用于对心电图信号进行滤波的方法和设备
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年10月31日在美国专利商标局提交的第16/670,214号美国专利申请的优先权，该美国专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。
背景技术：3.心电图(ecg)是用于监测心脏状态的流行技术。在ecg测试中，例如从体表记录在心肌中发生的电磁活动，所记录的信号由ecg专家或自动分析系统解释以评估心脏的状态。
4.图1示出了ecg信号100的示例的示意图。参考图1，ecg信号可包括例如p波110、pr间期120、pr段130、qrs波群140、qt间期150、st段160和t波170。这些元素中的每一个可指示与心脏中的心脏兴奋传播的不同阶段相关的重要信息。例如，这些ecg段偏离其正常状态的任何偏差可指示心脏中的潜在疾病或问题。例如，st段160的抬高或降低可指示心肌梗死，且qrs波群140的形态变化可指示心室内传导系统出现异常。
5.重要的是在信号收集和处理过程中保持ecg的形态，使得从ecg得到的任何诊断是正确的。然而，从体表记录的ecg信号很可能被除了心脏之外的源(例如骨骼肌)生成的电磁信号污染。这种类型的噪声通常称为肌肉噪声，且容易使自动ecg分析软件出错。消除来自ecg记录的肌肉噪声，但不会引起实际ecg信号显著变化，是自动ecg分析系统的一个重要方面。
技术实现要素：6.根据实施例，一种对心电图(ecg)信号进行滤波的方法包括：获取ecg信号；对ecg信号应用第一变换，以生成经变换的ecg信号；对经变换的ecg信号进行滤波，以生成经滤波和变换的ecg信号；以及对经滤波和变换的ecg信号应用第二变换，以生成经滤波的ecg信号。
7.根据实施例，一种用于对心电图(ecg)信号进行滤波的设备包括：至少一个存储器，配置成存储程序代码；以及至少一个处理器，配置成读取程序代码并按照程序代码的指令进行操作，该程序代码包括：获取代码，配置成使得至少一个处理器获取ecg信号；第一变换代码，配置成使得至少一个处理器对ecg信号应用第一变换，以生成经变换的ecg信号；滤波代码，配置成使得至少一个处理器对经变换的ecg信号进行滤波，以生成经滤波和变换的ecg信号；第二变换代码，配置成使得至少一个处理器对经滤波和变换的ecg信号应用第二变换，以生成经滤波的ecg信号。
8.根据实施例，一种非暂时性计算机可读介质存储指令，该指令包括一个或多个指令，一个或多个指令在由用于对心电图(ecg)信号进行滤波的设备的一个或多个处理器运行时，使得一个或多个处理器执行多个操作，多个操作包括：获取ecg信号；对ecg信号应用第一变换，以生成经变换的ecg信号；对经变换的ecg信号进行滤波，以生成经滤波和变换的ecg信号；以及对经滤波和变换的ecg信号应用第二变换，以生成经滤波的ecg信号。
附图说明
9.图1是ecg信号的示例的示意性表示；
10.图2是可实现本文描述的系统和/或方法的示例环境的图；
11.图3是图2的一个或多个设备的示例组件的图；
12.图4a至图4c示出了降噪的快速傅立叶变换技术的示例；
13.图5示出了根据实施例的信号滤波模式；
14.图6示出了根据实施例的第一变换的结果；
15.图7示出了根据实施例的第二变换的结果；以及
16.图8是用于对ecg信号进行滤波的示例过程的流程图。
具体实施方式
17.图2是可实现本文描述的系统和/或方法的示例环境200的图。如图2所示，环境200可包括用户设备210、平台220和网络230。环境200的设备可通过有线连接、无线连接或者有线连接和无线连接的组合来互连。
18.用户设备210包括能够接收、生成、存储、处理和/或提供与平台220相关联的信息的一个或多个设备。例如，用户设备210可包括计算设备(例如，台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、手持式计算机、智能扬声器、服务器等)、移动电话(例如，智能电话、无线电话等)、可穿戴设备(例如，一对智能眼镜或智能手表)或类似设备。在一些实现方式中，用户设备210可从平台220接收信息和/或向平台220发送信息。在一些实施例中，用户设备210可包括诸如电磁传感器之类的传感器，或者可操作以与诸如电磁传感器之类的传感器通信，该传感器可用于测量例如体表处的电磁信号。
19.平台220包括能够获取ecg信号和对ecg信号进行滤波的一个或多个设备，如在本文的其他地方所描述的。在一些实现方式中，平台220可包括云服务器或一组云服务器。在一些实现方式中，平台220可设计成模块化平台，使得某些软件组件可根据特定需要而换入或换出。因此，平台220可容易地和/或快速地针对不同用途来重新配置。
20.在一些实现方式中，如图所示，平台220可托管在云计算环境222中。应注意，虽然本文描述的实现方式将平台220描述成托管在云计算环境222中，但是在一些实现方式中，平台220不基于云(即，可以在云计算环境之外实现)或者可部分地基于云。
21.云计算环境222包括托管平台220的环境。云计算环境222可提供不需要终端用户(例如，用户设备210)知道托管平台220的系统和/或设备的物理位置和配置的计算、软件、数据访问、存储等服务。如图所示，云计算环境222可包括一组计算资源224(这一组计算资源统称为“计算资源224”，单独一个计算资源称为“计算资源224”)。
