生物电信号的滤波方法

生物电信号（如 ECG、EEG、EMG）滤波的核心是：先按频率分频段滤除固定噪声（基线漂移、工频、高频干扰），再用自适应 / 时频方法处理复杂伪迹，最后保留信号关键特征。下面按传统线性滤波、自适应滤波、时频分析、现代智能方法四类完整说明。

一、常见噪声与典型滤波目标

生物电信号主要干扰：

• 基线漂移：< 0.5 Hz（呼吸、肢体移动、电极极化）
• 工频干扰：50/60 Hz（市电）
• 肌电干扰（EMG）：20–500 Hz（肌肉颤动）
• 眼电伪迹（EOG）：0.1–10 Hz（眨眼、眼球运动）
• 高频噪声：> 100 Hz（电子噪声）

典型信号频段（参考）：

• ECG：0.5–100 Hz（临床常用 0.7–40 Hz）
• EEG：0.5–70 Hz（δ:0.5–4, θ:4–8, α:8–13, β:13–30 Hz）
• EMG：20–500 Hz

二、传统线性滤波（最常用）

1. 按频率特性分类

（1）高通滤波（High-pass）

• 作用：滤除低频基线漂移、直流偏移
• 典型参数：
• ECG：0.5–0.7 Hz
• EEG：0.1–0.5 Hz
• 常用：Butterworth、Chebyshev IIR（阶数 2–4）

（2）低通滤波（Low-pass）

• 作用：滤除高频噪声、肌电干扰
• 典型参数：
• ECG：35–40 Hz
• EEG：30–70 Hz
• 常用：FIR（线性相位，保波形）、Butterworth IIR

（3）带通滤波（Band-pass）

• 作用：同时滤高低频，保留目标频段
• 典型：ECG 0.7–40 Hz、EEG 0.5–30 Hz
• 结构：高通 + 低通 级联

（4）陷波滤波（Notch / Band-stop）

• 作用：精准滤除 50/60 Hz 工频
• 参数：中心 50 Hz，带宽 ±1–2 Hz
• 常用：IIR 陷波、自适应陷波（跟踪频率漂移）