مقاله حذف نویز سیگنال ECG مبتنی بر تبدیل ویولت گسسته

بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

حذف نويز سيگنال ECG مبتني بر تبديل ويولت گسسته
چکيده –سيگنال الکتروکارديوگراف ECG اکثرًا براي تشخيص بيماريهاي قلبي استفاده مي شود. مشکل رايج در ثبت سيگنال قلبي ، نويز و حتي حرکات بدن و چشم مي باشد که باعث ايجاد خطا در ثبت سيگنال يا تحليل آن مي شود. نويز يا آرتيفکت مي تواند کاربرد سيگنال الکتروکارديوگرام را محدود کرده و لازم است که اثر آن حذف شود. در اين مقاله از تبديل ويولت گسسته براي حذف يا کاهش نويز سيگنال ECG استفاده مي شود. تبديل ويولت به عنوان روش تحليل زمان -فرکانسي بسيار کارا مي با شد که تبديل ويولت براي افزايش نسبت سيگنال به نويز به عنوان روشي موثر در کارايي اين روش مي باشد. در اين مقاله از عملگر ويولت در٤ سطح تجزيه استفاده شده است و براي بررسي کارايي ، اين تئوري بر روي سيگنال ECG همراه با نويز اعمال شده و نتايج قابل قبولي حاصل شده است .
کليد واژه- تبديل ويولت گسسته ، دي-نويز کردن، سيگنال ECG ،

١- مقدمه
ثبت فعاليت الکتريکي قلب به عنوان سيگنال الکتروکارديوگرام (ECG) شناخته مي شود و به عنوان ابزاري ارزشمند در تشخيص بيماريهاي قلبي مورد استفاده قرار مي گيرد[١]. سيگنال ECG با دريافت و تقويت تغييرات الکتريکي کوچکي که بر روي پوست در هر عمل دپلاريزاسيون ماهيچه قلبي ايجاد مي شود، کار مي کند. اختلاف پتانسيل ثبت شده بين دو الکترود که روي سطح پوست قرارداده شدهاند، به الکتروکارديوگرام (ECG) سطحي معروف است . ديپلاريزاسيون١. ری پلاريزاسيون هاي دهليزي و بطني متوالي که در هر دوره قلبي اتفاق مي افتد، قله و درههايي در يک سيکل منفرد سيگنال ECG طبيعي ايجاد مي کند. اين قله ها و درهها با حروف T,S,R,Q,P نام گذاري مي شوند.
بدين منظور براي کسب سيگنال ECG از سايت
www.physionet.com استفاده شده است که سيگنال مورد نظر داراي ٣١٠ نمونه مي باشد. انواع آرتيفکت ها رفتاري مشابه سيگنال اصلي خواهند داشت ، بنابراين ، به اجزاي اصلي سيگنال کاملاً متصل شده و فيلترينگ آن را با مشکل مواجه خواهد کرد[٢].
بيشترين منبع نويز هنگام ثبت سيگنال ECG، سيگنال EMG مي باشد که حذف آن توسط روشهاي رايج فيلترينگ مشکل مي باشد. انواع روشهاي حذف سيگنالهاي نويزي توسط نورو-فازي٣، شبکه عصبي و آناليز زمان -فرکانس و ... صورت مي گيرد. سيگنال دي- نويز شده مي تواند توسط ضرايب تبديل ويولت بازسازي شود[١]. اين نوع تبديل براي استخراج ويژگي در ساختار شبکه عصبي براي محاسبه مدل کارا و موثر براي تشخيص سيگنالهاي حياتي استفاده مي شود.
تبديل ويولت ، در پردازش سيگنالهاي بيولوژيکي کاربرد دارد، از جمله دينويز کردن و تشخيص پيکQRS سيگنال ECG [٣]. با تبديل ويولت زمان گسسته استاندارد، سيگنال سايزي مشابه با سيگنال اصلي دارد و به عنوان تبديل غير تکراري محسوب مي - شود. تبديل ويولت DWT استاندارد از طريق ساختار فيلتربانکي بازگشتي FIR قابل پيادهسازي مي باشد و خاصيت مهم چند رزولوشني ، اين امکان را فراهم مي - کند که روند تحليل سيگنالهاي مختلف در سطوح رزولوشن متعدد صورت گيرد.
تحقيقات گسترده با موفقيت توانسته است مزاياي DWT را براي دي-نويز کردن و فشرده سازي سيگنال در زمينه هاي مختلف اثبات کند[٤].
در اين مقاله برآنيم تا از تبديل ويولت زمان گسسته براي عمل دي نويزينگ سيگنال ECG استفاده کرده و تاثير آن را مورد تحليل قرار دهيم . لازم است ذکر شود که در راستاي پيادهسازي اين طرح از برنامه نرم- افزاري مطلب ورژن ٢٠٠٨ استفاده شده است .

