心电噪声滤除装置的制作方法

1.本发明的实施例主要有关于心电噪声滤除技术，特别有关于通过结合savitzky
–
golay算法和稳定小波转换(stationary wavelet transform，swt)算法来滤除心电信号的不规则噪声的心电噪声滤除技术。


背景技术：

2.随着科技日益的进步以及医疗技术的进步，对于人体身体信号的量测和分析之需求也日益增加。心电图(electrocardiography，ecg)是一种以时间为单位记录心脏的电生理活动，并通过皮肤上的电极捕捉并记录下来的诊疗技术。在量测心电信号时，往往会受到不同噪声(例如：市电噪声、导线噪声、动作噪声、肌电噪声以及基线漂移等等)的干扰。
3.传统上会使用高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器或带拒滤波器来滤除噪声。然而，传统使用高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器或带拒滤波器来噪声滤除方式，只能滤除特定频率的噪声，且其衰减倍率无法随时调控。因此，容易因为滤波器之衰减倍率过大而导致原信号一并被滤除的情形发生。


技术实现要素：

4.有鉴于上述先前技术的问题，本发明的实施例提供了一种心电噪声滤除和方法。
5.根据本发明之一实施例提供了一种心电噪声滤除装置。上述心电噪声滤除装置包括一滤波器和一运算电路。滤波器接收一第一心电信号，且对上述第一心电信号进行一savitzky
–
golay算法，以产生一第二心电信号。运算电路耦接上述滤波器，以接收上述第二心电信号，且根据一稳定小波转换算法对上述第二心电信号进行处理，以产生一噪声信号。此外，上述运算电路将上述第二心电信号扣除上述噪声信号，以过滤上述第一心电信号中的上述噪声信号。
6.根据本发明一实施例，上述滤波器系一savitzky
–
golay滤波器。
7.根据本发明一实施例，运算电路可包括一第一运算电路。第一运算电路耦接上述滤波器。当上述第一运算电路开始接收到上述第二心电信号后，上述第一运算电路根据上述稳定小波转换算法，对在一起始时间区间内取得的上述第二心电信号进行稳定小波运算、取出经过稳定小波运算后之对应最低阶之在上述起始时间区间内取得的上述第二心电信号，以及对最低阶之在上述起始时间区间内取得的上述第二心电信号进行一qrs侦测，以产生一qrs模板信号。
8.根据本发明一实施例，运算电路可包括一第一稳定小波转换电路。第一稳定小波转换电路耦接上述滤波器。在上述起始时间区间后，第一稳定小波转换电路对从上述滤波器接收到的上述第二心电信号进行具有一第一阶层数的上述稳定小波转换算法，并将经过具有上述第一阶层数的上述稳定小波转换算法处理后之最高阶的上述第二心电信号滤除掉，以及输出具有上述第一阶层数之一第三心电信号。
9.根据本发明一实施例，运算电路可包括一反向稳定小波转换电路。反向稳定小波
转换电路耦接第一稳定小波转换电路，以接收具有上述第一阶层数的上述第三心电信号。反向稳定小波转换电路对具有上述第一阶层数的上述第三心电信号进行一反稳定小波转换算法，以输出一第四心电信号。
10.根据本发明一实施例，运算电路可包括一第二稳定小波转换电路。第二稳定小波转换电路耦接上述反向稳定小波转换电路，以接收上述第四心电信号。第二稳定小波转换电路对上述第四心电信号，进行具有一第二阶层数的上述稳定小波转换算法，以产生具有上述第二阶层数之一第五心电信号。
11.根据本发明一实施例，运算电路可包括一第二运算电路。第二运算电路耦接上述第一运算电路和上述第二稳定小波转换电路，以接收上述qrs模板信号和具有上述第二阶层数的上述第五心电信号。第二运算电路对上述qrs模板信号和最低阶层的上述第五心电信号进行一相关性运算，以过滤掉每一阶层的上述第五心电信号中的qrs波信号。
12.根据本发明一实施例，第二运算电路对已滤除qrs波信号的上述第五心电信号的低频部分，进行一pt波滤除运算，以滤除上述第五心电信号的低频部分中的pt波信号。
