基于EMD算法的心电信号基线漂移去除方法研究
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育厅质量工程项 目“医用 仪器示范实习实训 中心建设 ”（２０１１１３１） 作者 简介 ：张喜红 （１９８３一 ），男 ，山西朔 州人 ，硕士 ，亳州职业技术学 院讲师 ，技师 ，研 究方 向为生物 医学工程 。
· ９８ ·
张喜 红 ，等 ：基 于 ＥＭＤ 算法 的心 电信号基 线 漂移 去 除方 法研 究
一 ， 它是 人 体 呼 吸 波 动 和 电 极 运 动 引 起 的 低 频 干
２
》
扰 ，其 频 率 通 常 小 于 ５ Ｈｚ。 因心 电 信 号 自身 包 含
毒 。
较多有用 的低 频信号 ，心 电信 号 因基线 漂移 的存 在 将会 淹 没 其 有 用 的 信 息 ，一 定 程 度 上 影 响 了 诊
匿王
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年 提 出的一 种信 号 处 理 分 解 算 法 ，主 要 适 用 于非 平 中于 ＥＭＤ分解残余项 。综合考虑 ，进行经验模态的
稳信号的分解处理。人体生理信号多具有非平稳信 ７层 分 解后 ，将 基 线 漂 移 所 在 残 余 项 去 除 。这 样 既
号 的特征 ，生 物 医学 工 程 研 究 人 员 对 此算 法 给予 了 可有效 去 除基线 漂 移 ，又 不影 响后 续滤 波处 理 ，且算
一 ５ ０
２
４
６
时 间，ｓ
高 信 噪 比原 始 心 电信号 ３］。 图 １所示 为原始 心 电信
图 ２ 仿 真 心 电信 号
号 。图 ２所 示 为仿 真 心 电信 号 。在 Ｍａｔｌａｂ中 ，通 过 式 （１），构建在采集环境相对恶劣 、采集设备抗 噪声 能力较差情况下的仿真心电信号 ：
一 ２
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２
４
６
断 的准 确 性 Ｊ。基 于 以上 客 观 背 景 ，在 Ｍａｔｌａｂ平
时 间 ，ｓ
台下 研究 采 用 经 验 模 态 分 解 的 方 法 ，解 决 基 线 漂 移 时 的相 关 问题 。
１ 材 料 及 方 法
５
净
毒０
图 １ 原 始 心 电信 号
１．１ 材 料 实验 中 ，首 先 在 ＭＩＴ—ＢＩＨ 数 据 库 中截 取 一 段
式 中 ： （ｎ）—— 截 取 的原始 心 电信 号 ； ｇ（ｔ）—— 高斯 白噪声 ，模 拟 肌 电干扰 ； ０．２ ｓｉｎ（１００ ７ｒｔ）— — 模 拟 ５Ｏ Ｈｚ的工 频 噪
声 ，其 幅度 为 ０．２； ０．４ ｓｉｎ（７ｒｔ）—— 模拟 基 线 漂 移 干扰 ，其 幅度
为 ０．４； Ｙ（／７，）—— 仿真 信号 输 出 。
改进基线 漂移 的去除方法。借助 Ｍａｔｌａｂ的工具箱 ，对 ＭＩＴ—ＢＩＨ心律失 常数据库 中较为洁净 的心 电数 据段 ，人 为叠
加心 电常见 噪声信 号以产生实验仿真信号 ，将所构建 的仿真信号经 ＥＭＤ（经验模态分解 ）分解后 ，将分解所得 的残余
项去 除 ，从而实现心 电信号 的基线漂 移去除。对 比不 同分解层数下基线 漂移去 除的效果 ，可看 到 ＥＭＤ层数越 大 ，残
心 电信 号 滤 波 方 面 的 相 关 理 论 是 医 用 电子 仪
０．４ｓｉｎ（丌 ）＋ｇ（ｔ）
（１）
器专 业 学 生 的必 修 理 论 ，为 了 更 好 地 培 养 学 生 本 领域 的相 关 技 能 及 知 识 ，毫 州 职 业 技 术 学 院 在 安 徽 省 医 电省 级 特色 与 省 级 实 习实 训 示 范 中心 两 大 项 目建 设 过 程 中 ，自主 研 发 了 开 放 式 心 电 示 教 实 验 实训 平 台 ¨Ｊ。在 心 电 信 号 采 集 过 程 中 ，难 免 会 混入 常见 的 多 种 噪 声 信 号 ，因 此 在 分 析 心 电信 号 时 需对 采 集 的心 电信 号 进 行 各 种 滤 波 处 理 。基 线 漂移是心 电信号采集过程 中最 常见 的噪声 信号之
