基于三次样条插值技术的去除胸阻抗基线漂移的方法研究

目的:胸阻抗信号常伴随呼吸等干扰造成基线漂移,这给临床分析计算、测量带来不良影响,为了消除胸阻抗基线漂移,作者在分析现有去除方法优劣的基础上提出一种新的方法。方法:采用labVIEW编程语言,以阻抗波波谷为插值基准点,利用三次样条差值技术去除胸阻抗基线漂移。结果:利用该方法消除基线后的胸阻抗波形底部非常整齐,而且没有使原有信号变异或者失真。结论:三次样条插值技术去除胸阻抗波基线漂移方法在仿真和实测实验中都取得很好的效果,这种方法是行之有效的。     

改进的三次样条插值心电基线漂移滤波法

基准点选择对三次样条插值法去噪的效果有重要影响。本文针对通常的三次样条插值滤波方法,提出一种改进的心电(ECG)信号滤波算法,能适应更宽范围的基线噪声频率分布。算法通过对原始ECG信号求一阶导数,得到每一个心拍周期内的最大和最小值点,其对应的位置作为基准点的位置。然后对原始ECG信号通过截止频率为1.5Hz的高通滤波器,将滤波前后基准点所对应信号幅值的差值作为基准点的幅度。对这些基准点进行三次样条插值曲线拟合,所得拟合曲线为基线漂移曲线。改进算法与原单点法相比,在模拟两种基线漂移情况下,改进样条差值的拟合基线漂移曲线对模拟基线漂移的相关系数分别提高了0.242和0.13;真实基线漂移的情况下,多个临床数据实验显示改进样条差值法平均相关系数达到0.972。     

一种脉搏波和心电信号时域基线漂移消除方法

目的:脉搏波和心电信号都是临床诊断的重要依据,但是基线漂移的存在影响了诊断的准确性,因此信号处理中首先要对信号去除基线漂移。方法:检测脉搏波和心电信号的时域特征点,将检测得到的特征点作为插值节点做插值得到时域的基线信号,原信号减去基线信号即得去除基线漂移的信号。为比较不同算法的差异,实验分别采用高斯滤波、中值滤波、形态学滤波和本文算法(插值拟合法)对同一信号进行基线漂移消除实验。结果:实验表明高斯滤波的结果最差,中值滤波和形态学滤波都能有效地去除基线漂移,但是失真却比较严重,而插值拟合法不仅能有效的去除基线漂移,同时也最大程度地保留了原信号的成分。结论:插值拟合法与其他3种方法相比,具有更好的鲁棒性和适应性,对于消除基线漂移有着良好的效果。     

脉搏波自动采集系统关键技术的研究

目前的脉搏波波形采集分析系统需要人为干预,其自动化程度低,且受人为因素影响比较大。本文结合心血管血流动力学参数的无创检测理论,利用光调制技术、单波提取以及基线漂移实时滤除等信号处理技术,设计了自动化程度较高的脉搏波自动采集分析系统,实现了脉搏波信号的增益自动调节、波形自动识别、基线漂移的实时滤除及波形的有效性自动判定。此脉搏波自动采集分析系统实现了脉搏波波形的自动采集,且无需人为干预,适宜在社区和家庭中应用。     

基于平滑先验法去除脉搏波基线漂移

脉搏波信号中含有丰富的人体生理病理信息,然而基于光电容积描记法采集到的脉搏波基线漂移非常严重,直接影响到人体生理参数的准确提取。针对目前生物信号处理领域中去除基线漂移所用的方法计算复杂,处理信号时间过长,无法满足对脉搏波进行实时处理等问题,首次提出基于正则化最小二乘法的平滑先验法去除脉搏波的基线漂移。该方法通过分析不同正则化参数下平滑先验法的截止频率,结合脉搏波信号中基线漂移信号的频率范围,选取合适的正则化参数,实现脉搏波基线漂移的去除。实验结果表明,与小波变换法、经验模态分解法相比,该方法去除脉搏波基线漂移效果明显,提高了计算速度,同时也提高了信噪比,有利于下一步对脉搏波特征点的精确提取。     

一种同时消除脉搏波信号中呼吸基线漂移和高频噪声的方法

目的：基于光电容积脉搏波可以实现血氧饱和度等人体生理参数的无创检测。基于光电容积脉搏波测量时,由于信号采集过程中存在人体呼吸和仪器本身热噪声等干扰,脉搏波信号中存在着呼吸基线漂移和高频噪声,影响最终的人体生理参数测量精度。方法：因此提出一种在经验模式分解的过程中结合小波变换的方法,来同时消除呼吸基线漂移和高频噪声的影响。首先通过经验模态分解将脉搏波信号分解为若干内在模式分量,并分别判断出含有呼吸基线漂移和代表高频噪声的分量,对于代表高频噪声的分量采用类似小波变换的方法进行滤波,利用小波变换将含有呼吸基线漂移的分量分解,将代表呼吸基线漂移的小波细节置零,信号重构后就达到了同时消除呼吸基线和高频噪声的目的。利用自行研制的测量装置采集的脉搏波信号进行实验验证,并采用信号交直流比R和信号的频谱进行效果评价。结果：有效地同时消除了呼吸基线漂移和高频噪声。结论：该方法将有利于血氧饱和度等人体生理参数无创检测精度的提高。     

