客户端和服务器，其中，客户端通过网络与服务器进行通信。客户端又称为用户端，是指与服务器相对应，为客户端提供本地服务的程序。进一步地，客户端为计算机端程序、智能设备的APP程序或嵌入其他APP的第三方小程序。该客户端可安装在但不限于各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备等计算机设备上。服务器可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。

在一实施例中，如图2所示，提供一种心电信号滤波方法，以该方法应用在图1中的服务器为例进行说明，具体包括如下步骤：

S10.获取输入的心电原始信号。

具体地，通过服务器获取输入的心电原始信号。

S20.通过零极点补偿梳状滤波器对心电原始信号进行滤波，用于过滤心电原始信号中的工频信号，获取第一心电信号。

其中，零极点补偿梳状滤波器为改造后的梳状滤波器。零极点补偿梳状滤波器有与常规梳状滤波器的算法模型不同等区别。

具体地，该方法将心电原始信号输入进零极点补偿梳状滤波器中，零极点补偿梳状滤波器对其进行滤波，过滤掉心电原始信号的工频噪声等噪声，得到第一心电信号，以供获取到流畅、真实的波形图。

步骤S20的作用在于，该方法使用零极点补偿梳状滤波器，用于过滤掉心电原始信号中的工频噪声，实现滤波效果较好。并且，零极点补偿梳状滤波器不容易导致心电信号的波形图相位失真，影响特征识别。

S30.通过FIR滤波器对第一心电信号进行高通滤波，用于过滤第一心电信号中的低频信号，获取第二心电信号。

其中，FIR(Finite Impulse Response，有限脉冲响应)滤波器的主要功能是过滤无用的信号，留下有用信号。高通滤波是一种过滤方式，规则为低于某个临界值的高频信号能正常通过，而低于某个临界值的低频信号则被阻隔、减弱。但是阻隔、减弱的幅度则会依据不同的频率以及不同的滤波程序(目的)而改变。

具体地，该方法将第一心电信号输入进FIR滤波器中，FIR滤波器对其进行高通滤波，过滤掉第一心电信号中的低频噪声，得到第二心电信号，以供获取到流畅、真实的波形图。

步骤S30的作用在于，使用FIR滤波器，用于过滤掉第一心电信号中的低频噪声，减少了低频噪声的干扰。

S40.通过低通滤波器对第二心电信号进行低通滤波，用于过滤第二心电信号中的高频信号，获取目标心电信号。

其中，高通滤波也是一种过滤方式，规则为而低于某个临界值的低频信号能正常通过，而高于某个临界值的高频信号被阻隔、减弱。但是阻隔、减弱的幅度则会依据不同的频率以及不同的滤波程序(目的)而改变。

具体地，该方法将第二心电信号输入进低通滤波器中，低通滤波器对其进行低通滤波，过滤掉第二心电信号中的高频噪声，得到目标心电信号，以供获取到流畅、真实的波形图。

步骤S40的作用在于，使用低通滤波器，用于过滤掉第二心电信号中的高频噪声，减少了高频噪声的干扰。

上述心电信号滤波方法，通过零极点补偿梳状滤波器、FIR滤波器和低通滤波器依次分别对心电原始信号进行工频信号、低频信号和高频信号的滤波，极大减少了噪声对心电信号的干扰。同时，滤波效果较好，不容易导致心电信号的波形图相位失真，影响特征识别。

在一实施例中，如图3所示，步骤S20中，即通过零极点补偿梳状滤波器对心电原始信号进行滤波中，具体包括如下步骤：

S201.通过零极点补偿梳状滤波器对心电原始信号分别进行工频信号滤波和最左端的低频信号补波。

其中，工频噪声最好用梳状滤波器，但常规的梳状滤波器会滤波掉最左端的低频信号(范围0-xxHz，如0-10Hz)。最左端的低频信号的范围频率数值可以根据实际情况设定。

具体地，本实施例通过使用零极点补偿梳状滤波器，即可补偿掉需要的最左端的低频信号，又可对工频信号进行滤波。同时，滤波也可除0-xxHz外的，工频的多个谐波。

步骤S201的作用在于，使用零极点补偿梳状滤波器不容易造成心电信号的相位失真的问题，且对最左端的低频信号进行补波，有效地保证了心电信号的真实性和准确性。

在一实施例中，如图3所示，步骤S20中，即通过零极点补偿梳状滤波器对心电原始信号进行滤波中，具体包括如下步骤：

S202.获取零极点补偿梳状滤波器的系统函数，系统函数的公式如下：

其中a为系统函数系数，Z为Z变换，N为第N个输入的心电信号。

S203.通过运行系统函数对心电原始信号进行滤波。

具体地，常规的梳状滤波器的系统函数可以如下所示：

该系统函数的分子系数虽然比较简单，但是参数比较多，分母系数多并且不简单，计算压力大，占用空间多。但常规的梳状滤波器的还有些系统函数简单，占用空间与该系统函数差不多或者更少的，如

