Method for attenuating noise in electrocardiographic signals using the Wavelet transform

Descripción del Articulo

This paper presents a noise reduction method for electrocardiographic (ECG) signals with real-time application. The method was evaluated using digitized signals with resolutions of 14, 16, and 24 bits, durations ranging from 30 to 60 seconds, and a sampling frequency of 1000 Hz. Prior to its applica...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autores: Garay Porras, Francisco Fernando, Diaz Aliaga, Julio Teodosio, Piscoya Silva, Ulises Abdón, Echevarria Duran, Patrick Fabrizio
Formato: artículo
Fecha de Publicación:2025
Institución:Universidad Nacional de Ingeniería
Repositorio:Revistas - Universidad Nacional de Ingeniería
Lenguaje:español
OAI Identifier:oai:oai:revistas.uni.edu.pe:article/2322
Enlace del recurso:https://revistas.uni.edu.pe/index.php/tecnia/article/view/2322
Nivel de acceso:acceso abierto
Materia:Trasformada wavelet estacionaria, histograma, curtosis, desviación estándar, distribución normal, valor umbral, niveles de aproximación y detalle
Stationary wavelet transform, histogram, kurtosis, standard deviation, normal distribution, threshold value, approximation levels, levels of detail
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spelling Method for attenuating noise in electrocardiographic signals using the Wavelet transformMétodo para la reducción de ruido en señales electrocardiográficas usando la transformada WaveletGaray Porras, Francisco FernandoDiaz Aliaga, Julio TeodosioPiscoya Silva, Ulises AbdónEchevarria Duran, Patrick FabrizioTrasformada wavelet estacionaria, histograma, curtosis, desviación estándar, distribución normal, valor umbral, niveles de aproximación y detalleStationary wavelet transform, histogram, kurtosis, standard deviation, normal distribution, threshold value, approximation levels, levels of detailThis paper presents a noise reduction method for electrocardiographic (ECG) signals with real-time application. The method was evaluated using digitized signals with resolutions of 14, 16, and 24 bits, durations ranging from 30 to 60 seconds, and a sampling frequency of 1000 Hz. Prior to its application, power line interference (220V/60Hz) is attenuated if present. The approach is based on signal decomposition via the Stationary Wavelet Transform (SWT), analyzing 10 detail levels and 10 approximation levels. It was identified that noise is primarily concentrated in the first four levels, occasionally extending to the fifth. To differentiate between useful signal and noise, histograms of the detail coefficients were analyzed, and key metrics such as kurtosis, relative wavelet energy (RWE), and standard deviation were computed to establish adaptive thresholds for effective noise removal. The proposed method achieves significant noise reduction while preserving clinically relevant information. Quantitative evaluation demonstrated an improvement in the signal-to-noise ratio (SNR), validating its effectiveness. Furthermore, its computational efficiency enables implementation in real-time processing systems and integration into high-end microcontrollers, with applications in the diagnosis and monitoring of cardiovascular diseasesEste artículo presenta un método para la reducción de ruido en señales electrocardiográficas (ECG) con aplicación en tiempo real. El método fue evaluado en señales digitalizadas con resoluciones de 14, 16 y 24 bits, duraciones entre 30 y 60 segundos y una frecuencia de muestreo de 1000 Hz. Antes de su aplicación, se atenúa la interferencia de la línea de alimentación (220V/60Hz) si está presente. El enfoque se basa en la descomposición de la señal mediante la Transformada Wavelet Estacionaria (SWT), analizando 10 niveles de detalle y 10 de aproximación. Se identificó que el ruido se concentra en los primeros cuatro niveles, extendiéndose ocasionalmente al quinto. Para diferenciar señal útil de ruido, se analizaron histogramas de los coeficientes de detalle y se calcularon métricas como curtosis, energía wavelet relativa (RWE) y desviación estándar, estableciendo umbrales adaptativos para su eliminación efectiva. El método propuesto reduce significativamente el ruido, preservando la información clínica relevante. La evaluación cuantitativa mostró una mejora en la relación señal-ruido (SNR), validando su eficacia. Además, su eficiencia computacional permite su implementación en sistemas de procesamiento en tiempo real y su integración en microcontroladores de alta gama, con aplicaciones en el diagnóstico y monitoreo de enfermedades cardiovasculares.Universidad Nacional de Ingeniería2025-07-16info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionProcessing of Signals and ImagesProcesamiento de Señales e Imágenesapplication/pdfhttps://revistas.uni.edu.pe/index.php/tecnia/article/view/232210.21754/tecnia.v35i1.2322TECNIA; Vol. 35 No. 1 (2025); 13-25TECNIA; Vol. 35 Núm. 1 (2025); 13-252309-04130375-776510.21754/tecnia.v35i1reponame:Revistas - Universidad Nacional de Ingenieríainstname:Universidad Nacional de Ingenieríainstacron:UNIspahttps://revistas.uni.edu.pe/index.php/tecnia/article/view/2322/3414Derechos de autor 2025 TECNIAhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0info:eu-repo/semantics/openAccessoai:oai:revistas.uni.edu.pe:article/23222025-09-19T14:50:06Z
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description This paper presents a noise reduction method for electrocardiographic (ECG) signals with real-time application. The method was evaluated using digitized signals with resolutions of 14, 16, and 24 bits, durations ranging from 30 to 60 seconds, and a sampling frequency of 1000 Hz. Prior to its application, power line interference (220V/60Hz) is attenuated if present. The approach is based on signal decomposition via the Stationary Wavelet Transform (SWT), analyzing 10 detail levels and 10 approximation levels. It was identified that noise is primarily concentrated in the first four levels, occasionally extending to the fifth. To differentiate between useful signal and noise, histograms of the detail coefficients were analyzed, and key metrics such as kurtosis, relative wavelet energy (RWE), and standard deviation were computed to establish adaptive thresholds for effective noise removal. The proposed method achieves significant noise reduction while preserving clinically relevant information. Quantitative evaluation demonstrated an improvement in the signal-to-noise ratio (SNR), validating its effectiveness. Furthermore, its computational efficiency enables implementation in real-time processing systems and integration into high-end microcontrollers, with applications in the diagnosis and monitoring of cardiovascular diseases
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