[发明专利]使用线性调频Z变换和自适应滤波的工频滤波方法和装置

说明书

本发明提供一种使用线性调频Z变换和自适应滤波技术的工频滤波方法和装置，所述工频滤波方法包括以下步骤：步骤S1，采集人体生理信号；步骤S2，对采集的人体生理信号进行预处理；步骤S3，生成与心电信号的工频干扰的幅度和频率相同的正弦信号，将带有该工频干扰的心电信号与生成的正弦信号之间做差值运算，进而滤除心电信号的工频干扰。本发明能够保证心电图机在大幅度工频干扰、存在谐波、频偏等复杂用电环境下，快速且有效地滤除基线漂移、肌电干扰以及部分工频谐波干扰，能够使得所述工频滤波方法和装置更准确、快速的滤除工频干扰及谐波干扰，保证了心电信号的精度。

技术领域

本发明涉及一种医用微弱生物电信号采集检测技术领域，尤其涉及一种使用线性调频Z变换和自适应滤波技术的工频滤波方法，并涉及采用该使用线性调频Z变换和自适应滤波技术的工频滤波方法的工频滤波装置。

背景技术

在心电信号处理的应用中，由电磁场所引起的工频干扰是最常见的干扰之一。一般来说，复杂的用电环境会引起明显的干扰，这种干扰可以认定为频率是50/60Hz的正弦波，比如在亚洲或者欧洲，生活用电的频率是50Hz，而在北美，这个频率则是60Hz。对于高质量的心电信号分析，要求干扰的峰峰值小于QRS复合波0.5％的幅度，ST段的震荡小于50微伏；这也就要求了滤波后的心电信号的信噪比(SNR)约为30dB。

在实际应用中，使用无限冲击响应滤波器(IIR)作为陷波器来滤除工频干扰是一种最常用的滤波方法。陷波器的脉冲响应展示如图2所示，图2中，左上角的是陷波器的幅频响应仿真波形示意图，右上角的是脉冲响应仿真波形示意图，左下角的是心电信号仿真波形示意图，右下角的是通过陷波器后的心电信号仿真波形示意图；然而，陡峭的QRS复合波通过滤波器后，会发生振铃效应；振铃的幅度和陷波器的带宽有关，带宽越大，振铃幅度越大；反之越小，如图2所示。与此同时，陷波器还应该尽可能的减少对心电信号幅度谱和相位谱的影响。因此，基于以上两点，设计陷波器时，带宽应该尽可能的小。然而，对于实际工程应用中的心电信号，特别是在较为复杂的用电环境下，工频干扰中常常包含着高阶次的谐波干扰，并且存在着干扰信号的实际频率和规定用电频率有偏差的现象，比如49.95Hz，即频偏，当出现上述任意一种情况时， IIR陷波器都无法完全滤除工频干扰，如图3所示，图3中，上面的是心电信号通过陷波器后带有谐波的工频干扰信号的仿真波形示意图；下面的是心电信号通过陷波器后存在频偏的工频干扰信号的仿真波形示意图。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种能够有效地衰减当前的工频干扰，能够排除采集精度低以及无法解决谐波干扰与频偏的问题的工频滤波方法，并提供采用该工频滤波方法的工频滤波装置。

对此，本发明提供一种使用线性调频Z变换和自适应滤波技术的工频滤波方法，包括以下步骤：

步骤S1，采集人体生理信号；

步骤S2，对采集的人体生理信号进行预处理；

步骤S3，生成与心电信号的工频干扰的幅度和频率相同的正弦信号，将带有该工频干扰的心电信号与生成的正弦信号之间做差值运算，进而滤除心电信号的工频干扰。

更进一步地，所述步骤S2中，对采集的人体生理信号进行高通滤波处理以滤除基线漂移噪声，并进行低通滤波处理以滤除肌电干扰噪声，进而得到第一输出信号。

更进一步地，所述步骤S3中，将所述第一输出信号经过线性调频z变换，并提取 z变换后预设频率范围内幅度最大值的即时频率，根据所述即时频率生成正弦信号。

更进一步地，所述步骤S3包括以下子步骤：

步骤S301，根据所述第一输出信号，构建正弦信号；

步骤S302，通过所述第一输出信号减去所述正弦信号，输出第二输出信号；

步骤S303，根据第二输出信号对所述正弦信号进行修正；