Técnicas de eliminación de ruido en señales electrofisiológicas

U NIVERSIDAD DE G UADALAJARA
C ENTRO U NIVERSITARIO DE C S . E XACTAS E I NGENIERÍAS
TATAMIENTO DE S EÑALES E LECTROFISIOLÓGICAS
M ULTIDIMENSIONALES

Técnicas estándar de eliminación
de ruido en bioseñales

Elaboró:

Profesor:



XIII II MMXIV

Contenido
1 Introducción

2

2 Filtrado de Señales

3

2.1 Filtros de Frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .

3

2.2 Filtros estándar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

2.3 Filtros de primer orden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

2.3.1 Filtros pasa bajas (LPF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

2.3.2 Filtros pasa altas (HPF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

2.4 Filtros desegundo orden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

2.4.1 Filtro LPF de segundo orden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

2.4.2 Filtro HPF de segundo orden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

2.4.3 Filtro pasa banda (BPF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

2.4.4 Filtro elimina banda (BSF o Notch) . . . . . . . . . . . . . .. . .

9

2.5 Promediado conjunto (Ensemble Averaging) . . . . . . . . . . . . . . . .

9

3 Conclusión

10

4 Pensamiento crítico

11

1

1 Introducción
En muchos casos durante el proceso de adquisición de una señal electrofisiológica,
se obtienen también mezclados en la señal distintos tipos de ruido. Este ruido o interferencias pueden ser causados por otros procesosfisiológicos que no son el objeto
de estudio, en cuyo caso se conocen como artefactos, o por interferencia con factores
externos (e.g., la frecuencia de la línea de alimentación). Debido a que las señales
electrofisiológicas son de magnitudes muy pequeñas y fácilmente contaminadas, es
fundamental para el procesamiento de bioseñales la tarea de limpiar el ruido de las
señales, ya sea por medios analógicoso digitales, con el objetivo de poder diferenciar
los procesos fisiológicos de los procesos de interferencia.
Por ejemplo, mientras se intenta obtener un ECG, será inevitable registrar la actividad de los músculos que intervienen en la respiración, porque ambos son procesos
eléctricos que ocurren simultáneamente en el cuerpo humano. Debido a lo anterior, se requieren conocimientos fisiológicosmuy específicos para usar las técnicas
adecuadas de remoción de ruido en la adquisición de las diferentes bioseñales.
En el procesamiento de bioseñales, es común que al modelo de la señal electrofisiológica limpia le acompañe un modelo de ruido, cuando sus fuentes no son estocásticas y pueden ser caracterizadas.[1] De esta manera, la influencia de los artefactos
puede ser minimizada.
El ruido esaditivo; es decir, se suma con la señal que se está adquiriendo. Es de
importancia conocer las fuentes de ruido, ya que diferentes medidas alternativas
pueden ser tomadas para evitar el ruido. Es preferible hacer una buena adquisición
de una señal, que intentar remover el ruido una vez que ya ha sido adquirida. Sólo si
fallan los métodos físicos para la reducción del ruido deberían serutilizadas técnicas
de eliminación de ruido post-adquicisión.[2]
En las siguientes figuras se muestran un ECG con dos ruidos de diferente naturaleza.
En la Imagen 1 se muestra una señal de variación aleatoria como ruido, lo que hace
difícil de discernir la señal original. En la Imagen 2 también es difícil discernir la
señal original, pero se puede apreciar que el ruido es armónico, por lo que será másfácil filtrarlo.

2

Imagen 1: Ruido estocástico que se suma a un ECG.

Imagen 2: Interferencia de la línea de alimentación que se suma a un ECG.

2 Filtrado de Señales
2.1 Filtros de Frecuencia
Los filtros de frecuencia funcionan bajo el principio de la separación del ruido y de la
señal en el dominio de la frecuencia (Fourier). Utilizarlos resulta más sencillo cuando
las...