现代医学标明，心电信号（ECG）含有临床确诊心血管疾病的许多信息，ECG的检测与剖析在临床确诊中具有重要价值，是了解心脏的功能与情况、辅佐确诊心血管疾病、评价各种医治办法有用性的重要手法。但因为实践检测工况的非抱负，ECG 信号中往往含有工频噪声及电极极化等引起的各种随机噪声 。噪声的存在降低了确诊的准确性，其间影响最大的是50Hz 工频搅扰和基线漂移噪声。因而，在ECG 信号检测过程中，怎么按捺工频搅扰和基线漂移是有必要处理的问题。
1. 数字滤波体系
心电信号是弱小低频人体生理电信号，一般频率在0.05~100Hz，幅值不超越4mv，经过安装在皮肤外表的电极来获取。因为人体是一个杂乱的生命体系，存在50H 工频搅扰及基线漂移等其他生理电信号的搅扰。噪声可能会影响到医师的临床确诊，因而，需对心电信号进行滤波，即有必要做好前端数据收集的软硬件规划以确保心电数据的牢靠和准确。
传统医疗设备别离选用50Hz 带阻滤波器和RC 高通滤波器滤除工频搅扰和基线漂移。但带阻滤波器电路杂乱，其特性对元器件的精度灵敏，而基线漂移本质上是一种缓慢改变的低频信号，选用RC 滤波器很难将高通滤波器的过渡带做得非常峻峭，基线漂移补偿作用不抱负。因而，模仿办法往往不太简略取得很好的特性。
数字滤波办法有具有许多长处，ECG 数字滤波体系组成如图1 所示，来自各电极的多路心电弱小信号经多路输入缓冲器缓冲扩大，经导联挑选电路进行挑选后，由前置扩大电路扩大，进行电压扩大以习惯A/D 转化的起伏要求，然后进行数字滤波并输出心电信号。数字滤波用于心电信号消噪，不仅能进步仪器设备的功能，并且关于不同的运用环境（例如关于不同国家的50Hz 或60Hz 供电条件），只需从头设置软件参数即可，大大降低了医疗设备硬件杂乱程度，降低了产品本钱、进步了通用性。
图1. 心电信号数据收集与处理框图
2．工频搅扰滤波
关于心电信号中的工频搅扰，简略而有用的办法是选用梳状滤波器滤波，这种FIR 滤波器简略、简略完成、滤波作用好，节数为N 的梳状滤波器的体系函数为：
其间，是由N 节延时单元组成的梳状滤波器，H1（z）的幅值呼应由许多频率距离相同的通带和阻带组成，它只许一些特定频率规模的信号经过而阻挠另一些特定频率信号经过［4］。H（z）的频率呼应为：
依据式（2）可知，梳状滤波器是具有线性相位的FIR 低通滤波器，相移τ=（N-1）/2，为使滤波器的直流增益为1，能够考虑在H（z）中添加增益因子1/N，归一化后的幅频呼应为：
N=10 时，幅频呼应如图2 所示，在频率点ωk=2πk/N，k=0，1，2，……N-1 处的幅值为0，因而在ωk=2πk/N 邻近形成了多个阻带，对这些频率的信号具有很好的按捺作用。因为梳妆滤波器的系数持平且都为1，因而简略完成，常用于对医疗仪器中的特定信号进行滤波处理。
图2. 线性相位FIR 滤波器的幅频呼应特性
依据图2 可得榜首旁瓣峰值衰减约为20dB，若不能满足要求，可对式（1）进行批改：
其频率呼应为：
衰减速度为批改前的k 倍，k=2 时批改滤波器的幅频呼应如图3 所示，其衰减功能更好。
图3. 经批改今后的梳状滤波器幅频呼应
3．基线漂移的按捺
按捺基线漂移办法许多，各有特色。依据抛物线的拟合基线算法结构杂乱，选用单片机的嵌入式体系运算速度难以确保实时性要求，依据小波的自习惯滤波按捺ECG 基线漂移，运算较杂乱，不适合用于小体系的监护。本文选用一种自习惯快速线性拟合来按捺基线漂移的办法，经过多点采样，用最小二乘法拟合出基线的改变趋势，经批改得到ECG 信号。
3.1 QRS 波群的勘探
理论上，两个接连QRS 波群之间的T-P 段代表了实践的ECG 基线水平。依据每一个心动周期的P-R 段特征点，在两个特征点之间进行插值，然后再进行曲线拟合，行将插值和曲线拟合结合起来，就能够得到基线漂移曲线，原始信号减去基线漂移曲线即为ECG 信号。因而，选用剖析斜率、起伏和宽度的办法来辨认QRS 波群。依据ECG 的功率谱，QRS 波群的能量首要会集在15Hz 频率左右，为消除ECG中其它频率成分对QRS 波群检测的影响，需规划一个中心频率为15HZ 的带通滤波器，ECG 信号经过该滤波器时对R 波以外的频率成份进行了衰减。当采样频率为500Hz 时，该滤波器的传递函数如下：
