心电信号工频干扰对消
心电信号中的工频干扰的对消(基于自适应信号处理方法)
效果会 极大 下 降。采 用 自适 应方 法设计 的滤波 器可 以克服 这些 缺陷 ，它 能 自动地 适应 变化 的环 境 与变
根 据原 理 图看到 ，误差 信 号为原 始输 入信 号与经 过 权 调整后 的 参 考 输 入 之 差 ，Ｌ Ｓ算 法 根 据 无差 信 Ｍ
号 不断 调整 权矢量 ，使 两路 输 出的代 数和越 来越 近
大 ，人 们分析 了这 种 电源干 扰产 生 的各 种原 因 ，包
括 人体 分 部 电 容 、磁 感 应 、以 及 设 备 的引 线 等 因 素 。传 统 的消 除这 种 干扰 的方 法 有 ：良好 的接 地 、
使 用双 绞线 、设计 一个 良好 的带 阻滤波 器 、采用 木
质 的病 床等 。
心 电信号 处理 是现 代生命 科学 研究 的重要 组成 部 分 ，心 电信 号反 映 了心 脏 的活动状 况 ，医生 对心
算法 、Ｓ 算 法等 ，其 中 Ｌ ＭＩ ＭＳ算 法 因 为 简单 易 行 、 不 需要 离线 方式 的梯 度估计 或 重复使 用数 据而得 到
广泛应 用 ，已经 证 明 ，当输 入信 号 的 自相关 矩 阵 的
源频 率相 同 ，参考输 入 可 以采 用 电源输 入经过 比例
衰 减后取 得 ，
随着 数字 信号处 理技 术 的 日益 成熟 ，模 拟 电路 被数 字 电路取代 是 大势所 趋 ，在对 数字 信号处 理 的 研究 中 ，提 出了很 多优 秀的信 号处 理方 法 ，自适应 信号 处理是 其 中的一 个优 秀代 表 。
剩 下人 体 心 电 信 号 ，从 而 达 到 消 除 工 频 干 扰 的 目
的 。即使 外 界 电网 的频 率有 偏移 ，由于感应 到人 体
心电图机的干扰与排除
心电图机的干扰与排除干扰分为两种，一种是肌电干扰，一种是交流干扰。
肌电干扰一般是35HZ，交流干扰一般是50HZ。
而心电信号的频率范围是在0.05-100HZ之间。
所以肌电干扰和交流干扰极易混入心电信号，并被放大，需要对它们进行抑制处理，以保证心电图记录的质量。
干扰是心电图机常出现的故障，轻者影响图形的质量，重者无法诊断。
因此，要求心电图机的抗干扰能力强，即共模抑制比要大。
本文就心电图机在使用和维修中，产生干扰的原因及排除方法介绍如下：一交流干扰1、 50Hz交流干扰通常是指来自外界以及心电图机自身的电源50Hz交流干扰信号。
这种干扰信号是规则的。
50Hz交流干扰通常分为以下几种：[1]交流磁场干扰；[2]泄漏电流干扰；[3]阻抗耦合干扰；[4]静电干扰；[5]地环路干扰；[6]仪器内部50Hz干扰等等。
在实际工作中，通常消除50Hz交流干扰的常用方法是：使心电图机接地良好（一般要求接地电阻≤4Ω）。
但由于引起50Hz交流干扰的原因较多，情况又较复杂，往往仅通过处理接地线仍然不能够有效地消除干扰。
下面重点讨论常见的交流磁场干扰、泄漏电流干扰以及阻抗耦合干扰所引起的干扰。
2、交流磁场干扰是指在人体附近存在的电流电路与病人回路之间通过电磁耦合而产生的交流磁场干扰。
如：照明设备、沿天花板和墙壁及地面排布的电源线、高频电刀、X线机、理疗机等设备产生的干扰磁场穿过一定面积的输入加路时，产生感应电动势并与心电信号叠加，造成干扰。
3、泄漏电流干扰是指因绝缘强度下降产生的泄漏电流而引起的泄漏电流干扰。
如：在梅雨季节时，电源线、墙壁、及病床等因湿度增加而使其绝缘强度下降，使泄漏电流增加。
泄漏电流通过天花板、墙壁和地面，再经床至病人，然后经心电图机到地。
在病人与心电电极接触电阻上就可形成50Hz交流干扰。
4、阻抗耦合干扰是指因位移电流所产生的电位差而引起的阻抗耦合干扰（一般为电阻型）。
如：病房环境中的电源线，不管有无电流通过，电流线与心电图机导联线间总存在静电耦合电容。
心电信号处理中的噪声干扰消除算法研究
心电信号处理中的噪声干扰消除算法研究引言：心电信号是一种重要的生物电信号，对于研究心血管疾病和诊断心脏健康状态具有重要价值。
然而，心电信号在采集和传输过程中会受到各种类型的噪声干扰，干扰对信号质量的影响不可忽视。
