Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Устранение действующих на электрокардиосигнал аддитивных помех. Учебное пособие
.pdf
Амплитуда, количество, взаимное расположение отсчетов на оси
1
1 2 cos2 0; 0...
n
i
i
n
i
K k k M
T
τ
1
τ
1
τ2
τ2
U0
UR1K1
UL1K1
UR2K2
t
U
τ
времени (рис. 21) определяются соответствующим образом с целью
получения заданного спектрального состава ИССФ, обеспечивающих
решение определенных задач.
Для подавления в спектре формируемого ИССФ n выбранных
спектральных зон необходимо к центральному отсчету, амплитуда
которого взята с масштабным коэффициентом К
отсчетов, взятых с масштабными коэффициентами K
=1, добавить n пар
0
, причем один из
i
отсчетов в паре смещен относительно центрального отсчета на время τi
влево, другой – на столько же вправо. При заданных сдвигах τi
масштабные коэффициенты определяются из решения системы
. (6)
Рис. 21. Импульсный сигнал сложной формы
Приведенный на рис. 21 ИССФ с двумя парами дополнительных
отсчетов обеспечивает подавление двух спектральных зон. На рис. 22
показан спектр этого сигнала, сформированного из отсчетов
электрокардиосигнала, взятых на ТР-сегменте, с подавленными первой и
второй спектральными зонами.
Возможность применения ИССФ для выделения и устранения
сигнала дрейфа изолинии проиллюстрирована рис. 23.
31
Электрокардиосигнал с дрейфом изолинии (сигнал U(t) на рис. 23)
образован добавлением к модельному сигналу (ЭКС
синусоидального и экспоненциального сигналов.
на рис. 23)
0
Рис. 22. Спектр ИССФ
Последовательность ИССФ, полученная из отсчетов ТР-сегмента
сигнала U(t), имеет спектр, в котором подавлены первая и вторая
спектральные зоны, а в нулевой спектральной зоне содержатся
составляющие дрейфа изолинии (рис. 22).
Спектральные составляющие дрейфа изолинии выделяются из
спектра ИССФ фильтром нижних частот (сигнал u(t) на рис. 23).
Выделенный сигнал u(t) дрейфа изолинии вычитается из смеси U(t) ЭКС и
низкочастотной аддитивной помехи. В результате обработки получается
освобожденный от дрейфа изолинии электрокардиосигнал (сигнал ЭКС
на рис. 23).
1
32
Рис. 23. Выделение и устранение дрейфа изолинии ЭКС
4.2. Взаимосвязь амплитуд гармонических составляющих
ИССФ и исходной последовательности дискретных отсчетов
сигнала
Рассмотрим процесс формирования условия (6). Для этого
установим связь амплитуд гармонических составляющих ИССФ с
амплитудами гармонических составляющих исходной последовательности
одиночных дискретных отсчетов сигнала (центральных отсчетов в каждой
группе из 2n+1 отсчетов), на основе которых формируются ИССФ.
Исходя из этой взаимосвязи, определим условие подавления любой
спектральной зоны в спектре ИССФ.
Пусть сформирован ИССФ с одной подавленной спектральной
зоной, причем это может быть любая спектральная зона, в том числе и
нулевая. Для формирования такого сигнала используется одна пара
дополнительных отсчетов.
Обозначим через Ао
исходной последовательности отсчетов, а через φ
амплитуду k-й спектральной составляющей
k
– ее фазу. Запишем
k
33
выражение для комплексных спектральных коэффициентов исходной
k
j
k
Ao e
11
1
kkk
jj
k
j
eeAoKe
Uo
U
K
1
1
T
k
k
2
11
1
kkk
jj
k
j
eeAoKe
11
1
1
k k k
j j j
k
Ao e K e e
последовательности отсчетов в виде
SPo k=
. (7)
Спектр дополнительной последовательности отсчетов, импульсы
которой смещены влево на интервал τ
относительно импульсов исходной
1
последовательности отсчетов, в соответствии с теоремой запаздывания
представим в виде
где
SPLk = К1SPo
- масштабный коэффициент, связывающий амплитуду U1
k
, (8)
дополнительной последовательности отсчетов с амплитудой исходной
последовательности отсчетов;
, k = 0, 1, 2,….
