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《基于小波閾值變換的心電圖去噪研究 》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、基于小波閾值變換的心電圖去噪研究【摘要】目的運用小波閾值變換對心電圖進行去噪。方法應用matlab進行仿真實驗，計算信噪比與均方根誤差，并對去噪效果進行評估。結(jié)果與結(jié)論在軟閾值量化規(guī)則下，選擇無偏似然估計閾值效果最佳，硬閾值條件下則固定閾值比較好，閾值隨噪聲方差調(diào)整的方法要優(yōu)于閾值固定的方法?！娟P(guān)鍵詞】心電圖(ECG)；數(shù)字信號處理(DSP)；小波變換；去噪；閾值心電信號是人類最早研究并應用于醫(yī)學臨床的生物電信號之一，心電信號處理的目的就是盡量消除外部干擾的影響，以便于估計心電信號的各特征參數(shù)并檢出所期望的心電波
2、形；將心電信號適當變換成容易分析和辨識的形式，進而提取有診斷價值的信息。本文提出運用小波閾值變換對心電圖進行去噪的方法,并應用matlab仿真進行實驗，計算信噪比與均方根誤差，對去噪效果進行評估，具有一定的實用價值。1心電信號處理概述 心電信號在采集過程中，常常摻雜著各種噪聲。噪聲來源主要有〔1〕：工頻干擾、肌電干擾和基線漂移等。這些來源于心臟以外的干擾信號會使心電信號在周期和形態(tài)上發(fā)生畸變，噪聲嚴重時可完全淹沒心電信號或者使基線漂移劇烈。由于心電信號比較微弱，人體的心電信號非常微弱，其幅度范圍是0.001～5
3、mV，頻率范圍是0.005～100Hz。而在檢測過程中，遇到的噪聲與干擾信號一般都比該數(shù)值高出幾個數(shù)量級。為了區(qū)別，一般把可以減少或消除的外部擾動稱為干擾，而把由于材料或器件的物理原因所產(chǎn)生的擾動稱為噪聲〔2,3〕。為了正確進行參數(shù)測量、波形識別和病征診斷，必須抑制這些噪聲。信號預處理的任務正是消除原始心電信號中的干擾，為波形的檢測作預處理。 心電信號的除噪方法主要有：Thakor設計的巴特沃斯型帶通濾波器、Lynn提供的整系數(shù)數(shù)字濾波器、NOTCH法、改進的LEVKOV法、自適應相干模板法等〔1,2〕?！ ‰S
4、著小波分析理論的發(fā)展，將其應用到ECG消噪中，已經(jīng)成為熱點的課題。小波變換用于ECG濾波，常采用的算法有：去除噪聲干擾所對應的小波多分辨率分解尺度上的細節(jié)分量、小波空間的閾值化處理、小波變換模極大值方法。這幾種算法都可以有效去除ECG中的噪聲與干擾，但也都存在一定的問題，在實際應用中需考慮采取措施進行改進，提高濾波性能。實際中已有許多改進算法，如采用平穩(wěn)小波變換進行心電信號分解，以對閾值濾波方法進行改進。為減少Q(mào)RS波的信息損失，在消噪、干擾細節(jié)分量的基礎(chǔ)上進行模極大值對的檢測等。2對心電圖進行小波變換去噪2.1
5、心電圖各波特征 一個典型的心電波形由P波、QRS波群、T波等組成，有時可看到后繼的U波。在正常情況下，這些子波按照竇房結(jié)產(chǎn)生的興奮脈沖的周期而進行周期性的重復。對于具體每個子波，都對應著心臟活動與電生理的特定階段。心電圖診斷就是根據(jù)這幾個波形的幅度大小和間隔時間來進行診斷。連接兩組波群之間的直線是心電圖的基線即等電位線，如PR段和ST段，反映此時各部分心肌細胞的電位相等，體表電極上無電位差。在心電圖的臨床實踐中，人們積累了豐富的有關(guān)正常心電圖各波段和間期正常值的數(shù)據(jù)，它們是判斷病理心電圖的基礎(chǔ)〔4-6〕。不同波
6、段的頻率特征是不同的，各波表示的意義也不同。2.2小波去噪原理傅里葉變換一直是人們當作信號處理效果最常用的分析手段，但它是一種純頻率域中的分析方法，反映在整個信號全部時間下的整體頻域特征，而不能提供任何局部時間段上的頻率信息。被譽為“分析信號顯微鏡”的小波變換，特別適用于有效提取夾雜在噪聲中“弱信息”，并展開其成分。小波變換有良好的時頻局部化特性，非常適合對諸如ECG這種非平穩(wěn)信號的分析〔5〕。一個含噪聲的一維信號的模型可以表示為以下的形式〔7〕：y(n)=f(n)+σe(n)，n=1,2…，N其中y(n)為含噪
7、聲的信號為真實信號，σe(n)為噪聲。實際工程中，有用信號通常表現(xiàn)為低頻信號或是一些比較平穩(wěn)的信號，而噪聲信號則通常表現(xiàn)為高頻信號。小波去噪的基本思想是根據(jù)噪聲與信號在各尺度(即各頻帶)上的小波系數(shù)具有不同的表現(xiàn)這一特點，將各尺度上由噪聲產(chǎn)生的小波分量，特別是將那些噪聲分量占主導地位的尺度上的噪聲小波分量去掉，這樣保留下來的小波系數(shù)基本上就是原始信號的小波系數(shù)，然后再利用小波變換重構(gòu)算法，重構(gòu)出原信號。由此可知小波去噪的關(guān)鍵是如何濾去由噪聲產(chǎn)生的小波包分解系數(shù)分量。實際處理方法是選取門限閾值對小波分解系數(shù)進行量化
8、處理。2.3閾值系數(shù) Donoho將閾值函數(shù)分為軟閾值和硬閾值，設為波系數(shù)的大小，wλ為施加閾值后的小波系數(shù)大小，λ是閾值。 硬閾值(hardthresholding)量化規(guī)則：當小波系數(shù)的絕對值小于給定閾值時，令其為0，而大于閾值時，保持其不變，即wλ=w
9、W
10、≥λ0
11、W
12、≥λ軟閾值(softthresholding)：當小波系數(shù)的絕對值小于給定閾值時，令其為0，大
