一種消除振鈴的工頻幹擾濾波方法
2023-07-06 06:17:56 1
專利名稱：一種消除振鈴的工頻幹擾濾波方法
技術領域：
本發明涉及信號處理領域，具體用於存在突變信號的工頻幹擾濾波，尤其涉及的 是對心電信號中工頻幹擾成分進行濾波的方法。
背景技術：
從人體皮膚測得的心電信號是微弱的，而且經常疊加著各種幹擾和噪聲，最常見 的就是電網的工頻幹擾(50Hz或60Hz)。濾除工頻幹擾是心電信號處理中需要解決的一個 重要問題。目前，數字濾波技術已在工頻幹擾的處理上得到較多的應用，但現有的數字陷波 器在濾除工頻幹擾時往往會產生「振鈴」現象，從而影響數據的分析處理的準確性。圖1、圖 2展示了在心電信號檢測中，振鈴直接影響了晚電位的分析；並使得QRS複合波、T波起止點 模糊，T波變形。
發明內容
為了克服數字陷波器的振鈴，本發明提供了一種消除振鈴的工頻幹擾濾波方法， 該方法在濾除工頻幹擾的同時，從根本上避免振鈴的產生。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種消除振鈴的工頻幹擾濾波方法，用於存在突變信號的工頻幹擾濾波，其特徵 是對非突變部分的原始信號，直接通過陷波器濾波作為系統輸出；對突變部分的原始信 號減去前一次濾波的結果，再加上前一次濾波結果段首尾直線連接，再通過陷波器濾波處 理，濾波結果加上前一次濾波的結果，再減去前一次濾波結果段首尾直線連接；並多次重複 上述過程。對原始信號首先進行波形識別，定位出突變部分的起止點，對於突變信號，利用前 一次的輸出、原始輸入來得到這一次應加給陷波器的輸入信號，濾波後的輸出利用前一次 的輸出來調整。原始信號第一次通過陷波器時，對應於突變起點處的陷波器初始狀態應被保存。突變部分的原始信號經過處理後通過陷波器時，該陷波器初始狀態應被設置成該組值。對應於突變部分的原始信號應被保存。最後一次濾波結果作為系統輸出。所述的原始信號為心電信號時，用於QRS複合波、起搏信號、高大T波通過陷波器 引起振鈴的消除。本發明的有益效果是，可以在濾除生物醫學信號工頻幹擾的同時，從根本上避免 振鈴的產生，方法簡單，易於實現。
圖1為不合工頻幹擾的原始輸入心電信號；
圖2為圖1信號通過二階IIR陷波器後的輸出信號；圖3為對圖1信號進行的QRS複合波起止點定位；圖4為圖2中的第一個QRS複合波及QRS複合波段首尾連線；圖5為圖1中的原始輸入信號經過處理後給陷波器的輸入；圖6為圖5的輸入信號通過陷波器並經處理後的輸出；圖7經過5次處理後得到的陷波器輸入；圖8為圖7的輸入信號通過陷波器並經處理後的輸出以及其與圖1信號的偏差；圖9為含有50Hz工頻幹擾的心電信號；圖10為圖9輸入信號的最終輸出局部放大。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。本發明的工頻幹擾濾波方法，首先對非突變部分的原始信號，直接通過陷波器濾 波作為系統輸出；再對突變部分的原始信號減去前一次濾波的結果，再加上前一次濾波結 果段首尾直線連接，再通過陷波器濾波處理，濾波結果加上前一次濾波的結果，再減去前一 次濾波結果段首尾直線連接；其中對原始信號首先進行波形識別，定位出突變部分的起止 點，對於突變信號，利用前一次的輸出、原始輸入來得到這一次應加給陷波器的輸入信號， 濾波後的輸出利用前一次的輸出來調整。並多次重複上述過程後輸出乾淨的信號。如圖3所示處理的信號是心電信號(ECG)，對於系統輸入信號，首先進行QRS複合 波起止點定位。如圖4所示，用QRS複合波起止點界定出圖2信號中的QRS複合波部分Etffs(Ii)， (0 彡 η < N)。