[發明專利]使用線性調頻Z變換和自適應濾波的工頻濾波方法和裝置

有效

• 申請號: 201610172814.2
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105790729B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 楊曉立;魏大雪;李葉平
• 申請（專利權）人: 深圳市理邦精密儀器股份有限公司
• 主分類號: H03H17/02
• 分類號: H03H17/02
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 溫玉珍

本發明提供一種使用線性調頻Z變換和自適應濾波技術的工頻濾波方法和裝置，所述工頻濾波方法包括以下步驟：步驟S1，采集人體生理信號；步驟S2，對采集的人體生理信號進行預處理；步驟S3，生成與心電信號的工頻干擾的幅度和頻率相同的正弦信號，將帶有該工頻干擾的心電信號與生成的正弦信號之間做差值運算，進而濾除心電信號的工頻干擾。本發明能夠保證心電圖機在大幅度工頻干擾、存在諧波、頻偏等復雜用電環境下，快速且有效地濾除基線漂移、肌電干擾以及部分工頻諧波干擾，能夠使得所述工頻濾波方法和裝置更準確、快速的濾除工頻干擾及諧波干擾，保證了心電信號的精度。

技術領域

本發明涉及一種醫用微弱生物電信號采集檢測技術領域，尤其涉及一種使用線性調頻Z變換和自適應濾波技術的工頻濾波方法，并涉及采用該使用線性調頻Z變換和自適應濾波技術的工頻濾波方法的工頻濾波裝置。

背景技術

在心電信號處理的應用中，由電磁場所引起的工頻干擾是最常見的干擾之一。一般來說，復雜的用電環境會引起明顯的干擾，這種干擾可以認定為頻率是50/60Hz的正弦波，比如在亞洲或者歐洲，生活用電的頻率是50Hz，而在北美，這個頻率則是60Hz。對于高質量的心電信號分析，要求干擾的峰峰值小于QRS復合波0.5％的幅度，ST段的震蕩小于50微伏；這也就要求了濾波后的心電信號的信噪比(SNR)約為30dB。

在實際應用中，使用無限沖擊響應濾波器(IIR)作為陷波器來濾除工頻干擾是一種最常用的濾波方法。陷波器的脈沖響應展示如圖2所示，圖2中，左上角的是陷波器的幅頻響應仿真波形示意圖，右上角的是脈沖響應仿真波形示意圖，左下角的是心電信號仿真波形示意圖，右下角的是通過陷波器后的心電信號仿真波形示意圖；然而，陡峭的QRS復合波通過濾波器后，會發生振鈴效應；振鈴的幅度和陷波器的帶寬有關，帶寬越大，振鈴幅度越大；反之越小，如圖2所示。與此同時，陷波器還應該盡可能的減少對心電信號幅度譜和相位譜的影響。因此，基于以上兩點，設計陷波器時，帶寬應該盡可能的小。然而，對于實際工程應用中的心電信號，特別是在較為復雜的用電環境下，工頻干擾中常常包含著高階次的諧波干擾，并且存在著干擾信號的實際頻率和規定用電頻率有偏差的現象，比如49.95Hz，即頻偏，當出現上述任意一種情況時， IIR陷波器都無法完全濾除工頻干擾，如圖3所示，圖3中，上面的是心電信號通過陷波器后帶有諧波的工頻干擾信號的仿真波形示意圖；下面的是心電信號通過陷波器后存在頻偏的工頻干擾信號的仿真波形示意圖。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是需要提供一種能夠有效地衰減當前的工頻干擾，能夠排除采集精度低以及無法解決諧波干擾與頻偏的問題的工頻濾波方法，并提供采用該工頻濾波方法的工頻濾波裝置。

對此，本發明提供一種使用線性調頻Z變換和自適應濾波技術的工頻濾波方法，包括以下步驟：

步驟S1，采集人體生理信號；

步驟S2，對采集的人體生理信號進行預處理；

步驟S3，生成與心電信號的工頻干擾的幅度和頻率相同的正弦信號，將帶有該工頻干擾的心電信號與生成的正弦信號之間做差值運算，進而濾除心電信號的工頻干擾。

更進一步地，所述步驟S2中，對采集的人體生理信號進行高通濾波處理以濾除基線漂移噪聲，并進行低通濾波處理以濾除肌電干擾噪聲，進而得到第一輸出信號。

更進一步地，所述步驟S3中，將所述第一輸出信號經過線性調頻z變換，并提取 z變換后預設頻率范圍內幅度最大值的即時頻率，根據所述即時頻率生成正弦信號。

更進一步地，所述步驟S3包括以下子步驟：

步驟S301，根據所述第一輸出信號，構建正弦信號；

步驟S302，通過所述第一輸出信號減去所述正弦信號，輸出第二輸出信號；

步驟S303，根據第二輸出信號對所述正弦信號進行修正；