心电信号滤波方法、装置、计算机设备和存储介质转让专利
申请号 : CN201910927699.9
文献号 : CN110575162B
文献日 : 2021-07-02
发明人 : 刘宏
申请人 : 深圳旭宏医疗科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种心电信号滤波方法,其特征在于,所述方法包括:获取当前第一预定时间段的第一采样数据;
第一预定时间段内的采样数据即为基础采样数据;其中,第一预定时间段的时长和采样数据的个数根据实际情况进行设定,获取当前第二预定时间段的第二采样数据,所述当前第二预定时间段的开始时刻是所述当前第一预定时间段的结束时刻;
第二预定时间段内的采样数据是需要进行实时滤波的数据,则第二预定时间段作为一个滤波周期,且滤波周期是从当前第一预定时间段的结束时刻后的一定时长;
对所述第一采样数据和所述第二采样数据进行滤波,得到滤波数据;
根据所述滤波数据,按照预设规则获取所述当前第二预定时间段的目标数据;滤波周期是第二预定时间段的时长,从所述滤波数据中筛选出第二预定时间段的时长的滤波数据作为当前的目标数据,也是当前的输出数据;
其中,所述当前第一预设时间段的结束时刻是上一个第二预定时间段的结束时刻;
根据所述第一采样数据和所述第二采样数据,生成第三采样数据;
将所述第三采样数据经过第一次滤波得到第四采样数据,包括;将所述第三采样数据经过第一次传递函数转换和反转得到第四采样数据;将所述第四采样数据经过第二次滤波得到滤波数据;
所述将所述第四采样数据经过第二次滤波得到滤波数据,包括:将所述第四采样数据经过第二次传递函数转换和反转得到滤波数据;
所述传递函数包括:上一个采样点滤波后的输出数据与当前采样点的输入数据的比‑1 ‑2
值;基于IIR的零相移滤波构建的滤波传递函数,表达式为:H(Z)=Y(Z)/X(Z)=(b0+b1Z +b2Z‑N ‑1 ‑2 ‑M
+..+bNZ )/(1+a1Z +a2Z +..+aMZ ),其中,Y(Z)为滤波后输出信号,X(Z)为滤波前的输入信jω
号,Z=e ,M>=N;
所述根据所述滤波数据,按照预设规则获取到所述当前第二预定时间段的目标数据,包括:
截取所述滤波数据中频率响应最稳定的数据作为所述当前第二预定时间段的目标数据;
所述获取当前第一预定时间段的第一采样数据之前,所述方法还包括:判断当前第一预定时间段是否为初始时间段;
若是初始时间段时,所述当前第一预定时间段的开始时刻是所述采样数据的初始时刻;
若不是初始时间段时,所述当前第一预设时间段的结束时刻是上一个第二预定时间段的结束时刻;
所述将所述第四采样数据经过第二次传递函数转换和反转得到滤波数据,具体为:将所述第四采样数据经过第二次传递函数转换得到第二中间数据;将所述第二中间数据进行‑1
第二次反转得到滤波数据;零相移的传递函数为F(Z)=H(Z)H(Z ),频率响应是单个H(z)频率响应的平方关系;通过将当前时间段与当前时间段之前一定时长内的数据通过无限长脉冲响应滤波方法进行实时滤波,得到相对实时的滤波数据。
2.一种心电信号滤波装置,其特征在于,所述装置包括:第一获取模块,用于获取当前第一预定时间段的第一采样数据;
第一预定时间段内的采样数据即为基础采样数据;其中,第一预定时间段的时长和采样数据的个数根据实际情况进行设定,前第一预设时间段的结束时刻是上一个第二预定时间段的结束时刻第二获取模块,用于获取当前第二预定时间段的第二采样数据,所述当前第二预定时间段的开始时刻是所述当前第一预定时间段的结束时刻;
第二预定时间段内的采样数据是需要进行实时滤波的数据,则第二预定时间段作为一个滤波周期,且滤波周期是从当前第一预定时间段的结束时刻后的一定时长;
滤波模块,用于对所述第一采样数据和所述第二采样数据进行滤波,得到滤波数据;
第三获取模块,用于根据所述滤波数据,按照预设规则获取所述当前第二预定时间段的目标数据;
滤波周期是第二预定时间段的时长,从所述滤波数据中筛选出第二预定时间段的时长的滤波数据作为当前的目标数据,也是当前的输出数据;
其中,所述当前第一预定时间段的结束时刻是上一个第二预定时间段的结束时刻;
根据所述第一采样数据和所述第二采样数据,生成第三采样数据;
将所述第三采样数据经过第一次滤波得到第四采样数据,包括;将所述第三采样数据经过第一次传递函数转换和反转得到第四采样数据;将所述第四采样数据经过第二次滤波得到滤波数据;
