第二章 心电信号预处理及 QRS 波群检测方法设计
9
相关研究表明,工频噪声固定频率为 50Hz 和 60Hz
[29]
。肌肉噪声的频率一般
为 30Hz 以上
[41]
。此外,心电信号的主要频率位于 0.5~48Hz 的范围内
[42]
,而 QRS
波群的主要频率位于 5~15Hz 频段
[16]
。由于提取的特征主要来源于 QRS 波群,且
为了保证充分滤除 30Hz 以上的工频噪声和肌肉噪声,同时保留低频段的呼吸信息,
采用了 0.5~32Hz 的 FIR 切比雪夫带通滤波器滤除噪声。该滤波器的幅频响应特性
如图 2-1 所示。
2.2 基于不应期刷新的 QRS 波群检测算法
本研究采用的 QRS 波群检测算法步骤如图 2-2 所示。为了能更有效地检测
QRS 波群,在获得滤波后的信号
后,首先要再次进行带通滤波。此处的滤波
区别于 2.1 节中所述的滤波,需要过滤低频率的呼吸信号,只保留 QRS 波群信息,
因此滤波器的带宽会更窄。值得注意的是,后续提取的用于检测睡眠呼吸暂停的特
征必须来源于
,因为
中的呼吸信息大部分已经被过滤。
ACLT
带通滤波
阈值判决
搜索局部最大值
s
1
(t)
s
2
(t) s
3
(t)
图 2-2 QRS 波群检测算法框图
此处的带通滤波器采用经典的 Pan-Tompkins 算法
[16]
的数字带通滤波器。该滤
波器通过级联一个低通滤波器和一个高通滤波器组成。其中,低通滤波器的截止频
率约为 11Hz,高通滤波器的截止频率约为 5Hz。二者的传输函数分别如式(2-1)和
式(2-2)所示:
6 2
1 2
(1 )
( )
(1 )
z
H z
z
−
−
−
=
−
(2-1)
16 17 32
1
1 32 32
( )
1
z z z
H z
z
− − −
−
− + − +
=
−
(2-2)
该滤波器的系数均为 2 的指数次幂,这意味着该滤波器在硬件实现时只需要移位
和加减法即可实现,而无需任何乘法器,可以减小电路的功耗和面积开销。
特征强化部分采用的是文献[23]提出的绝对值曲线长度变换(Absolute Curve
Length Transform,ACLT),如式(2-3)所示。
3 2
( ) ( )
t
k t
s t C s k
=−
= +
(2-3)