13.根据本发明一实施例，滤除上述第五心电信号的低频部分中的pt波信号后，第二运算电路进行上述反稳定小波转换算法，以产生上述噪声信号。
14.根据本发明一实施例，运算电路还包括一减法电路。减法电路耦接上述第二运算电路。减法电路接收上述第四心电信号和上述噪声信号，以及将上述第四心电信号扣除上述噪声信号，以过滤上述第一心电信号中的上述噪声信号。
15.关于本发明其他附加的特征与优点，此领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可根据本案实施方法中所公开的心电噪声滤除装置和方法，做些许的更动与润饰而得到。
附图说明
16.图1显示根据本发明之一实施例所述之一心电噪声滤除装置100的方块图。
17.图2显示根据本发明之一实施例所述之一运算电路120的方块图。
18.图3是根据本发明之一实施例所述的心电噪声滤除方法的流程图。
具体实施方式
19.本章节所叙述的是实施本发明的较佳方式，目的在于说明本发明的精神而非用以限定本发明的保护范围，本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
20.图1系显示根据本发明之一实施例所述的心电(electrocardiography，ecg)噪声滤除装置100的方块图。如图1所示，心电噪声滤除装置100可包括滤波器110、运算电路120以及存储装置130。注意地是，在图1中所示的方块图，仅为了方便说明本发明的实施例，但本发明并不以图1为限。心电噪声滤除装置100中亦可包含其他组件。根据本发明实施例，滤波器110和运算电路120可整合于芯片中。
21.根据本发明的实施例，存储装置130可为挥发性内存(volatile memory)(例如：随机存取内存(random access memory,ram))，或一非挥发性内存(non-volatile memory)(例如：闪存(flash memory)、只读存储器(read only memory,rom))、一硬盘或上述装置之组合。存储装置130可用以存储要进行滤除心电噪声所需的档案和数据。
22.根据本发明一实施例，滤波器110可为savitzky
–
golay滤波器。滤波器110会接收第一心电信号(即原始心电信号)s1。第一心电信号(原始心电信号)s1可系通过一心电信号捕获设备(图未显示)所量测到的受测者的心电信号。此外，滤波器110所接收到的第一心电信号s1可系已经过取样后的心电信号(例如：原始心电信号经过256hz的采样率取样所产生的第一心电信号s1，但本发明不以此为限)。
23.滤波器110会对第一心电信号s1进行savitzky
–
golay算法运算，以消除第一心电信号s1中的高频噪声，例如：肌电噪声。肌电噪声可系表示人体肌肉动作时所产生的肌电信号。根据本发明的实施例，滤波器110消除第一心电信号s1中的高频噪声后，会输出第二心电信号s2(即经过滤波器110处理过的第一心电信号s1)至运算电路120。根据本发明之另一实施例，滤波器110所进行的操作亦可由一处理器执行相关的程序代码来实现。相关程序代码可存储于存储装置130中。
24.图2显示根据本发明之一实施例所述之一运算电路120的方块图。如图2所示，运算电路120可包括第一运算电路121、第一稳定小波转换(stationary wavelet transform，swt)电路122、反向稳定小波转换(inverse stationary wavelet transform，iswt)电路123、第二稳定小波转换电路124、第二运算电路125以及减法电路126。注意地是，在图2中所示的方块图，仅为了方便说明本发明的实施例，但本发明并不以图2为限。运算电路120中亦可包含其他组件。根据本发明之另一实施例，运算电路120所进行的操作亦可由一处理器执行相关的程序代码来实现。相关程序代码可存储于存储装置130中。
25.根据本发明的实施例，运算电路120可用以消除第二心电信号s2之低频噪声，例如：动作噪声。动作噪声可包括受测者走路、呼吸或跑步时产生的噪声，或者包括受测者身上的导线或电极被移动时所产生的噪声，但本发明不以此为限。运算电路120的详细的操作过程将会在底下的实施例进行说明。