余项所在层 的基线 漂移特征越加明显 。最后对数据库 中受 到严 重基线 漂移干扰 的 １０９号心 电数 据段进行 基线漂移
去除 ，验证本方法 的可行性 。
关键 词 ：经验模态分解 ；基线漂移 ；心电信号
中 图 分 类wk.baidu.com号 ：ＴＰ３９１
文 献标 识码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１６７３—１９８０（２０１６）０２—００９８—０３
较多 关注 。ＥＭＤ算 法 的 主要 过 程 就 是 从 复 杂 的 法效率 适 中 。
非平稳信号中分解并提取本征模态 函数 （ＩＭＦ），所
提取 的本 征模 态 函数 （ＩＭＦ）的定 义是 必 须满 足 ２个
条 件 ：（１）在 整个 数 据序 列 集 中 ，含 有 相 同数 量 的极 值 点 与过 零 点 ，或 者 相 差 的 个 数 应 为 ０个 或 １个 ； （２）在每个时 间点 ，由信 号序列局部极大值所形 成 的包 络 和 由信号 序列 局部 极小 值所 形成 的包 络 均值 必须为零 。ＥＭＤ分解是通过 ３次样条插值 ，将信号 变换 为式 （２）所 示 的形式 ］：
第 １８卷 第 ２期
重 庆科 技学 院学 报 （自然科 学 版 ）
２０１６年 ４月
基 于 ＥＭＤ算 法 的 心 电信 号基 线 漂 移 去 除 方 法研 究
张喜红 王 玉香 （亳 州职 业技 术 学 院 ，安 徽 亳 州 ２３６８００）
摘 要 ：采用 经验模态分解 的方法 ，解 决心电信号基线漂移时 的最 优分解层 数问题 ，通过合 理选择 ＥＭＤ分解层 数来
Ｙ（ ）＝ （ｎ）＋０．２ｓｉｎ（１００ａｘｔ）＋
１．２ 方法 １．２．１ ＥＭＤ基 本理 论
ＥＭＤ即经 验模 态分 解 ，是 由 Ｈｕａｎｇ等人 在 １９９８
收 稿 日期 ：２０１５—０９—２８ 基金项 目：２０１０年度 安徽省教育厅省级质量工程项 目“医用 电子仪 器与 维护特 色专业 建设 ”（２０１０１４５９）；２０１１年 度安徽 省教
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张喜 红 ，等 ：基 于 ＥＭＤ 算法 的心 电信号基 线 漂移 去 除方 法研 究
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扰 ，其 频 率 通 常 小 于 ５ Ｈｚ。 因心 电 信 号 自身 包 含
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年 提 出的一 种信 号 处 理 分 解 算 法 ，主 要 适 用 于非 平 中于 ＥＭＤ分解残余项 。综合考虑 ，进行经验模态的
稳信号的分解处理。人体生理信号多具有非平稳信 ７层 分 解后 ，将 基 线 漂 移 所 在 残 余 项 去 除 。这 样 既
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高 信 噪 比原 始 心 电信号 ３］。 图 １所示 为原始 心 电信
图 ２ 仿 真 心 电信 号
号 。图 ２所 示 为仿 真 心 电信 号 。在 Ｍａｔｌａｂ中 ，通 过 式 （１），构建在采集环境相对恶劣 、采集设备抗 噪声 能力较差情况下的仿真心电信号 ：
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１ 材 料 及 方 法
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图 １ 原 始 心 电信 号
