一種對脈搏波信號進(jìn)行處理的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對脈搏波信號進(jìn)行處理的方法，所述方法包括：獲取脈搏波信號；對所述脈搏波信號進(jìn)行8層小波分解，并根據(jù)每一層的頻率范圍，分別對超出脈搏波頻帶范圍的高頻信號和基線漂移低頻信號進(jìn)行濾波；對濾波后的所述脈搏波信號進(jìn)行小波重構(gòu)，得到去除了基線漂移和高頻噪聲的處于第一狀態(tài)的脈搏波。以及對所述處于第一狀態(tài)的脈搏波進(jìn)行自適應(yīng)濾波，獲得濾波后的脈搏波。根據(jù)本發(fā)明提供的方法可以有效去除脈搏波信號中的噪聲信號，獲得高質(zhì)量脈搏波。
【專利說明】一種對脈搏波信號進(jìn)行處理的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號處理領(lǐng)域，尤其涉及一種對脈搏波信號進(jìn)行處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]真實脈搏信號的能量主要集中在0.5Hz~40HZ的頻帶上，對于脈搏信號的準(zhǔn)確測量會遇到各種各樣的噪聲干擾。噪聲的來源很多，例如被測人員本身呼吸，運動產(chǎn)生的噪聲，或者被測人員所處環(huán)境的環(huán)境噪聲等等。實際測量中遇到的噪聲主要有基線漂移低頻噪聲以及高頻干擾以及運動偽跡。基線漂移低頻噪聲主要由人體呼吸引起，能量集中在O~0.5HZ之間的頻帶上；高頻干擾包含高頻隨機噪聲以及工頻干擾，是由于采集過程產(chǎn)生的隨機噪聲和環(huán)境干擾造成；運動偽跡是在脈搏采集過程中，由于采集者運動，使得采集部位與傳感器直接距離發(fā)生位移，導(dǎo)致脈搏波很不穩(wěn)定而產(chǎn)生的，這種噪聲和脈搏信號在同一個頻帶，是脈搏波去噪的一個難點。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，有多種方法對脈搏波信號進(jìn)行處理還去出脈搏波信號中的噪聲。例如:有方法采用小波分解的方式來進(jìn)行去噪，但是對于脈搏波信號的分解不夠細(xì)致，分層粗，難以將噪聲信號和真實脈搏波信號進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分。[0004]因此需要一種能夠高效地對脈搏波信號進(jìn)行處理的方法，能夠有效去除脈搏波信號中的噪聲，獲得高質(zhì)量脈搏波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了有效解決現(xiàn)有的脈搏波信號處理中運算量大、誤差大、準(zhǔn)確率低的問題，本發(fā)明提供了一種對脈搏波信號進(jìn)行處理的方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種對脈搏波信號進(jìn)行處理的方法，其特征在于，所述方法包括步驟:
[0007]a)獲取脈搏波信號；
[0008]b)對所述脈搏波信號進(jìn)行8層小波分解，并根據(jù)每一層的頻率范圍，分別對超出脈搏波頻帶范圍的高頻信號和基線漂移低頻信號進(jìn)行濾波；
[0009]c)對濾波后的所述脈搏波信號進(jìn)行小波重構(gòu)，得到去除了基線漂移和高頻噪聲的處于第一狀態(tài)的脈搏波。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，所述步驟a)包括:向動脈所對應(yīng)的體表皮膚發(fā)送探測光，并接收所述探測光的反射光，通過所述反射光獲取所述脈搏波信號。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個【具體實施方式】，在所述步驟b)中，所述對所述脈搏波信號進(jìn)行8層小波分解,采用db9函數(shù)進(jìn)行。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，在所述步驟b)中，所述分別對超出脈搏波頻帶范圍的高頻信號和基線漂移低頻信號進(jìn)行濾波，采用強制置零的方式濾波。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，在所述步驟b)中，在所述8層小波分解中，第J層分解的高頻細(xì)節(jié)信號頻譜為^Y~0，低頻逼近信號頻譜為O~條I,所述I≤J≤8。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，在所述步驟b)中，所述分別對超出脈搏波頻帶范圍的高頻信號和基線漂移低頻信號進(jìn)行濾波:為濾除第I~4層的高頻細(xì)節(jié)信號和第8層的低頻信號。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，在所述步驟c)之后還包括步驟:
