ارزيابي تطبيقي روش‌هاي حذف نويز از سيگنال الكتروكارديوگرام مبتني بر تبديل موجك

ECG ارائه شده‌اند، مطالعات پيشين معمولاً هر روش را تحت شرايط آزمايشي متفاوتي (پايگاه داده، نوع و شدت نويز، معيارهاي ارزيابي) بررسي كرده‌اند كه مقايسه مستقيم نتايج آن‌ها را دشوار مي‌سازد. هدف اين پايان‌نامه، ارائه يك ارزيابي تطبيقي و كنترل‌شده ميان چهار روش حذف نويز است: آستانه‌گذاري موجك ساده (DWT)، تركيب تجزيه به مدهاي ذاتي با آستانه‌گذاري موجك (EMD-DWT)، تركيب تجزيه به مدهاي تغييراتي با آستانه‌گذاري موجك (VMD-DWT)، و روش ميانگين غيرموضعي (NLM) به‌عنوان روش مرجع. اين چهار روش، تحت شرايط كاملاً يكسان -‎- شامل پايگاه داده آريتمي MIT-BIH، نويز گوسي افزايشي با دو مقدار واريانس، و معيارهاي ارزيابي مشترك -‎- بر روي نوزده سيگنال واقعي مقايسه شدند. پياده‌سازي و اعتبارسنجي كامل اين آزمايش در نرم‌افزار MATLAB انجام شد. نتايج نشان مي‌دهد كه روش VMD-DWT به‌طور معنادار و پايدار بهتر از EMD-DWT عمل مي‌كند (به‌طور ميانگين 33/1 دسي‌بل بهبود در نسبت سيگنال به نويز، با معناداري آماري بسيار بالا)، و عملكردي نزديك به روش NLM ساده‌تر از خود نشان مي‌دهد. همچنين مشخص شد كه هر دو روش تجزيه (EMD و VMD) نسبت به آستانه‌گذاري ساده موجك، بهبود معناداري ايجاد مي‌كنند، اما ميزان اين بهبود براي VMD به‌مراتب بيشتر است. بهترين پيكربندي يافت‌شده در اين پژوهش، تركيب VMD-DWT با موجك سيملت-4 در سطح تجزيه سوم بود. ارزيابي كمّي حفظ دامنه مجموعه QRS نيز نشان داد كه اين رتبه‌بندي، به قيمت از دست رفتن جزئيات مورفولوژيك تشخيصي مهم تمام نشده است. يافته‌هاي اين پژوهش، راهنمايي عملي و مبتني بر شواهد براي انتخاب روش مناسب حذف نويز از سيگنال ECG تحت شرايط نويز گوسي ارائه مي‌دهد.

The results show that VMD-DWT significantly an‎d consistently outperforms EMD-DWT (a mean improvement of 1.33 dB in signal-to-noise ratio, with very high statistical confidence), an‎d closely approaches the performance of the considerably simpler NLM method. Both decomposition front ends (EMD an‎d VMD) were found to add significant value over plain wavelet thresholding, though VMDʹs advantage is substantially larger. The best configuration identified was VMD-DWT with the Symlet-4 wavelet at decomposition level 3. A quantitative eva‎luation of QRS-peak amplitude preservation confirmed that this ranking is not achieved at the expense of diagnostically important morphological detail. These findings provide practical, evidence-based guidance for selec‎ting an appropriate ECG denoising method under additive Gaussian noise conditions.

امين مشكات

مجتبي خليلي دليگاني , محمد صدقي