Optimaalisten suotimien käyttö fysiologisten signaalien suodatuksessa

Abstract

Elektroenkefalografia (EEG) ja elektrokardiografia (EKG) ovat tavallisia tutkimusmenetelmiä aivojen ja sydämen toiminnan tutkimisessa. Niistä saatavista signaaleista tarkastellaan aaltomuotoja ja niiden kestoja, amplitudeja sekä tiettyjen taajuusalueiden esiintymistä. Ne ovat kuitenkin alttiitta biologisille ja teknisille häiriöille, jotka vaikeuttavat signaalien tulkintaa ja voivat johtaa diagnoosivirheisiin. Häiriöitä pyritään suodattamaan vahingoittamatta signaalia. Tämän kirjallisuuskatsauksen tavoitteena on selvittää, miten optimaalisiin suotimiin kuuluvaa Wiener-suodinta käytetään EEG- ja EKG-signaalien suodatuksessa, millaisia tuloksia sillä on saatu, ja liittyykö siihen mahdollisesti jotain haasteita. Wiener-suodin hyödyntää tietoa puhtaasta signaalista, jota ei usein ole suoraan saatavilla. Kirjallisuudessa on esitetty useita eri tapoja selvittää puhtaan signaalin ominaisuuksia. Osa esitellyistä tavoista hyödyntää myös muita menetelmiä puhtaan signaalin löytämiseen. Tässä työssä tarkasteltiin sekä menetelmiä, joissa Wiener-suodinta on käytetty yksin, että menetelmiä, joissa Wiener-suotimeen on yhdistetty yksi tai useampia muita menetelmiä. Yhdistelmien tarkoituksena on saada enemmän ja tarkempaa tietoa puhtaasta signaalista, jotta suodin toimisi mahdollisimman hyvin. Yhdistelmillä voidaan myös vaikuttaa suotimen käyttömahdollisuuksiin. Kirjallisuudessa saatujen tulosten perusteella Wiener-suotimella saavutetaan samaa luokkaa olevia tuloksia kuin useilla muilla EEG- ja EKG-signaalien suodatukseen soveltuvilla menetelmillä. Yksiselitteisen paremmuusjärjestyksen muodostaminen on kuitenkin haastavaa, sillä tulokset vaihtelevat käytetyn signaalin ja suodatettavan häiriötyypin mukaan. Wiener-suotimella saavutetut tulokset eivät kuitenkaan ole selkeästi parhaita. Useamman menetelmän yhdistelmillä suodatusteho on parantunut verrattuna perinteiseen Wiener-suotimeen tai muihin vertailussa olleisiin menetelmiin. Tämä on osoitus siitä, että Wiener-suotimen suodatuskyky paranee, kun puhtaasta signaalista on enemmän tietoa.