High Frequency Noise Reduction in ECG using a Time-Varying Variable Cutoff Frequency Lowpass Filter

ECG signals are often contaminated with high-frequency noise such as muscle artifact, power line interference, and others. In the ECG signal processing, especially during a pre-processing stage, numerous noise removal techniques have been used to reduce these high-frequency noise without much distorting the original signal. This paper proposes a new type of digital filter with a continuously variable cutoff frequency to improve the signal quality This filter consists of a cutoff frequency controller (CFC) and variable cutoff frequency lowpass filter (VCF-LPF). From the noisy input ECG signal, CFC produces a cutoff frequency control signal using the signal slew rate. We implemented VCF-LPF based on two new filter design methods called convex combination filter (CCF) and weight interpolation fille. (WIF). These two methods allow us to change the cutoff frequency of a lowpass filter In an arbitrary fine step. VCF-LPF shows an excellent noise reduction capability for the entire time segment of ECG excluding the rising and falling edge of a very sharp QRS complex. We found VCF-LPF very useful and practical for better signal visualization and probably for better ECG interpretation. We expect this new digital filter will find its applications especially in a home health management system where the measured ECG signals are easily contaminated with high-frequency noises .

시변 가변차단주파수 저역통과필터를 이용한 심전도 고주파 잡음의 제거

심전도 신호에는 근 잡음과 전원잡음 둥의 잡음이 섞이는 경우가 많다. 이러한 잡음들은 심전도 신호의 주요 주파수 성분에 비하여 상대적으로 고주파 성분이지만 전체적으로 보면 주파수 스펙트럼이 중첩된다. 본 논문에서는 연속적으로 변하는 차단주파수를 가지는 시변 저역통과 디지털필터를 이용하여 원신호의 왜곡을 최소화하면서 잡음을 제거하는 신호처리 방법에 대하여 기술한다 이 필터는 차단주파수 제어기와 가변차단주파수 저역통과필터로 구성된다. 차단주파수 제어기는 잡음이 포함된 심전도 신호로부터 신호의 기울기를 이용하여 차단주파수 제어 신호를 생성한다. 가변차단주파수 저역통과필터의 구현을 위해서 본 논문에서는 컨벡스 조합 필터와 계수보간 필터로 불리는 새로운 두 가지 필터 설계방법을 제안하였으며, 이 두 가지 방법을 이용함으로써 저역통과필터의 차단주파수를 임의의 제한된 구간에서 연속적으로 변화시키는 것이 가능하였다. 고주파 잡음이 첨가된 심전도 신호에서 가변차단주파수 저역통과필터의 잡음 제거 능력이 우수함을 보였으며, 본 논문에서 제안된 가변차단주파수 저역퉁과필터는 심전도 신호의 전처리에 유용하게 사용되어질 것으로 판단된다. 특히, 제어된 환경이 아닌 일상생활 환경에서 심전도를 측정하는 재택건강관리 시스템에서 신호의 품질을 개선하는 데에 효과가 있을 것으로 기대한다.