使用线性调频Z变换和自适应滤波的工频滤波方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种使用线性调频Z变换和自适应滤波技术的工频滤波方法和装置，所述工频滤波方法包括以下步骤：步骤S1，采集人体生理信号；步骤S2，对采集的人体生理信号进行预处理；步骤S3，生成与心电信号的工频干扰的幅度和频率相同的正弦信号，将带有该工频干扰的心电信号与生成的正弦信号之间做差值运算，进而滤除心电信号的工频干扰。本发明专利技术能够保证心电图机在大幅度工频干扰、存在谐波、频偏等复杂用电环境下，快速且有效地滤除基线漂移、肌电干扰以及部分工频谐波干扰，能够使得所述工频滤波方法和装置更准确、快速的滤除工频干扰及谐波干扰，保证了心电信号的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种医用微弱生物电信号采集检测
，尤其涉及一种使用CZT和自适应滤波技术的工频滤波方法，并涉及采用该使用CZT和自适应滤波技术的工频滤波方法的工频滤波装置。
技术介绍
在心电信号处理的应用中，由电磁场所引起的工频干扰是最常见的干扰之一。一般来说，复杂的用电环境会引起明显的干扰，这种干扰可以认定为频率是50/60Hz的正弦波，比如在亚洲或者欧洲，生活用电的频率是50Hz，而在北美，这个频率则是60Hz。对于高质量的心电信号分析，要求干扰的峰峰值小于QRS复合波0.5％的幅度，ST段的震荡小于50微伏；这也就要求了滤波后的心电信号的信噪比(SNR)约为30dB。在实际应用中，使用无限冲击响应滤波器(IIR)作为陷波器来滤除工频干扰是一种最常用的滤波方法。陷波器的脉冲响应展示如图2所示，图2中，左上角的是陷波器的幅频响应仿真波形示意图，右上角的是脉冲响应仿真波形示意图，左下角的是心电信号仿真波形示意图，右下角的是通过陷波器后的心电信号仿真波形示意图；然而，陡峭的QRS复合波通过滤波器后，会发生振铃效应；振铃的幅度和陷波器的带宽有关，带宽越大，振铃幅度越大；反之越小，如图2所示。与此同时，陷波器还应该尽可能的减少对心电信号幅度谱和相位谱的影响。因此，基于以上两点，设计陷波器时，带宽应该尽可能的小。然而，对于实际工程应用中的心电信号，特别是在较为复杂的用电环境下，工频干扰中常常包含着高阶次的谐波干扰，并且存在着干扰信号的实际频率和规定用电频率有偏差的现象，比如49.95Hz，即频偏，当出现上述任意一种情况时，IIR陷波器都无法完全滤除工频干扰，如图3所示，图3中，上面的是心电信号通过陷波器后带有谐波的工频干扰信号的仿真波形示意图；下面的是心电信号通过陷波器后存在频偏的工频干扰信号的仿真波形示意图。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是需要提供一种能够有效地衰减当前的工频干扰，能够排除采集精度低以及无法解决谐波干扰与频偏的问题的工频滤波方法，并提供采用该工频滤波方法的工频滤波装置。对此，本专利技术提供一种使用CZT和自适应滤波技术的工频滤波方法，包括以下步骤：步骤S1，采集人体生理信号；步骤S2，对采集的人体生理信号进行预处理；步骤S3，生成与心电信号的工频干扰的幅度和频率相同的正弦信号，将带有该工频干扰的心电信号与生成的正弦信号之间做差值运算，进而滤除心电信号的工频干扰。更进一步地，所述步骤S2中，对采集的人体生理信号进行高通滤波处理以滤除基线漂移噪声，并进行低通滤波处理以滤除肌电干扰噪声，进而得到第一输出信号。更进一步地，所述步骤S3中，将所述第一输出信号经过线性调频z变换，并提取z变换后预设频率范围内幅度最大值的即时频率，根据所述即时频率生成正弦信号。更进一步地，所述步骤S3包括以下子步骤：步骤S301，根据所述第一输出信号，构建正弦信号；步骤S302，通过所述第一输出信号减去所述正弦信号，输出第二输出信号；步骤S303，根据第二输出信号对所述正弦信号进行修正；步骤S304，获得所述修正后的正弦信号，返回步骤S301，并输出第二输出信号。更进一步地，所述步骤S3中，将带有该工频干扰的心电信号与生成的正弦信号之间做差值运算之后，对输出信号进行微分估计，并根据对输出信号的微分估计结果，自适应修正正弦信号的幅度。更进一步地，所述步骤S3中，获取所述输出信号中干扰信号的微分估计值，若微分估计值大于零，则在生成的正弦信号基础上加上修正值以得到修正后的正弦信号；若微分估计值小于零，则在生成的正弦信号基础上减去修正值以得到修正后的正弦信号。更进一步地，所述步骤S3中，每次差值运算均通过对心电信号工频干扰的频率和幅度的跟踪进而调整所生成的正弦信号。更进一步地，所述步骤S2包括以下子步骤：步骤S201，对采集的人体生理信号进行滤除高频噪声的预处理；步骤S202，对预处理后信号进行差分放大处理；步骤S203，对差分放大处理后的信号进行模数转换；步骤S204，获取模数转换后的数字信号，对数字信号滤除基线漂移和肌电干扰，并滤除大于低通滤波器截止频率的干扰。