降噪自编码器的训练方法、心电信号的降噪方法及相关装置、设备制造方法及图纸

本申请提供了一种降噪自编码器的训练方法、心电信号的降噪方法及相关装置、设备，利用人工智能进行心电信号的降噪，可应用于智能检测心电图等领域，该方法从待降噪心电信号中提取出包括该待降噪心电信号的R峰位置、R‑R间距等明显特征的待降噪基准心电信号，通过目标降噪自编码器对待降噪心电信号去除待降噪基准心电信号之后的待降噪剩余心电信号进行降噪，避免目标降噪自编码器对待降噪心电信号中明显特征的降噪处理，使得待降噪基准心电信号和降噪后的剩余心电信号叠加得到降噪后的心电信号可以更好地保留待降噪心电信号中的R峰位置，减少降噪后的心电信号的失真。

Training method of noise reduction self-encoder, denoising method of ECG signal and related devices and equipment

【技术实现步骤摘要】
降噪自编码器的训练方法、心电信号的降噪方法及相关装置、设备
本专利技术涉及人工智能
，尤其涉及一种降噪自编码器的训练方法、心电信号的降噪方法及相关装置、设备。
技术介绍
随着人工智能技术的发展，通过人工智能技术帮助医生进行心电图诊断逐渐成为可能。而心电信号的质量直接影响心电信号诊断的准确率。心电信号的采集通常是通过贴附在皮肤表面的电极得到的。由于皮肤上的心电信号比较弱，且容易受噪声干扰，导致采集到的心电信号中有很多噪声，降低了心电诊断的准确性和可靠性。尤其是，通过可穿戴心电设备采集到的用户处于非静止状态时的心电图包含大量的肌电噪声，此时，心电信号的降噪处理尤为重要。现有技术中，可以通过训练一卷积自编码器(convolutionalautoencoder，CAE)来实现心电信号的降噪，具体的训练方法为：将含噪心电信号输入的卷积自编码器，卷积自编码器对输入的含噪信息信号进行处理后输出预测心电信号，根据预测心电信号与该含噪心电信号对应的降噪后的心电信号的误差来调整去卷积自编码器的参数，使得该误差收敛，得到具备对心电信号进行降噪功能的目标自编码器，进而，通过该目标自编码器对待降噪心电信号进行降噪。然而，由于卷积自编码器训练过程中直接以心电信号作为输入，自编码器获取完整心电信号的编码表示存在较大困难，导致通过上述目标自编码器进行降噪后的心电信号丢失心电信号中的细节信息，出现波形失真。如何在不损失心电信号的细节信息的情况下进行消除噪声是当前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种降噪自编码器的训练方法、心电信号的降噪方法及相关装置、设备，避免自编码器学习难度大，预测波形失真的技术问题。第一方面，本申请实施例提供了一种降噪自编码器的训练方法，包括：训练设备将无噪心电信号和肌电噪声信号叠加得到合成心电信号，该无噪心电信号包含H拍心电信号，每拍心电信号包含一个QRS波群，H为大于1的正整数，且无噪心电信号的信噪比不小于第一阈值；利用平均节拍减法(averagebeatsubtraction)将合成心电信号分解为基准心电信号和含噪剩余心电信号；从所述无噪心电信号中移除所述基准心电信号，得到无噪剩余心电信号；进而，根据含噪剩余心电信号和该含噪剩余心电信号对应的无噪剩余心电信号训练降噪自编码器，其中，含噪剩余心电信号为训练输入，该含噪剩余心电信号对应的无噪剩余心电信号为训练标签。应理解，利用平均节拍减法将合成心电信号分解得到的基准心电信号的R峰位置与合成心电信号的R峰位置相同。应理解，上述得到含噪剩余心电信号和该含噪剩余心电信号对应的噪剩余心电信号组成一个训练样本，生成训练样本的具体实现也可以通过训练设备之前的其他设备或装置完成，训练设备可以接收生成训练样本的设备或装置发送的训练样本，此处，不作限定。上述方法训练设备通过含噪剩余心电信号作为降噪自编码器的输入，以无噪剩余心电信号作为标签，训练降噪自编码器，此时，训练输入的含噪剩余心电信号剔除了合成心电信号中明显特征(比如，R峰位置、R-R间距等)，该降噪自编码器只需要提取合成心电信号的细节信息的编码表示，而不需要获取整个合成心电信号的编码表示，进而，降低训练难度，使得训练得到的目标降噪自编码器可以更好地提取到含噪剩余心电信号中的细节特征，从而提高得到的目标降噪自编码器的降噪性能。在训练设备利用平均节拍减法(averagebeatsubtraction)将合成心电信号分解为基准心电信号和含噪剩余心电信号的第一种实现中：训练设备对目标心电信号中W拍心电信号进行平均处理，得到第二平均心电信号，该目标心电信号可以是合成心电信号、无噪心电信号、或者从第一用户(也即被采集得到无噪心电信号的用户)上历史采集的心电信号等，W≤H，W为正整数；将第二平均心电信号替换合成心电信号中H拍心电信号对应的Aj，得到基准心电信号，Aj表示H拍心电信号中以Rj为中心左右各取Δt区间内的心电信号，Rj为所述W拍心电信号中QRS波群的顶点，j＝1,2……H；进而，从合成心电信号中移除待降噪基准心电信号，得到含噪剩余心电信号。