因此，开发有效的噪声干扰消除算法成为心电信号处理的关键任务。
一、噪声干扰的类型在心电信号处理中，常见的噪声干扰类型包括基线漂移、肌电干扰、交流干扰、呼吸运动干扰和电极偏移等。
这些噪声干扰会降低心电信号的质量，使得信号处理和分析的结果不可靠。
1. 基线漂移是指心电信号在采集过程中由于传感器运动、电极与皮肤接触状态的变化或电极质量的差异产生的缓慢漂移。
基线漂移使得心电信号的幅值动态范围受限，对于心电信号的精确分析产生重大影响。
2. 肌电干扰是指由心脏周围的肌肉活动引起的干扰信号。
人体的骨骼肌活动、瞬间肌肉收缩或其他无意义的运动会导致肌电干扰。
肌电干扰信号的频谱与心电信号重叠较大，极大地增加了信号处理的难度。
3. 交流干扰是指来自电力线的干扰信号，通过电极和电缆传导到心电信号中附带的干扰。
交流干扰信号的频率通常为50/60 Hz，并且幅度可能随距离电力线的远近而变化。
这种干扰不仅会引起心电信号的偏移，也会造成噪声信号的增加。
4. 呼吸运动干扰是指由于呼吸而引起的胸部和腹部肌肉活动所产生的机械振动。
这种干扰信号的频率范围通常为0.15 Hz至0.5 Hz，与心电信号的频率范围有一定的重叠。
呼吸运动干扰会使心电信号的幅值和形态发生明显变化。
5. 电极偏移是指心电信号采集电极安装不当或电极脱落引起的干扰。
电极偏移会导致心电信号的形态异常，使得信号处理结果不可靠。
二、噪声干扰消除算法的研究为了消除心电信号中的噪声干扰，研究人员开发了多种算法和方法。
以下介绍几种常见的噪声干扰消除算法。
1. 基线漂移补偿算法基线漂移是心电信号中常见的干扰源，为了有效去除基线漂移，研究人员提出了许多补偿算法。
其中一种常用的方法是高通滤波器。
如何去除心电仪器中的干扰信号的解决方法
如何去除心电仪器中的干扰信号的解决方法作者：张婷婷田桂林来源：《商情》2010年第17期[摘要]心电信号是一种微弱的信号,但是在心电信号中有很多干扰信号,在干扰信号的作用下往往使检查的结果发生微妙的变化,所以本文结合实际生活,介绍了滤除心电信号中干扰信号的一种方法。
[关键词]心电信号滤波 50Hz干扰信号一、前言人体的心电信号是一种淹没在许多较强的噪声和干扰之中,如肌电干扰,放大器噪声及其电极与皮肤之间的噪声,尤其是50Hz工频干扰等。
这些干扰对心电信号的检测影响很大,因此,在检测过程中,如何减少或消除这些干扰,突出所需要的心电信号,就是心电放大设计中要考虑的关键问题。
二、心电信号检测中的干扰分析由于心电信号的微弱,并且存在于强大的干扰信号中,因此对心电放大器的设计,主要的任务就是抗干扰。
所谓干扰,就是除有用信号以外的噪声或受环境影响而使信号变化部分的总称。
随着电子技术的发展,检测装置小型化,而大量的信号电路采用低电平,工作控制环境现场条件恶劣,所以装置的抗干扰技术是我们在设计检测系统时所必须要考虑的问题。
干扰对电子系统产生了很大的危害:在检测元件中,混入的干扰信号会使测量的数据产生误差,造成判断上的失误;在其它领域,如控制系统中,干扰信号可能错误的操作。
因此,为了使电子系统能够正常工作,必须在电子系统中采用抗干扰技术。
三、设计分析在心电信号经过前置级放大器后,然后需要将放大后的信号进行滤波,因为经过分析可以知道,所设计的电路需要完成的主要任务是将信号中的50Hz干扰信号进行滤除,所以所选滤波电路带阻滤波电路,如果从输入信号中减去带通滤波电路汇总处理过的信号,就可以得到带阻信号,而现在我将采用的是双T带阻滤波电路,对50Hz的工频干扰进行抑制,最后通过主放大器将心电信号进一步放大,便于后面波形的显示。
四、所选带阻滤波器的分析电路如图所示,由节点导纳方程不难导出电路的传递函数为:A(s)=V2(s)/V1(s)=Avf[1+(s/wo)2]/[1+2(2-Avf)s/wo+(s/wo)2]式中wo=1/RC,既是特征角频率,也是带阻滤波电路的中心角频率;Avf=Ao=1+Rf/R1为带阻滤波电路的通带电压增益;Q=1/2(2-Ao)。
一种抑制心电信号50Hz工频干扰的新方法
・
（ ５ ）