本专利技术还提供一种使用CZT和自适应滤波技术的工频滤波装置，采用了如上所述的使用CZT和自适应滤波技术的工频滤波方法，并包括顺序信号连接的生理信号采集单元、信号处理单元以及工频滤波单元；所述生理信号采集单元用于采集人体生理信号；所述信号处理单元用于对采集的人体生理信号进行预处理；所述工频滤波单元用于生成与心电信号的工频干扰的幅度和频率相同的正弦信号，将带有该工频干扰的心电信号与生成的正弦信号之间做差值运算，进而滤除心电信号的工频干扰。更进一步地，所述信号处理单元包括信号预处理单元、信号放大单元、模数转换单元和高低通滤波单元；其中，所述信号预处理单元用于对电信号进行高频噪声滤除处理；所述信号放大单元用于对输入的电信号进行差分放大，然后将该差分放大后的信号输出至所述模数转换单元；所述模数转换单元用于将模拟信号转换成数字信号；所述高低通滤波单元用于滤除信号干扰；所述工频滤波单元包括频率跟踪单元、正弦信号产生单元、滤波单元、修正单元以及输出单元；其中，所述频率跟踪单元用于通过线性调频z变换，得到工频干扰及其谐波干扰的频率；所述正弦信号产生单元通过工频干扰及其谐波干扰的频率，生成正弦信号；所述滤波单元将带工频干扰及其谐波干扰的心电信号与生成的正弦信号做差值运算；所述修正单元用于修正所述正弦信号的幅度和相位；所述输出单元将所述滤波单元的信号输出，并返回所述修正单元的信号至所述正弦信号产生单元进行差值运算。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：能够自动检测工频波动，实时跟踪工频幅度与频率，并快速准确检测到当前幅度与频率，据此精确调整内部生成的正弦信号参数，使之能够有效地衰减当前的工频干扰，排除现有技术中普遍存在的采集精度低以及无法解决谐波干扰与频偏的问题。进一步的，为了解决工频干扰中混有谐波的问题，本专利技术对谐波干扰进行了处理；除了生成工频频率的正弦信号外，还生成剩余谐波频率的正弦信号，其瞬时频率同时由线性调频z变换获取；最终的输出信号则是带工频干扰及其谐波干扰的心电信号，减去内部生成的与工频干扰及其谐波干扰的频率相同的正弦信号，从而达到可以同时滤除工频干扰信号和谐波干扰信号的目的。附图说明图1是本专利技术一种实施例的工作流程示意图；图2是陷波器的脉冲响应仿真波形示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用CZT和自适应滤波技术的工频滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，采集人体生理信号；步骤S2，对采集的人体生理信号进行预处理；步骤S3，生成与心电信号的工频干扰的幅度和频率相同的正弦信号，将带有该工频干扰的心电信号与生成的正弦信号之间做差值运算，进而滤除心电信号的工频干扰。

【技术特征摘要】
1.一种使用CZT和自适应滤波技术的工频滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，采集人体生理信号；
步骤S2，对采集的人体生理信号进行预处理；
步骤S3，生成与心电信号的工频干扰的幅度和频率相同的正弦信号，将带有该工
频干扰的心电信号与生成的正弦信号之间做差值运算，进而滤除心电信号的工频干扰。
2.根据权利要求1所述的使用CZT和自适应滤波技术的工频滤波方法，其特征
在于，所述步骤S2中，对采集的人体生理信号进行高通滤波处理以滤除基线漂移噪声，
并进行低通滤波处理以滤除肌电干扰噪声，进而得到第一输出信号。
3.根据权利要求2所述的使用CZT和自适应滤波技术的工频滤波方法，其特征
在于，所述步骤S3中，将所述第一输出信号经过线性调频z变换，并提取z变换后预
设频率范围内幅度最大值的即时频率，根据所述即时频率生成正弦信号。
4.根据权利要求3所述的使用CZT和自适应滤波技术的工频滤波方法，其特征
在于，所述步骤S3包括以下子步骤：
步骤S301，根据所述第一输出信号，构建正弦信号；
步骤S302，通过所述第一输出信号减去所述正弦信号，输出第二输出信号；
步骤S303，根据第二输出信号对所述正弦信号进行修正；
步骤S304，获得所述修正后的正弦信号，返回步骤S301，并输出第二输出信号。
5.根据权利要求1所述的使用CZT和自适应滤波技术的工频滤波方法，其特征
在于，所述步骤S3中，将带有该工频干扰的心电信号与生成的正弦信号之间做差值运
算之后，对输出信号进行微分估计，并根据对输出信号的微分估计结果，自适应修正
正弦信号的幅度。
6.根据权利要求5所述的使用CZT和自适应滤波技术的工频滤波方法，其特征
在于，所述步骤S3中，获取所述输出信号中干扰信号的微分估计值，若微分估计值大
于零，则在生成的正弦信号基础上加上修正值以得到修正后的正弦信号；若微分估计
值小于零，则在生成的正弦信号基础上减去修正值以得到修正后的正弦信号。
7.根据权利要求1所述的使用CZT和自适应滤波技术的工频滤波方法，其特征
在于，所述步骤S3中，每次差值运算均通过对心电信号工频干扰的频率和幅度的跟踪

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓立，魏大雪，李叶平，
申请(专利权)人：深圳市理邦精密仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44