信号平均的方法可以去除噪声，因此，上述形成的基准心电信号保留了合成心电信号中的R峰位置、R-R间距等明显特征，且不含噪声。上述第二平均心电信号的具体实现可以是：第二平均心电信号A是通过对目标心电信号中W拍心电信号进行平均处理得到的。即：其中，表示第二平均心电信号，Ak表示W拍心电信号中以Rk为中心左右各取Δt区间内的心电信号，Rk为W拍心电信号中QRS波群的顶点，k＝1,2……W。进一步地，第二平均心电信号、Δt区间内的心电信号可以包括V个采样点，V为大于1的正整数，信号平均可以通过公式来计算，为第二平均心电信号中第v个采样点的值，Ak(v)为W拍心电信号片段中以Rk为中心左右各取Δt区间内的心电信号中的第v个采样点的值，1≤v≤V，1≤k≤W，v，k为正整数。应理解，在将第二平均心电信号替换合成心电信号中H拍心电信号对应的Aj，得到基准心电信号时，必须保证第二平均心电信号的R峰的位置与心电信号Aj的R峰位置对齐。可见，在第二平均心电信号是通过对合成心电信号中W拍心电信号进行平均处理得到的的情况下，针对不同的合成心电信号，得到的第二平均心电信号不同，进而通过该第二平均心电信号得到的基准心电信号也不同。本申请实施例中，针对不同的合成心电信号自适应地选择基准心电信号，得到的基准心电信号可以提取出了合成心电信号的明显特征，使得训练得到的目标降噪自编码器可以适应不同的心电信号，从而提高目标降噪自编码器的降噪性能。还应理解，信号平均可以降低心电信号的噪声，通过对合成心电信号或无噪心电信号进行信号平均得到第二平均心电信号是经过降噪处理后的一拍心电信号，进而，由第二平均心电信号得到的基准心电信号，可以认为不含肌电噪声，还保留了和目标心电信号的R峰的平均幅值，且上述得到的基准心电信号是针对特定的合成心电信号生成的，更能准确地表示合成心电信号的明显特征。在第二平均心电信号是通过对无噪心电信号中W拍心电信号进行平均处理得到的的情况下。由于，合成心电信号是由无噪心电信号与噪声信号合成得到，无噪心电信号具有与合成心电信号相同的R峰位置、R-R间距等特征，因此，与合成心电信号进行信号平均得到的第二平均心电信号相比，由无噪心电信号进行平均得到的第二平均心电信号具有更少的噪声和肌电噪声，进而将更多的肌电噪声保留到含噪剩余心电信号中，使得训练得到的目标降噪自编码器可以学习到针对该部分肌电噪声的降噪功能。在第二平均心电信号A是通过对第一用户上历史采集的心电信号中W拍心电信号进行平均处理得到的的情况下。针对同一用户的心电信号，采用同一第二平均心电信号。该方式得到第二平均心电信号生成的基准心电信号考虑到个人的差异，使得基准心电信号可以更准确地表示合成心电信号的明显特征，对于同一用户得到的基准心电信号，仅需要进行一次计算，提高计算效率。在利用平均节拍减法(averagebeatsubtraction)将合成心电信号分解为基准心电信号和含噪剩余心电信号的第二种实现中：训练设备可以检测目标心电信号中的W拍心电信号中每一拍心电信号的R峰(即R波的顶点)，该R峰即为一拍心电信号中能量值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种心电信号降噪方法，其特征在于，包括：获取待降噪心电信号，所述待降噪心电信号包含M拍心电信号，每拍心电信号包含一个QRS波群，M为大于1的正整数；利用平均节拍减法(average beat subtraction)将所述待降噪心电信号分解为待降噪基准心电信号和待降噪剩余心电信号；将所述待降噪剩余心电信号输入目标降噪自编码器，得到降噪后的剩余心电信号；将所述待降噪基准心电信号和所述降噪后的剩余心电信号叠加，得到降噪后的心电信号。

【技术特征摘要】
1.一种心电信号降噪方法，其特征在于，包括：获取待降噪心电信号，所述待降噪心电信号包含M拍心电信号，每拍心电信号包含一个QRS波群，M为大于1的正整数；利用平均节拍减法(averagebeatsubtraction)将所述待降噪心电信号分解为待降噪基准心电信号和待降噪剩余心电信号；将所述待降噪剩余心电信号输入目标降噪自编码器，得到降噪后的剩余心电信号；将所述待降噪基准心电信号和所述降噪后的剩余心电信号叠加，得到降噪后的心电信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用平均节拍减法(averagebeatsubtraction)将所述待降噪心电信号分解为待降噪基准心电信号和待降噪剩余心电信号包括：对所述待降噪心电信号中N拍心电信号进行平均处理，得到第一平均心电信号，N小于M，N为正整数；将所述第一平均心电信号替换所述待降噪心电信号中M拍心电信号对应的Bj，得到所述待降噪基准心电信号，Bj表示所述M拍心电信号中以Rj为中心左右各取Δt区间内的心电信号，Rj为所述M拍心电信号中QRS波群的顶点，j＝1,2……M；从所述待降噪心电信号中移除所述待降噪基准心电信号，得到所述待降噪剩余心电信号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述待降噪心电信号中N拍心电信号进行平均处理，得到第一平均心电信号具体包括：其中，表示所述第一平均心电信号，Bi表示所述N拍心电信号中以Ri为中心左右各取Δt区间内的心电信号，Ri为所述N拍心电信号中QRS波群的顶点，i＝1,2……N。