等，但这些算法得到的心电信号图不够精确，导致相位失真，如图4所示。蓝色的心电信号为心电原始信号，绿色的心电信号为常规的梳状滤波器的滤波后信号，滤波前的局部直线趋势的心电信号变成滤波后的局部斜线趋势的心电信号，影响心电图的特征识别。通过对算法模型的改进，运行零极点补偿梳状滤波器的系统函数不容易产生此影响。并且，可以对最左端的低频信号进行补波，有效地保证了心电信号的真实性和准确性。如图5所示。蓝色的心电信号为心电原始信号，绿色的心电信号为零极点补偿梳状滤波器的滤波后信号，滤波前的的心电信号与滤波后的心电信号基本不变，特征不失真。

步骤S202和S203的作用在于，该系统函数分子和分母总共有四个参数和，与其他梳状滤波器的系统函数的多参数情况下相比，大大减少运算量，存储内存也并没有大的增加，减轻设备运算负担且滤波效果好。

在一实施例中，如图3所示，步骤S30中，即通过FIR滤波器对第一心电信号进行高通滤波，用于过滤第一心电信号中的低频信号，获取第二心电信号中，具体包括如下步骤：S301.设定低频阈值信号。

S302.通过FIR滤波器过滤掉低于低频阈值信号的低频信号。

其中，设定低频阈值信号可进行实景情况进行调整。

具体地，本实施例设定低频阈值信号后，低通滤波器过滤掉低于低频阈值信号的低频信号。

步骤S301和S302的作用在于，消除低频噪声。

在一实施例中，如图3所示，步骤S40中，即通过低通滤波器对第二心电信号进行低通滤波，用于过滤第二心电信号中的高频信号，获取目标心电信号，具体包括如下步骤：S401.设定高频阈值信号。

S402.通过低通滤波器过滤掉高于高频阈值信号的高频信号。

其中，设定高频阈值信号可进行实景情况进行调整。

具体地，设定高频阈值信号后，低通滤波器过滤掉高于高频阈值信号的高频信号。

步骤S401和S402的作用在于，消除高频噪声。

在一实施例中，如图3所示，步骤S10之后，即获取输入的心电原始信号之后，具体还包括如下步骤：

S101.将心电原始信号转化为数字心电信号。

S102.对数字心电信号进行极值处理。

其中，A/D转化器(Analog to Digital Converter，模数转换器)可以将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。极值处理主要处理处于特定分布区域或范围之外的数据或者异常数据等。

具体地，通过A/D转化器将心电原始信号转化为数字心电信号，并对数字心电信号进行极值处理，处理掉在频率区间范围外的不需要进行研究的数字心电信号。该步骤位于获取输入的心电原始信号之后，通过零极点补偿梳状滤波器对心电原始信号进行滤波之前。

步骤S101和S102的作用在于，对心电原始信号进行转化并进行处理，利于获取真实的心电信号图。

在一实施例中，如图3所示，步骤S20中，即通过零极点补偿梳状滤波器对心电原始信号进行滤波，用于过滤心电原始信号中的工频信号，获取第一心电信号中，具体包括如下步骤：

S204.检测第一心电信号中是否存在工频信号。

S205.若工频信号还存在于第一心电信号中，重复执行通过零极点补偿梳状滤波器对第一心电信号进行滤波的步骤，直至工频信号不存在于第一心电信号中。

具体地，该方法通过添加循环判断语句，使零极点补偿梳状滤波器检测第一心电信号中是否存在工频信号，若还存在，则零极点补偿梳状滤波器会对第一心电信号重复进行滤波，直至工频信号不存在。然后，再将一心电信号传入进FIR滤波器中。

步骤S204和S205的作用在于，确保工频信号的过滤完全，保证得到较为真实的心电信号图。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在一实施例中，提供一种心电信号滤波装置，该心电信号滤波装置与上述实施例中心电信号滤波方法一一对应。如图6所示，该心电信号滤波装置包括获取心电原始信号模块10、获取第一心电信号模块20、获取第二心电信号模块30和获取目标心电信号模块40。各功能模块详细说明如下：