[0016]d)對所述處于第一狀態(tài)的脈搏波進(jìn)行自適應(yīng)濾波，獲得濾波后的脈搏波。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，
[0018]所述脈搏波信號包括:第一脈搏波信號和第二脈搏波信號；以及，
[0019]所述處于第一狀態(tài)的脈搏波包括:處于第一狀態(tài)的第一脈搏波和處于第一狀態(tài)的第二脈搏波，其中所述處于第一狀態(tài)的第一脈搏波，由所述第一脈搏波信號執(zhí)行所述步驟b)和所述步驟c)之后獲得，所述處于第一狀態(tài)的第二脈搏波由所述第二脈搏波信號執(zhí)行所述步驟b)和所述步驟c)之后獲得。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，所述第一脈搏波信號由紅光探測光獲得；所述第二脈搏波信號由紅外光探測光獲得。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，在所述步驟d)中，針對所述處于第一狀態(tài)的第一脈搏波和所述處于第一狀態(tài)的第二脈搏波進(jìn)行自適應(yīng)濾波，采用改進(jìn)包絡(luò)法來構(gòu)造噪
聲參考信號。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，在所述步驟d)中，所述對所述處于第一狀態(tài)的脈搏波進(jìn)行自適應(yīng)濾波，獲得處于第二狀態(tài)的脈搏波，包括:
[0023]dl)對所述處于第一狀態(tài)的第一脈搏波和所述處于第一狀態(tài)的第二脈搏波分別相對于其各自最大值進(jìn)行歸一化處理，獲得處于第二狀態(tài)的第一脈搏波和處于第二狀態(tài)的第二脈搏波；
[0024]d2)采用差分法獲得所述處于第二狀態(tài)的第一脈搏波的極大極小值點，在極大值間通過插值得到極大值包絡(luò)，在極小值間通過插值得到極小值包絡(luò)，極大值包絡(luò)與極小值包絡(luò)之差即為交流信號處于第三狀態(tài)的第一脈搏波；
[0025]采用差分法獲得所述處于第二狀態(tài)的第二脈搏波的極大極小值點，在極大值間通過插值得到極大值包絡(luò)，在極小值間通過插值得到極小值包絡(luò)，極大值包絡(luò)與極小值包絡(luò)之差即為交流信號處于第三狀態(tài)的第二脈搏波；
[0026]d3)將所述處于第三狀態(tài)的第一脈搏波和所述處于第三狀態(tài)的第二脈搏波相減，
得到噪聲參考信號；
[0027]d4)采用所述噪聲參考信號對所述處于第一狀態(tài)的第一脈搏波和所述處于第一狀態(tài)的第二脈搏波進(jìn)行基于最小均方差的自適應(yīng)濾波，獲得濾波后的第一脈搏波和濾波后的第二脈搏波。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，所述紅光探測光的波長的范圍是660nm±3nm ;所述紅外光探測光的波長的范圍是940nm土 IOnm,或所述紅外光探測光的波長是 9600nm。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，脈搏波頻帶為0.5Hz~40Hz。
[0030]本發(fā)明的對脈搏波信號進(jìn)行處理方法，將小波去噪和自適應(yīng)濾波結(jié)合起來，可以取得更好地去噪效果。首先通過小波變化濾除了低頻基線漂移和高頻噪聲，這樣不但簡化了自適應(yīng)濾波時的運算量；而且由于已經(jīng)去除了一部分噪聲，對于后續(xù)自適應(yīng)濾波時極值點的選取非常有利。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0032]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中獲取噪聲參考信號一個【具體實施方式】的示意圖；