26.根据本发明一实施例，当运算电路120开始接收到第二心电信号s2后，运算电路120的第一运算电路121会先根据在一起始时间区间(例如：0～12秒，但本发明不以此为限)内接收到的第二心电信号s2，从中取得qrs模板信号s
qrs
。也就是说，运算电路120会先通过第一运算电路121取得对应目前受测者的心电信号中的q波、r波和s波信号(底下简称qrs波信号)之qrs模板信号s
qrs
，才会进行后续的操作。
27.具体来说，第一运算电路121会针对在起始时间区间(例如：0～12秒，但本发明不以此为限)内接收到之第二心电信号s2先进行稳定小波转换算法。在起始时间区间内接收到的第二心电信号s2进行完稳定小波转换后，会变成复数阶层的心电信号。也就是说，在起始时间区间内接收到的第二心电信号s2进行完稳定小波转换后，取得第二心电信号s2分解成不同频率成分的心电信号。在稳定小波转换算法中，越低的阶层对应到的心电信号的频率越高，且越高的阶层对应到的心电信号的频率越低。举例来说，若在此实施例进行的是5阶层的稳定小波转换算法，第1阶层(最低阶层)的第二心电信号s2就会对应第二心电信号s2中最高频的部分，且第5阶层(最高阶层)的第二心电信号s2就会对应第二心电信号s2中最低频的部分。
28.在起始时间区间内接收到的第二心电信号s2进行完稳定小波转换后，第一运算电路121会取出对应最低阶层的在起始时间区间内接收到的第二心电信号s2，并对最低阶层的在起始时间区间内接收到的第二心电信号s2进行qrs侦测，以产生qrs模板信号s
qrs
。在此
实施例所述的qrs侦测系表示，可利用公知的q波、r波和s波之侦测技术，去侦测最低阶层之在起始时间区间内接收到之第二心电信号s2中的q波、r波和s波信号。特别说明地是，在此实施例中，由于只需取出最低阶层之第二心电信号s2，因此所进行的稳定小波转换算法之阶层数并无特别限制。
29.第一运算电路121会将产生之qrs模板信号s
qrs
传送给第二运算电路125。第一运算电路121所产生之qrs模板信号s
qrs
会提供给第二运算电路125作后续判断心电信号的qrs波信号的操作。
30.根据本发明一实施例，在起始时间区间后，第一稳定小波转换电路122才开始从滤波器120接收第二心电信号s2。第一稳定小波转换电路122会对接收到的第二心电信号s2进行具有第一阶层数的稳定小波转换算法。根据本发明较佳实施例，第一阶层数可为8阶以上的阶层数之一者，也就是说，第一稳定小波转换电路122会进行8阶以上的稳定小波转换算法，但本发明不以此为限。
31.对第二心电信号s2进行具有第一阶层数之稳定小波转换算法后，第一稳定小波转换电路122会将最高阶层之第二心电信号s2过滤掉(即过滤掉第二心电信号s2最低频的部分)。也就是说，最高阶层之第二心电信号s2的数值会为0。举例来说，若第一阶层数是8阶，第一稳定小波转换电路122会将第8阶的第二心电信号s2过滤掉。第二心电信号s2经过第一稳定小波转换电路122处理后，第一稳定小波转换电路122会输出具有第一阶层数的第三心电信号s3至反向稳定小波转换电路123。
32.根据本发明一实施例，反向稳定小波转换电路123会对具有第一阶层数之第三心电信号s3进行反向稳定小波转换算法，以产生第四心电信号s4，并将第四心电信号s4传送给第二稳定小波转换电路124。
33.根据本发明一实施例，第二稳定小波转换电路124会对第四心电信号s4进行具有一第二阶层数的稳定小波转换算法。根据本发明一较佳实施例，第二阶层数可系5～8阶的阶层数之一者，也就是说，第一稳定小波转换电路122会进行5、6、7或8阶的稳定小波转换算法，但本发明不以此为限。第四心电信号s4经过第二稳定小波转换电路124处理后，第二稳定小波转换电路124会输出具有第二阶层数之第五心电信号s5至第二运算电路125。举例来说，若第一稳定小波转换电路122对第四心电信号s4进行的是5阶层稳定小波转换算法，第四心电信号s4经过第二稳定小波转换电路124处理后，会产生5阶层的第五心电信号s5。