所述将所述第四采样数据经过第二次滤波得到滤波数据,包括:将所述第四采样数据经过第二次传递函数转换和反转得到滤波数据;
所述传递函数包括:上一个采样点滤波后的输出数据与当前采样点的输入数据的比‑1 ‑2
值;基于IIR的零相移滤波构建的滤波传递函数,表达式为:H(Z)=Y(Z)/X(Z)=(b0+b1Z +b2Z‑N ‑1 ‑2 ‑M
+..+bNZ )/(1+a1Z +a2Z +..+aMZ ),其中,Y(Z)为滤波后输出信号,X(Z)为滤波前的输入信jω
号,Z=e ,M>=N;
所述根据所述滤波数据,按照预设规则获取到所述当前第二预定时间段的目标数据,包括:
截取所述滤波数据中频率响应最稳定的数据作为所述当前第二预定时间段的目标数据;
获取当前第一预定时间段的第一采样数据之前,还包括:判断当前第一预定时间段是否为初始时间段;
若是初始时间段时,所述当前第一预定时间段的开始时刻是所述采样数据的初始时刻;
若不是初始时间段时,所述当前第一预定时间段的结束时刻是上一个第二预定时间段的结束时刻;
所述将所述第四采样数据经过第二次传递函数转换和反转得到滤波数据,具体为:将所述第四采样数据经过第二次传递函数转换得到第二中间数据;将所述第二中间数据进行‑1
第二次反转得到滤波数据;零相移的传递函数为F(Z)=H(Z)H(Z ),频率响应是单个H(z)频率响应的平方关系;通过将当前时间段与当前时间段之前一定时长内的数据通过无限长脉冲响应滤波方法进行实时滤波,得到相对实时的滤波数据。
3.一种计算机设备,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,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1所述方法的步骤。
4.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1所述方法的步骤。
说明书 :
心电信号滤波方法、装置、计算机设备和存储介质
技术领域
背景技术
用滤波器进行心电信号的提取,心电信号由大量的频率信号叠加而成,一个信号的频率由
能量和相位来表征,所以滤波时除了各种频率响应,还要保证相位不失真。
据,例如1小时的心电数据,无法做到实时性或实时性比较差。
发明内容
间段的开始时刻是所述当前第一预定时间段的结束时刻;对所述第一采样数据和所述第二
采样数据进行滤波,得到滤波数据;根据所述滤波数据,按照预设规则获取所述当前第二预
定时间段的目标数据;其中,所述当前第一预设时间段的结束时刻是上一个第二预定时间
段的结束时刻。
据经过第一次滤波得到第四采样数据;将所述第四采样数据经过第二次滤波得到滤波数
据。
数据经过第二次滤波得到滤波数据,包括:将所述第四采样数据经过第二次传递函数转换
和反转得到滤波数据。
的目标数据;或者,截取所述滤波数据中频率响应最稳定的数据作为所述当前第二预定时
间段的目标数据。
的开始时刻是所述采样数据的初始时刻。
段的第二采样数据,所述当前第二预定时间段的开始时刻是所述当前第一预定时间段的结
束时刻;滤波模块,用于对所述第一采样数据和所述第二采样数据进行滤波,得到滤波数
据;第三获取模块,用于根据所述滤波数据,按照预设规则获取所述当前第二预定时间段的
目标数据;其中,所述当前第一预设时间段的结束时刻是上一个第二预定时间段的结束时
刻。
当前第一预定时间段的第一采样数据;获取当前第二预定时间段的第二采样数据,所述当
前第二预定时间段的开始时刻是所述当前第一预定时间段的结束时刻;对所述第一采样数
据和所述第二采样数据进行滤波,得到滤波数据;根据所述滤波数据,按照预设规则获取所
述当前第二预定时间段的目标数据;其中,所述当前第一预设时间段的结束时刻是上一个
第二预定时间段的结束时刻。
据经过第一次滤波得到第四采样数据;将所述第四采样数据经过第二次滤波得到滤波数
据。
数据经过第二次滤波得到滤波数据,包括:将所述第四采样数据经过第二次传递函数转换
和反转得到滤波数据。
的目标数据;或者,截取所述滤波数据中频率响应最稳定的数据作为所述当前第二预定时
间段的目标数据。
的开始时刻是所述采样数据的初始时刻。
间段的第一采样数据;获取当前第二预定时间段的第二采样数据,所述当前第二预定时间
段的开始时刻是所述当前第一预定时间段的结束时刻;对所述第一采样数据和所述第二采
样数据进行滤波,得到滤波数据;根据所述滤波数据,按照预设规则获取所述当前第二预定