获取心电原始信号模块10，用于获取输入的心电原始信号。

获取第一心电信号模块20，用于通过零极点补偿梳状滤波器对心电原始信号进行滤波，用于过滤心电原始信号中的工频信号，获取第一心电信号。

获取第二心电信号模块30，用于通过FIR滤波器对第一心电信号进行高通滤波，用于过滤第一心电信号中的低频信号，获取第二心电信号。

获取目标心电信号模块40，用于通过低通滤波器对第二心电信号进行低通滤波，用于过滤第二心电信号中的高频信号，获取目标心电信号。

关于心电信号滤波装置的具体限定可以参见上文中对于心电信号滤波方法的限定，在此不再赘述。上述心电信号滤波装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于心电信号滤波方法相关的数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种心电信号滤波方法。

在一实施例中，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例心电信号滤波方法，例如图2所示S10至步骤S40。或者，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中心电信号滤波装置的各模块/单元的功能，例如图6所示模块10至模块40的功能。为避免重复，此处不再赘述。

在一实施例中，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例心电信号滤波方法，例如图2所示S10至步骤S40。或者，该计算机程序被处理器执行时实现上述装置实施例中心电信号滤波装置中各模块/单元的功能，例如图6所示模块10至模块40的功能。为避免重复，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种心电信号滤波方法，其特征在于，包括：

获取输入的心电原始信号；

通过零极点补偿梳状滤波器对所述心电原始信号进行滤波，用于过滤所述心电原始信号中的工频信号，获取第一心电信号；

通过FIR滤波器对所述第一心电信号进行高通滤波，用于过滤所述第一心电信号中的低频信号，获取第二心电信号；

通过低通滤波器对所述第二心电信号进行低通滤波，用于过滤所述第二心电信号中的高频信号，获取目标心电信号。

2.根据权利要求1所述的心电信号滤波方法，其特征在于，所述通过零极点补偿梳状滤波器对所述心电原始信号进行滤波，包括：

通过零极点补偿梳状滤波器对所述心电原始信号分别进行工频信号滤波和最左端的低频信号补波。

3.根据权利要求1所述的心电信号滤波方法，其特征在于，所述通过零极点补偿梳状滤波器对所述心电原始信号进行滤波，包括：

获取所述零极点补偿梳状滤波器的系统函数，所述系统函数的公式如下：

其中a为系统函数系数，Z为Z变换，N为第N个输入的心电信号；

通过运行所述系统函数对所述心电原始信号进行滤波。

4.根据权利要求1所述的心电信号滤波方法，其特征在于，所述过FIR滤波器对所述第一心电信号进行高通滤波，用于过滤所述第一心电信号中的低频信号，获取第二心电信号，包括：设定低频阈值信号；

通过FIR滤波器过滤掉低于所述低频阈值信号的低频信号。

5.根据权利要求1所述的心电信号滤波方法，其特征在于，所述通过低通滤波器对所述第二心电信号进行低通滤波，用于过滤所述第二心电信号中的高频信号，获取目标心电信号，包括：

设定高频阈值信号；

通过低通滤波器过滤掉高于所述高频阈值信号的高频信号。

6.根据权利要求1所述的心电信号滤波方法，其特征在于，所述获取输入的心电原始信号之后，还包括：

将所述心电原始信号转化为数字心电信号；

对所述数字心电信号进行极值处理。

7.根据权利要求1所述的心电信号滤波方法，其特征在于，所述通过零极点补偿梳状滤波器对所述心电原始信号进行滤波，用于过滤所述心电原始信号中的工频信号，获取第一心电信号，包括：

检测所述第一心电信号中是否存在工频信号；

若所述工频信号还存在于所述第一心电信号中，重复执行通过零极点补偿梳状滤波器对所述第一心电信号进行滤波的步骤，直至所述工频信号不存在于所述第一心电信号中。

8.一种心电信号滤波设备，其特征在于，包括：

获取心电原始信号模块，用于获取输入的心电原始信号；

获取第一心电信号模块，用于通过零极点补偿梳状滤波器对所述心电原始信号进行滤波，用于过滤所述心电原始信号中的工频信号，获取第一心电信号；

获取第二心电信号模块，用于通过FIR滤波器对所述第一心电信号进行高通滤波，用于过滤所述第一心电信号中的低频信号，获取第二心电信号；

获取目标心电信号模块，用于通过低通滤波器对所述第二心电信号进行低通滤波，用于过滤所述第二心电信号中的高频信号，获取目标心电信号。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述心电信号滤波方法。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述心电信号滤波方法。

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