34.根据本发明一实施例，第二运算电路125接收到qrs模板信号s
qrs
和具有第二阶层数的第五心电信号s5后，第二运算电路125会对qrs模板信号s
qrs
和最低阶层的第五心电信号s5进行相关性运算，以找出最低阶层的第五心电信号s5中的q波、r波和s波信号(即qrs波信号)。具体来说，第二运算电路125会将qrs模板信号s
qrs
和最低阶层的第五心电信号s5相比较。比较后，最低阶层的第五心电信号s5中和qrs模板信号s
qrs
的相关性超过临界值(例如：0.7，但本发明不以此为限)的部分，第二运算电路125即会视为最低阶层的第五心电信号s5中的qrs波信号。由于每一阶层的心电信号的位置会具有对应的关系，因此当第二运算电路125找出最低阶层的第五心电信号s5中的所有qrs波信号的位置后，第二运算电路125会根据最低阶层的第五心电信号s5中所有qrs波信号的位置，移除每一阶层的第五心电信号s5中的qrs波信号。举例来说，若第二阶层数是5阶层，第二运算电路125会根据第1阶层的第五心电信号s5中所有qrs波信号之位置，分别移除第1阶层～第5阶层的第五心电信号s5
中所有的qrs波信号。
35.接着，第二运算电路125会将已滤除所有qrs波信号的第五心电信号s5的低频部分，进行pt波滤除运算，以滤除第五心电信号s5的低频部分所包含的p波和t波。在本实施例所述的低频部分可系表示较高阶层的心电信号。举例来说，若第二阶层数是5阶层，第3～5阶层可表示第五心电信号s5的低频部分，但本发明不以此为限。此外，在本实施例所述的pt波滤除运算可采用任何可辨识出心电信号的p波和t波的技术(例如：pt临界值算法(pt threshold)，但本发明不以此为限)，来侦测第五心电信号s5的低频部分所包含的p波和t波，以滤除第五心电信号s5的低频部分所包含的p波和t波。滤除第五心电信号s5的低频部分所包含的p波和t波后，第二运算电路125会将剩余的第五心电信号s5信号进行反向稳定小波转换，以产生噪声信号s
noise
。接着，第二运算电路125会将噪声信号s
noise
传送给减法电路126。
36.根据本发明一实施例，减法电路126会从滤波器120接收第四心电信号s4以及从第二运算电路125接收噪声信号s
noise
，并将噪声信号s
noise
从第四心电信号s4中扣除掉，以产生无噪声的第一(原始)心电信号s
denoise
。
37.透过本发明的实施例所述的心电噪声滤除装置100，可滤除原始心电信号(即第一心电信号)的高频噪声和低频噪声，
38.图3系根据本发明之一实施例所述之一心电噪声滤除方法的流程图。心电噪声滤除方法可适用心电噪声滤除装置100。如图3所示，在步骤s310，心电噪声滤除装置100的滤波器接收第一心电信号，且对第一心电信号进行savitzky
–
golay算法，以产生第二心电信号。
39.在步骤s320，心电噪声滤除装置100的运算电路根据稳定小波转换(stationary wavelet transform，swt)算法对第二心电信号进行处理，以产生噪声信号，其中在起始时间区间后，心电噪声滤除装置100的运算电路对第二心电信号进行具有第一阶层数的上述稳定小波转换算法，滤除经过具有第一阶层数的稳定小波转换算法处理后的最高阶的第二心电信号，以及输出具有第一阶层数的第三心电信号，且心电噪声滤除装置100的运算电路对具有第一阶层数的第三心电信号进行反稳定小波转换算法，以输出第四心电信号。
40.根据本发明一实施例，心电噪声滤除方法的步骤s320中还包括，心电噪声滤除装置100的运算电路在一起始时间区间内，根据稳定小波转换算法，对第二心电信号进行稳定小波运算，取出经过稳定小波运算后的对应最低阶的第二心电信号，以及对最低阶的第二心电信号进行qrs侦测，以产生qrs模板信号。
41.根据本发明一实施例，心电噪声滤除方法的步骤s320中还包括，心电噪声滤除装置100的运算电路对第四心电信号，进行具有第二阶层数的稳定小波转换算法，以产生具有第二阶层数的第五心电信号。