一种光电容积脉搏波的特征点自动识别算法

目的为弥补现有光电容积脉搏波特征点识别算法存在的需要人为设定阈值筛选门限和对复杂波形适应能力较差的缺陷,提出一种基于脉搏波上升支单调增加几何特性的特征点自动识别算法。方法通过两次Hilbert变换后过零点检测在每个脉搏周期内确定一个"基准点",在"基准点"前后搜索距离其最近的凹拐点即为波谷点、凸拐点即为主波峰点。结果利用MIT-BIH标准数据库中18组数据进行检测验证,平均值达到99.94%灵敏度、99.72%查准率和99.68%检测准确率。对比已有的4种算法,在查准率上有明显的提升,应对复杂的波形依然能准确识别特征点。结论提出的算法在搜索确定脉搏波波谷点和主波峰值点位置过程中取得较高的检测准确率,同时展现出对波形变化更强的适应力。研究结果为临床上通过脉搏波特征提取进行生理病理分析提供良好基础。     

基于扩散模型的心电信号基线漂移去除法

ECG信号的基线漂移直接影响波形的幅值及时程测量精度,快速、有效的基线漂移去除法是ECG信号处理的重点研究内容.提出一种基于扩散模型的ECG基线漂移信号去除法,通过对有基线漂移的ECG信号进行一系列的线性扩散,使这些信号接近于漂移的基线,从而分离出ECG信号,较好地保留了ECG主要波形的形状及其时程关系.利用合成信号的仿真结果显示,扩散模型可较好地将低频成分分离出来,且合成波的频率相差越大,其分离效果越好,显示其在ECG信号基线漂移去除中良好的应用前景.     

基于波形时域特征和动态差分阈值的脉搏波传导时间检测算法EI北大核心CSCD

针对传统脉搏波传导时间(PTT)检测方法对脉搏波(PPG)信号幅值变化敏感、计算量大等问题,提出了一种综合波形时域特征和动态差分阈值的PTT检测算法。采用动态差分阈值检测心电(ECG)信号R波,根据波形时域特征缩短脉搏波信号主波检测区间,利用R波检测脉搏波信号主波,从而计算PTT。利用美国麻省理工学院MIMIC数据库和实验室实测数据对上述算法进行验证。结果表明,该方法能够准确地提取特征点并检测出PTT,对实测和数据库样本的PTT检测准确率分别为99.1%和97.5%,效果优于传统检测方法。     

脉搏波信号特征点识别与预处理方法研究

脉搏波信号特征包含人体心血管的生理病理信息,准确识别其特征点对分析人体心血管的健康状况有重要意义。脉搏波特征点因人而异,且易受干扰,因而获取高信噪比的完整信号是准确识别特征点的前提。本文基于数学形态学,设计了一种组合滤波器对信号作预处理,可有效抑制基线漂移并去除高频噪声。利用特征点与小波变换过零点的位置对应关系,识别预处理后信号的特征点,并提出用微分法来校正特征点的位置偏移。采用三个参数可调的高斯函数重构出四种典型的脉搏波进行对照实验,证明了本文方法识别脉搏波特征点的准确性。     

Baseline wander correction in pulse waveforms using wavelet-based cascaded adaptive filter

Pulse diagnosis is a convenient, inexpensive, painless, and non-invasive diagnosis method. Quantifying pulse diagnosis is to acquire and record pulse waveforms by a set of sensor firstly, and then analyze these pulse waveforms. However, respiration and artifact motion during pulse waveform acquisition can introduce baseline wander. It is necessary, therefore, to remove the pulse waveform's baseline wander in order to perform accurate pulse waveform analysis. This paper presents a wavelet-based cascaded adaptive filter (CAF) to remove the baseline wander of pulse waveform. To evaluate the level of baseline wander, we introduce a criterion: energy ratio (ER) of pulse waveform to its baseline wander. If the ER is more than a given threshold, the baseline wander can be removed only by cubic spline estimation; otherwise it must be filtered by, in sequence, discrete Meyer wavelet filter and the cubic spline estimation. Compared with traditional methods such as cubic spline estimation, morphology filter and Linear-phase finite impulse response (FIR) least-squares-error digital filter, the experimental results on 50 simulated and 500 real pulse signals demonstrate the power of CAF filter both in removing baseline wander and in preserving the diagnostic information of pulse waveforms. This CAF filter also can be used to remove the baseline wander of other physiological signals, such as ECG and so on.     

基于小波变换的自适应滤波器消除脉搏波基线漂移

脉诊仪的研制中,由于呼吸运动和身体移位导致脉搏信号的基线漂移是必须克服的.本文提出了一种新的基于Meyer小波变换的自适应滤波器,其参考输入选择原始信号经小波分解后的高频分量.通过仿真和实际测量实验表明,该方法能有效消除脉搏波的基线漂移.     