时间段的目标数据;其中,所述当前第一预设时间段的结束时刻是上一个第二预定时间段
的结束时刻。
据经过第一次滤波得到第四采样数据;将所述第四采样数据经过第二次滤波得到滤波数
据。
数据经过第二次滤波得到滤波数据,包括:将所述第四采样数据经过第二次传递函数转换
和反转得到滤波数据。
的目标数据;或者,截取所述滤波数据中频率响应最稳定的数据作为所述当前第二预定时
间段的目标数据。
的开始时刻是所述采样数据的初始时刻。
所述当前第二预定时间段的开始时刻是所述当前第一预定时间段的结束时刻;对所述第一
采样数据和所述第二采样数据进行滤波,得到滤波数据;根据所述滤波数据,按照预设规则
获取所述当前第二预定时间段的目标数据;其中,所述当前第一预设时间段的结束时刻是
上一个第二预定时间段的结束时刻。本发明的心电信号滤波方法是将当前时间段与当前时
间段之前一定时长内的数据通过无限长脉冲响应滤波方法进行实时滤波,能够得到相对实
时的滤波数据,比现有技术中将大量的采样数据统一滤波的方法时效性更高,解决了目前
对心电信号滤波会出现延迟时间较长,导致实时性比较差的问题。
附图说明
言,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。
具体实施方式
本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
数据,第一预定时间段内的采样数据即为基础采样数据;其中,第一预定时间段的时长和采
样数据的个数可以根据实际情况进行设定,例如本实施例的第一预定时间段以5秒的时长
为例,采样周期为2毫秒,则在第一预定时间段内的采样数据为2500个数字信号。
长;本实施例的滤波周期以200毫秒为例,则获取当前第二预定时间段的第二采样数据为第
一预定时间段结束后的200毫秒内获取到的采样数据作为第二采样数据。
行下一个滤波周期时,需要将当前5秒基础数据的前200毫秒数据去掉,加上当前滤波周期
中获取到的数据一起作为下一个滤波周期的基础数据,因此当前第二预定时间段的结束时
刻也是下一个第一预设时间段的结束时刻,换言之,当前第一预设时间段的结束时刻是上
一个第二预定时间段的结束时刻。
采样数据中一定时长前的数据,会存在相对的数据延迟,但是一定时长的延迟在心电信号
的采集和滤波过程中属于正常情况,例如1秒、2秒等,不会存在现有技术中需要累积大量的
心电数据或者超长时间段内的数据后再进行滤波带来的滞后问题;本实施例采用的IIR滤
波法的运算量远远小于现有技术中FIR滤波法的运算量,降低了嵌入式系统的运算能力。
时刻是所述当前第一预定时间段的结束时刻;对所述第一采样数据和所述第二采样数据进
行滤波,得到滤波数据;根据所述滤波数据,按照预设规则获取所述当前第二预定时间段的
目标数据;其中,所述当前第一预设时间段的结束时刻是上一个第二预定时间段的结束时
刻。本发明的心电信号滤波方法是将当前时间段与当前时间段之前一定时长内的数据通过
无限长脉冲响应滤波方法进行实时滤波,能够得到相对实时的滤波数据,比现有技术中将
大量的采样数据统一滤波的方法时效性更高,解决了目前对心电信号滤波会出现延迟时间
较长,导致实时性比较差的问题。
前第一预定时间段的开始时刻是所述采样数据的初始时刻;若不是初始时间段时,所述当
前第一预设时间段的结束时刻是上一个第二预定时间段的结束时刻。
刻;如果当前的滤波周期不是第一个滤波周期,那么当前的第一预定时间段就不是初始时
间段,则是上一个滤波周期的结束时刻向前推移一定时长的时间段。
前第二预定时间段的目标数据;或者,截取所述滤波数据中频率响应最稳定的数据作为所
述当前第二预定时间段的目标数据。
为200毫秒内的100个数据,但是当前的滤波数据有5.2秒内2600个数据,因此需要从2600个
数据中筛选出100个数据作为目标数据进行输出;可以选择5.2秒内频率响应相对稳定的连
续100个点的数据作为输出数据,也可以选择5.2秒内最中间200毫秒的数据作为输出数据。
‑1
好,但由于该传递函数中的H(Z )部分,使零相移为一个非因果的数字滤波器,在对有限长
的数据进行非实时的处理时,存在一定的延时;在本实施例中相当于对采样数据经过滤波
→反转→滤波→反转的过程,即可得到最终的滤波数据,变化步骤如下:
‑1 ‑2 ‑N ‑1 ‑2 ‑M
=(b0+b1Z +b2Z +..+bNZ )/(1+a1Z +a2Z +..+aMZ ),其中,Y(Z)为滤波后输出信号,X(Z)
