[发明专利]滤除工频干扰信号的控制方法及系统

说明书

一种滤除工频干扰信号的控制方法及系统，该控制方法包括：首先对每个通道的预设区段的心电信号进行整流；接着获取整流后的预设区段的心电信号中工频干扰信号的频率、幅度以及相位，其根据每个通道信噪比加权求得系统的最优工频干扰信号并估计频率和相位，以及结合每个通道的幅度构建正弦波；最后将心电信号的预设区段与重建的正弦波信号做相减处理，从而获得滤除工频干扰的心电波形信号。由此达到了滤除工频干扰信号的效果，且不产生振铃效应，使得测量更为精准，因此解决了现有的信号滤除技术存在着因采用陷波器滤波会产生振铃效应，导致信号失真的问题。

技术领域

本发明属于信号滤除技术领域，特别是涉及一种滤除工频干扰信号的控制方法及系统。

背景技术

心电测量是临床上常用的生理信息指标。医院采用心电检测设备所检测到的人体心电信号中通常存在工频交流电干扰。复杂的用电环境会引起明显的干扰，该种干扰可认定为频率50/60Hz的正弦波以及其高次谐波，例如在亚洲或者欧洲，生活用电的频率为50Hz；而在北美地区，该频率则为60Hz。常规的心电频率范围在0.05到100赫兹之间,高频QRS波的频率是80到300Hz，而心室晚电位的频率范围则高达500Hz。因此，对应用50Hz交流电的地区，心电测量对应的工频干扰，分别从基波高到2次、6次直至10次谐波。因此，工频干扰是心电测量一个重要干扰来源和心电分析的障碍。特别是，交流电的频率并不是固定不变的，它总是在标称频率上下波动，有时高达±2Hz.

在实际应用中，心电检测设备常装备陷波器等滤波技术，作为仪器操作者的一个基本选项，来滤除工频电干扰。但是，如果所处环境带来大的非平稳的冲击干扰，常用的线性滤波技术将难以可靠滤除干扰信号。例如，利用带阻技术实现的陷波方法，经常会在大的冲击干扰后引起衰减振荡，形成新的干扰。图1是现有技术中采用陷波器滤波前后心电信号仿真波形的对比的示意图，左边是未通过陷波器滤波的心电信号仿真波形，右边是通过陷波器滤波后的心电信号仿真波形。这里，大的QRS波起到了大的冲击波干扰的作用。由此可得，陡峭的QRS复合波通过滤波器后，会发生振铃效应(右图中尖峰后面的微小振荡即为振铃效应)。而振铃效应(幅度较小的振荡波)会影响了对相应部分真实心电信号的观测。

特别是，在上述图1中，陷波器的带宽越窄，振铃效应越严重。而放宽陷波器的带宽，则会损失更多的信号。这样的矛盾，在很多应用中，尤为突出。例如，对于反映心肌梗塞的心室晚电位，恰好位于QRS波结束后的ST段，其幅度只有3～25微伏，而频率范围为40～500Hz，涵盖到50Hz交流电频率的10次谐波。任何因QRS波引起的陷波器振铃都会掩盖真实的信号。因此，鉴于陷波器的潜在问题，在国际测量心室晚电位的标准中，明确规定，不许使用任何硬件或者软件实现的滤波技术。由于不能采用相应滤波技术来抑制工频干扰，心室晚电位的临床测量应用也受到诸多不便。

为了克服常用带阻滤波器在信号或者干扰幅度突变时引起的振铃现象，发展了很多新的方法来改善滤波器的性能。其中一大类技术是应用自适应滤波方法来实现窄带阻陷波。该方法需要一道专用的信号通道来采集工频干扰，为自适应滤波器提供参考信号。虽然也有采用仪器内部产生的参考信号来实现自适应滤波的方法，但是，自适应滤波技术在干扰变化时，总存在一个滞后的时间适应过程。这是技术本身的问题。

另外一类滤除工频干扰的方法也是基于一路或多路参考通道提供的干扰信号，利用交流电干扰与心电本身呈现的正交特性，通过最小二乘法计算来获取各个信号通道对应的干扰分量来滤除工频干扰。类似地，PCA和ICA方法，前者是将工频干扰作为一个分量，而后者是将工频干扰作为一个独立源来分析，以滤除工频干扰。