Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering (한국정보통신학회논문지)

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ECG Baseline Wandering Removing Algorithm using Slope analysis and Curve Point Detection

기울기 분석과 굴곡점 검출을 이용한 ECG 기저선 잡음 제거 알고리즘

  • Received : 2010.04.08
  • Accepted : 2010.04.30
  • Published : 2010.09.30
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Abstract

The noise component of electrocardiogram is not distributed in a certain frequency band. It is expressed in various types of signals by rater's physical and environmental conditions. Particularly, since the baseline wander is occurred by the mixture of the original signal and 0 ~ 2 [Hz] range of the frequency components according to muscle constraction of part attaching to an electrode and respiration rythm, it makes the ECG signal analysis difficult. Several methods have been proposed to eliminate the wandering effectually. However, they have some problems. In some methods, the high processing time is required due to the computational complexity, while in other cases ECG signal morphology can be distorted. This paper suggests a simple and effective algorithm that eliminates baseline wander with low computational complexity and without distorting signal morphology. First, the algorithm detects and segments a baseline wandering interval using slope analysis and curve point detection, second, approximates the wandering in the interval as a sinusoid, and then subtracts the sinusoid from signal. Finally, ecg signals without baseline wander are obtained. In order to evaluate the performance of the algorithm, several ECG signals with baseline wandering in MIT/BIH ECG database 101, 111, 113, 234 record were chosen and applied to the algorithm. It is found that the algorithm removes baseline wanders effectively without significant morphological distortion.

심전도의 잡음 성분은 일정한 주파수대역에 분포하지 않고 측정자의 신체 및 환경조건에 따라서 다양한 형태의 신호로 나타난다. 특히 기저선 변동 잡음은 전극을 부착한 부위의 근육수축과 호흡의 리듬에 따라 0 ~ 2[Hz] 범위의 주파수 성분이 원 신호에 섞여 발생하기 때문에 신호를 분석하는 데 많은 어려움이 있다. 기저선 변동을 제거하기 위한 여러 방법들이 제안되어 왔으나 기존의 방법들은 많은 연산량으로 인한 처리시간이 길어지고 원 신호 성분을 왜곡시키는 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 원신호의 변형을 줄이고 계산량의 복잡도를 최소화하는 효과적인 기저선 변동 제거 방법을 제안한다. 이는 신호의 기울기를 분석하여 기저선 변동 구간 및 굴곡점을 검출하고, 검출된 구간의 최소값에서 최대값까지를 근사화하여 원 신호에서 이를 감산함으로써 기저선 변동 곡선을 제거하는 방법이다. 제안된 알고리즘의 성능 평가를 위해 MIT-BIH 데이터베이스 101번, 111번, 113번, 234번 레코드 중 기저선이 변동된 신호를 대상으로 0~2[Hz]와 2~40[Hz]의 주파수 대역에서의 평균자승오차를 각각 비교하였다. 실험결과 제안된 방법은 원신호의 왜곡과 계산량의 복잡도를 최소화하여 효과적으로 기저선 변동을 제거하였다.

Keywords

References

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