[0033]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一種對脈搏波信號進(jìn)行處理的方法的一個【具體實施方式】的流程示意圖；
[0034]圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的一種對脈搏波信號進(jìn)行處理的方法的另一個【具體實施方式】的流程示意圖。
[0035]附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。
【具體實施方式】
[0036]下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。
[0037]參考圖2，圖2是本發(fā)明提供的一種對脈搏波信號進(jìn)行處理的方法的一個【具體實施方式】的流程示意圖。`
[0038]步驟S101，獲取脈搏波信號。獲取脈搏波信號的方法有很多，例如可以使用信號采集器等等。本發(fā)明中所述的脈搏波信號主要是指人體的脈搏波信號，但是并不限于此，對于與人體有相似特征的哺乳動物的脈搏波信號的處理也適用于本方法。
[0039]在本發(fā)明中，優(yōu)選采用從光信號中獲取脈搏波信號。具體地，向動脈所對應(yīng)的體表皮膚發(fā)送探測光，并接收所述探測光的反射光，通過所述反射光獲取所述脈搏波信號。雖然在心臟附近或者通過頸動脈、橈動脈等都可以獲得很好的脈搏波信號，但是為了測量便捷，首選向橈動脈所對應(yīng)的腕部皮膚發(fā)送探測光。
[0040]使用不同的探測光，可以獲得不同的脈搏波信號。如果進(jìn)行小波去噪，只需要一束脈搏波信號即可操作。但是為了獲得更好的脈搏波，除了進(jìn)行小波去噪處理之外，優(yōu)選的，在小波去噪之后，還要對脈搏波信號再進(jìn)行自適應(yīng)濾波處理。因此，需要獲取兩束脈搏波信號。優(yōu)選的，分別采用紅光和紅外光作為探測光，以獲取不同的脈搏波信號。當(dāng)探測光為紅光時，可以獲得第一脈搏波信號；當(dāng)探測光為紅外光時，可以獲得第二脈搏波信號。
[0041]可選的，所述紅光探測光的波長的范圍是660nm±3nm,例如:657nm,660nm或者663nm。優(yōu)選的，所述紅外光探測光的波長的范圍是940nm± IOnm,例如:930nm, 940nm或者950nm。或者直接選擇波長9600nm的紅外光作為探測光。
[0042]只要是可以提供具有上述波長的探測光的光源均可以選擇用來實施本發(fā)明所提供的方法，例如所述光源包括:光電傳感器，LED發(fā)光器或者激光器等等。當(dāng)探測光包括紅光和紅外光兩束光時，既可以分別采用兩個光源，也可以采用一個光源，只要可以提供本發(fā)明所需要的探測光即可。優(yōu)選的，采用光電傳感器來進(jìn)行探測光的發(fā)送和接收。優(yōu)選的，光電傳感器使用NJL5501R芯片來實現(xiàn)，由于NJL5501R芯片是一種可以產(chǎn)生紅光和紅外光的光電傳感器。
[0043]脈搏波信號獲取后，對其執(zhí)行步驟S102，對所述脈搏波信號進(jìn)行8層小波分解，并根據(jù)每一層的頻率范圍，分別對超出脈搏波頻帶范圍的高頻信號和基線漂移低頻信號進(jìn)行濾波。具體的，采用db9函數(shù)對所述脈搏波信號進(jìn)行8層小波分解。通過更多層的頻帶細(xì)分可以更精確地將脈搏波信號和噪聲信號進(jìn)行區(qū)分。
[0044]在所述8層小波分解中，第J層分解的高頻細(xì)節(jié)信號頻譜為
【權(quán)利要求】
1.一種對脈搏波信號進(jìn)行處理的方法，其特征在于，所述方法包括步驟: a)獲取脈搏波信號； b)對所述脈搏波信號進(jìn)行8層小波分解，并根據(jù)每一層的頻率范圍，分別對超出脈搏波頻帶范圍的高頻信號和基線漂移低頻信號進(jìn)行濾波； c)對濾波后的所述脈搏波信號進(jìn)行小波重構(gòu)，得到去除了基線漂移和高頻噪聲的處于第一狀態(tài)的脈搏波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟a)包括:向動脈所對應(yīng)的體表皮膚發(fā)送探測光，并接收所述探測光的反射光，通過所述反射光獲取所述脈搏波信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述步驟b)中，所述對所述脈搏波信號進(jìn)行8層小波分解，采用db9函數(shù)進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述步驟b)中，所述分別對超出脈搏波頻帶范圍的高頻信號和基線漂移低頻信號進(jìn)行濾波，采用強制置零的方式濾波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述步驟b)中，在所述8層小波分解中，第J層分解的高頻細(xì)節(jié)信號頻譜為fs/2j+1-fs/2j,低頻逼近信號頻譜為O~fs/2j+1所述I≤J≤8。