差分電生理信號內的接觸偽像的消除的製作方法
2023-10-09 05:22:59
專利名稱：差分電生理信號內的接觸偽像的消除的製作方法
技術領域：
本發明的領域涉及電生理信號內的局部接觸偽像(contact artifacts)的消除。更具體地，本發明的領域涉及用於從包括期望的 差分信號和噪聲的複合差分信號中消除在記錄點處或記錄點附近 所生成的局部偽4象的方法。
背景技術：
通常利用連接至研究對象的皮膚的Ag-AgCl電極獲得諸如腦 電圖(EEG)、心電圖(ECG)和月幾電圖(EMG)的生電"i己錄。潮 溼的或親水的導電膠被用於優化接觸皮膚和增加皮膚電導率，從而 增強獲得的信號質量。
可以通過刮掉死的皮膚組織的輕微皮膚擦傷獲得電偶接觸的 進一步改進。這是醫學實踐中的普通程序。然而，在諸如運動期間 (例如，壓力-測試ECG)的嘈雜的臨床環境或非臨床環境(例如， 體育鍛鍊)中，運動偽^f象趨於汙染記錄並且有時完全遮蓋信號。另 外，在諸如遠程醫學監測的非專業臨床環境中，期望使用簡化的電 極，有時必須使用乾電極。由於乾燥的外層皮膚作為導致離子電荷 累積從而即4吏通過最輕孩i的運動也會引起寄生電壓的波動的介電 絕緣體，這進一步增加了運動偽4象的易感性。
因此，存在明確的需求消除由研究對象與傳感接觸器相互作 用所生成的局部噪聲。如在文中所述，通過增加負責局部生成的噪聲的獨立測量的合 適的放大信道，以及應用適應消除技術消除期望信號的噪聲成份， 利用局部噪聲參考輸入消除接觸偽像。
作為實例，以下討i侖將集中於ECG信號分析，然而，相同的 原理支持從諸如EEG和EMG的其它生電信號中消除噪聲。
發明內容
本發明公開了 一種從電生理信號的差分記錄中消除局部偽像 的方法，該方法利用用於對複合差分信號內的噪聲表達建模的參考 輸入。
在優選實施例中，文中所述的方法重建測量的複合差分信號的 噪聲成份(其包括期望差分信號和噪聲)，並且從複合差分信號中 減去噪聲成份，從而提供期望差分信號的高質量表示。
本發明還提供了消除在複合差分信號內的電生理信號傳感器 接觸偽4象的方法，包括以下步驟
(a) 同時、分別記錄在記錄點處的噪聲和複合差分信號；
(b) 確定變換，該變換被用於將分別記錄的噪聲變換為存在 於複合信號內的噪聲近似值；
(c )利用經變換的記錄的噪聲重建存在於複合信號內的噪聲；
(d)利用重建噪聲消除存在於複合信號內的噪聲。
前述方法可以具有包括用分離式(split)傳感器記錄的記錄步 驟。還可以執行前述方法，使得在同步的噪聲塊和信號塊上執行變換和重建步驟，以及消除步驟包括獲取連續同步信號和噪聲塊，在 信號塊上執行噪聲塊的批最小二乘法擬合，隨後從信號塊消除經擬 合的噪聲塊。
附圖i兌明
圖1為提出的信號和噪聲記錄電路的信號流程圖。
圖2為自適應噪聲消除方法的示意圖，其中LS表示最小二乘 法塊，其為控制噪聲輸入濾波器A (z)、 B (z)的自適應處理的自 適應塊。
圖3為根據優選實施例，原始複合ECG信號與通過消除噪聲 參考所獲得的經處理的ECG信號的比專交示圖。
具體實施例方式
ECG為反映心臟收縮和舒張的周期性信號。在休息時通常心律 範圍為每分4中60-70次心3兆，在強烈的身體或心理活動期間心4聿可 能為休息時心律的兩倍甚至三倍。諸如身體活動期間或由於有關自 然的或病理的現象(例如，戰慄)的不穩、定的不穩、定獲取條件，引 起局部測量偽像。這些偽像出現在寬的頻率範圍內，具有明顯與期 望信號的光譜特徵重疊的光譜特徵，因此，不能使用用於信號增強 的傳統的光譜過濾。在不穩定獲取條件下完全掩蓋期望信號並非少 見。
自此以後，將示出偽像的局部測量為從期望信號消除偽像提供 可行的參考輸入。作為實例，應當考慮利用適合重複利用的乾電極 板從兩根手指(每隻手一根)獲取差分ECG信號的裝置。 一方面， 其為廣泛應用中的J見實場景，例如遠離藥物應用或心4聿監測期間循環，但由於以下原因存在顯著問題(a)乾電極提供較差的接觸； (b)即使在表觀穩定的條件下，不管非穩定條件，自由觸摸也可 能引入運動偽像；以及(c)從手指或手所捕獲的ECG信號振幅由 於遠離生成的組織:故大大削弱，導致4氐SNR記錄。
在一實施例中，如圖l所示，通過來自手指表面的僅僅為噪聲 的數據以及左手值與右手指之間的差分信號的同步記錄來執行偽 像消除。在其它實施例中，也可以利用諸如胸、背或肢體的其它記 錄點。
在一實施例中，塊信號分析(block signal analysis)淨皮用於偽l象消 除，首先獲取連續的同步信號塊和噪聲塊，並在信號塊上執行噪聲 塊的批最小二乘法擬合，隨後從信號塊消除經擬合的噪聲塊。在另 一實施例中，為了最優化自適應性能，利用重疊塊。在又一實施例 中，4艮據特定應用的實時需求，基於利用諸如LMS或RLS的自適 應擬合糹支術在樣本上執4於順序分析。B.W. Widrow， S.D. Stearns， "Adaptive Signal Processing", 1985, Prentice-Hall, Inc., New Jersey.