22.计算资源224包括一个或多个个人计算机、工作站计算机、服务器设备或其他类型的计算和/或通信设备。在一些实现方式中，计算资源224可控制平台220。云资源可包括在计算资源224中运行的计算实例、在计算资源224中提供的存储设备、由计算资源224提供的数据传输设备等。在一些实现方式中，计算资源224可通过有线连接、无线连接或者有线连接和无线连接的组合与其他计算资源224通信。
23.进一步如图2所示，计算资源224包括一组云资源，例如一个或多个应用(“app”)224
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1、一个或多个虚拟机(“vm”)224
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2、虚拟化存储器(“vs”)224
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3、一个或多个管理程序
(“hyp”)224
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4等。
24.应用224
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1包括可提供给用户设备210和/或传感器设备220或者由用户设备210和/或传感器设备220访问的一个或多个软件应用。应用224
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1可消除在用户设备210上安装和运行软件应用的需要。例如，应用224
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1可包括与平台220相关联的软件和/或能够通过云计算环境222提供的任何其他软件。在一些实现方式中，一个应用224
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1可通过虚拟机224
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2向一个或多个其他应用224
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1发送信息/从一个或多个其他应用224
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1接收信息。
25.虚拟机224
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2包括运行程序的机器(例如，计算机)的软件实现，类似于物理机。根据虚拟机224
‑
2对任何实际机器的对应程度和用途，虚拟机224
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2可以是系统虚拟机或过程虚拟机。系统虚拟机可提供支持完整操作系统(“os”)的运行的完整系统平台。过程虚拟机可运行单个程序，且可支持单个过程。在一些实现方式中，虚拟机224
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2可代表用户(例如，用户设备210)运行，且可管理云计算环境222的基础设施，例如数据管理、同步或长时间数据传输。
26.虚拟化存储器224
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3包括在计算资源224的存储系统或设备内使用虚拟化技术的一个或多个存储系统和/或一个或多个设备。在一些实现方式中，在存储系统的环境中，虚拟化的类型可包括块虚拟化和文件虚拟化。块虚拟化可指的是逻辑存储与物理存储的抽象化(或分离)，使得可以在不考虑物理存储或异构结构的情况下访问存储系统。分离可允许存储系统的管理员在管理员如何管理终端用户的存储方面具有灵活性。文件虚拟化可消除以文件级别访问的数据与物理地存储文件的位置之间的依赖性。这可使得存储器使用、服务器整合和/或无干扰文件迁移性能得到优化。
27.管理程序224
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4可提供硬件虚拟化技术，硬件虚拟化技术允许多个操作系统(例如，“客户操作系统”)在主控计算机例如计算资源224上同时运行。管理程序224
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4可给客户操作系统呈现虚拟操作平台，且可管理客户操作系统的运行。各操作系统的多个实例可共享虚拟化硬件资源。
28.网络230包括一个或多个有线网络和/或无线网络。例如，网络230可包括蜂窝网络(例如，第五代(5g)网络、长期演进(lte)网络、第三代(3g)网络、码分多址(cdma)网络等)、公共陆地移动网络(plmn)、局域网(lan)、广域网(wan)、城域网(man)、电话网(例如，公共交换电话网(pstn))、专用网络、自组织网络、内部网、因特网、基于光纤的网络等，和/或这些或其他类型网络的组合。