因为R 波含有丰厚的高频谐波成分，为杰出高频谐波重量，选用如下微分器：
经处理后的信号经过带通滤波器和微分器后，P 波和T 波都有显着的衰减，相应的QRS 波群的峰值进一步加强，为消除微分器处理后散粒随机噪声发生的搅扰，能够选用式（7）所标明的积分器进行批改：
然后，选用斜率盯梢法进行R 波辨认，找出与QRS 波群检测特征点前后60ms适当的间期来辨认R 波。当收集波形的斜率改变超越设定的阈值时，斜率改变最大处即为R 波地点的方位。试验的采样时刻为4.8 秒，采样点数为2048 个点。
许多反常的QRS 波群有高起伏和上升不敏捷的特色，为进步以R 波斜率检测QRS 波群的牢靠性，可选用移动窗口积分法验证以确保牢靠检测。为便于进行积分运算，先将采样点进行逐点平方运算，并进行移动窗口积分，其差分方程如下：
窗口宽度应当尽可能与QRS 波群宽度附近。若窗口太大，积分波形将把QRS 波群和T 波交融在一起，若窗口标准太小，一个QRS 波群在输出中可能会发生几个峰值。
3.2 自习惯线性拟合
在按捺基线漂移的算法中，须首要确认基线的改变趋势，为此应在两个心动周期中找到一段反映ECG 基线改变趋势的曲线。QRS 波群是心电信号的高频部分，其间R 波具有波形峻峭、起伏大、宽度窄、改变趋势显着等特色，因而以R 波为基准点寻觅代表基线的时段。顺次取每个检测的R 波峰值点作为参阅基准点，使用回溯法求出每个TP 间期。确认了曲线区间就可选用自习惯快速线性拟合法，拟合出基线的改变趋势。
选用最小二乘法核算各区间线性拟合的斜率和截距，拟合出基线的改变趋势。
关于观测点（xi ， yi）i=1，2…n，若y 与x 具有线性模型，则恣意一对观测值（xi ， yi）存在如下联系：
式中，εi 为抱负状况i yˆ 和观测值yi 的差错，令：
明显，f（k，b）越小，成果就越准确，因而依据最小二乘法可推导出［4］
若斜率k》0 标明往上漂，k《0 往下漂，k=0 则没有漂移。依据分段批改所求出的k 值，判别基线的改变趋势，然后批改每段基线漂移值，得到实在安稳的ECG 信号。
4. 滤波作用
图4 标明，未经滤波的心电信号存在较大的工频噪声，若取采样频率500Hz，梳状滤波器节数N=10，经滤波后心电信号的搅扰被根本滤除。图5 为ECG 信号频谱，滤波前ECG 信号存在较强的工频搅扰，滤波后频谱中现已没有50Hz 成分。数字滤波对消除50Hz 工频及倍频搅扰具有很好的作用。
图4-1.含有工频噪声的心电信号 图4-2. FIR 梳状滤波处理后的心电信号
图5-1.滤波前ECG 频谱 图5-2.滤波后ECG 频谱
图6-1 是存在基线漂移（上漂）的ECG 信号，选用自习惯拟合算法按捺作用如图6-2 所示；图7-1 是存鄙人漂的ECG 信号，抑作用如图7-2 所示。试验标明，关于不同方式的基线漂移，该办法能很好的按捺ECG 信号基线漂移。与其他办法比较，自习惯拟合算法简略、快速、易于完成、按捺作用好、信号失真度小。在嵌入式体系和对实时性要求较高的监护仪器中具有实践使用价值，也可用于其它信号检测仪器中。
图6-1. 基线上漂的心电信号 图6-2. 按捺基线漂移后的心电信号
图7-1. 基线下漂的心电信号 图7-2. 按捺基线漂移后的心电信号
5. 定论
选用数字滤波办法消除心电信号噪声现已成为心电信号处理的重要内容。本研讨选用梳状滤波器和自习惯拟合算法有用消除了心电信号中的工频噪声和基线漂移，取得实在ECG 信号。本办法规划简略、运算量小，在按捺工频搅扰和基线漂移的一起，能很好的坚持原有信号，降低了本钱、进步了产品通用性。
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