기저선 변동 (Baseline Wander) (1)

기저선 변동 (Baseline Wander)

 

cardiac 기원이 없는 비트 형태학의 변화를 최소화하기 위해 기준선 배회의 제거가 필요하다. 이는 특히 "저주파" ST-T 세그먼트의 미세한 변화가 허혈 진단을 위해 분석될 때 중요하며, 예를 들어 스트레스 테스트동안 관찰될 수 있다. 기저선 변동의 주파수는 일반적으로 0.5 Hz 미만의 범위이다.

 

 

그러나 스트레스 테스트의 후반 단계동안 신체의 움직임이 증가하면 기저선 변동의 주파수가 더 증가한다. 전통적인 러닝머신 또는 에르고미터 스트레스 테스트를 수행할 수 없는 환자는 앉거나 손으로 에르고미터를 작동하거나 특수 조정 장치를 사용하여 여전히 스트레스 테스트를 수행할 수 있다. 이러한 경우 팔의 움직임과 관련된 기저선 변동은 심전도 신호를 심각하게 왜곡한다. 이러한 기저선 변동의 대역폭은 호흡 활동과 땀으로 인해 발생하는 대역폭보다 상당히 크다.

 

선형 시불변 필터링

 

선형 시불변 고역통과 필터의 설계는 몇 가지 고려 사항을 포함하며, 그 중 가장 중요한 것은 필터 차단 주파수 및 위상 응답 특성의 선택이다. 차단 주파수는 기저선 변동의 가능한 한 많이 제거되는 동안 심전도 신호의 임상 정보가 왜곡되지 않은 상태로 유지되도록 분명히 선택되어야 한다. 따라서 심전도 스펙트럼에서 가장 낮은 주파수 성분을 찾는 것이 필수적이다. 일반적으로 가장 느린 심박수는 이 특정 주파수 성분을 정의하는 데 고려된다. 서맥 동안 심박수는 약 40비트 / 분으로 떨어질 수 있으며, 이는 심전도에 포함된 가장 낮은 주파수가 약 0.67Hz라는 것을 의미한다. 심박수가 완벽하게 규칙적이지는 않지만 항상 한 비트에서 다음 비트로 변동하기 때문에 약간 더 낮은 차단 주파수, 약 Fc - 0.5Hz를 선택해야 한다. 너무 높은 차단 주파수를 사용하는 경우 고역통과 필터의 출력에는 심박수와 강한 상관 관계가 있는 원하지 않는 진동 성분이 포함된다.

 

 

다른 중요한 설계 고려 사항은 위상 응답의 특성 및 결과적으로 필터 구조의 선택과 관련이 있다. 선형 위상 필터링은 QRS 복합체의 지속 시간, ST-T 세그먼트 레벨 또는 T파의 끝점과 같은 심장 주기의 다양한 파동 특성을 변경하는 것을 방지하기 위해 매우 바람직하다. 임펄스 응답이 대칭 또는 역대칭인 경우, FIR 필터가 정확한 선형 위상 응답을 가질 수 있다는 것은 잘 알려져 있다. 반면, IIR 필터는 비선형 위상 응답으로 인한 신호 왜곡을 도입한다.

 

필터 차단 주파수 Fc를 0.5 Hz로 가정하고, 신호 Fs를 차단 주파수의 속도로 샘플링하면 250Hz가 된다.

 

 

따라서 기저선 변동 제거는 협대역 필터링 문제로 취급되어야 한다는 것을 설정하고, 즉 신호 스펙트럼의 일부만이 감쇠되어야 한다는 것이다. 비록 선형 위상 FIR, 고역통과 필터가 다양한 방식으로 설계될 수 있지만, 결과는 항상 매우 긴 임펄스 응답을 갖는 필터이다. 필터 설계에 대한 간단한 접근법은 출발점으로 이상적인 고역통과 필터를 선택하는 것이다.

 

 

여기서 ωc는 2πfc 해당 임펄스 응답의 길이가 무한하므로

 

 

절단 (truncation)은 다음과 같이 정의된 직사각형 window 함수에 h(n)을 곱하여 수행할 수 있다.

 

 

이러한 FIR 필터는 정지 대역 감쇄 (최소 20dB)와 전이 대역 폭 사이의 합리적인 상충 관계를 달성하기 위해 대략 1150의 차수 2L + 1을 가져야 한다. 임펄스 응답의 대칭성을 이용하여 필터 내 곱셈의 수를 줄일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 상당한 수의 곱셈이 필요하다. 예를 들어, 차수가 낮은 필터 (400)의 사용은 정지 대역에서 감쇄를 거의 제공하지 않는다.

 

선형 위상 특성을 보존하면서 필터 복잡성의 상기 문제를 극적으로 감소시킬 수 있는 다수의 기술이 존재한다. 이러한 기술은 순방향-후방향 IIR 필터링, FIR 필터에 zeros의 삽입 및 샘플링 레이트 변경을 포함한다.