抑制工频干扰及基线漂移的快速算法.pdfVIP

第 19 卷 第 1 期 中 国 生 物 医 学 工 程 学 报 Vol . 19 No . 1 2000 年 3 月 CHIN ESE J OU RNAL OF B IOM ED ICAL EN GIN EER IN G March 2000 抑制工频干扰及基线漂移的快速算法 李 　刚　刘 　巍 　虞启琏 　马建英 　于学敏 (天津大学精仪学院 ,天津 300072) 　 本文讨论了一种可由普通微处理器快速实时实现的自适应模板法 ,并从 F IR 滤波器的角度证 明了该方法不仅可消除工频干扰 ,而且对基线漂移也有一定的抑制作用 。 关键词 : 　工频干扰 ;基线漂移 ;滤波 分类号 : 　R3 18. 04 ; TN9 11. 4 0 　引言 心电信号的检测过程中不可避免地要引入 50Hz 工频干扰 , 同时从人体获得的心电信号 时还含有由于皮肤阻抗 、呼吸以及放大器的温漂等产生的基线漂移 。在早期的仪器中 ,主要采 用硬件电路的设计抑制这些干扰和噪声 。在微计算机和微处理器出现以来 ,数字滤波器由于 其精度高 、可靠性好 、使用灵活 , 已逐渐显示出取代模拟滤波器的趋势 。许多学者为此作了大 量工作 ,L Sornmo 采用时变滤波器抑制基线漂移[ 1 ] ,X G Yan 对 L evkowChristovR 算法进行 了改进 ,对抑制 50 Hz 工频干扰和基线漂移取得了较好的效果[2 ] ,但该方法计算复杂 ,难以在 普通微处理器上实时实现 。Wariar 等人提出了一种整系数 F IR 滤波器 ,大大简化了计算过 程 ,可应用于微处理器 ,但是由于它所采用的滤波器阶数较低 ,滤波效果受到一定的限制[3 ] 。 鉴于自适应滤波器对工频干扰有很强的抑制作用 ,文献[4 ]提出了一种自适应相干模板法 抑制工频干扰 ,根据心电信号与工频干扰各自的特点 ,从原始信号中得到工频干扰的模板 ,再 从原始信号中减去模板 ,达到滤除工频干扰的目的 ,从而克服了自适应滤波器算法复杂 ,耗用 机时 ,需要附加参考信号通道等不足 。 本文将对上述算法作进一步研究 ,通过理论推导证明该算法不仅可抑制工频干扰 ,而且对 消除基线漂移也有同样的效果 。并且从基漂的频率 、滤波器的频响以及所需内存等方面 ,讨论 该算法中的 M 值的选择 ,从而达到更好的滤波效果 。 1 　基本原理 [ 文献 4 ]所提出的自适应模板法 ,把一个干扰信号周期内所采的信号作为一个 L 维向量 。 假设 X ( n) 为观察信号, S ( n) 为有用信号, N ( n) 为干扰信号 ,则 X ( n) = S ( n) + N ( n) 定义模板信号为 : M - 1 M - 1 M - 1 1 1 1 M ( n) = X ( n - i) = S ( n - i) + N ( n - i) M ∑ M ∑ M ∑ i = 0 i = 0 i = 0 ( ) ( ) ( 由于 N n 为周期信号, 若 S n 为零均值信号 实际上, 在提取大多数生理电信号时, 都采用 ) 交流放大器, 如心电图机中的时间常数电路, 所以这些信号都可视为零均值信号 , 当 M