TRONG HEÄ THOÁNG PHAÂN TÍCH ECG
3.4 L OÏC NHIEÃU THÍCH NGH
3.4.1. Khái niệm về lọc nhiễu thích nghi :
Một mạch lọc thích nghi gồm 2 phần phân biệt : một mạch lọc số với các hệ số có thể chỉnh được, và một giải thuật thích nghi được dùng để điều chỉnh hoặc sửa đổi các hệ số của mạch lọc. Hai tính hiệu vào yk và xk , được đặt đồng thời vào mạch lọc thích nghi. Tín hiệu yk là tín hiệu bị nhiễu (gồm cả tín hiệu cần s , và nhiễu n , được giả sử là không liên quan với nhau) . Tín hiệu x là
một giá trị đo của tín hiệu bị nhiễu có tương quan theo một cách nào đó với nk. xk được xử lý bởi mạch lọc số để tạo ra một ước lượng nk, của nk. Một ước lượng của tín hiệu cần thiết có được bằng cách trừ tín hiệu bị nhiễu yk với tín hiệu ra của mạch lọc số nk :
sk = yk – nk = sk + nk – nk
Mục đích chính của việc triệt nhiễu là tạo ra một ước lượng tối ưu của tín hiệu nhiễu trong tín hiệu bị nhiễu và từ đó có một ước lượng tối ưu cho tín hiệu mong muốn. Điều này có được bằng cách dùng sk trong một vòng hồi tiếp (feedback arrangement) để chỉnh các hệ số của mạch lọc số, nhờ vào giải thuật lọc thích hợp, để tối thiểu hóa nhiễu trong sk. Tín hiệu ra sk , phục vụ hai mục đích : (i) như là một ước lượng của tín hiệu mong muốn và (ii ) như là một tín hiệu sai biệt (error) mà được dùng để chỉnh các hệ số của mạch lọc.
3.4.2. Lọc nhiễu nguồn AC 50Hz/60Hz
Nhiễu do dây nguồn xoay chiều gây ra ảnh hưởng nhiều đến việc suy diễn điện tâm đồ, nhất là trong phân tích ECG tự động. Đặc biệt nghiêm trọng ở chỗ tần số 50Hz của nguồn xoay chiều gần trùng với tần số của sóng phức hợp QRS có giá trị chuẩn đoán cao. Ngay cả khi sử dụng kỹ thuật đặc biệt để giảm thiểu nhiễu, nhiễu AC vẫn tồn tại do không thể điều chỉnh cân bằng tổng trở một cách tuyệt đối. Để giảm nhiễu AC người ta phải dùng đến các mạch lọc analog hoặc digital
Có thể chia các mạch lọc nhiễu AC thành 4 loại :
Các mạch lọc thông thấp : Các mạch lọc thông thấp analog hoặc digital loại bỏ thành phần nhiễu AC chứa hài bậc cao nhưng như vậy cũng loại bỏ các thành phần quan trọng trong tín hiệu ECG.
Các mạch lọc Notch : Các mạch lọc Notch là các mạch loại bỏ nhiễu AC bằng cách suy giảm mạnh biên độ cuả các tín hiệu nằm trong một phạm vi tần số rất hẹp nào đó. Các mạch lọc số đệ qui (IIR) và không đệ qui (FIR) có thể cài đặt làm mạch lọc Notch. Các mạch lọc IIR và các mạch lọc analog có tính chất không đáp ứng pha tuyến tính, do đó làm biến dạng tín hiệu. Để làm suy giảm mạnh biên độ nhiễu AC phải nới rộng bandwidth nhưng như vậy làm mất cả các tín hiệu mong muốn trên ECG.
Các mạch lọc thích nghi : Các mạch lọc thích nghi sử dụng một ngõ vào tham chiếu chính là nhiễu AC và lấy tín hiệu có nhiễu AC trừ đi tín hiệu ngõ ra của ngõ vào tham chiếu với một ước tính thích hợp về biên độ và pha (IE :
Incremental Estimation là một phương pháp lọc loại này và sử dụng 3 giá trị tín hiệu vào liên tiếp). Các mạch lọc này không làm biến dạng tín hiệu ECG. Các mạch lọc thích nghi đáp ứng được cả khi tần số nguồn xoay chiều thay đổi hoặc biên độ nhiễu thay đổi.
Các mạch lọc toàn cục : Trong loại mạch lọc này, người ta đưa ra bộ giá trị tham số nhiễu gồm tần số , biên độ và pha của nhiễu áp dụng trên toàn bộ đoạn tín hiệu ECG thu được. Bộ tham số này có thể được tính nhờ phân tích Biến đổi Fourier nhanh (FFT) . Có thể cho bộ giá trị ban đầu mặc định nào đó và điều chỉnh bộ tham số này sao cho sai số trung bình bình phương bé nhất (LMS). Các bộ lọc này cho kết quả không mong muốn nếu một trong 3 giá trị : tần số, biên độ hoặc pha bị biến đổi. Bộ lọc này không đáp ứng được yêu cầu thời gian thực.
Các yêu cầu quan trọng của bộ lọc nhiễu AC dùng trong phân tích ECG
Tính chọn lọc : Việc loại bỏ nhiễu nguồn không ảnh hưởng đến thành phần tín hiệu ECG có cùng tần số và tần số lân cận
Nhạy trên toàn bộ vùng tần số có thể có của AC gây nhiễu Áp dụng cho tần số lấy mẫu tùy ý.
Không làm hỏng tín hiệu có biên độ cao
Nhạy và tự điều chỉnh khi biên độ nguồn AC thay đổi nhanh hoặc chậm Có thể cài đặt xử lý thời gian thực
Khả năng đáp ứng các yêu cầu trên của các mạch lọc.
Theo tổng kết trên, không có giải thuật lọc nào đáp ứng tất cả các yêu cầu. Việc chọn tùy thuộc vào thứ tự ưu tiên của các yêu cầu trong quá trình xử lý tín hiệu
Lọc số nhiễu nguồn thích nghi :
Nếu nhiễu có dạng sóng sin : biên độ en của nhiễu có thể dựa trên biên độ en-1 và en-2 của nhiễu ở 2 thời điểm trước :
en = 2 en-1. cos (2 fi/fs ) - en-2
CHƯƠNG IV