精确的峰宽估计方法用于解决生物信号和光谱分析中的关键难题

《Scientific Reports》：Precise peak width estimation for solving key challenges in biosignal and spectral analysis

　　

摘要

准确估计峰值宽度（peak width, WD）和波形持续时间（wave duration）是各个科学领域面临的一个重要挑战。传统方法，如半高全宽（Full Width at Half Maximum, FWHM），在处理重叠峰、非对称信号、噪声数据以及多通道数据时常常遇到困难，这些问题在这些情况下会进一步加剧。本文提出了一种新的方法，用于在曲线拟合应用中估计峰值宽度和波形持续时间，该方法利用了频率调制莫比乌斯分解（Frequency Modulated M?bius, FMM）来分析信号的振荡特性。我们推导出了FWHM的参数表达式，并提出了一种新的WD度量方法。这种方法不仅在数学上和物理上都是合理的，还具有多种优势：参数表达简单明了、估计结果稳健，同时能够灵活处理单个峰、重叠峰以及多通道记录的峰。尽管该方法的潜在应用范围很广，但我们重点展示了其在心电图（ECG）信号分析和光谱分析中的有效性。在心电图分析中，这种WD度量方法能够有效识别出反映心脏电活动关键特征的心电图段；在光谱学中，这种新的FWHM估计器是确定光谱分辨率和材料性质的关键参数。广泛的测试证实了这些新度量的适用性和稳健性，在这两种应用中均优于传统技术。