根據 Etirs (η)，作出一條直線 Ltffs (η) (0 彡 η < N)。如圖5所示，將圖1中QRS複合波部分減去圖4中的Effs(n)，(0<η<Ν)，並加上 Lqrs (η) (0^η< N)，作為陷波器的輸入信號。如圖6所示，以圖5信號作輸入的陷波輸出加上圖4中的Etffs(Ii) (0彡η < N)，並 減去Lqrs(η) (0 ^ η < N)的結果。如圖7所示，為重複上述處理得到的第5次陷波器輸入，可見此時圖1中QRS複合 波部分已經近似成為一段直線。如圖8所示，為系統的最終輸出，以及其與圖1信號的偏差。可見，當輸入為不含 工頻幹擾的心電信號時，本方法不會引入振鈴，從而避免了波形失真。如圖9所示，系統輸入信號為ECG信號疊加50Hz正弦信號，以檢驗該系統對工頻 幹擾濾波效果。如圖10所示，為利用本方法對圖9信號進行處理後的輸出，可見在陷波的同時，避 免了振鈴的產生。本發明可以在濾除生物醫學信號工頻幹擾的同時，從根本上避免振鈴的產生，方 法簡單，易於實現。
權利要求
一種消除振鈴的工頻幹擾濾波方法，用於存在突變信號的工頻幹擾濾波，其特徵是對非突變部分的原始信號，直接通過陷波器濾波作為系統輸出；對突變部分的原始信號減去前一次濾波的結果，加上前一次濾波結果段首尾直線連接，再通過陷波器濾波處理，濾波結果加上前一次濾波的結果，再減去前一次濾波結果段首尾直線連接；並多次重複上述過程。
2.根據權利要求1所述的一種消除振鈴的工頻幹擾濾波方法，其特徵是對原始信號首 先進行波形識別，定位出突變部分的起止點，對於突變信號，利用前一次的輸出、原始輸入 來得到這一次應加給陷波器的輸入信號，濾波後的輸出利用前一次的輸出來調整。
3.根據權利要求1所述的一種消除振鈴的工頻幹擾濾波方法，其特徵是原始信號第一 次通過陷波器時，對應於突變起點處的陷波器初始狀態應被保存。
4.根據權利要求3所述的一種消除振鈴的工頻幹擾濾波方法，其特徵是突變部分的原 始信號經過處理後通過陷波器時，該陷波器初始狀態應被設置成該組值。
5.根據權利要求1所述的一種消除振鈴的工頻幹擾濾波方法，其特徵是對應於突變部 分的原始信號應被保存。
6.根據權利要求1所述的一種消除振鈴的工頻幹擾濾波方法，其特徵是最後一次濾波 結果作為系統輸出。
7.根據權利要求1所述的一種消除振鈴的工頻幹擾濾波方法，其特徵是所述的原始信 號為心電信號時，用於QRS複合波、起搏信號、高大T波通過陷波器引起振鈴的消除。全文摘要
本發明公開了一種工頻幹擾濾波方法，用於存在突變信號的工頻幹擾濾波，首先對非突變部分的原始信號，直接通過陷波器濾波作為系統輸出；對突變部分的原始信號減去前一次濾波的結果，再加上前一次濾波結果段首尾直線連接，再通過陷波器濾波處理，濾波結果加上前一次濾波的結果，再減去前一次濾波結果段首尾直線連接；並多次重複上述過程。在ECG檢測過程中，50/60Hz工頻幹擾掩蓋了原有心電圖中細微變化，影響心電圖診斷。傳統線性時不變陷波器在濾除工頻幹擾的同時，往往在QRS複合波後引起振鈴，影響諸如晚電位等信號的測量。本發明利用檢測到的QRS複合波起止點，對陷波器輸入、輸出端的信號進行處理，陷波的同時避免振鈴產生。
文檔編號H03H17/02GK101953684SQ20091015805
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月17日 優先權日2009年7月17日
發明者廖雲朋, 魏大雪 申請人:深圳市理邦精密儀器股份有限公司