图1. 心电信号数据采集与处理框图

2.工频干扰滤波

对于心电信号中的工频干扰,简单而有效的方法是采用梳状滤波器滤波,这种FIR 滤波器简单、容易实现、滤波效果好,节数为N 的梳状滤波器的系统函数为:

其中,是由N 节延时单元组成的梳状滤波器,H1(z)的幅值响应由许多频率间隔相同的通带和阻带组成,它只许一些特定频率范围的信号通过而阻止另一些特定频率信号通过[4]。H(z)的频率响应为:

根据式(2)可知,梳状滤波器是具有线性相位的FIR 低通滤波器,相移τ=(N-1)/2,为使滤波器的直流增益为1,可以考虑在H(z)中增加增益因子1/N,归一化后的幅频响应为:

N=10 时,幅频响应如图2 所示,在频率点ωk=2πk/N,k=0,1,2,……N-1 处的幅值为0,因而在ωk=2πk/N 附近形成了多个阻带,对这些频率的信号具有很好的抑制作用。由于梳妆滤波器的系数相等且都为1,因而容易实现,常用于对医疗仪器中的特定信号进行滤波处理。

图2. 线性相位FIR 滤波器的幅频响应特性

根据图2 可得第一旁瓣峰值衰减约为20dB,若不能满足要求,可对式(1)进行修正:

其频率响应为:

衰减速度为修正前的k 倍,k=2 时修正滤波器的幅频响应如图3 所示,其衰减性能更好。

图3. 经修正以后的梳状滤波器幅频响应

3.基线漂移的抑制

抑制基线漂移方法很多,各有特点。基于抛物线的拟合基线算法结构复杂,采用单片机的嵌入式系统运算速度难以保证实时性要求,基于小波的自适应滤波抑制ECG 基线漂移,运算较复杂,不适合用于小系统的监护。本文采用一种自适应快速线性拟合来抑制基线漂移的方法,通过多点采样,用最小二乘法拟合出基线的变化趋势,经修正得到ECG 信号。

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