29.图2所示的设备和网络的数量和布置作为示例来提供。在实践中，可存在额外的设备和/或网络、更少的设备和/或网络、不同的设备和/或网络、或与图2所示的设备和/或网络不同地布置的设备和/或网络。此外，图2所示的两个或更多个设备可以在单个设备内实现，或者图2所示的单个设备可实现为多个分布式设备。另外或者替代地，环境200的一组设备(例如，一个或多个设备)可执行被描述成由环境200的另一组设备执行的一个或多个功能。
30.图3是设备300的示例组件的图。设备300可对应于用户设备210和/或平台220。如图3所示，设备300可包括总线310、处理器320、存储器330、存储组件340、输入组件350、输出组件360和通信接口370。
31.总线310包括允许设备300的组件之间进行通信的组件。处理器320以硬件、固件或者硬件和软件的组合来实现。处理器320是中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、加速
处理单元(apu)、微处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)或另一类型的处理组件。在一些实现方式中，处理器320包括能够被编程以执行功能的一个或多个处理器。存储器330包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)和/或另一类型的动态或静态存储设备(例如，闪存、磁性存储器和/或光学存储器)，其存储供处理器320使用的信息和/或指令。
32.存储组件340存储与设备300的操作和使用相关的信息和/或软件。例如，存储组件340可包括硬盘(例如，磁盘、光盘、磁光盘和/或固态盘)、光碟(cd)、数字通用盘(dvd)、软盘、盒式磁带、磁带和/或另一类型的非暂时性计算机可读介质、以及相应的驱动器。
33.输入组件350包括允许设备300接收信息的组件，该信息例如通过用户输入(例如，触摸屏显示器、键盘、小键盘、鼠标、按钮、开关和/或麦克风)输入。另外或者替代地，输入组件350可包括用于感测信息的传感器(例如，全球定位系统(gps)组件、加速计、陀螺仪和/或致动器)。输出组件360包括提供来自设备300的输出信息的组件(例如，显示器、扬声器和/或一个或多个发光二极管(led))。
34.通信接口370包括类似收发器的组件(例如，收发机和/或单独的接收机和发射机)，其使得设备300能够与其他设备通信，例如通过有线连接、无线连接或者有线连接和无线连接的组合与其他设备通信。通信接口370可允许设备300从另一设备接收信息和/或向另一设备提供信息。例如，通信接口370可包括以太网接口、光学接口、同轴接口、红外接口、射频(rf)接口、通用串行总线(usb)接口、wi
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fi接口、蜂窝网络接口等。
35.设备300可执行本文描述的一个或多个过程。设备300可响应于处理器320运行由诸如存储器330和/或存储组件340的非暂时性计算机可读介质存储的软件指令，来执行这些过程。在本文中，计算机可读介质定义为非暂时性存储器设备。存储器设备包括单个物理存储设备内的存储器空间或者分布在多个物理存储设备上的存储器空间。
36.软件指令可通过通信接口370从另一计算机可读介质读入存储器330和/或存储组件340中，或者从另一设备读入存储器330和/或存储组件340中。当运行时，存储在存储器330和/或存储组件340中的软件指令可使得处理器320执行本文描述的一个或多个过程。另外或者替代地，可使用硬连线电路来代替软件指令或者与软件指令组合，来执行本文描述的一个或多个过程。因此，本文描述的实现方式不限于硬件电路和软件的任何特定组合。
37.图3所示的组件的数量和布置作为示例来提供。在实践中，设备300可包括额外的组件、更少的组件、不同的组件、或与图3所示的组件不同地布置的组件。另外或者替代地，设备300的一组组件(例如，一个或多个组件)可执行被描述成由设备300的另一组组件执行的一个或多个功能。
38.在现实世界中，诸如ecg的信号可包括两部分：真实信号和噪声。通常，在噪声滤波的应用中，希望尽可能地去除噪声分量，同时使滤波器对真实信号的改变最小化。快速傅立叶变换(fft)是流行的数字滤波器模式。fft假设输入信号是周期性和连续性的，并使用一系列正弦波之和来表示输入信号。然而，在现实世界中，信号通常不是周期性和连续性的。fft滤波器的输入信号需要进行加窗和追加，以被认为是周期性和连续性的。例如，这种窗410在图4中示出。加窗过程通常引起被称为频谱泄漏的问题，将不需要的频率分量引入滤波后的信号中，从而改变信号所携带的信息。例如，可引入诸如伪影420的伪影。根据实际应用，这种改变可能不可接受。
39.图5示出了根据实施例的信号滤波模式500。模式500提供滤波结构，滤波结构可用于需要从包含噪声的输入信号510中去除或提取特定分量的不同场景。如图5所示，模式500可包括三个步骤。在步骤520中，信号510从其原始状态空间映射到新的状态空间中。在步骤530中，在新的状态空间中应用滤波方法，且在步骤540中，将滤波器的输出映射回原始状态空间中，以获取滤波后的信号550。模式500可以尽可能地从输入信号中去除噪声，同时使对真实信号的改变最小化。在一个实施例中，模式500可以不要求输入信号是周期性和连续性的，且可从输入信号中去除噪声/伪影，同时使对真实信号的改变最小化。因此，可避免fft的频谱泄漏问题。模式500可用于如下应用：此类应用涉及从输入信号中去除噪声，但不会引起真实信号显著改变。