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述步驟b)中，所述分別對超出脈搏波頻帶范圍的高頻信號和基線漂移低頻信號進(jìn)行濾波:為濾除第I~4層的高頻細(xì)節(jié)信號和第8層的低頻信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中任意一項所述的方法，其中，在所述步驟c)之后還包括步驟: d)對所述處于第一狀態(tài)的脈搏波進(jìn)行自適應(yīng)濾波，獲得濾波后的脈搏波。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 所述脈搏波信號包括:第一脈搏波信號和第二脈搏波信號；以及， 所述處于第一狀態(tài)的脈搏波包括:處于第一狀態(tài)的第一脈搏波和處于第一狀態(tài)的第二脈搏波，其中所述處于第一狀態(tài)的第一脈搏波，由所述第一脈搏波信號執(zhí)行所述步驟b)和所述步驟c)之后獲得，所述處于第一狀態(tài)的第二脈搏波由所述第二脈搏波信號執(zhí)行所述步驟b)和所述步驟c)之后獲得。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一脈搏波信號由紅光探測光獲得；所述第二脈搏波信號由紅外光探測光獲得。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述步驟d)中，針對所述處于第一狀態(tài)的第一脈搏波和所述處于第一狀態(tài)的第二脈搏波進(jìn)行自適應(yīng)濾波，采用改進(jìn)包絡(luò)法來構(gòu)造噪聲參考信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在所述步驟d)中，所述對所述處于第一狀態(tài)的脈搏波進(jìn)行自適應(yīng)濾波，獲得處于第二狀態(tài)的脈搏波，包括: dl)對所述處于第一狀態(tài)的第一脈搏波和所述處于第一狀態(tài)的第二脈搏波分別相對于其各自最大值進(jìn)行歸一化處理，獲得處于第二狀態(tài)的第一脈搏波和處于第二狀態(tài)的第二脈搏波； d2)采用差分法獲得所述處于第二狀態(tài)的第一脈搏波的極大極小值點，在極大值間通過插值得到極大值包絡(luò)，在極小值間通過插值得到極小值包絡(luò)，極大值包絡(luò)與極小值包絡(luò)之差即為交流信號處于第三狀態(tài)的第一脈搏波；采用差分法獲得所述處于第二狀態(tài)的第二脈搏波的極大極小值點，在極大值間通過插值得到極大值包絡(luò)，在極小值間通過插值得到極小值包絡(luò)，極大值包絡(luò)與極小值包絡(luò)之差即為交流信號處于第三狀態(tài)的第二脈搏波； d3)將所述處于第三狀態(tài)的第一脈搏波和所述處于第三狀態(tài)的第二脈搏波相減，得到噪聲參考信號； d4)采用所述噪聲參考信號對所述處于第一狀態(tài)的第一脈搏波和所述處于第一狀態(tài)的第二脈搏波進(jìn)行基于最小均方差的自適應(yīng)濾波，獲得濾波后的第一脈搏波和濾波后的第二脈搏波。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中， 所述紅光探測光的波長的范圍是660nm±3nm ； 所述紅外光探測光的波長的范圍是940nm±10nm，或所述紅外光探測光的波長是9600nmo
13.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的方法，其中，脈搏波頻帶為0.5Hz~40Hz。
【文檔編號】A61B5/02GK103860152SQ201410131259
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】王波, 王毅峰, 趙洲洋, 辛勤, 胡春華, 馬澤強, 王鶴男, 潘旭捷 申請人:辛勤