Estudo comparativo da eficácia de remoção de ruído em sinais de eletrocardiograma utilizando diferentes filtros digitais

Abstract

Os sinais biomédicos são sinais que carregam informações que tem como origem os seres vivos. A análise destes sinais é importante para diversas áreas na Medicina, como a obtenção de diagnósticos com rigor e clareza. Um dos sinais mais importantes é o eletrocardiograma, que reproduz a atividade elétrica do coração. Este tipo de informação, no entanto, geralmente está corrompida por ruídos, que podem ter origem tanto interna (próprio corpo, outros sinais biomédicos) quanto externa (aparelhos eletrônicos, rede elétrica). Assim, faz-se necessário o uso de processos para remoção das partes indesejadas do sinal. O método mais utilizado é o processamento digital de sinais, que manipula a informação utilizando algoritmos específicos. Este trabalho trata de uma das etapas do processamento digital, chamada de filtragem. Múltiplos sinais de eletrocardiograma, vindos de um banco de dados público, são, primeiramente, corrompidos por um ruído simulados da rede elétrica e do próprio corpo dos indivíduos. Em seguida, os sinais são processados por diferentes tipos de filtros, sendo comparadas suas performances utilizando métricas de relação sinal-ruído e tensão pico a pico. O filtro que apresentou o melhor desempenho foi o Equiripple, ocasionando perdas de aproximadamente 16,44% na relação sinal-ruído e 17,05% na tensão pico-a-pico, em média.

Biosignals are signals that carry information that have living beings as the origin. Analysing these signals is important for many fields in Medicine, such as the obtention of diagnosis with clarity and accuracy. One of the most important biosignals is the electrocardiogram, since it shows the heart's electrical activity. This kind of information, however, is often corrupted by noises that originates internally (e.g., body movement, another biosignal) as well as externally (e.g., electronic devices, electrical grid). Therefore, it becomes necessary the use of specific procedures to remove the unwanted parts of the signal. The most used method is the digital signal processing, that manipulates signals applying specific algorithms. This paper illustrates the differences regarding several methods of filtering, one of the digital processing stages. Multiple electrocardiogram signals, from a public database, are firstly corrupted with simulated electrical grid and body movement noises. Posteriorly, these signals are processed by different kinds of filters, being compared with each other, using signal-to-noise ratio and peak-to-peak voltage metrics. The filter with the best performance was the Equiripple, causing 16,44% signal-to-noise ratio and 17,05% peak-to-peak voltage average losses.