42.根据本发明一实施例，心电噪声滤除方法的步骤s320中还包括，心电噪声滤除装置100的运算电路对qrs模板信号和最低阶层的第五心电信号进行相关性运算，以过滤掉每一阶层之第五心电信号中的qrs波信号。
43.根据本发明一实施例，心电噪声滤除方法的步骤s320中还包括，心电噪声滤除装置100之运算电路对已滤除qrs波信号之第五心电信号的低频部分，进行pt波滤除运算，以滤除第五心电信号的低频部分中的pt波信号。
44.根据本发明一实施例，心电噪声滤除方法的步骤s320中还包括，心电噪声滤除装置100的运算电路滤除第五心电信号的低频部分中的pt波信号后，进行反稳定小波转换算法，以产生噪声信号。
45.在步骤s330，心电噪声滤除装置100的运算电路将第四心电信号扣除噪声信号，以过滤第一心电信号中的上述噪声信号。
46.根据本发明一实施例，在心电噪声滤除中第一阶层数系8阶以上的阶层数之一者，以及第二阶层数系8阶以上之阶层数系5～8阶的阶层数之一者。
47.根据本发明心电噪声滤除装置和方法，可通过结合savitzky
–
golay算法和稳定小波转换(swt)算法之应用来滤除高低频不规则的噪声信号，例如：肌电噪声、导线晃动产生的噪声、基线漂移等，以还原原始的心电信号。此外，根据本发明心电噪声滤除装置和方法所提出稳定小波转换算法之应用，可更实时地来分析心电信号。
48.本说明书中以及权利要求中的序号，例如“第一”、“第二”等等，仅系为了方便说明，彼此之间并没有顺序上的先后关系。
49.本发明之说明书所公开之方法和算法之步骤，可直接透过执行处理器直接应用在硬件以及软件模块或两者之结合上。软件模块(包括执行指令和相关数据)和其它数据可存储在数据内存中，像是随机存取内存(ram)、闪存(flash memory)、只读存储器(rom)、可抹除可规化只读存储器(eprom)、电子可抹除可规划只读存储器(eeprom)、缓存器、硬盘、可携式应碟、光盘只读存储器(cd-rom)、dvd或在此领域习之技术中任何其它计算机可读取之存储媒体格式。存储媒体可耦接至机器装置，举例来说，像是计算机/处理器(为了说明之方便，在本说明书以处理器来表示)，上述处理器可透过来读取信息(像是程序代码)，以及写入信息至存储媒体。存储媒体可整合处理器。特殊应用集成电路(asic)包括处理器和存储媒体。用户设备则包括特殊应用集成电路。换句话说，处理器和存储媒体以不直接连接用户设备的方式，包含于用户设备中。此外，在一些实施例中，任何适合计算机程序之产品包括可读取之存储媒体，其中可读取之存储媒体包括和一或多个所公开实施例相关之程序代码。在一些实施例中，计算机程序之产品可包括封装材料。
50.以上段落使用多种层面描述。显然的，本文的教示可以多种方式实现，而在范例中公开之任何特定架构或功能仅为一代表性之状况。根据本文之教示，任何本领域技术人员应理解在本文公开之各层面可独立实作或两种以上的层面可以合并实作。
51.虽然本公开已以实施例公开如上，然其并非用以限定本公开，任何熟习此技艺者，在不脱离本公开之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此发明之保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
52.【符号说明】
53.100：心电噪声滤除装置
54.110：滤波器
55.120：运算电路
56.121：第一运算电路
57.122：第一稳定小波转换电路
58.123：反向稳定小波转换电路
59.124：第二稳定小波转换电路
60.125：第二运算电路
61.126：减法电路
62.130：存储装置
63.s1：第一心电信号
64.s2：第二心电信号
65.s3：第三心电信号
66.s4：第四心电信号
67.s5：第五心电信号
68.s
qrs
：qrs模板信号
69.s
noise
：噪声信号
70.s
denoise
：无噪声之第一心电信号
71.s310～s330：步骤