用于減少ecg信號(hào)中的運(yùn)動(dòng)偽影的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于處理生理信號(hào)的運(yùn)動(dòng)偽影去除技術(shù)，并且更具體地涉及用于減少 ECG信號(hào)中的運(yùn)動(dòng)偽影的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 諸如心電圖（ECG)信號(hào)的生物信號(hào)可以包含大量的噪聲。例如，通常表現(xiàn)為快速、 波狀偏轉(zhuǎn)的由肌肉活動(dòng)、運(yùn)動(dòng)偽影等引入的噪聲尤其在移動(dòng)期間致使ECG難以讀取。
[0003] 在這點(diǎn)上，US 6216031B1提出了一種用于增強(qiáng)包含偽影的ECG中的信號(hào)的裝置， 所述裝置包括用于評(píng)估從QRS復(fù)合開(kāi)始到T波結(jié)束的預(yù)定數(shù)量的ECG信號(hào)搏動(dòng)的曲線形狀 并使用該結(jié)果來(lái)建立均值搏動(dòng)的均值單元，并且所述裝置還包括用于從實(shí)際搏動(dòng)減去ECG 信號(hào)的均值搏動(dòng)以獲得剩余信號(hào)的減法單元，以及用于對(duì)剩余信號(hào)進(jìn)行高低通濾波以將經(jīng) 濾波的信號(hào)提供給將均值搏動(dòng)加到其中的加法單元的FIR濾波器單元。
[0004] US 6216031B1的原理是利用均值單元基于對(duì)連續(xù)ECG周期的平均來(lái)計(jì)算均值搏 動(dòng)，并且利用LP(低通）濾波器和HP(高通）濾波器來(lái)處理剩余信號(hào)以去除肌肉噪聲和基 線漂移噪聲兩者。盡管該方法在一定程度上增強(qiáng)了得到的ECG信號(hào)的信噪比（SNR)，但其仍 然具有一些不可接受的缺點(diǎn)。
[0005] 另外，在US 6216031B1中，常規(guī)的LP/HP濾波技術(shù)被用于去除噪聲。例如，通過(guò)低 通濾波器對(duì)剩余信號(hào)進(jìn)行濾波來(lái)減少肌肉噪聲，并且通過(guò)高通濾波器對(duì)剩余信號(hào)進(jìn)行濾波 來(lái)減少基線漂移。濾波器的截止頻率被設(shè)定為避免在剩余信號(hào)中剩下的P波和VPB的不可 接受的失真的值。兩個(gè)濾波器是有限脈沖響應(yīng)濾波器，有限脈沖響應(yīng)濾波器具有經(jīng)濾波的 剩余信息的延遲是恒定的且信號(hào)無(wú)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。但是也可以出現(xiàn)不可接受的缺口，尤其在驟 然的ECG形態(tài)學(xué)變化的情況下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，提供一種用于減少ECG信號(hào)中的運(yùn)動(dòng)偽影的改進(jìn)的方法和裝置以便處理不 可接受的缺口將是有利的，并且同時(shí)避免失真并進(jìn)一步改進(jìn)ECG信號(hào)的SNR。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的方面，提出了一種減少ECG信號(hào)中的運(yùn)動(dòng)偽影的方法，包括：從患者 的連續(xù)測(cè)得的ECG信號(hào)中采集當(dāng)前搏動(dòng)；計(jì)算先前均值搏動(dòng)與所述ECG信號(hào)中的所述當(dāng)前 搏動(dòng)之間的相關(guān)性系數(shù)；基于所述相關(guān)性系數(shù)來(lái)確定要分配給所述先前均值搏動(dòng)和所述當(dāng) 前搏動(dòng)的權(quán)重；以及基于所述先前均值搏動(dòng)、所述當(dāng)前搏動(dòng)和它們的權(quán)重來(lái)計(jì)算當(dāng)前均值 搏動(dòng)。
[0008] 因此，利用這種方法，由于權(quán)重確定是基于相關(guān)計(jì)算的，所以能夠根據(jù)當(dāng)前搏動(dòng)波 形與先前均值搏動(dòng)之間的相關(guān)性來(lái)將不同權(quán)重動(dòng)態(tài)地分配給先前均值搏動(dòng)和當(dāng)前搏動(dòng)兩 者。換言之，如果相關(guān)性高，則較大的權(quán)重將被分配給先前均值搏動(dòng)。否則，其將被分配以較 小的權(quán)重，甚至零值權(quán)重，這暗示當(dāng)前搏動(dòng)與均值搏動(dòng)不相關(guān)并且不被用于均值搏動(dòng)更新。
[0009] 因此，與基于先前均值搏動(dòng)、當(dāng)前搏動(dòng)和分配給所述搏動(dòng)中的每個(gè)的固定權(quán)重來(lái) 計(jì)算均值搏動(dòng)的傳統(tǒng)方法相比，根據(jù)本發(fā)明的方法采用自適應(yīng)權(quán)重確定方法，所述自適應(yīng) 權(quán)重確定方法基于兩個(gè)搏動(dòng)之間的相關(guān)性，并且所述自適應(yīng)權(quán)重確定方法可以抓住精確的 ECG形態(tài)學(xué)變化，從而得到增強(qiáng)的濾波效果，使得能夠去除由于患者的運(yùn)動(dòng)的偽影。
[0010] 此處，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易理解，在增強(qiáng)包含偽影的ECG中的信號(hào)的方法中， 均值搏動(dòng)應(yīng)當(dāng)被計(jì)算或憑經(jīng)驗(yàn)被確定為在對(duì)ECG信號(hào)的真實(shí)濾波開(kāi)始之前的初始均值搏 動(dòng)。