率 ， 中： 其 ｄ＝ （ 一Ｉ ＿ ） １． Ｖ ｔ ／０ ｒ０ （） ７ ｅ＝ （ ＋一 ／０ ｌ １． ０ （） ８ 由于整个 Ｅ Ｇ波形在一个工频干扰周期 内都 Ｃ
＋＿ ｌ“ （ ０ ’６ 一＝ ＿） ） 只Ⅳ ｓ “４ Ｊ
式（ ） ６ 表明， 每计算一个采样点滤波后的值需 要利用该点前 ４ 点和后 ５点的原始值。该算法是把 这 些点 的连线 近似 看 成 一条 直 线 ， 处 理远 离 奇 异 在 点的波形时误差较小 ， 滤波效果也很好。但是在处 理靠近奇异点比如 Ｒ波波峰时 ， 由于这些点的连线
用工频干扰采样点 的幅值代数和为零 ， 在折线段滤 波时同样每次取一个周期的 １ 个 点。每个周期计 Ｏ
Ｋ ｙ ｗｏ ｄ ｅ ｒ ｓ：ＥＣ ｄｓｕｂ ｎ ｅｏ ｄ ｓｒ ￣ ｑ ｅ ｃ ； ｌ ｒ Ｇ； ｉｔｒａ ｃ ｆｉ ｕ ｔ ｎ ｙ ｅ ｕ ｎ ｙ ｆｔ ｉｅ
’
心电信号是心脏 电活动在人体体表的表现 ， 对
心 电信号的分析是 医生诊断心脏疾病的重要依 据。 信号一般 比较微 弱 ， 幅度为毫伏级 ， 率为 ０ ０ — 频 ．５
须 是工 频干 扰 ｆ 的整 数倍 。 （ ） 一 个 工 频 干扰 周 ２在
了一定的效果。但是方法一 中的 Ｍ值 因人 因时间
而异 ， 以确定 ； 法二需 要得 到采样 点 的工 频干扰 难 方
幅值 ， 要计算出幅值须知工频干扰正弦波的幅度、 初 相和频率 ， 最后经三角计算得出， 这无疑大大增加了 算法的复杂度 。
样有 Ｒ波峰值被削弱 ； 值小则滤波效果差。另一 种典型的方法【是首先定位 Ｒ波波峰， ３ 然后对于 Ｒ 值 ， ｅｋｖ 结果 即为滤 波后 的 值 。此方法 的不 足之处 在于噪声值 的获取 比较 困 难， 因为 ５ ｚ ０Ｈ 工频干扰是正弦波 ， 各个采样点的工 频干扰值是变化的 ， 准确地得 到需要进行大量浮点
消除ECG中基频漂移和工频干扰的算法
消除ECG 中基频漂移和工频干扰的算法在心电信号采集过程中,常常受到工频干扰、肌电干扰、基线漂移等各种干扰信号。
本系统中，我们采用了一种简单整系数陷波器，对工频干扰及基线漂移进行滤除。
我们设计的滤波器用到了减法技术，即用一个全通网络减去一个具有相同传输延迟和增益的窄带带通滤波器的输出，得到一个具有尖锐陷波特性的陷波器(NOTCH) ,其原理如下图所示。
该陷波滤波器实际上是一个梳状滤波器。
其传递函数为 211(()1R P R n n n Pz H z Q z -------）=z 式中Q=R/P 。
假设采样率Fs 为1000Hz ，工频干扰Fc 为50Hz ，所以P=Fs/Fc=20，n 和R 决定了滤波器的阻带带宽。
经过实验分析，本系统选取n=2，R=320，则有Q=16,由此得到梳状滤波器的传递函数为320300222011(()161z H z z------）=z 。
上述滤波器的差分方程为：y(n)=y1(n)-y2(n)/256;y1(n)=x(n-300);y2(n)=x(n)-2x(n-320)+x(n-640)+2y2(n-20)-y2(n-40);y1(n)为全通网络输出，y2(n)为窄带带通滤波器输出，y(n)为NOTCH 梳状滤波器输出。
NOTCH 滤波器的幅频特性、相频特性和群延迟特性分别如下图所示。
带阻滤波器原理图05010015020025030035040045050000.51Magnitude Response050100150200250300350400450500-1000-500Phase Response 00.51 1.52 2.53 3.5299.9995300300.0005Group Delay从图中可以看出，上述滤波器对50Hz 工频和基频干扰有较好的滤除效果。
此处采用的简单整系数带阻滤波器的系数都是2的整数幂，在滤波过程中不需要使用乘法，并可以用少量次数的递归计算实现非递归的线性相位FIR 滤波。
仅用模拟电路就消除工频干扰的方法
仅用模拟电路就消除工频干扰的方法仅用模拟电路就消除工频干扰的方法一、引言工频干扰是指电力系统中传输与分配交流电能所带来的频率为50Hz或60Hz的电磁辐射干扰。
在当前科技发展的背景下，电子设备的普及和广泛应用，使得工频干扰对于正常电子设备的工作产生了越来越多的影响。
