心电信号基线漂移去除方法研究-论文.pdf

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1、云南大学学报(自然科学版)。2014，36(5)：655～660DOI：10．7s4o／j．ynu．20130664JournalofYunnanUniversity心电信号基线漂移去除方法研究丁锐，李国军，王青(1．重庆大学通信工程学院，重庆400044；2．中国人民解放军重庆通信学院，重庆400035)摘要：心电信号(ECG)是临床诊断各种疾病的重要依据，但由于基线漂移等噪声的存在影响了其诊断的准确性．根据基线信号的特点和固有模态函数(IMF)的性质，提出一种基于经验模态分解(EMD)结合形态滤波的自适应滤波方法．该方法先对信号进行经验模态分解，然后

2、对所选择的IMF分量进行形态滤波处理，将滤波后的结果作为自适应滤波器的参考输入信号，最后得到的输出误差信号即为去除基线漂移后的心电信号．通过与普通的EMD方法、基于EMD的自适应滤波方法对比，并采用MIT—BIH数据库中的心电数据进行了检验，实验结果表明该方法对于去除心电基线有较好的效果．关键词：心电信号；基线漂移；经验模态分解；形态滤波；自适应滤波中图分类号：TN911．4文献标志码：A文章编号：0258—7971(2014)05—0655—06与大多数生物医学信号类似，心电信号不仅是态学特征出发，提出了一种基于经验模态分解结合一种信噪比很低的微弱信号

3、，而且常常伴有工频干数学形态滤波的自适应滤波算法．扰、基线漂移、肌电干扰以及随机噪声．这些干扰成1背景知识分的存在，使得心电波形变得更加模糊，引起了失真，给病情识别和诊断的准确性带来了阻力．上述1．1经验模态分解经验模态分解(EMD)是由的各类干扰中，基线漂移主要由人体呼吸运动、电NEHuang等在1998年提出的一种分析时变非极与皮肤之间接触阻抗的变化以及放大器的温漂平稳信号的全新技术，并已逐渐开始应用于生物医等因素所致，其频率一般低于1Hz，属于超低频干学工程领域．针对心电信号的这种非平稳特点，扰，表现为缓慢变化的心电图曲线⋯．因此在ECGEMD就成

4、了一种适合有效的处理方法．信号的检测识别和分析过程中，有必要消除基线漂固有模态函数(IMF)的定义：移的干扰．(1)在整个数据序列中，极值点的数目和过零近些年在消除基线漂移干扰的研究中，国内外点的数目必须相等，或者最多相差一个；已提出了很多方法，诸如曲线拟合法_2I3J、经验模(2)在任何时间点上，由信号序列局部极大值态分解滤波法]、小波变换法J、自适应滤波和局部极小值所定义包络的均值必须为零．法¨等．曲线拟合法在ECG信号较弱时差值点很EMD方法利用3次样条插值将信号分解为多难提取，拟合基线结构复杂且需要一定的时间．而个IMF分量和一个趋势项，所以原始

5、信号(t)可文献[4—7]中所采用的滤波法滤除基线后的信号表示为：误差较大，有可能丢失过多的有用信息，特别是当(￡)=∑IMF()+r()，(1)心电信号的部分P波和T波成分与基线漂移重合i=1的时候．这些信号处理方法都各自存在着不足，不其中为分解出的IMF的数目，r(t)是分解出能很好地去除基线漂移．为此本文从心电信号的形的最后趋势项+收稿日期：2013—11—25基金项目：国家自然科学基金(61302054)；重庆市自然科学基金(cstc2011jjA40047，cstc2012jjB40010，cstc2012jjA40056)．作者简介：丁锐(1

6、983一)，男，安徽人，博士生，主要从事信号的检测与融合估计研究．E—mail：153450322@qq．corn．通信作者：李国军(1978一)，男，四川人，博士，副教授，主要从事微弱信号检测与处理、信息融合研究．E—mail：l~sw@126．com．656云南大学学报(自然科学版)http：／／www．yndxxb．ynu．edu．cn第36卷1．2数学形态学方法20世纪60年代中期，法在高阶IMF分量中．残差分量r(t)被看作是最高国的数学家MatheronG和SerraJ开创了数学形态阶的IMF分量，但是它并不是基线漂移信号的全学方法．该方法除

7、了用于分析图像以外，还被用来部成分，这是由于基线漂移信号中含有多个极值点处理各种多维信号．同时作为一维信号处理的工和过零点，与残差的特征明显不相符．所以含基线具，它也已经用于心电信号的分析处理领域_9．漂移的心电信号经EMD分解后，基线漂移应分布1．2．1形态学基本运算数学形态学中最基本在最后几个高阶的IMF分量中．文献[5]中所提出的4种运算包括膨胀、腐蚀、开运算和闭运算，其中的EMD分解滤波法即是先去除最后几个高阶IMF开运算是先进行腐蚀再膨胀，而闭运算则是先进行分量，再将剩余的IMF进行重构得到原始信号，这膨胀再腐蚀．种算法会给处理后的心电信号带来

8、失真，原因是最设信号序列为：F={0，1，⋯，N一1}，结构元后几个高阶的IMF