心电信号的小波变换滤波算法的改进_图文


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山东生物 医学 工程 
S a d n   u n l f o dc l gn e n   h n o g J r a o   me i   o   Bi a En ie r g i

心 电 信 号 的 小 波 变 换 滤 波 算 法 的 改 进 
郑 凯梅 余 生 晨 
( 方 工 业 大 学 信 息 工 程 学 院 , 京 10 4 ) 北 北 0 0 1 

摘要

对 心 电信号 的滤波 算法 进行 了改进 。在利 用小 波变 换 实 现 心 电 图信 号 滤 波算 法 的 基础 上 , 加 了对 2 度 Td, 增  尺  

波分 解所 得 细节信 号 的模 极大 值 对 的检测 功 能 , 以修 复 因滤 波 受 损 的 心 电信 号 的 Q RS波 。经 MI B H 标 准心 电数 据 库 验  T/ I
证 , 验表 明 , 方法 行之 有效 。 试 该   关 键词 小 波 变换 心 电图 滤波 

中图 分类 号

R 1  38

文献 标 识码

A 

文 章编 号

10 0 6—4 1 (0 3) 10 2 —2 9 5 2 0 0 —0 20  

A  o i i d Fit r ng M e ho f r M d f e   le i   t d  o   El c r c r o r m   y Us ng W a e e   a f r   e t o a di g a b   i   v l t Tr ns o m
Zh ng K a m e   Y u S n he   e   i i   he gc n

( r   hn   ies yo eh o g B i n  0 0 1  Not C iaUnv r t  h i fT cn l y, e ig 10 4 ) o j

Ah ta t Th   d fe   i e i g me h d f r E sr e   e mo ii f t r   t o  o   CG  y u i   T  s gv n. a e   n t e m e h d o   o s  a c l to   n ECG  d l n b   sn W g wa   i e B s d o   h   t o   f n ie c n el in o   a

S r l sn   v ltta so m , u cino  h c i   d l  xm u  au   nd ti sgll  h  c1 3wa  sd i  r e O r— i l   i wa ee rn f r af n t   fc ek n mo ue ma i m v leo   eal ir   t es ae2   su e  no d rt  e  ga u g o g   a o f

tiv h tsn re et o igQRS o lxd et f tr g. e c mpe u O i ei ECG in t k nfmnt eM I l n sg  ̄ a e r h TA3 H d t b s I a a a ewe etse r etd.Ou  x e i n a eut  re p rme tlrs l s
d m o sr t  h s i  n e f in   i e i   t o   e n t a e t i  a   fi e t f t r s c l n me h d. g

Ke   l s W a ee r n fr   Elcrc r ig a ywo d   v ltta so m e to a do r m  Fie i   l rn t g

1 前 言 
人体心 电信号 微弱 , 信噪 比较低 。而 在采 集 心  电信 号 时 , 往 存 在 着 三 种 主 要 干 扰 :1基 线 漂 移 ; 往 ()   ( ) 电 干 扰 ; 3 工 频 干 扰 。 利 用 小 波 变 换 可 以 消  2肌 ()
除 心 电信 号 中 的 这 三 种 主 要 干 扰 。 其 基 本 过 程 是 :   用 小 波 变 换 把 原 始 心 电信 号 分 解 为 不 同 频 段 下 的信  
号 , 掉某 些 “ 去 细节 ” 再 用 小 波 逆 变 换 恢 复 信 号 从 而  ,

作 z( ) (   R) , ( ) 被 称 作 基 本 小 波 或 母   t ∈ L ( ]  t 是

小波 ( te  ae t的函数 , moh r vl ) w e 则 

WT ( r = 1 』 要 ( ) *[ x口)     z £    
V 口 

]ta> 0 d  


() 1 

称 为 z( ) t 的小 波 变 换 。 式 中 a >0是 尺 度 因 子 , r反 

映位移 , 值可正可负 , 其 *表 示 共 扼 。   对 数 字 信 号 f( ) 二 进 小 波 变 换 用 Maa 算    的 lt l
法 可以得到 :   s  ( =hS2一 厂( 一2 一 志 ( ∈ Z) ( ) 2  ) k          ) 志 2 
W E   ) k       一2 一 志  ( =gS2一 f(    ) ( ∈ Z)( ) 志 3 