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述将所述待降噪剩余心电信号输入目标降噪自编码器，得到降噪后的剩余心电信号之前，所述方法还包括：将无噪心电信号和肌电噪声信号叠加，得到合成心电信号，所述无噪心电信号包含H拍心电信号，每拍心电信号包含一个QRS波群，H为大于1的正整数，所述无噪心电信号的信噪比不小于第一阈值；利用平均节拍减法(averagebeatsubtraction)将所述合成心电信号分解为基准心电信号和含噪剩余心电信号；从所述无噪心电信号中移除所述基准心电信号，得到无噪剩余心电信号；根据所述含噪剩余心电信号和所述无噪剩余心电信号训练降噪自编码器，得到所述目标降噪自编码器，其中，所述含噪剩余心电信号为训练输入，所述无噪剩余心电信号为训练标签。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用平均节拍减法(averagebeatsubtraction)将所述合成心电信号分解为基准心电信号和含噪剩余心电信号包括：对所述合成心电信号中W拍心电信号进行平均处理，得到第二平均心电信号，W小于H，W为正整数；所述第二平均心电信号替换所述合成心电信号中H拍心电信号对应的Aj，得到所述基准心电信号，Aj表示所述H拍心电信号中以Rj为中心左右各取Δt区间内的心电信号，Rj为所述W拍心电信号中QRS波群的顶点，j＝1,2……H；从所述合成心电信号中移除所述基准心电信号，得到所述含噪剩余心电信号。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述合成心电信号中W拍心电信号进行平均处理，得到第二平均心电信号具体包括：其中，表示所述第二平均心电信号，Ak表示所述W拍心电信号中以Rk为中心左右各取Δt区间内的心电信号，Rk为所述W拍心电信号中QRS波群的顶点，k＝1,2……W。7.一种降噪自编码器的训练方法，其特征在于，包括：将无噪心电信号和肌电噪声信号叠加，得到合成心电信号，所述无噪心电信号包含H拍心电信号，每拍心电信号包含一个QRS波群，H为大于1的正整数，所述无噪心电信号的信噪比不小于第一阈值；利用平均节拍减法(averagebeatsubtraction)将所述合成心电信号分解为基准心电信号和含噪剩余心电信号；从所述无噪心电信号中移除所述基准心电信号，得到无噪剩余心电信号；根据所述含噪剩余心电信号和所述无噪剩余心电信号训练降噪自编码器，其中，所述含噪剩余心电信号为训练输入，所述无噪剩余心电信号为训练标签。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述利用平均节拍减法(averagebeatsubtraction)将所述合成心电信号分解为基准心电信号和含噪剩余心电信号包括：对所述合成心电信号中W拍心电信号进行平均处理，得到第二平均心电信号，W小于H，W为正整数；将所述第二平均心电信号替换所述合成心电信号中H拍心电信号对应的Aj，得到所述基准心电信号，Aj表示所述H拍心电信号中以Rj为中心左右各取Δt区间内的心电信号，Rj为所述W拍心电信号中QRS波群的顶点，j＝1,2……H；从所述合成心电信号中移除所述基准心电信号，得到所述含噪剩余心电信号。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述对所述合成心电信号中W拍心电信号进行平均处理，得到第二平均心电信号具体包括：其中，表示所述第二平均心电信号，Ak表示所述W拍心电信号中以Rk为中心左右各取Δt区间内的心电信号，Rk为所述W拍心电信号中QRS波群的顶点，k＝1,2……W。10.一种心电信号降噪装置，其特征在于，包括：获取单元，用于获取待降噪心电信号，所述待降噪心电信号包含M拍心电信号，每拍心电信号包含一个QRS波群，M为大于1的正整数；第一分解单元，利用平均节拍减法(averagebeatsubtraction)将所述待降噪心电信号分解为待降噪基准心电信号和待降噪剩余心电信号；降噪单元，用于将所述待降噪剩余心电信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贵锦，黄勇锋，丁子建，张宇，
申请(专利权)人：清华大学，华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11