一种新的基于三次样条插值技术的心电图基线漂移消除方法

现有的基于三次样条插值技术的基线消除方法都是从PR段上提取“基准点”，这种提取“基准点”方法如果应用于PR段不平直或噪声较大的信号时，其准确性要下降。本文利用QRS波段的高频特性，先用一个FIR基线滤波器对ECG信号进行粗略滤波，求出R波波峰的位置和其幅度在滤波前后的变化值，经过实验论证，所求得的位置和变化值可分别被看作是一个“基准点”的位置和幅度。然后，对在周期上找到的所有的“基准点”进行三次样条插值计算，得到的拟合曲线就是基线。文章把该方法和文献^[3]所述方法进行了比较，结果表明该方法具有更好的性能。     

基于三次样条层间插值的多模态医学图像配准

我们从PET-CT多模态图像序列的特点出发,提出了一种全新的图像配准及融合方法,它采用三次样条插值法对PET-CT图像进行层间插值,然后再利用最大互信息法进行配准,最后应用改进的主成分分析(PCA)法融合PET-CT图像用以增强PET显像效果,从而得到满意的配准以及融合结果。用三次样条插值法进行层间插值并恢复层间缺失图像的信息,弥补了现有配准方法的不足,提高了配准精度,使融合后的图像更加接近实际的物理断层。该方法已经成功应用于三维适形放疗(3D-CRT)系统的开发中。     

Time-varying digital filtering of ECG baseline wander

Time-varying filtering techniques are applied to the problem of baseline correction by letting the cut-off frequency of a linear filter be controlled by the low-frequency properties of the ECG signal. The time-varying filter is implemented as a bank of linear low-pass filters, in which each filter has a slightly differing cut-off frequency. Sampling rate decimation and interpolation are employed because the design of a filter for baseline reduction can be treated as a narrowband filtering problem. All filters have a linear phase response to reduce, for example, ST-segment distortion. The performance of the technique presented is studied on ECG signals with different types of simulated baseline wander. The results are compared with the performance of time-invariant linear filtering and cubic spline interpolation. The results show that an improvement in performance can be achieved when using time-varying filtering, especially at low heart rates or during episodes with excessive baseline wander.     

基于心电信号的脉搏波形特征点提取

为寻求一种精确的脉搏波特征提取方法,提取更多的脉搏波形特征,揭示心电脉搏在时域上的相关性,使用MP425数据采集卡和LabVIEW构成的数据采集系统同步采集ECG信号和脉搏波信号,对ECG信号和脉搏波信号进行分析和处理,采用能量算子法检测心电信号R波;基于同步采集的ECG和脉搏波信号,提出一种应用ECG信号的R波和T波来提取Pulse wave的重搏波和峰值的方法.经过分析与实验验证,该方法能准确找到脉搏波波峰和重搏波位置,并具有较强的抗干扰能力,为研究心电脉搏之间的关系提供了一种新的方法.     

A novel interpolation strategy for estimating subsample speckle motion

Multidimensional, high-resolution ultrasonic imaging of rapidly moving tissue is primarily limited by sparse sampling in the lateral dimension. In order to achieve acceptable spatial resolution and velocity quantization, interpolation of laterally sampled data is necessary. We present a novel method for estimating lateral subsample speckle motion and compare it with traditional interpolation methods. This method, called grid slopes, requires no a priori knowledge and can be applied to data with as few as two samples in the lateral dimension. Computer simulations were performed to compare grid slopes with two conventional interpolation schemes, parabolic fit and cubic spline. Results of computer simulations show that parabolic fit and cubic spline performed poorly at translations greater than 0.5 samples, and translations less than 0.5 samples were subject to an estimation bias. Grid slopes accurately estimated translations between 0 and 1 samples without estimation bias at high signal-to-noise ratios. Given that the grid slopes interpolation technique performs well at high signal-to-noise ratios, one pertinent clinical application might be tissue motion tracking.     

插值对二维电离室矩阵调强验证Gamma通过率的影响

目的：研究插值对二维电离室矩阵调强验证Gamma通过率的影响。材料和方法：使用IBA二维电离室矩阵对8例调强计划56个射野进行验证。验证中分别使用矩阵固有间隔、线性1 mm间隔插值、三次样条函数1 mm和2 mm间隔插值将测量结果和计划输出进行Gamma分析。比较不同插值方法对3 mm,3%标准Gamma分析的影响。结果：本研究中,电离室矩阵固有间隔（无插值）的Gamma通过率最高,进行样条函数插值后的通过率其次,进行线性插值后的验证通过率最低。结果具有统计学意义（P〈0.01）。样条函数插值间隔对Gamma通过率的影响无统计差异。结论：插值后调强验证的Gamma通过率将显著下降,不同插值方法的影响有显著差异。本研究提示,调强验证的Gamma通过率与多种条件相关,放疗单位不宜直接使用文献资料确定本单位的Gamma通过率标准。