得 到 去 除 干扰 的 心 电信 号 。但 是 随 之 也 带 来 一 个 问 
题 , 去 除 的某 些 细 节 中 , 常 包 含 QRS波 的有 用  在 常

成分 , 而 丢 失 一 些 有 用 信 息 。 因 此 仅 仅 以 小 波 逆  从 变 换 后 重 建 的信 号 来 代 表 原 信 号 是 不 够 准 确 的 。本  文 给 出 利 用 小 波 变 换 结 合 QRS波 修 复算 法 对 存 在 

其 中 : 2 光 滑 算 子 , 2 7) S  为 s  (1 =f* 2(1 ,     7) 

干扰 的心 电信号进行滤波处理 。  

w2  )  ( 是信号 f  ) ( 的二进 小波 变换 ,  和 g 分  h k
别 是 低 通 滤 波 器 H ( 和 高 通 滤 波 器 G ( 的 系  ∞) ∞)
数, 有: 且  
l ( l   1  + l ( l H(J )   1  =1 G( J )   () 4 

2 小波 变 换原 理 
小 波 变 换 定 义 为 : z( ) 平 方 可 积 函 数 [   设 t是 记

作 者 简 介 : 凯 梅 ( 9 0年 一 ) 女 , 读 硕 士 研 究 生 , 究 方 向 为 图 像 处 理 。 郑 17 , 在 研  

毒 

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第 1 期 

郑凯 梅等 . 电信号 的小 波变换 滤 波算 法 的改进  心

3 心 电信 号 的 小波 分 解
在 实 验 过 程 中 , 们 选 用 二 次 样 条 小 波 函  我 数 … 与 此 相 对 应 的 所 构 造 的滤 波 器 传 递 函数 为 : 1,  
H ( )   /(o ( 2 ) ; 叫 = 2 cs w/ ) 0   G( )   叫 =4 / i( 2 ; 2 n w/ )  s

4 改 进 后 的滤 波 算 法 
由于 E G 信 号 的 高频 噪 声 主要 落 在 S=2 C  和 S  


2  的小 尺 度 上 ; 频 分 量 和 噪 声 主 要 落 在 ( T 低 P,  

波 和基 源 等 ) 要 落 在 S=2 主  和 S=2  的 较 大 尺 度 

上 ; 在 S=2 而 0尺 度 上 , QRS波 具 有 最 大 的 小 波 变 
换 幅 度 , 此 可 以 用 这 个 尺 度 上 的 小 波 变 换 来 检 测  因

K( 叫) 1 =( 一H( )) G( ; 训   / w) 

所 对 应 的 数 字 滤 波 器 的有 限 脉 冲 响 应 。  
表 1 传 递 函数 H。 K 的 冲 激 响 应 表 格   G。
Ta e 1 Pu s   e p n e f rt a f r f n t n H 。 - bl   l e r s o s o r ns e u c i o G K 

E G 的 QRS波 , 且 QRS波 对 应 S=2 C 而 0上 小 波 变  换 的一 个 正 极 大 值 一负 极 小 值 对  J 。  
因 此 我 们 对 S=2 尺 度 上 的 小 波 变 换 增 加 检 测  0

模 极 大值 对 的 功 能 , 记 录 这 些 点 的 位 置 。 然 后 利  并 用 这 些 信 息 修 复 QRS波 受 损 的心 电 信 号 。 改 进 后 

