Comparison of Digital Filters with Wavelet Multiresolution Filter for Electrogastrogram

Electrogastrography(EGG) is a noninvasive method for measuring gastric electrical activity on the abdomen resulting from gastric muscle. EGG signals have a very low frequency range (0.0083 ~0.15 Hz) and extremely low amplitude(10~100 uV). Consequently, EGG signal is easily influenced by other noises. Both finite impulse response(FIR) and infinite impulse response (IIR) filters need high orders or have phase distortions for passing very narrow bandwidth of the EGG signal. In this study, we decomposed EGG signals using a wavelet multiresolution method with Daubechies mother wavelet. The EGG signals were decomposed to seven levels. We reconstructed signal by summing the decomposed signals from level four to seven. To evaluate the performance of the wavelet multiresolution filter(WMF) with simulated EGG signal using two kinds of FIR and four kinds of IIR filters., we used two indices; signal to noise ratio(SNR) and reconstruction squared error(RSE). The SNR of WMF had 9.5, 6.9, and 4.7 dB bigger than that of the other filters at different noise levels, respectively. Also, The RSE of WMF had $1.22{\times}10^6, 1.16{\times}10^6, 1.02{\times}10^6$ smaller than that of the other filters at different noise levels, respectively. The WMF performed better in the SNR and RSE than two kinds of FIR and four kinds of IIR filters.

위전도 신호처리를 위한 웨이브렌 필터와 디지털 필터의 비교

위전도(EGG electrogastrography)는 비관혈적으로 복부에 전극을 부착하여 위에서 발생하는 위 근육의 전기적인 활동성(gastric electrical activity)을 측정하는 방법이다. 위전도 신호는 주파수가 매우 낮으며(0.0083~0.15 Hz) 진폭이 매우 작기(10~100 uV) 때문에 잡음의 영향을 많이 받게 된다. 이로 인해 FIR(finite impulse response) 필터나 IIR(infinite impulse response) 필터에서는 위전도 신호와 같이 0.1417 Hz의 좁은 대역폭을 가지는 신호를 필터링하기 위해서는 높은 차수로 인해 불안정해지거나 신호가 왜곡되는 경우가 발생한다. 그래서 본 연구에서는 Daubechies 모웨이브렛을 7단계로 확장한 웨이브렛 다단계 분해 필터를 사용하였으며 기존에 많이 사용되는 2종류의 FIR 필터, 4종류의 IIR 필터들을 신호대 잡음비(SNR : signal to noise ratio)과 재생신호 자승오차(RSE : reconstruction squared error) 등의 파라미터를 이용하여 시뮬레이션 위전도 신호를 이용하여 성능을 평가하였다. 정규분포임의잡음(normal distribution random noise)이 합성된 시뮬레이션 위전도 신호를 사용한 웨이브렛 다단계 분해 필터의 SNR은 비교대상이 된 필터들 중, 최고의 SNR에 비해 잡음의 레벨에 따라 각각 9.5, 6.9, 4.7 dB 더 좋은 성능을 보여주었다. RSE에서도 $1.22{\times}10^6, 1.16{\times}10^6, 1.02{\times}10^6$이 더 적은 에러를 보여주었다.