一种电子血压计人体脉搏信号降噪方法

本发明涉及脉搏信号去噪，特别是一种电子血压计人体脉搏信号降噪方法。

背景技术：

1、近年来，我国的人民越来越关注自己的身体的健康，而血压能够大概的反映一个人的身体健康与否。而为了每个人都能在家里测量自己的血压，一般会采用电子血压计来测量自己的血压，但是在测量的过程之中电子血压计之中的压力传感器会受到内外部环境噪声的影响，从而导致测量到的血压值出现误差，因此如何有效的对压力传感器得到的脉搏信号进行降噪处理是非常有必要的。

2、针对此类问题，早期主要采用的是以小波分解为主的降噪方法，如利用改进的阈值函数对信号进行小波降噪处理，都取得了一定的效果，但其降噪效果往往依赖于小波基和阈值的选择。随后提出的经验模态分解(emd)适用于非线性、非平稳的信号处理方法，该方法将信号分解成若干个从高频到低频依次排列的本征模态分量(imf)和一个余项(res)，具有一定的实际物理意义和频率分层性能，是一种完全自适应的分解方法。但如果信号中存在异常突变，则会产生模态混叠与端点效应从而影响降噪效果。

技术实现思路

1、针对现有的电子血压计存在的问题，本发明提出一种电子血压计人体脉搏信号降噪方法，包括以下步骤：

2、s1、对电子血压计测量到的待降噪人体脉搏信号进行预处理操作，根据人体脉搏信号的规律观察测量的信号是否是可用的，对于不符合测量标准的舍去，保留符合要求的信号，即可得到预处理的信号，并将预处理的信号进行iao-ceemdan(基于天鹰优化算法的自适应完备经验模态分解)分解，得到多个imf分量和一个残差分量。

3、s2、设定样本熵值、方差贡献率和相关系数的阈值来确定有效的imf分量，将有效的imf分量保留，舍去无效的imf分量。

4、s3、将有效的imf分量采用小波阈值去噪的方法进行二次去噪，选用sym8小波基函数的小波阈值去噪方法，去掉有效imf分量中的噪声信息。

5、s4、将去噪后的imf分量叠加，并加上残差分量，完成人体脉搏信号的重构，得到降噪后的人体脉搏信号。

6、所述的步骤s1中，基于iao-ceemdan(基于天鹰优化算法的自适应完备经验模态分解)脉搏信号分解过程是：

7、s1.1、初始化ceemdan的参数和iao的参数。

8、s1.2、使用当前的ceemdan的参数对人体脉搏信号进行分解，得到一组imf分量。

9、s1.3、选择适度函数，根据所选择的适度函数，计算每个imf分量的适应度值。

10、s1.4、使用iao对ceemdan参数进行优化，使得适应度值最小化。

11、s1.5、适应度值最小化时，根据iao优化的结果更新ceemdan的参数。

12、s1.6、根据得到的参数，对人体脉搏信号进行ceemdan分解得到多个imf分量和残差分量，其中ceemdan的分解公式为：

13、

14、式中：x(t)表示由电子血压计测量得到的原始信号；r(t)表示单调不可分解残差分量；imfk表示分解后的k个imf分量。

15、进一步地，所述步骤s2中，根据s1分解的结果，对imf分量的样本熵低于设定的阈值，并且方差贡献率和相关系数高于设定阈值的imf分量进行保留，否则舍去，这样初步的处理，后续的进行小波阈值降噪的效果最好。

16、进一步地，所述的步骤s3中的小波阈值降噪步骤为：对于对剩余保留的有效的imf分量临时命名为信号x(t)，选取小波基sym8，分解层数为5层，阈值规则采用heursure规则，阈值函数采用软阈值法，首先根据选择的规则将信号进行离散小波变换得到一组小波变换系数w(a,b)可以表示为：

17、

18、式中：w(a,b)是小波变换系数，是离散小波基函数，以及a和b是比例因子和平移因子；通过更改的值(a,b)，获得一系列小波系数{w(a,b)}；得到小波系数后{w(a,b)}在各种尺度下，{w(a,b)}通过阈值函数进行筛选以达到去噪效果，软阈值函数表示为：

19、

20、其中，w′(a,b)是经阈值处理后的小波系数，w(a,b)为小波分解后的小波系数，λ为阈值；由如上公式可知，软阈值去噪的方法是将∣w(a,b)∣与λ比较，小于λ的系数为高频噪声系数，w′(a,b)值直接置为零；大于阈值的小波系数，w(a,b)小于0时，w′(a,b)的值为w(a,b)与λ的和，w(a,b)大于0时，w′(a,b)的值为w(a,b)与λ的差。

21、新的小波系数{w′(a,b)}通过使用小波逆变换用于重构噪声信号x′(t)逆小波变换公式如下式所示：

22、

23、式中x′(t)为重构后的imf分量信号，即去二次噪后的结果，代表离散小波基函数，a和b是比例因子和平移因子。

24、进一步地，在步骤s4中，对所有保留的imf分量进行小波阈值去噪之后，得到去噪后的imf分量，进行脉搏信号重构，公式为：将去噪后的脉搏信号x(t)使用下式重构：

25、

26、式中：imf′n为进行小波阈值降噪后的imf分量；n是步骤s2中筛选出包含较多有效信号的imf分量的数量,x(t)为降噪后的脉搏信号，r(t)为ceemdan分解之后的单调不可分解残差分量。

27、本发明有益效果：

28、本发明提供的基于iao-ceemdan-wt阈值的电子血压计脉搏信号的去噪方法，便于实现对测量的脉搏信号之中的混合噪声有效去除，相比较之前的去噪方法，更加有利于保留由电子血压计测量得到的脉搏信号之中更多的有效信息。

技术特征：

1.一种电子血压计人体脉搏信号降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的电子血压计人体脉搏信号降噪方法，其特征在于，所述iao-ceemdan分解具体过程如下：

3.根据权利要求2所述的电子血压计人体脉搏信号降噪方法，其特征在于，在所述步骤s2中，根据s1分解的结果，对imf分量的样本熵低于设定的阈值，并且方差贡献率和相关系数高于设定阈值的imf分量进行保留，否则舍去。

4.根据权利要求3所述的电子血压计人体脉搏信号降噪方法，其特征在于，所述小波阈值去噪具体过程如下：

5.根据权利要求4所述的电子血压计人体脉搏信号降噪方法，其特征在于，所述步骤s4具体实现过程如下：

技术总结本发明公开了一种电子血压计人体脉搏信号降噪方法，该方法首先对电子血压计测量到的待降噪人体脉搏信号进行预处理操作，并将预处理后的信号进行IAO‑CEEMDAN分解，得到多个IMF分量和一个残差分量。其次设定样本熵值、方差贡献率和相关系数的阈值，确定有效的IMF分量，将有效的IMF分量保留，舍去无效的IMF分量。然后将有效的IMF分量采用小波阈值去噪，进行二次去噪。最后将去噪后的IMF分量叠加，并加上残差分量，完成人体脉搏信号的重构，得到降噪后的人体脉搏信号。本发明对测量的脉搏信号之中的混合噪声有效去除，保留由电子血压计测量得到的脉搏信号之中更多的有效信息。技术研发人员：朱福星,江舒受保护的技术使用者：杭州电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/21