的滤波算法流 程图见 图 3 。图 4所示 为 对滤 波算法  改 进 后 恢 复 的 心 电信 号 的 波 形 。  

采 用 MI 数 据 库 中 的 原 始 心 电信 号 作 为 实 验  T 信 号 , 以 N 个 采 样 点 为 一 组 分 段 处 理 。 利 用 小 波  并 变 换 对 原 始 信 号进 行 分 解 , 解 尺 度 为 9 在尺 度 2 分 ,   所 分 解 得 到 的 细 节 与 高 频 干 扰 相 对 应 ( 括 肌 电 干  包
扰 )在 尺 度 2 ;  下 分 解 得 到 的 细 节 与 工 频 干 扰 相 对 

应 ; 尺 度 2 和 2 下 分 解 得 到 的 细 节 与 低 频 基 线  在 8 9
漂移 相 对 应 。去 掉 这 四 个 尺 度 的 细 节 , 将 该 层 所  即

有 数 值 置 零 , 用 小 波 逆 变 换 重 建 信 号 【] 再 2。  

图 1 MI 为 T数据 库 中 10 d t 0 . a 的一段 心 电信  号 波 形 。 图 2所 示 为 利 用 上 述 方 法 对 这 段 信 号 进 行  滤 波 处 理 后 重建 信 号 的波 形 。  
由图示看 出, 由于 P波 所 含 的 高频 分 量小 , 滤 
波 对 其 影 响 小 ; QRS波 含 有 高 频 分 量 , 在 小 波  而 即
变换 的 第 一 、 二 层 细 节 中必 含 有 QR 第 S波 有 用 成   分 , 此滤 波 对 QR 因 S波 的影 响 较 大 。  

图 3 改进 后 的滤 波算 法漉 程 图 
图 1 1 0 d t中 的 一 段 原 始 心 电 图    0 .a
Fg   a t f r ilA p r    i t C i 0 d t o o  ̄M   G  10.a  E n

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图 4 滤 波算 法 改进后 恢复 的心 电 图 
图 2 利 用 小 波 变 换 滤 波 后 的 心 电 图 
Fi 2 Th fle i g ECG wi h wa ee r ns o m   g e it r n t v l tta f r

g TheECG wih t e i 4 t h mpr v d f Ie oe i I t 

ag rt l o ihm 

( 转 3 下 2页 J  

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3  2

山 东 生 物 医 学 工 程 

第 2 卷  2

用 它 作 为 诊 断标 准 。   从 我 们 的 研 究 结 果 看 , 以用 作 诊 断 参 考 的指  可
标是 异 常切 迹 , 为 异 常 切 迹 是 较 宽 的 或 幅 度 较 深  因 的切 迹 , 的产 生 表 明 心 脏 上 存 在 范 围 较 大 的 或 较  它 严 重 的心 肌 电特 性 改 变 , 种 情 况 往 往 是 心 脏 已 经  这

的损伤处 于心脏 的左 心室 的前 壁 和下 壁 直接 相关 。  
但 亦 可 能 是 由 于 表 现 心 肌 损 伤 的 心 电 信 号 多 位 于  QRS终 末 端 的 关 系 [l这仍 需 进 一 步 的研 究 。 5,  
参 考 文 献 

发 生 了 比较 严 重 的 病 变 , 组 实 验 的结 果 也 很 好 地   两 证 实 了这 点 。从 上 面 的 结 果 可 以 看 到 , 尔 马 林 注   福
射 由 于所 引起 的 损 伤 范 围 小 , 此 心 电 信 息 上 异 常  因 切 迹 没有 明 显 增 多 ; 在 再 结 扎 后 , 伤 范 围 增 大 , 而 损  
1 Frn eRJ,Fo moo J , Pe ne DG . Vau   fn thig a d su —   ac r l  M n y l eo   o c n n  lr 

i   ft e rs i QR  o lx i t e d tci   fi h mi e r  r g o  h  e t g  S c mpe     h   ee t n o   c e c h a t n n n o s  