１．１ 材 料 实验 中 ，首 先 在 ＭＩＴ—ＢＩＨ 数 据 库 中截 取 一 段
式 中 ： （ｎ）—— 截 取 的原始 心 电信 号 ； ｇ（ｔ）—— 高斯 白噪声 ，模 拟 肌 电干扰 ； ０．２ ｓｉｎ（１００ ７ｒｔ）— — 模 拟 ５Ｏ Ｈｚ的工 频 噪
声 ，其 幅度 为 ０．２； ０．４ ｓｉｎ（７ｒｔ）—— 模拟 基 线 漂 移 干扰 ，其 幅度
为 ０．４； Ｙ（／７，）—— 仿真 信号 输 出 。
改进基线 漂移 的去除方法。借助 Ｍａｔｌａｂ的工具箱 ，对 ＭＩＴ—ＢＩＨ心律失 常数据库 中较为洁净 的心 电数 据段 ，人 为叠
加心 电常见 噪声信 号以产生实验仿真信号 ，将所构建 的仿真信号经 ＥＭＤ（经验模态分解 ）分解后 ，将分解所得 的残余
项去 除 ，从而实现心 电信号 的基线漂 移去除。对 比不 同分解层数下基线 漂移去 除的效果 ，可看 到 ＥＭＤ层数越 大 ，残
心 电信 号 滤 波 方 面 的 相 关 理 论 是 医 用 电子 仪
０．４ｓｉｎ（丌 ）＋ｇ（ｔ）
（１）
器专 业 学 生 的必 修 理 论 ，为 了 更 好 地 培 养 学 生 本 领域 的相 关 技 能 及 知 识 ，毫 州 职 业 技 术 学 院 在 安 徽 省 医 电省 级 特色 与 省 级 实 习实 训 示 范 中心 两 大 项 目建 设 过 程 中 ，自主 研 发 了 开 放 式 心 电 示 教 实 验 实训 平 台 ¨Ｊ。在 心 电 信 号 采 集 过 程 中 ，难 免 会 混入 常见 的 多 种 噪 声 信 号 ，因 此 在 分 析 心 电信 号 时 需对 采 集 的心 电信 号 进 行 各 种 滤 波 处 理 。基 线 漂移是心 电信号采集过程 中最 常见 的噪声 信号之
余项所在层 的基线 漂移特征越加明显 。最后对数据库 中受 到严 重基线 漂移干扰 的 １０９号心 电数 据段进行 基线漂移
去除 ，验证本方法 的可行性 。
关键 词 ：经验模态分解 ；基线漂移 ；心电信号
中 图 分 类wk.baidu.com号 ：ＴＰ３９１
文 献标 识码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１６７３—１９８０（２０１６）０２—００９８—０３
较多 关注 。ＥＭＤ算 法 的 主要 过 程 就 是 从 复 杂 的 法效率 适 中 。
非平稳信号中分解并提取本征模态 函数 （ＩＭＦ），所
提取 的本 征模 态 函数 （ＩＭＦ）的定 义是 必 须满 足 ２个
条 件 ：（１）在 整个 数 据序 列 集 中 ，含 有 相 同数 量 的极 值 点 与过 零 点 ，或 者 相 差 的 个 数 应 为 ０个 或 １个 ； （２）在每个时 间点 ，由信 号序列局部极大值所形 成 的包 络 和 由信号 序列 局部 极小 值所 形成 的包 络 均值 必须为零 。ＥＭＤ分解是通过 ３次样条插值 ，将信号 变换 为式 （２）所 示 的形式 ］：
第 １８卷 第 ２期
重 庆科 技学 院学 报 （自然科 学 版 ）
２０１６年 ４月
基 于 ＥＭＤ算 法 的 心 电信 号基 线 漂 移 去 除 方 法研 究
张喜红 王 玉香 （亳 州职 业技 术 学 院 ，安 徽 亳 州 ２３６８００）
摘 要 ：采用 经验模态分解 的方法 ，解 决心电信号基线漂移时 的最 优分解层 数问题 ，通过合 理选择 ＥＭＤ分解层 数来
Ｙ（ ）＝ （ｎ）＋０．２ｓｉｎ（１００ａｘｔ）＋
１．２ 方法 １．２．１ ＥＭＤ基 本理 论
ＥＭＤ即经 验模 态分 解 ，是 由 Ｈｕａｎｇ等人 在 １９９８
收 稿 日期 ：２０１５—０９—２８ 基金项 目：２０１０年度 安徽省教育厅省级质量工程项 目“医用 电子仪 器与 维护特 色专业 建设 ”（２０１０１４５９）；２０１１年 度安徽 省教