2014-02-24
801
Для устранения аддитивной помехи от промышленной сети на TP-сегменте электрокардиосигнала в каждом цикле сердечных сокращений выделяется участок, длительность которого пропорциональна периоду сетевой помехи:
(11.4)
где n = 1, 2, …, int(T TPмин/ Т С) – коэффициент, указывающий, сколько периодов сигнала промышленной сети укладывается в длительности выделенного участка ЭКС; int(a / b) - означает взятие целого от деления a на b; Т С – период колебаний сигнала промышленной сети; Т ТРмин – минимальная длительность ТР-сегмента электрокардиосигнала.
На выделенных участках формируется последовательность пачек импульсов с амплитудной манипуляцией, заполненных сигналом с частотой промышленной сети (рисунок 11.11, б).
а – «чистый» электрокардиосигнал; б – смесь ЭКС с помехой;
в – последовательность пачек импульсов, сформированных на TP-сегменте;
г – восстановленный сигнал помехи; д – ЭКС после устранения помехи
Рисунок 11.11 – Устранение наводки от промышленной сети питания
В спектре данной последовательности присутствуют частота сигнала заполнения прямоугольных импульсов, в данном случае это частота сигнала промышленной сети 50 Гц, и боковые составляющие, образованные спектральными составляющими модулирующих прямоугольных импульсов длительностью τ (рисунок 11.12, вертикальные линии).
|
|
|
(11.5)
где τ – длительность импульса, T –период следования импульсов, fС – частота сигнала сетевой помехи, F – частота следования импульсов.
Сформированная последовательность отсчетов подается на полосовой фильтр с центральной частотой, равной частоте промышленной сети. Амплитудно-частотная характеристика фильтра изображена на рисунке 11.12 пунктирной линией.
Рисунок 11.12 – Амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра
с центральной частотой 50 Гц
При прохождении сформированной последовательности отсчетов электрокардиосигнала через полосовой фильтр на выходе фильтра выделится только сигнал сетевой помехи, так как в спектре фильтруемой последовательности отсутствуют составляющие ЭКС, поскольку на ТР-сегменте ЭКС имеет, как было отмечено выше, нулевое значение.
После фильтрации амплитуда восстановленного сигнала меньше амплитуды исходного сигнала помехи, поэтому сигнал выделенной помехи необходимо усилить (рисунок 11.11,в) и после усиления вычесть из предварительно задержанного исходного сигнала смеси ЭКС с помехой, для чего используется блок задержки.
Вычитание выделенного и усиленного сигнала промышленной частоты из исходной задержанной смеси ЭКС и сигнала помехи существенно ослабляет влияние последнего на электрокардиосигнал (рисунок 11.11,г).
|
|
|
Данный способ позволяет ослабить влияние помехи от промышленной сети питания на электрокардиосигнал, не искажая при этом составляющие ЭКС, частота которых равна частоте промышленной сети, так как этих составляющих нет в спектре фильтруемой последовательности. Структурная схема устройства для реализации предложенного способа представлена на рисунке 11.13 [16].
Рисунок 11.13 – Структурная схема устройства устранения наводки от промышленной сети питания
Тема 12. Трансформация спектра последовательности отсчетов ТР-сегмента электрокардиосигнала – путь к расширению частотного диапазона устраняемой аддитивной помехи типа дрейфа изолинии и снижению требований к характеристикам фильтров
В рассмотренных ранее методах устранения действующих на ЭКС аддитивных помех с использованием отсчетов ТР-сегмента частота дискретизации сигнала помехи, в частности дрейфа изолинии, фактически равна частоте сердечных сокращений. Это означает, что чисто теоретически максимальная частота в спектре дрейфа изолинии не может превысить половину частоты сердечных сокращений. А при использовании интерполяции для выделения сигнала дрейфа изолинии максимальная частота в спектре последней должна быть еще меньше, чтобы обеспечить требуемую точность восстановления сигнала помехи (см. раздел 5, тему 8). При этом, чем ближе частота дрейфа изолинии к половине частоты дискретизации, тем жестче требования к крутизне спада амплитудно-частотной характеристики ФНЧ. Также очень жесткие требования предъявляются к крутизне спада амплитудно-частотной характеристики полосового фильтра (рисунок 11.12) выделяющего сигнал помехи промышленной частоты.
Трансформация спектра последовательности отсчетов ТР-сегмента
Можно обеспечить существенное снижение требований к фильтрам и расширение верхней границы полосы частот выделяемого сигнала дрейфа изолинии до частоты сердечных сокращений за счет преобразования каждого отсчета ТР-сегмента в группу отсчетов, построенную по определенным правилам.
Обеспечить трансформацию спектра последовательности отсчетов сигнала можно путем добавления к исходному отсчету, взятому на ТР-сегменте, (U 0 на рисунке 12.1) n пар отсчетов, в которых один отсчет расположен слева от исходного (UL 1 K 1 и UL 2 K 2 на рисунке 12.1), а другой – справа (UR 1 K 1 и UR 2 K 2 на рисунке 12.1).
Рис. 12.1 – Формирование сигнала с трансформированным спектром
Полученную группу отсчетов назовем импульсным сигналом сложной формы (ИССФ). Дополнительные отсчеты ИССФ также берутся на ТР-сегменте, имеют длительность τ, как и исходный отсчет, и умножаются на соответствующие масштабные коэффициенты K i.
Число подавляемых спектральных зон в трансформированном спектре равно числу n пар дополнительных отсчетов.
Параметры дополнительных отсчетов (амплитуда, количество, взаимное расположение на оси времени) определяются из решения системы уравнений
(12.1)
где τi – сдвиг i -го дополнительного отсчета относительно исходного отсчета; Т – период дискретизации сигнала; 
– означает, что для подавления могут быть выбраны любые n спектральных зон из М, М – возможное для данного сочетания Т и τ число спектральных зон в каждом лепестке спектра амплитуд, М макс=(Т/τ)–1.
Задаваясь значениями сдвигов τi, из решения системы уравнений (12.1) определяют значения масштабных коэффициентов K i.
На рисунке 12.2 показан фрагмент ЭКС с различными видами дрейфа изолинии (дыхательная волна типа синусоиды, экспонента, образующаяся при кратковременной потере контакта электрода с телом), и отсчетами ТР-сегмента, образующими ИССФ с двумя парами дополнительных отсчетов.
Рисунок 12.2 - Формирование ИССФ на ТР-сегменте в каждом цикле сердечных сокращений
|
|
|
Спектр такой последовательности отсчетов на ТР-сегменте, сформированной по описанным выше правилам для случая подавления первой и второй спектральных зон приведен на рисунке 12.3.
Рисунок 12.3 – Трансформированный спектр последовательности
отсчетов ТР-сегмента
Содержащиеся в нулевой спектральной зоне составляющие низкочастотной помехи могут быть выделены фильтром нижних частот и затем вычтены из предварительно задержанного на время запаздывания фильтра исходного сигнала. Этот процесс иллюстрируется рисунком 12.4.
Рисунок 12.4 – Устранение низкочастотной аддитивной помехи
Для практического применения ИССФ необходимо выявить связь амплитуд гармонических составляющих ИССФ с амплитудами гармонических составляющих исходной последовательности прямоугольных импульсов (ПППИ), то есть отсчетов U 0, взятых на ТР-сегменте в каждом цикле сердечных сокращений.
