[发明专利]一种微弱电生理信号的滤波器设计方法及滤波方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学信号数字处理技术领域，具体涉及以中国去除微弱电生理信号经常受到的基线漂移干扰和工频干扰的滤波技术。

背景技术

门诊系统通过计算机辅助工具对高风险的心脏病患者进行长期的心电图(ECG)监测，要求有快速、实时的微弱电生理信号分析方法，来提供高精度的心脏病自动诊断[1]。这样，对微弱电生理信号进行预处理滤波就显得至关重要。

微弱电生理信号受到的多种外部干扰中最为常见的是工频干扰和基带干扰。工频是固定的（我国是50Hz），然而基线漂移是不确定地变化的，基线漂移是常见的外部干扰，人的呼吸、人体部位轻微移动等都会使得微弱电生理信号产生漂移。基线漂移的特点是低频特性，需要通过高通滤波的手段给予消除。

基线漂移的去除既可以通过模拟滤波实现，也可以通过数字滤波实现。模拟滤波是传统的实现方式，其优点是时延小、成本低，但是滤波精度低、灵活性差；最近，基线漂移的去除逐步趋向用数字滤波实现，数字滤波精确度高、灵活性高，但是计算复杂度和成本高。因而如何降低数字滤波的成本（具体说来是乘法器和加法器资源）和计算复杂度是消除心电漂移的核心问题。

而基线漂移滤波器的截止频率的确定在学术界和工程界一直存在争议和矛盾，如果高通截止频率太高，则意味着基线漂移消除得过于彻底，这容易把T波低频成分也滤除掉而影响诊断；若截止频率太低，则意味着基线漂移消除得很轻微，容易把本该去除的基线漂移而没滤除掉，保留了下来。

1990年美国AHA组指出，最长的RR间期与微弱电生理信号的最低频率(通常是指每分钟心脏跳动40下的心率)是对应的，这就意味着高通截止频率为0.67Hz的数字滤波器，即可满足大部分的基线漂移给消除[2]。

一直以来国内外有很多学者对去除微弱电生理信号的噪声的滤波方法进行了研究，提出了很多滤波方法。比如国外学者H.Govaerts提出一种反复应用移动平均滤波器来满足通带和阻带的要求的方法。文献[3]则提出一种用Kaiser窗设计的FIR滤波器和移动平均相结合的滤波器[4]；国内也有很多相关的文献[5-9]。尽管已经有如此多的滤波器能满足要求，但这些方法都有各自的缺点。有的计算量大，不适于小系统的实现；有的参数设置不灵活，如文献[6]中的小波基函数的选择，只能通过实验和经验来选取，容易影响滤波的效果；有的需要对微弱电生理信号进行预处理，导致了信号分析的延迟。

本发明提出一种基于内插的数字滤波方法，相比于传统数字滤波方法，其计算复杂度非常低，耗费的计算资源非常少(主要是乘法器资源)，适合于便携式心电仪来实现。

参考文献：

[1]Kligfeld,P.,L.Gettes,J.Bailey,R.Childers,B.Deal,W.Hancock,G.Herpen,J.Kors,P.Macfarlane,D.Mirvis,O.Pahlm,P.Rautaharju,and G.Wagner.Recommendations for the standardization andinterpretation of the electrocardiogram,Part I.The electrocardiogram and its technology.J.Am.Coll.Cardiol.49:1109–1127,2007.doi:10.1016/j.jacc.2007.01.024.

[2]Serafim Tabakov,Ivo Iliev,Vessela Krasteva.Online Digital Filter and QRS Detector Applicable inLow Resource ECG Monitoring Systems[J].Annals of Biomedical Engineering,2008,36(11):1805-1815.

[3]Faes,Th.,H.Govaerts,B.Tenvoorde,and O.Rompelman.Frequency synthesis of digital flters basedon repeatedly applied unweighed moving average operations.Med.Biol.Eng.Comp.32:698-701,1994.doi:10.1007/BF02524254.