Проектирование режекторного фильтра для уменьшения помех линии электропитания в сигнале ЭКГ

Куатканова Жанна Ерболаткызы; Алтай Ельдос Алтайулы

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

Altay Y.2 (Republic of Kazakhstan)

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

Алтай Е. А. (Республика Казахстан)

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.

Текст научной работы на тему «Проектирование режекторного фильтра для уменьшения помех линии электропитания в сигнале ЭКГ»