而想要消除这种干扰，传统的方法往往需要使用复杂的滤波器或者数字信号处理技术。
然而，在某些情况下，仅仅使用模拟电路就可以达到消除工频干扰的目的，本文将探讨一些仅用模拟电路消除工频干扰的方法。
二、传统方法的局限性在传统的滤波器或数字信号处理技术中，为了消除工频干扰，需要使用滤波器对干扰信号进行滤波，或者使用数字信号处理技术处理干扰信号。
这类方法虽然能够在一定程度上减小干扰信号的影响，但是却有一些局限性。
1. 复杂性：传统方法需要使用复杂的滤波器或者数字信号处理技术，需要消耗大量的资源和计算能力，不利于实际应用中对系统进行优化。
2. 时延：由于信号在滤波器或数字信号处理器中的处理需要一定的时间，导致输出信号的时延增加，对实时性要求较高的系统不适用。
3. 功耗：传统方法需要使用复杂的滤波器或数字信号处理器，需要大量的功耗，对于功耗要求较低的系统不适用。
三、仅用模拟电路消除工频干扰的方法在传统方法存在局限性的情况下，仅用模拟电路来消除工频干扰成为了一种可行的选择。
下面将介绍几种仅用模拟电路消除工频干扰的方法。
1. 差分输入运放法：差分输入运放法可以用于减小电路中对地反馈引起的工频干扰。
差分输入运放可以将输入信号分为正负两路，并在输出端的差分运算中抵消工频干扰，起到了消除干扰的效果。
2. 零点匹配法：零点匹配法通过在电路中引入能够产生与干扰信号相反相位的信号来抵消干扰信号。
通过调整零点匹配的参数，可以使得干扰信号在某些特定频率下抵消。
3. 干扰抵消电路：干扰抵消电路利用了干扰信号和输入信号之间的相关性，通过控制干扰信号的幅度和相位来达到与输入信号抵消的效果。
心电图机的干扰及其正确处理方法
心电图机的干扰及其正确处理方法心电图机是记录人体体表各点随时间而变化的心电波形的医疗仪器。
医生根据心电图机所记录的波形的形态、波幅大小以及各波之间的相对时间关系来鉴别诊断心脏疾病。
因此，心电图机所记录的心电图的精确度对于心脏疾病的鉴别诊断至关重要。
但是，由于心电信号比较微弱，仅为mV级，所以，和其他生理参数测量一样，心电图机进行心电信号测量时，除了要受到来自心电图机本身的干扰外，还不可避免地要受到使用环境的干扰。
一般我们把被测参数以外的信号统称为干扰。
为了获得高质量的心电图，排除干扰尤为重要。
通常有以下几种形式的干扰：1．来自电极噪声的干扰；2．来自无线电波及高频设备的干扰；3．来自被测生理变量以外的人体电现象（如：肌电信号等）所引起的噪声干扰；4．来自人体上工作的医疗仪器的噪声干扰；5．来自电子器件的噪声干扰；6．来自电路布线所引起的干扰；7．来自带电衣服的静电噪声干扰以及来自50Hz交流干扰等等。
重点谈谈35Hz肌电干扰和50Hz交流干扰的产生原因以及处理方法。
肌电信号和交流信号都不是我们在作心电图检测时所需要的心电信号，故称为干扰信号。
这两种干扰都是心电图机在使用过程中极为常见的干扰形式。
因其频率也处于心电频带的范围内（一般常见的肌电信号的频率为35Hz，交流信号的频率为50Hz。
而心电信号频带范围在0．05—150Hz之间），极易混入心电信号，并被放大，需要对它们进行抑制处理，以保证心电图记录的质量。
所以，为了提高心电图机对35Hz肌电干扰和50Hz交流干扰的抗干扰能力，一般心电图机均设计有35Hz与50Hz两种干扰抑制电路。
在电路设计中，对35Hz的肌电干扰，通常用一个35Hz（-3dB）的高截RC滤波器来进行抑制；而对50Hz的交流干扰，通常选用RC 双T选频网络等来进行抑制。
在使用心电图机时，当干扰出现，只要拨动相应的抗干扰功能开关，即可有效地消除掉干扰，使用非常方便。
但是，由于高截RC滤波器，特别是对于RC双T选频网络，品质因数较低，特性曲线不够尖锐，在抑制干扰信号的同时会将有用的相邻频率的心电信号也滤除掉。
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展望
