[发明专利]一种基于心电信号的自适应肌电干扰去除方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学数字信号处理领域，尤其是涉及采用一种自适应滤波器，滤除心电信号中的肌电干扰成分。本发明根据心电信号自身频率和幅度的变化情况，自动调整滤波器的对不同频率信号的衰减幅度，在保证尽可能少的影响心电信号本身内容的前提下，最大地滤除干扰信号。

背景技术

心电图检测与分析在临床诊断中具有重要价值，是了解心脏的功能与状况、辅助诊断心血管疾病、评估各种治疗方法有效性的最基本方法之一。心电信号是微弱低频人体生理电信号，其通常频率在0.05-100Hz，幅值不超过4mv。心电信号的现代处理方法是通过安装在皮肤表面的电极经放大电路和模数转换获取其数字形式。由于人体本身状态和检测环境地影响，所获取的心电信号中通常包含有噪声干扰，主要成分为：工频干扰，环境供电造成，频率为50或60Hz；基线漂移，通常由电极移位或呼吸等低频干扰造成，频率范围一般为0.05-1Hz；肌电干扰，由人体肌肉紧张引起，其频谱较宽，并且与心电频谱混叠。

现代信号处理技术对于不同的干扰信号通常采用数字滤波器将其滤除。

对工频干扰，由于其频率固定，使用陷波器即可得到很好的效果，即使对工频频率不稳的情况，由于其频率波动很小，也可适当加宽陷波器阻带或采用自适应陷波器（如小波方法）得到很好效果。

对于基线漂移，采用普通高通滤波器可以将其滤除，但会严重影响心电图波形，特别是ST-T段的波形，因此在标准心电图仪上不建议采用。由于基线漂移通常由电极移位或呼吸等低频干扰造成，其变化可以看作叠加在心电信号上的呼吸波，较好的滤波方法是采用Cube-Spling样条函数拟合呼吸波，此方法的关键环节在于特征点的选取和减小实时处理的延迟时间。目前，这一方法已广泛应用于中高档心电图仪中。

肌电干扰，由人体肌肉紧张引起，其频谱特征接近白噪声，可看作是瞬时发生的零均值带限噪声。由于肌电的频谱较宽，并且与心电频谱混叠，用一般的滤波形式很难将其分开。心电信号中若包含有较大的肌电干扰会严重影响心电图的判读而影响临床诊断。目前，排除肌电干扰的最有效方法是采用高质量电极，同时要求受测者静卧以减少肌肉紧张。但对有些实时监测的心电图检测，如运动心电图试验和24小时动态心电图，受测者不仅不可能静卧，而且还要在运动中测试心电图；即使是常规心电图静卧测试，对某些病人，如哮喘和半身不遂病人，肌肉紧张导致的较大肌电干扰也是不可避免的。鉴于此，心电图仪的肌电干扰滤除功能是必不可少的。通常的方法是提供不同截止频率的低通滤波器：30Hz、45Hz、70Hz，在使用中由仪器操作者确定使用哪一频率的低通滤波器。滤波频率低，滤波效果好些，但会影响心电信号本身成分。图1为未经滤波的原始心电信号，以30Hz低通为例（如图2），虽然较好地去除了干扰成分，但严重地影响了心电图成分，QRS波幅度明显降低，幅度超过22%；对70Hz低通情形（如图3），滤波对心电图无显著影响（QRS波幅度降低<3%），但对干扰去除亦几乎无作用；45Hz情形介于以上二种情形之间（图4），滤波效果不甚理想，而QRS波幅度降低亦达11%。此外，这一方法在操作上也有其缺陷：第一，不仅操作相对繁琐，而且即使是对有经验的操作者来说，也很难确定什么情形使用什么频率的低通滤波器；其次，即使对同一病人同一次检测过程而言，由于肌电干扰是实时改变的，操作者不可能提前预判并实时操作哪一时段用哪一滤波频率。

综上所述，用标准低通滤波器滤除肌电干扰的两难困惑是：用较低截止频率的低通滤波器，以牺牲心电信号成分为代价，尽可能多的滤除肌电干扰，获得容易判读的心电图；或者，用较高截止频率的低通滤波器，以牺牲心电图可读性为代价，尽可能多的保留心电信号内容。两种方法其结果都将影响心电图的临床诊断价值，导致误判、漏判。

发明内容

本发明的目的是提供一种滤波方法，在尽可能少地影响心电信号本身内容的前提下，更多地滤除干扰信号，使心电图的临床判读更清晰、容易，也更准确，以达到在保证尽可能少的影响心电信号本身内容的前提下，最大地滤除干扰信号的目的。

为了实现本发明的目的提出一种基于心电信号的自适应肌电干扰去除方法，该方法根据心电信号自身频率和幅度的变化情况，调整滤波器对不同频率信号的衰减幅度，在保证尽可能少的影响心电信号本身内容的前提下，最大限度的滤除干扰信号。