[发明专利]基于DTCWT-Spline的脉搏波信号去噪处理方法

说明书

本发明提供一种基于DTCWT‑Spline的脉搏波信号去噪处理方法，其首先原始含噪的脉搏波信号进行双树复小波分解，对各层的小波系数采用贝叶斯最大后验估计阈值去噪，之后进行双树复小波逆变换得到滤除高频噪声后的脉搏波信号；将得到的去除高频噪声的脉搏波信号采用滑窗法检测识别出去除高频噪声的脉搏波信号中的波谷点，然后采用三次样条插值法拟合出波谷曲线作为估算基线漂移量，最后用去除高频噪声的脉搏波信号减去估算基线漂移量，完成对脉搏波信号的去噪处理，能够有效地去除高频噪声和基线漂移，且较好地保持原始脉搏波信号的总体特征信息，该方法简单、计算量小以及占用内存小，为基于脉搏波的小型化、移动化无创连续血压检测设备研发提供了技术基础。

技术领域

本发明涉及生物医学信号采集和处理技术领域，具体涉及一种基于DTCWT-Spline的脉搏波信号去噪处理方法。

背景技术

脉搏波是心脏的收缩舒张射血及血流向外周传播而产生的波动，其传播的情况，取决于心脏本身的功能，血管弹性、管腔大小以及血管内壁阻力等。脉搏波信号中包含了大量的生理和病理信息，准确识别并提取脉搏波信号的特征参数为分析人体的生理病理状况和预防诊断心血管疾病提供了参考和准确的指导意义。

在脉搏波信号的体表采集过程中，工频干扰、呼吸和肌电干扰等高频噪声和基线漂移等噪声严重地影响了脉搏波信号的检测结果，因此实现脉搏波信号准确检测的关键之一，就是寻找有效的对脉搏波信号进行去噪处理的方法，在保留尽可能多的脉搏波信号中有用信号的基础上，实现脉搏波信号中噪声的有效滤除。

关于脉搏波信号的噪声去除，目前主要采用以下两类方法：1、仅在时域内进行简单降噪处理，即采用低通、带通、高通等常规的滤波方法对脉搏波信号进行滤波去噪；2、利用傅里叶变换、小波变换、双树复小波变换等算法进行去噪处理。对于上述第1类去噪方法，虽然其运算量处理较小，但由于常用的滤波器截止频率固定，当噪声频率超过其截止频率时，无法消除噪声；当其截止频率过高时，会滤除部分有用信息；当噪声与信号的频谱相近或重叠时，往往无法达到很好的滤波效果，影响脉搏波信号的后续准确检测。对于上述第2类方法，其中傅里叶变换是一种周期性全局变换，对信号的局部变化不敏感；小波变换是一种时频局域化分析方法，克服了傅里叶变换的全局变换性，但是由于二进制小波处理离散信号过程中的二抽取特性，信号每经过一级小波分解其数据量就会减少一半，不可避免地造成了频谱混叠和平移改变；双树复小波变换(dual-tree complex wavelet transform，缩写为DTCWT)克服了传统离散小波变换的缺陷，具有平移不变性、抗频谱混叠和多方向选择性等优点，并且能够保证去噪后的信号能较好地保留有用信号的特征。但是当采用小波变换或双树复小波变换消除基线漂移等低频噪声时，需要将小波分解到高尺度，把最高尺度上的近似小波系数置零来滤除基线漂移，高尺度的分解增大了分解和重构的运算量，在滤除基线漂移的同时也会损失部分低频波段的有用信息。

因此，目前亟须一种方法简单、运算处理量小、且能够有效保留脉搏波信号中有用信号的去噪处理方法。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于双树复小波和三次样条插值法(DTCWT-Spline)相结合的脉搏波信号去噪处理方法，能够有效地去除脉搏波信号中的高频噪声和基线漂移，并且较好地保留原始脉搏波信号的有用特征信息。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于DTCWT-Spline的脉搏波信号去噪处理方法，将采集到的脉搏波信号输入至计算机，由计算机进行滤波处理，计算机对脉搏波信号进行滤波处理的具体步骤包括：

1)设定双树复小波变换中各层的滤波器，对脉搏波信号进行双树复小波分解；

2)采用基于贝叶斯最大后验估计的双树复小波阈值去噪法，对脉搏波信号进行双树复小波分解后的各层小波系数进行阈值化处理，得到脉搏波信号双树复小波分解后所包含的有用信号的各层小波系数估计值；