在一實施例中，接觸傳感器板被劃分為兩個接收區，以考慮來 自左手手指和右手手指的局部表面p朵聲記錄，以及捕獲差分ECG 信號的兩手指之間的差分記錄。在另一實施例中，接觸傳感器板可 以被劃分為多個接收區，以提供更高的空間噪聲分辨映射。
在一實施例中，利用如圖2所示的自適應消除方案乂人期望的差 分信號中自適應地消除局部表面噪聲數據，在該自適應消除方案 中，自適應塊LS (最小二乘法)控制噪聲輸入濾波器A (z)和B (z)的自適應處理。在可選擇的實施例中，可以利用諸如自適應 線性增強的其〗也消除方案。
實例以下實例舉例說明為EGC監測消除接觸偽像的優點。指示研 究對象以兩隻手的兩根手指觸摸左傳感器板和右傳感器板。然後， 指示研究對象在周期性運動中移動右手手指，同時保持接觸傳感器 板，從而將強運動偽像引入期望的ECG信號。通過批最小二乘法 擬合消除ECG信號上的噪聲波動來實現參考噪聲信號的自適應消 除。圖3示出了噪聲汙染的ECG信號(頂部)、從運動手指表面所 獲取的參考噪聲信號(中部)、和噪聲消除的ECG信號(底部)。
以塊分析實現噪聲消除，如下
令n"t》和n2《t》表示從右手手指和左手手指所測量的接觸噪聲讀 數，令S(t〗表示在右手手指和左手手指之間所測量的複合差分信號。
假設從接近記錄點處獲取噪聲記錄，可以認為噪聲記錄與從右 手手指和左手手指差分測量的接觸噪聲線性相關。
S(t) = ECG(t) + n(t)
因此，接觸噪聲ii(t)的消除通過對測量的差分信號的線性變換噪 聲信號的擬合是切實可行的
S(t) = ECG(t) n、(t) * a(t》+ n2(t) * b(t)
其中，a(U、 b《t〗為時變線性濾波器的力永沖響應。
為了解決時變最優化的問題，將假設解決方案的準穩定性 (quasi-stationarity )，即，用塊分析解決以下最優化問題
MIN II S(tHn"t)*a(t) + n2(t)*, ||
在離散矩陣符號中，提供最小二乘法解決方案如下n,(1)n，(2)... n，(p)
r 2(1》n2(2)". n2(p)
令S表示信號向量:
S-S(1)S(2)…S(p)
最小二乘法解決方案為
formula see original document page 9
因此，ECG信號可以重建為
formula see original document page 9
權利要求
1.一種消除複合差分信號內的電生理信號傳感器的接觸偽像的方法，包括以下步驟(a)同時分別記錄在記錄點處的噪聲和複合差分信號；(b)確定變換，所述變換可以用於將分別記錄的噪聲變換為存在於所述複合信號內的噪聲的近似值；(c)利用經變換的記錄的噪聲重建存在於所述複合信號內的所述噪聲；(d)利用所述重建噪聲消除存在於所述複合信號內的所述噪聲。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述記錄步驟利用分離式傳感器進行記錄。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述變換步驟和重建步驟在同步的噪聲塊和信號塊上才丸行。
4. 一種/人電生理信號的差分記錄中消除局部偽<象的方法，包括以下步驟(a) 重建包括期望差分信號和噪聲的經測量的複合差分信號的噪聲成份；(b) 從所述複合差分信號中減去所述噪聲成份；(c) 提供所述期望差分信號的表示。
5. 根據權利要求3所述的方法，進一步包括以下步驟在所述信號塊上執行噪聲塊的批最d、 二乘法擬合，以及從所述信號塊消除所述經擬合的噪聲塊。
全文摘要
本發明公開了一種從電生理信號的差分記錄中消除局部接觸偽像的方法，該方法利用用於對複合差分信號內的噪聲表達建模的參考輸入。
文檔編號H03H21/00GK101516260SQ200780034251
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月17日 優先權日2006年9月15日
發明者丹尼爾·H·蘭格 申請人:依德西亞有限公司