٢- روش پيشنهادي
بيان گرديده شد که سيگنال ECG به آساني توسط نويز رندوم ناهمبسته با سيگنال هاي ECG، از قبيل سيگنال EMG و baseline منحرف شده که با منبع نويز تصادفي تقريب زده مي شود، قابل ترکيب مي باشد. در حالت کلي ، فرايند نرمسازي قابليت حذف فرکانس بالا و نگهداشتن فرکانس هاس پايين را دارد در حاليکه عمل دي-نويزينگ سعي در حذف نويز ايجاد شده در سيگنال، صرفنظر از محتواي طيفي سيگنال نويزگونه را دارد. براي ايجاد مدل نويزگونه سيگنال براي شبيه سازي عمل دي-نويزينگ يک بعدي، نويز رندوم جمع شونده به سيگنال ECG اضافه شده است .
xnsngn
که در اين فرمول سيگنال اصلي و به عنوان نويز رندوم و در نهايت سيگنال سيگنال نويزگونه مي باشد.
تجزيه سيگنال نويزگونه از طريق تبديل ويولت : استفاده از تبديل ويولت زمان گسسته توسط ويولت مادر، باعث مي شود سيگنال نويزي در سطح تجزيه ٤، تجزيه شود.
استراتژي انقباض :
آستانه گذاري استاندارد ضرايب ويولت از طريق عملگر "hard " و "soft" در شکل ٢.١ نشان داده شده است .

الف : تابع آستانه گذاري hard :

ب: تابع آستانه گذاري soft:

لازم به ذکر است که آستانه گذاري soft، آرتيفکت کمتري را نمايش مي دهد و صافي را در سيگنال حفظ مي کند. بنابراين انتخاب مقدار آستانه مناسب براي عمل دي نويزينگ ، به عنوان موضوعي بسيار مهم در استفاده از تبديل ويولت مطرح گرديده است .
مقدار آستانه طبق فرمول ارائه شده، قابل محاسبه مي باشد:

انواع ديگري از آستانه گذاري که تابع آستانه بهينه براي کاربردهاي خاص مي باشد، وجود دارد و ضرايب ويولت بين آستانه hard و soft تحت پخش و توزيع نويز قرار دارد. بايد در نظر داشت که ويولت برپايه دي- نويزينگ باسرعت بالا اجراشده و فضايي براي ذخيره- سازي تبديل ويولت تخمين زده شده است . در اين تبديل ، سيگنال ورودي از فيلتر بالاگذر و پايين گذر عبور کرده و مجموعه داده فيلتر بالاگذر، ضرايب جزئي در سطح ١ و مجموعه داده فيلتر پايين گذر بصورت تقريبي از ضرايب در سطح ١ است [٥] در شکل ٢.٢ ساختار تجزيه ٤ توسط تبديل ويولت ارائه شده است :

شکل ٢.٢: ساختار تجزيه ويولت
براي ساخت مجدد سيگنال ECG دي نويز شده، بايستي از تبديل معکوس ويولت زمان گسسته ٥ استفاده کرد.
DWT استاندارد با استفاده از تابع ”wavedec “
و ”waverec“ و بسته ويولت ٦در نرمافزار متلب قادر به پيادهسازي مي باشد.
٢-١- پارامترهاي موثر