حذف نویز از سیگنال ECGتوسط فیلتر کالمن

ایران اُنا/ ناصر صفدریان:

روند رو به رشد تکنیک های مانیتورینگ ECG و سرپایی و غیرتهاجمی تر کردن آنها به طور کلی به بهای کاهش کیفیت سیگنال تمام می شود.

برای ارتقای این کیفیت، می توان کمپلکس های ECGمتوالی ناشی از ضربان قلب را با استفاده از خاصیت شبه تناوبی بودن ECGمیانگین گیری کرد.

اما این میانگین گیری مستلزم مبادله ای بین بهبود نسبت سیگنال به نویز (SNR) و اتلاف دینامیک سیگنال های فیزیولوژیکی دارای ارتباط بالینی است.

با استفاده از چارچوب بیز، یک فیلتر میانگین گیر متوالی ایجاد می شود که در اصل، به صورت تطبیقی تعداد کمپلکس های دخیل در میانگین گیری را براساس ویژگی های سیگنال ECGتغییر می دهد.

تخمین تطبیقیِ کوواریانس های نویز فرایند و اندازه گیری، به ترتیب  از طریق بیشینه سازی تابع شاهد بیز مربوط به  برآورد ECGمتوالی و با استفاده از همبستگی فضایی بین چند سیگنال ECGکه به صورت همزمان ثبت شده اند، انجام می شود.

از این رو، برآوردهای بدست آمده از کوواریانس نویز، فیلتر را قادر می سازند تا هنگامی که داده های تازه وارد شده دارای تغییرات مورفولوژیکی هستند، وزن بیشتری به آنها تخصیص دهد و در صورت عدم تغییر مورفولوژیکی این وزن را کاهش دهد.

این فیلتر با اِعمال آن در طیف وسیعی از سیگنال های ECGمورد ارزیابی قرار می گیرد.

برای ارزیابی ارتباط برآورد کوواریانس نویز تطبیقی، عملکرد فیلتر با یک فیلتر کالمن با یک کوواریانس نویز پیشین ثابت مقایسه می شود.

این مقایسه نشان می دهد که بدون استفاده از دانش پیشین در مورد ویژگی های سیگنال، فیلتر دارای تخمین نویز تطبیقی مشابه با فیلتر دارای کوواریانس نویز ثابت عمل می کند.

در صورتی که هیچ اطلاعات قبلی وجود نداشته باشد یا در صورتیکه ویژگی های سیگنال نوسان داشته باشد، این عملکرد به نفع فیلتر تطبیقی است.