40.根据实施例，诸如模式500的滤波模式可涉及在变换后的状态空间中进行噪声滤波，且变换未假设输入数据是周期性和连续性的。这种滤波模式可如下描述：
41.在可对应于步骤520的第一步骤中，原始信号s1可使用数学变换a映射到状态空间中，成为s2：
42.s2＝a(s1)(等式1)
43.可使用不需要s1是周期性和连续性的任何变换。作为示例，一阶导数用作a，如图6所示。
44.在可对应于步骤530的第二步骤中，可被称为中间滤波器(mf)的滤波方法应用于s2以获得信号s3：
45.s3＝mf(s2)(等式2)
46.可使用不需要周期性和连续性输入信号的任何滤波方法。作为示例，移动平均窗(maw)用作mf。
47.在可对应于步骤540的第三步骤中，数学变换b应用于s3以获得输出信号s4，输出信号s4作为滤波后的信号：
48.s4＝b(s3)(等式3)
49.根据实施例，b可以是a的逆变换。图4示出了数学变换b的结果，该结果可以是滤波后的信号以及原始信号。
50.因为本文描述的滤波模式未假设输入数据是周期性和连续性的，所以可避免频谱泄漏问题，且可使对真实信号的改变最小化。
51.根据实施例，可通过选择不同的变换a/b和如上所述的滤波方法mf来针对不同的应用场景配置滤波模式，且用作a/b的任何类型的变换和/或用作mf的任何类型的滤波方法可以在模式中使用。
52.图8是用于对ecg信号进行滤波的示例过程800的流程图。在一个实施例中，过程800可对应于上文讨论的过滤模式，例如模式500。在一些实现方式中，可由平台220执行图8的一个或多个过程块。在一些实现方式中，可由与平台220分离或包括平台220的另一设备或一组设备(例如，用户设备210)执行图8的一个或多个过程块。
53.如图8所示，过程800可包括获取ecg信号(框810)。
54.进一步如图8所示，过程800可包括对ecg信号应用第一变换，以生成经变换的ecg信号(框820)。
55.进一步如图8所示，过程800可包括对经变换的ecg信号进行滤波，以生成经滤波和
变换的ecg信号(框830)。
56.进一步如图8所示，过程800可包括对经滤波和变换的ecg信号应用第二变换，以生成经滤波的ecg信号(框840)。
57.在一个实施例中，获取ecg信号可包括：测量体表处的电磁信号。
58.ecg信号可包括p波、pr间期、pr段、qrs波群、st段、qt间期和t波中的至少一个。
59.在一个实施例中，第二变换可包括第一变换的逆变换。
60.在一个实施例中，ecg信号可以不是周期性的。
61.在一个实施例中，ecg信号可以不是连续性的。
62.在一个实施例中，应用第一变换可包括：获取ecg信号的一阶导数。
63.在一个实施例中，滤波可包括：对经变换的ecg信号应用移动平均窗滤波器。
64.虽然本文的实现方式描述了音素序列，但是应当理解，其他实现方式包括词序列、字符序列和/或类似序列，来作为中间序列。换句话说，其它实现方式包括语音波形与词序列和/或字符序列之间的直接映射。
65.虽然图8示出了过程800的示例块，但是在一些实现方式中，过程800可包括额外的块、更少的块、不同的块、或与图8所描绘的块不同地布置的块。另外或者替代地，可并行地执行过程800的两个或更多个块。
66.前述公开内容提供了说明和描述，但是不旨在穷举或将实现方式限制为所公开的精确形式。可根据上述公开内容进行修改和变化，或者可从实现方式的实践中获得修改和变化。
67.如本文所使用的，术语“组件”旨在广义地解释为硬件、固件或者硬件和软件的组合。
68.显然，本文描述的系统和/或方法可以以不同形式的硬件、固件或者硬件和软件的组合来实现。用于实现这些系统和/或方法的实际专用控制硬件或软件代码不限制实现方式。因此，在本文中未参考特定的软件代码来描述系统和/或方法的操作和行为
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应理解，软件和硬件可设计成实现基于本文的描述的系统和/或方法。
69.即使在权利要求中记载和/或在说明书中公开特征的特定组合，这些组合并不旨在限制可能的实现方式的公开。实际上，这些特征中的许多特征可以以未在权利要求中具体记载和/或在说明书中公开的方式组合。虽然下面列出的每个从属权利要求可仅直接从属于一个权利要求，但是可能的实现方式的公开包括每个从属权利要求与权利要求集中的每一个其他权利要求的组合。
70.除非本身明确地描述，否则本文使用的元素、动作或指令不应理解为至关重要或必要的。此外，如本文所使用的，冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项目，且可与“一个或多个”互换地使用。此外，如本文所使用的，术语“集”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目、相关项目和不相关项目的组合等)，且可与“一个或多个”互换地使用。在意图仅是一个项目的情况下，使用术语“一”或类似的语言。此外，如本文所使用的，术语“具有”、“有”、“含有”或类似术语旨在是开放式术语。此外，短语“基于”的意思旨在是“至少部分地基于”，除非另有明确说明。