Проектирование режекторного фильтра для уменьшения помех линии электропитания в сигнале ЭКГ

Design notch filter to reduce noise in the power line ECG signal Kuatkanova Z.1 (Russian Federation),

Altay Y.2

Проектирование режекторного фильтра для уменьшения помех линии электропитания в сигнале ЭКГ Куатканова Ж. Е.1 (Российская Федерация),

Алтай Е. А.

1 Куатканова Жанна Ерболаткызы / Kuatkanova Zhanna - магистрант, кафедра систем управления и информатики,

Санкт-Петербургский Национальный исследовательский университет информационных технологий, механики оптики, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация;

2Алтай Ельдос Алтайулы /Altay Yeldos - магистр технических наук, кафедра робототехники и технических средств автоматики,

Казахский национальный технический университет им. К. И. Сатпаева, г. Алматы, Республика Казахстан

Аннотация: в статье рассматривается метод проектирование фильтра для обработки медицинского сигнала. Синтезирован режекторный фильтр, определены амплитудо-фазо частотные характеристики, параметр SNR и частотные спектры до и после фильтрации сигнала ЭКГ.

Abstract: the article considers the method of designing a filter for processing medical signals. Synthesized notch filter, to determine the amplitude-frequency characteristics of the phase parameter SNR and frequency spectra before and after filtration of the ECG signal.

Ключевые слова: ЭКГ, SNR, фильтр, АЧХ, ФЧХ.

Keywords: ECG, SNR, filter, frequency response, phase response.

Во время диагностики в сигнал ЭКГ вмешиваются различные артефакты, такие как помехи от контактов электродов, артефакты движения, дрейф базовой линии, электрохирургический шум и помехи электросети. Удаление этого шумового сигнала имеет важное значение. Обработка биомедицинских сигналов в основном состоит в фильтрации сигнала [1, 2].

Для фильтрации сигнала выбираем режекторный фильтр. Чтобы отфильтровать сигнал, нужно синтезировать фильтр по соответствующим параметрам. Например, АЧХ, ФЧХ, вычисление параметра SNR, частотный спектр [2, 3].

Определение амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фильтра. АЧХ - описывает взаимодействие фильтра с входным сигналом в частотной области. При синтезе необходимо получить АЧХ режекторного фильтра. Нужно убедиться, отсутствует ли пульсация, чтобы сигнал при обработке не искажался.

График АЧХ режекторного фильтра дополняется фазо-частотной характеристикой (ФЧХ). Фазочастотная характеристика - разница фаз входного и выходного сигнала в зависимости от частоты сигнала. По графику можно определить ФЧХ фильтра без искажений по фазам [4, 5].

Рис. 2. Модель фильтра для ЭКГ сигнала

Если интерпретировать результат, до фильтрации среднее значения SNR=-0,9631 и MSE=0,4826, после фильтрации эти значения намного уменьшились. После фильтрации среднее значение SNR=-2,5448 и MSE=0,27385. Чем меньше значение сигнал/шум, тем лучше, соответственно значения среднего квадратического отклонения, усредняется. По результатам MSE можно сказать - исследования точные.

Выводы. Проектирование идеального фильтра помех линии электропередачи с узкой частотноизбирательной полосой, который будет чувствительным и самостоятельно настраивающимся на медленные или резкие изменения частоты шума линии электропередачи, и который может работать в режиме реального времени, уже давно является целью многих исследователей. В настоящей работе по устранению помех линии электропередачи с использованием техники фильтрации ЭКГ с режекторным фильтром - система работает удовлетворительно.

Литература

1. Алтай Е. А., Макешева К. К. Измерительные преобразователи биоэлектрической активности сердца. // Проблемы современной науки и образования. 2014. № 10 (28). С. 64-66.

2. Алтайулы А. Е. Методы детектирования биосигналов. // Проблемы современной науки и образования. -

2014. - №. 9 (27).

3. Алтай Е. А. Алгоритмические, программные и технические средства идентификации паттернов биоданных. // Проблемы современной науки и образования. 2014. № 10 (28). С. 61-63.

4. Altay Y., Makesheva K. Computer modeling electrocardiogram signals using notch filters. // European research.

2015. № 3 (4). С. 20-23.

5. Дроздов Д. В. Влияние фильтрации на диагностические свойства биосигналов. // Методические аспекты: материалы конференции. Москва: издательство Альтомедика, 2011. С. 75-78.