dsae 1   ado ,1 9 1 ( ) 1O~6. i s .Ci C ril 9 0,3 3 :9 e n  

2 徐秋 萍 , 葛霁 光 , 征等 .实 验性 动物 心肌 缺 血前 后 的 高频 心 电  徐 图研 究 . 江大 学学报 ( 浙 自然科 学 版 ) 1 9 , 1 6 :3 ,9 7 3 ( ) 7 7~7 4. 4   3 徐秋萍, 徐征 , 霁 光 等 .心肌 缺 血时 心 电信 息 中 高频 成 分 的动  葛
态 变 化 研 究 .山 东 生 物 医 学 工 程 , 9 9,8 1 : ~ 1 . 1 9 1 ( )5 2 
4 B b it1(   a bt 33,Bikly P ,S h a  F.Cl ia infcnc  ftr ia  n e F ca S l i c l g iia eo  em n l n s

则 异 常 切 迹 亦 明 显 增 多 。但 值 得 注 意 的 是 , 常 切  异
迹 的参 数 也 会 随 心 脏 的 病 理 性 变 化 过 程 以 及 调 控 和 

恢复作用发 生改变 , 验中随心脏损伤 时间的不同 , 实   异 常切 迹 出 现 变 化 这 个 事 实 也 说 明 了这 点 。这 就 意  味着 , 用 动 态 监 测 中 出现 的异 常 切 迹 来 作 为 急 性   利
病 变 的监 控 在 临床 上 有更 大 的价 值 。  

QRS a n r l i    h  et g o   fr rmy c r i   frt n    b o mai e i t e sti   fi e i   o a da i a ci .J t n s n n o l n o

Eetoado,19 ,2 ( )8 ~ 9   I rcril 9 1 4 1 : 5 O. c
5 Le     e CW ,Ho  ̄ MK ,Y a g  t g  n HS  t a .De e m i a s a d p o n s i  e  t t r n nt  n   rg o t c

高频 成 分 具 有 一 定 的病 理 性 定 位 价 值 【’ , 3  实  4 J
验 发 现 心 脏 损 伤 后 的各 个 时 期 , 频 成 分 在 QRS终  高 末 段 的 比例 大 大 高 于 损 伤 前 , 可 能 与 实 验 对 心 脏  这

i mpl a in   ft r ia  i t s o  em n lORS  m pe   it rin i   a int r ae   c o o c lx dso to   p te s te td n

wih p i a y a go lsy fra u emy c r ilr r t n.Am    ar  t   rm r   n ip at  o  c t  o a d a idaci o JC —

do,2 0 ,8 ( ) 2 0 2 3  il 0 1 8 3 :1 - 1 .

(0 3—0 20 1—1 9收 稿 ,0 3—0 20 3—1 0修 回 )  

( 接 2 上 3页 )  
参 考 文 献 

5 结 论 
1 徐佩 霞 , 功宪 . 波分 析与应 用 实例 。北 京 : 国科 技 大学 出版  孙 小 中

通 过 上 面 的 分 析 讨 论 和 实 验 结 果 表 明 , 应 用  在

社 ,0 1  20 .

小 波 变 换 对 心 电 信 号 滤 波 的 同 时 , 适 当 的 尺 度 增  在 加 检 测 模 极 大 值 对 的 策 略 , 以有 效 恢 复 信 号 的 峰  可 值 。 同样 的方 法 也 可 用 于 其 它 信 号 的 滤 波 处 理 中 ,   如地震信号 等。  

2 杨 丰 , 英林 . 波变换 在 心电信 号滤 波处 理 中的应 用研 究 . 余 小 生物 
医 学 工 程 学 杂 志 ,9 7,4 4)3 7 3 0  19 1 ( :1 - 2 .

3 李 翠微 , 崇勋 , 郑 袁超伟 . C E G信号 的小 波检 测方 法 . 国生物 医  中
学 工 程 学 报 ,9 5 1 ( ) 5 - 6 . 1 9 ,4 1 :9 5 

( 0 3一O 20 1—1 8收 稿 ,o 3一O 20 3—1 O修 回 )  


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