Соответственно спектр дополнительной последовательности
отсчетов, импульсы которой смещены вправо на интервал τ
относительно
1
импульсов исходной последовательности отсчетов, описывается
выражением
SPRk = К1SPo
k
. (9)
В силу линейности преобразования Фурье спектр ИССФ,
образованного совокупностью импульсов исходной последовательности
отсчетов и двух дополнительных последовательностей отсчетов, можно
определить, суммируя выражения (7) – (9).
SPISSF1k = SPok+SPLk+SPRk. (10)
После подстановки в (10) соответствующих значений из (7) – (9) и
преобразования получим
SPISSF1k=
Заменим сумму комплексных экспонент в квадратных скобках в
соответствии с формулой Эйлера
. (11)
34
SPISSF1k =
11
cos21
k
j
k
KeAo
k
ik
n
i
i
j
k
KeAo
k
cos21
1
)cos21(
1
n
i
ikikk
KAoAISSF
. (12)
Выражение (12) устанавливает связь комплексных амплитуд
спектральных составляющих ИССФ с амплитудами одноименных
спектральных составляющих исходной последовательности отсчетов для
случая, когда в спектре ИССФ подавлена одна любая спектральная зона.
В общем случае при формировании ИССФ с участием n пар
дополнительных последовательностей отсчетов выражение, связывающее
спектр ИССФ и спектр исходной последовательности отсчетов, имеет вид
SPISSFnk =
. (13)
На основании (13) связь значений амплитуд спектральных
составляющих ИССФ с амплитудами спектральных составляющих
исходной последовательности отсчетов можно представить в виде
. (14)
Приравняем нулю амплитуду k-й спектральной составляющей
ИССФ в выражении (14) и получим условие подавления любой k-й
спектральной зоны в спектре ИССФ. Поскольку Aok не равна нулю, то для
обеспечения нулевого значения амплитуды k-й спектральной
составляющей ИССФ должен быть равен нулю сомножитель в круглых
скобках.
Таким образом, на основании (14) можно записать условие
подавления n спектральных зон ИССФ в виде приведенной выше системы
уравнений (6).
35
Заключение
Рассмотрены наиболее типовые аддитивные помехи, действующие
на электрокардиосигнал. Приведены терминологические определения этих
помех. Рассмотрены используемые в настоящее время приемы борьбы с
аддитивными помехами. Основное внимание уделено применению
различных фильтров как для целей ослабления действующих на
электрокардиосигнал аддитивных помех, так и для выделения сигналов
помех из смеси электрокардиосигнала и помехи. Рассмотрены вопросы
использования отсчетов ТР-сегмента для выделения сигнала помехи и
последующего его устранения без искажения спектрального состава
электрокардиосигнала. Рассмотрены пути расширения функциональных
возможностей устройств устранения аддитивных помех за счет
преобразования отсчетов ТР-сегмента в импульсные сигналы сложной
формы, обеспечивающие формирование последовательности таких
отсчетов с заданным спектральным составом.
.
36
Библиографический список
1. Clifford G.D., Azuaje F., McSharry P.E. Advanced Methods fnd Tods for
ECG Data Analysis. –Boston|London: Artech House, 2006. –384 p.
2. Зайченко К.В., Жаринов О.О., Кулин А.Н. и др. Съем и обработка
биоэлектрических сигналов: учеб. пособие / под ред. К. В. Зайченко.
СПбГУАП. – СПб., 2001. – 140 c.
3. Дроздов Д.В. Технические и методические аспекты регистрации
биопотенциалов: выбор электродов / Функциональная диагностика. –2010.