jω
为滤波前的输入信号,Z=e ,M>=N。
(Z)=(b0+b1Z +b2Z )/(1+a1z +a2Z )展开得出Y(Z)(1+a1Z +a2Z )=X(Z)(b0+b1Z +b2Z ),
‑1 ‑2
其中Y(Z)*1=Y[n]为当前的输出数据,a1Z *Y(Z)=a1Y[n‑1]为过去的第一个输出点,a2Z *Y(Z)
‑1
=a2Y[n‑2]为过去的第二个输出点,b0X(Z)=b0X[n]为当前的输入,b1Z *X(Z)=b1X[n‑1]为过
‑2
去的第一个输入点,b2Z *X(Z)=b2X[n‑2]为过去的第一个输入点;因此由Y[n]+a1Y[n‑1]+a2Y[n‑2]
=b0X[n]+b1X[n‑1]+b2X[n‑2]得出当前的输出为:Y[n]=b0X[n]+b1X[n‑1]+b2X[n‑2]‑a1Y[n‑1]‑a2Y[n‑2]。
个滤波周期中的第二预定时间段,T3表示在第三个滤波周期中的第二预定时间段,依次类
推得出TN表示在第N个滤波周期中的第二预定时间段,且T1、T2、T3的时间段的时长相等,由
图3可以看出,每个滤波周期中的第一预定时间段T0的时长相同,但是T0的开始时刻和结束
时刻不同。
此在第一个滤波周期中是从a1时刻到a3时刻的采样数据进行滤波,再输出所有滤波数据中
T1时长的目标数据。
在第二个滤波周期中是从b1时刻到a4时刻的采样数据进行滤波,再输出所有滤波数据中T2
时长的目标数据。
三个滤波周期中是从b2时刻到a5时刻的采样数据进行滤波,再输出所有滤波数据中T3时长
的目标数据。
括:获取当前第一预定时间段的第一采样数据;获取当前第二预定时间段的第二采样数据,
所述当前第二预定时间段的开始时刻是所述当前第一预定时间段的结束时刻;对所述第一
采样数据和所述第二采样数据进行滤波,得到滤波数据;根据所述滤波数据,按照预设规则
获取所述当前第二预定时间段的目标数据;其中,所述当前第一预设时间段的结束时刻是
上一个第二预定时间段的结束时刻。
据经过第一次滤波得到第四采样数据;将所述第四采样数据经过第二次滤波得到滤波数
据。
数据经过第二次滤波得到滤波数据,包括:将所述第四采样数据经过第二次传递函数转换
和反转得到滤波数据。
的目标数据;或者,截取所述滤波数据中频率响应最稳定的数据作为所述当前第二预定时
间段的目标数据。
的开始时刻是所述采样数据的初始时刻。
第一预定时间段的第一采样数据;获取当前第二预定时间段的第二采样数据,所述当前第
二预定时间段的开始时刻是所述当前第一预定时间段的结束时刻;对所述第一采样数据和
所述第二采样数据进行滤波,得到滤波数据;根据所述滤波数据,按照预设规则获取所述当
前第二预定时间段的目标数据;其中,所述当前第一预设时间段的结束时刻是上一个第二
预定时间段的结束时刻。
据经过第一次滤波得到第四采样数据;将所述第四采样数据经过第二次滤波得到滤波数
据。
数据经过第二次滤波得到滤波数据,包括:将所述第四采样数据经过第二次传递函数转换
和反转得到滤波数据。
的目标数据;或者,截取所述滤波数据中频率响应最稳定的数据作为所述当前第二预定时
间段的目标数据。
的开始时刻是所述采样数据的初始时刻。
所述当前第二预定时间段的开始时刻是所述当前第一预定时间段的结束时刻;对所述第一
采样数据和所述第二采样数据进行滤波,得到滤波数据;根据所述滤波数据,按照预设规则
获取所述当前第二预定时间段的目标数据;其中,所述当前第一预设时间段的结束时刻是
上一个第二预定时间段的结束时刻。本发明的心电信号滤波方法是将当前时间段与当前时
间段之前一定时长内的数据通过无限长脉冲响应滤波方法进行实时滤波,能够得到相对实
时的滤波数据,比现有技术中将大量的采样数据统一滤波的方法时效性更高,解决了目前
对心电信号滤波会出现延迟时间较长,导致实时性比较差的问题。
间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在
涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些
要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设
备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除
在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。