Борьба с импульсными помехами

Эти типы помех сосредоточены во времени и носят, как правило, характер нерегулярных выбросов различной амплитуды и длительности. Они особенно опасны при регистрации таких процессов, как ЭКГ, ПД, ПСП.

С целью уменьшения артефактных помех, вызванных движением биообъекта, применяют специальные электроды, электропроводящие пасты и помехоустойчивые методы отведения биопотенциалов (см. гл. 3). Для эффективной борьбы с артефактными помехами используют УБП с очень высоким входным сопротивлением, достигающим десятки и сотни Мом, применяют различные импульсные компенсаторы. На рис. 9.14 изображена схема компенсации импульсных помех. Принцип работы этого компенсатора основан на разложении импульсной артефактной помехи NJt) в ряд Фурье по гармоническим составляющим с последующим вычитанием сформированного импульса N_a из смеси сигнала и помехи, задержанной во времени на интервал Т. (На схеме а_к, Ь_к — коэффициенты разложения в ряд Фурье.).

Рис. 9.14.

Импульсные биосигналы выделяются методами амплитудной и временной селекции. На рис. 9.15 в качестве примера изображена схема амплитудно-временного селектора, предназначенного для выделения комплекса QRS в электрокардиограмме. Входной зашумленный сигнал ЭКГ (рис. 9.16, а) поступает на амплитудный селектор, который осуществляет фильтрацию и выделение сигнала зубца R, превышающего заданный порог U_n. На выходе селектора формируется импульс 2 определенной длительности At, определяющий необходимую задержку сигнала ЭКГ во времени. Этот импульс в дальнейшем используется для генерации стробирующего импульса 3, длительность которого т (рис. 9.16, в) задается исходя из требуемой ширины «временного окна». Стробирующий импульс поступает на ключ, на второй вход которого подается задержанный на At сигнал ЭКГ. Ключ работает в режиме «И», т. е. пропускает сигнал только в течение действия стробирующего импульса. В результате на выход поступает только та часть входного сигнала, которая попадает в заданное «временное окно». Остальная часть, включая помехи, вырезается, причем чем уже «окно», тем более эффективно выделяется сигнал из помех. Однако ширину «временного окна» нельзя делать меньше длительности выделяемого сигнала, поскольку это приведет к сш обрезанию (рис. 9.16, в). Кроме того, на практике все биосигналы в той или иной мере подвержены случайным изменениям во времени, поэтому при фиксированной длительности т сигнал вообще может выйти за пределы «окна». Следует также иметь в виду, что помеха, попадающая во «временное окно», также пройдет на выход. В этой связи на практике обычно применяют адаптивные амплитудно-временные селекторы.

Структурная схема формирования адаптивного окна, меняющего свое положение и ширину в зависимости от вероятностных характеристик сигнала и помех, изображена на рис. 9.17. Обнаружитель сигнала ОС определяет наличие зубца R во входной смеси сигнала и помех. Для этого весь интервал анализа Т разбивается на отдельные участки АТ, в каждом из которых осуществляется статистический анализ принятых данных, и на основании определенного критерия принимается решение о наличии или отсутствии зубца R. При обнаружении на некотором интервале п это значение (п) вводится в микропроцессорное устройство МкП и в дальнейшем используется для вычисления последующего положения «временного окна», алгоритм вычисления очередного значения положения которого представляется обычно следующим реккурентным соотношением:

где Т (п) — значение положения «временного окна» на п-м шаге; ДТ (п) — приращение измеряемого параметра за время анализа Т (скорость изменения положения «временного окна»); е («) — ошибка экстраполяции на и-м шаге; А, — коэффициент, определяющий скорость адаптации. Ширина «временного окна» т задается схемой формирования стробирующего импульса СС, управляемой МкП.

Рис. 9.15.

Вычисленное значение Т (п) используется в качестве управляющего сигнала для схем задержки СЗ и стробирования СС, формирующих соответствующие параметры «временного окна».

Назначение дискриминатора Д — выработка цифрового кода, пропорционального отклонению е принятого истинного значения положения комплекса QRS от измеренного ранее. Существуют и другие схемы амплитудной и временной селекции, рассмотренные в литературе [27, 35, 128, 130].

Рис. 9.17.