–№3. –С. 6-11.
4. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. – М.: Медицина, 1981.
– 344 с.
5. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ / А.Л.
Барановский, А.Н. Калиниченко, Л.А. Манило и др.; под ред. А.Л.
Барановского и А.П. Немирко. –М.: Радио и связь, 1993. –248 с.
6. Беркутов А.М., Гуржин С.Г., Дунаев А.А., Прошин Е.М. Повышение
эффективности регистрации формы электрокардиосигнала
корреляционной обработкой в цифровой осциллографии //
Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. –2002. –№ 7. –С. 7-13.
7. Рангайян Р.М. Анализ биомедицинских сигналов. Практический
подход: Пер. с англ./ под ред. А.П. Немирко. –М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. –
440 с.
8. Борисов Ю. П., Пенин П. И. Основы многоканальной передачи
информации. –М.: Связь, 1967. –435 с.
9. Патент РФ № 2436502, А61В5/0402. Cпособ устранения дрейфа
изоэлектрической линии электрокардиосигнала и устройство для его
осуществления / О. В. Мельник, А. А. Михеев, Н. С. Штрунова //
Изобретения. Полезные модели. –2011. –№ 35.
10. Медицинский алфавит. – URL: http://www.medalfavit.ru/main/20-filtraciya-
yekg-meloch-ili-net.html (22.03.2011).
37
11. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: Радио и
связь, 1986. –512 с.
12. Патент РФ № 2428107, А61В5/0402. Способ подавления влияния
аддитивной помехи на электрокардиосигнал и устройство для его
осуществления / О. В. Мельник, А. А. Михеев, Н. С. Штрунова //
Изобретения. Полезные модели. –2011. –№ 25.
13. Карасев В.В., Михеев А.А., Нечаев Г.И. Измерительные системы для
вращающихся узлов и механизмов. –М.: Энергоатомиздат, 1996. –176 с.
14. Мельник О.В., Михеев А.А. Методы обработки и анализа
электрокардиосигнала в режиме реального времени/ под общей редакцией
О.В. Мельник. – Рязань: Сервис, 2010. – 128 с.
38
Оглавление
Введение 3
1. Помехи, источники помех 4
2. Схемотехнические приемы борьбы с помехами 9
3. Алгоритмические методы устранения аддитивных помех 11
3.1. Восстановление сигнала дрейфа изолинии, с последующим
вычитанием восстановленной помехи из смеси
электрокардиосигнала и помехи 12
3.2. Применение фильтрации для устранения помех 13
3.2.1. Устранение дрейфа изолинии 14
3.2.2. Устранение влияния наводки от промышленной сети
на электрокардиосигнал 20
3.2.2.1. Устранение сетевой наводки фильтром нижних частот 21
3.2.2.2. Устранение сетевой наводки режекторным фильтром 22
3.2.2.3. Применение полосовых фильтров 24
4. Устранения дрейфа изолинии с помощью преобразования
отсчетов ТР-сегмента в импульсные сигналы
сложной формы 29
4.1. Формирование ИССФ 30
4.2. Взаимосвязь амплитуд гармонических составляющих
ИССФ и исходной последовательности дискретных
отсчетов сигнала 33
Заключение 36
Литература 37
39
Б л и н о в Павел Александрович
М е л ь н и к Ольга Владимировна
М и х е е в Анатолий Александрович
Т о ч и л и н а Наталья Сергеевна
Устранение действующих на электрокардиосигнал
аддитивных помех
Редактор Р.К. Мангутова
Корректор С.В. Макушина
Подписано в печать 16.06.2014. Формат бумаги 60Х84 1/16.
Бумага газетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 2,5.
Тираж 30 экз. Заказ
Рязанский государственный радиотехнический университет.
390005, Рязань, ул. Гагарина, 59/1.
Редакционно-издательский центр РГРТУ.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]