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心电信号检测中滤除肌电搅扰的办法

心电信号检测是医生诊断治疗心血管疾病的重要辅助手段,但由于心电信号检测实际条件不理想,心电信号中常混有各种干扰信号,常见有肌电干扰、基线漂移和工频干扰。文中针对肌电干扰,采用数字滤波方法进行了去除噪声

心电信号检测是医师确诊医治心血管疾病的重要辅佐手法,但由于心电信号检测实践条件不抱负,心电信号中常混有各种搅扰信号,常见有肌电搅扰、基线漂移和工频搅扰。文中针对肌电搅扰,选用数字滤波办法进行了去除噪声的滤波器规划。并经过对心电图信号滤波器的规划,不只提高了ECG信号滤波器的去噪作用,且提高了工作效率。

现代医学标明,心电信号(Electrocardiograph,ECG)含有临床确诊心血管疾病的很多信息,心电信号的检测是心血管疾病防备确诊的重要辅佐手法。而实践中心电信号中一般混入各种随机噪声。噪声的存在降低了确诊的准确性。因而,怎么有用去除各种搅扰和噪声是务必要处理的问题。

国际上最早用于完故意电信号滤波使命的是经过不同的电子元器件组成模仿电路来完成滤波功用的模仿心电滤波器。但这种模仿心电滤波器需较为杂乱的电路,滤波作用也不抱负,且本钱较高,因而未得到大规模运用。现在数字滤波器由于功能牢靠、精度高、规划简略等长处已被广泛选用,尤其是运用计算机软件编程的办法已成为国际上心电图机滤波搅扰的首要手法。

1肌电搅扰及常用数字滤波办法

1.1心电信号中的肌电搅扰

心电信号检测首要存在肌电搅扰、基线漂移和工频搅扰3种噪声。而其间影响较大的则是肌电搅扰。所谓肌电搅扰,指人体多种电现象稠浊在一起,某一生理量有时是信号,在另一场合则可能是噪声,即被测生理变量以外的人体电现象所引起的噪声。肌电搅扰由人体肌肉颤抖引起,发生率具有随机性,频率范围在5~2 000 Hz之间。

1.2常用的数字滤波办法介绍

(1)切比雪夫数字低通滤波器。其在过渡带比巴特沃斯数字低通滤波器的衰减快,对噪声的去除作用较好,但频率响应的幅频特性不如巴特沃斯数字低通滤波器平整,在通频带内存在起伏动摇。而切比雪夫数字低通滤波器和抱负滤波器的频率响应曲线之间的差错最小。

(2)巴特沃斯带阻滤波器。是在通带内有最大平整的频率响应曲线,能最大极限地让通带内的信号经过,在阻带则逐渐地下降为零。在振幅的对数对角频率波特图上,从某一鸿沟角频率开端,振幅随角频率的添加逐渐削减,趋向负无量。

(3)小波改换算法。是一种新的改换剖析办法,其承继和开展了短时傅里叶改换部分化的思维,一起又克服了窗口巨细不随频率改动等缺陷,可以供给一个随频率改动的时刻——频率窗口,是进行信号时频剖析和处理的抱负东西。其首要特点是经过改换可以充沛杰出问题某些方面的特征,因而,小波改换在许多范畴均得到了成功的运用。

(4)双线性Z改换法规划数字滤波器。是运用最遍及、最有成效的一种模仿滤波器变数字滤波器的东西。这是由于大部分的滤波器与本规划的低通滤波器相同都具有分段常数的频响特性,其在通带内要求迫临一个衰减为零的常数特性,而在阻带部分要求迫临一个衰减为∞的常数特性,这种特性的滤波器经过双线性改换后,虽频率发生了非线性改动,但幅频特性仍坚持分段常数的特性。

2心电信号检测中滤除肌电搅扰办法

肌电搅扰归于高频搅扰,规划选用切比雪夫数字低通滤波器。具体步骤是:首要规划切比雪夫型的模仿低通滤波器,再将该模仿滤波器转化为数字滤波器。规划用到的技术指标:心电信号通带截止频率ωp;阻带截止频率ωs;通带最大衰减系数αp;阻带最小衰减系数αs.关于肌电搅扰ωp=ωs=αp=1 dB,αs=15 dB.

2.1切比雪夫型模仿低通滤波器的规划

首要进行归一化处理,然后联立关于通带和阻带最大衰减系数的方程求解ε和N,将其代入到|H(jλ)|2,继而求解归一化传递函数H(p),其间p是归一化频率λ对应的拉氏变量,解得

2.2将模仿转变为数字滤波器

该办法在改换公式中s与z的联系无论是分子仍是分母部分均为线性的,其首要长处是消除了脉冲响应不变法所固有的频谱混叠现象。

将模仿低通滤波器的传递函数化为

由此便完成了模仿到数字的转化,从而构成滤除肌电搅扰的切比雪夫数字低通滤波器规划。

3仿真规划

3.1对肌电搅扰的按捺作用

根据以上对肌电搅扰噪声的剖析结合切比雪夫数字低通滤波办法,在Matlab程序傍边输入对应的参数进行仿真,仿真成果如图1所示。


图1 心电信号受搅扰前后比照图

3.2验证与剖析

为验证本次规划滤波器的有用性和实用性,此处选用图2所示遭到严峻搅扰的心电信号进行实验,验证成果如下。


图2 滤波前的心电信号及其幅频特性


图3 滤波后的心电信号及其幅频特性

从图3中可看出,滤波后心电信号中的肌电搅扰即高频搅扰部分得到了显着的按捺,虽在100 Hz邻近仍存在小范围搅扰,但从滤波全体作用上看,该滤波器是满意规划要求的。

4结束语

本规划以数字滤波为根据,结合Matlab进行软件程序规划,从而完成了对肌电搅扰滤波器的规划。该规划程序有用性高、实用性强,且可以较好地滤除肌电搅扰,大幅提高了心电信号检测的准确性,为其在临床中更好地确诊医治供给了协助。

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