经实验结果分析，基于 经实验结果分析，基于LMS自适应方法设计的工频 自适应方法设计的工频 干扰滤波器滤波效果良好， 干扰滤波器滤波效果良好，克服传统固定参数滤波 器的缺陷，前景很好。 器的缺陷，前景很好。自适应方法设计的滤波器由 于算法复杂，对处理器要求较高，随着DSP处理器 于算法复杂，对处理器要求较高，随着 处理器 的普及， 的普及，该类产品会迎来高峰
心电信号中的工频干
Contents
1 2 3 4
研究背景
原理框图
仿真分析
系统设计
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研究背景
心电信号处理是现代生命科学研究的重要组成部 心电信号反映了心脏的活动状况。 分，心电信号反映了心脏的活动状况。 人体心电信号是低频微弱信号，易受外界干扰或 人体心电信号是低频微弱信号， 噪声影响，在各种干扰中，50Hz的工频干扰对其 噪声影响，在各种干扰中，50Hz的工频干扰对其 影响最大。 影响最大。 传统的消除办法有：良好的接地、使用双绞线、 传统的消除办法有：良好的接地、使用双绞线、 设计一个良好的带阻滤波器、采用木质的病床等。 设计一个良好的带阻滤波器、采用木质的病床等。 传统带阻滤波器的缺陷是，只能滤除固定频率， 传统带阻滤波器的缺陷是，只能滤除固定频率， 若该频率有偏移， 若该频率有偏移，则滤波性能大打折扣
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仿真图
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仿真结果分析
经过LMS自适应系统对消后的心电信号可以看到， 自适应系统对消后的心电信号可以看到， 经过 自适应系统对消后的心电信号可以看到 开始时，由于采样点不够， 开始时，由于采样点不够，输出信号仍然含有很强 的工频干扰信号，随着采样数增加，达到200以后， 以后， 的工频干扰信号，随着采样数增加，达到 以后 信号中己经不含有工频干扰信号了， 信号中己经不含有工频干扰信号了，也就是工频干 扰被对消了。 扰被对消了。 时域上，采样频率100Hz，200个采样数据仅需 时域上，采样频率 ， 个采样数据仅需 2S的时间，收敛速度很快。 的时间， 的时间 收敛速度很快。 从频谱图上看，心电信号的频谱集中分布在低频段， 从频谱图上看，心电信号的频谱集中分布在低频段， 出有一个很强的工频干扰谱线。 在50Hz出有一个很强的工频干扰谱线。对消后， 出有一个很强的工频干扰谱线 对消后， 50Hz的谱线抑制掉，而心电有用芯片谱保持完好。 的谱线抑制掉， 的谱线抑制掉 而心电有用芯片谱保持完好。
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原理框图
本系统采用LMS算法进行工频干扰对消毒原理框图如下 算法进行工频干扰对消毒原理框图如下 本系统采用 图所示。 图所示。
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仿真图
对以上框图在MATLAB 对以上框图在 平台下进行仿真， 平台下进行仿真，原始 输入信号为心率72的心 输入信号为心率 的心 电信号， 电信号，其中包含 50Hz的工频干扰，输 的工频干扰， 的工频干扰 入信号取自经比例衰减 的电源信号， 的电源信号，采样频率 为100Hz，仿真图如下 ， 图所示
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自适应方法的工频滤波
采用自适应方法设计的滤波器，可克服以上缺陷， 采用自适应方法设计的滤波器，可克服以上缺陷， 能自动地适应环境变化，通过有限的， 能自动地适应环境变化，通过有限的，少量的训 练信号或模式训练， 练信号或模式训练，就能够外推至一个性能模式 以适应新的环境。 以适应新的环境。 自适应信号处理的核心是自适应算法， 自适应信号处理的核心是自适应算法，研究人员 已经提出了很多优秀的自适应的算法， LMS算法 算法、 已经提出了很多优秀的自适应的算法，如LMS算法、 RLS算法 SMI算法等 其中LMS 算法、 算法等， LMS算法较易实现 RLS算法、SMI算法等，其中LMS算法较易实现