基于EMD的自適應ECG信號基線漂移消除方法研究

郭樹言，王黎明，牛曉東，張巖，李集照，趙越

中北大學信息探測與處理山西省重點實驗室，山西太原030051

前言

醫學領域在采集心電（ECG）信號時，往往會由于各種原因疊加不同類型的噪聲，如高頻電噪聲、肌電噪聲、由于病人呼吸和活動產生的基線漂移（BW）噪聲，這些噪聲的存在有時會嚴重干擾后續對ECG信號QRS 復合波的檢測，而QRS 復合波形狀的一些具體指標是醫生診斷某些疾病的關鍵，因而在QRS復合波檢測前對采樣得到的原始ECG 信號進行濾波是必不可少的［1-3］。然而，ECG 信號是一種典型的非線性非平穩的信號，使用傳統時頻域信號處理方法（如短時傅里葉變換、小波變換）都有頻譜展寬的問題，且原始ECG 信號疊加的各種噪聲的頻域范圍很寬，這樣就導致傳統時頻域信號處理方法在消除ECG信號各種噪聲時失真嚴重或效果不理想。

近年來，EMD 方法由于對非線性非平穩信號良好的處理效果逐漸被國內外學者應用在ECG 信號去噪領域，尤其是在BW 去除方面提出了許多優秀的方法，如EMD 方法與低通濾波器相結合［4］，EMD 方法與形態學濾波相結合［5］，EMD 方法與BW 特點相結合進行經驗濾波［1，6］等。上述方法都是通過EMD 分解產生ⅠMF 分量，再對單獨的ⅠMF 分量進行處理或檢驗。在Weng 等［4］研究中，通過對高階ⅠMF 分量進行低通濾波，得到對應ⅠMF的低頻成分作為BW 的部分信號。但低通濾波器截止頻率的選擇沒有自適應性，而且ⅠMF 分量本質上也是非線性非平穩信號，直接進行頻域低通濾波而不考慮EMD方法中最重要的瞬時頻率的觀點，必然造成對單一的ⅠMF 分量，在有的時間范圍內對信號過處理，而在有的時間范圍內濾波不徹底的問題；……