[0011] 當(dāng)對(duì)ECG信號(hào)的濾波的方法開(kāi)始時(shí)，在對(duì)第一當(dāng)前搏動(dòng)的處理期間，初始均值搏 動(dòng)將被用作先前均值搏動(dòng)并且將與第一當(dāng)前搏動(dòng)組合以計(jì)算第一當(dāng)前均值搏動(dòng)，所述第一 當(dāng)前均值搏動(dòng)將被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。然后，如果第一當(dāng)前均值搏動(dòng)和第一當(dāng)前搏動(dòng)相關(guān)，則 將從第一當(dāng)前搏動(dòng)減去第一當(dāng)前均值搏動(dòng)以獲得剩余信號(hào)，并且將對(duì)剩余信號(hào)進(jìn)行濾波以 獲得經(jīng)濾波的信號(hào)。最后，經(jīng)濾波的信號(hào)將被加回到第一當(dāng)前均值搏動(dòng)以獲得修改的第一 當(dāng)前搏動(dòng)。
[0012] 接著，在對(duì)第二當(dāng)前搏動(dòng)的處理期間，所存儲(chǔ)的第一當(dāng)前均值搏動(dòng)將被用作先前 均值搏動(dòng)以與第二當(dāng)前搏動(dòng)組合來(lái)計(jì)算第二當(dāng)前均值搏動(dòng)，所述第二當(dāng)前均值搏動(dòng)將被存 儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。然后，如果第二當(dāng)前搏動(dòng)與先前均值搏動(dòng)相關(guān)，則將從第二當(dāng)前搏動(dòng)減去第 二當(dāng)前均值搏動(dòng)以獲得剩余信號(hào)，并且將對(duì)所述剩余信號(hào)進(jìn)行濾波以獲得經(jīng)濾波的信號(hào)。 最后，經(jīng)濾波的信號(hào)將被加回到第二當(dāng)前均值搏動(dòng)以獲得修改的第二當(dāng)前搏動(dòng)。處理操作 如此繼續(xù)并且最后所有的ECG信號(hào)被處理并被濾波。
[0013] 請(qǐng)注意，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解的，先前均值搏動(dòng)與當(dāng)前搏動(dòng)之間的相關(guān) 性可以是相關(guān)性系數(shù)，但不限于此。
[0014] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的范例中，在計(jì)算了先前均值搏動(dòng)與當(dāng)前搏動(dòng)之間的相關(guān)性 系數(shù)之后，可以憑經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)利用查找表進(jìn)行映射來(lái)確定要分配給先前均值搏動(dòng)和當(dāng)前搏 動(dòng)的權(quán)重。然而，該方法的優(yōu)選范例還可以包括將相關(guān)性系數(shù)與預(yù)定系數(shù)，即預(yù)定相關(guān)性閾 值進(jìn)行比較的步驟。如果相關(guān)性系數(shù)高于預(yù)定系數(shù)，則較大的權(quán)重將被分配給先前均值搏 動(dòng)。否則，先前均值搏動(dòng)將被分配以較小的權(quán)重或甚至零值權(quán)重。
[0015] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的范例中，所述方法還可以包括以下步驟：從當(dāng)前搏動(dòng)減去 當(dāng)前均值搏動(dòng)以獲得剩余信號(hào)；基于ECG信號(hào)的信號(hào)特征來(lái)執(zhí)行對(duì)剩余信號(hào)的分段濾波以 獲得經(jīng)濾波的信號(hào)；并且將當(dāng)前均值搏動(dòng)加回到經(jīng)濾波的信號(hào)以獲得修改的當(dāng)前搏動(dòng)。在 一個(gè)范例中，信號(hào)特征可以從ECG信號(hào)中采集并且可以包括P波、QRS復(fù)合波和T波的峰值 位置、段間隔、和噪聲包絡(luò)以及關(guān)于均值搏動(dòng)的相關(guān)性信息。
[0016] 在所述方法的另一范例中，如果QRS復(fù)合波被選擇作為要處理的搏動(dòng)，則執(zhí)行分 段濾波的步驟還可以包括以下子步驟：基于信號(hào)特征來(lái)識(shí)別ECG波中的QRS段和T段與P 段；基于信號(hào)斜率變化和所計(jì)算的相關(guān)性系數(shù)來(lái)估計(jì)噪聲包絡(luò)；并且分別通過(guò)使用不同濾 波器來(lái)執(zhí)行對(duì)不同段的濾波。
[0017] 與執(zhí)行對(duì)剩余信號(hào)的常見(jiàn)濾波的傳統(tǒng)方法相比，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選范例的方法采 用對(duì)剩余信號(hào)的分段濾波來(lái)改進(jìn)噪聲減少的效果以增強(qiáng)SNR并且保證重要的特征不失真。
[0018] 此處，術(shù)語(yǔ)"分段濾波"意味著，例如，如果QRS復(fù)合波被選擇作為要處理的搏動(dòng)， 則基于當(dāng)前搏動(dòng)信號(hào)特征、ECG形態(tài)學(xué)的峰值位置和間隔信息，一組濾波器被用于一個(gè)QRS 段，并且另一組濾波器被用于T段與P段。
[0019] 在當(dāng)當(dāng)前搏動(dòng)與均值搏動(dòng)相關(guān)的情況下應(yīng)用從當(dāng)前搏動(dòng)減去當(dāng)前均值搏動(dòng)以獲 得剩余信號(hào)。否則，例如，當(dāng)前搏動(dòng)能夠被保留在剩余信號(hào)中，并且不同組的分段濾波能夠 被應(yīng)用以保持ECG特征精確。在這種情形下，用于不相關(guān)的搏動(dòng)的分段濾波器的組完全不 同于用于相關(guān)的搏動(dòng)的分段濾波器的組。由于對(duì)均值搏動(dòng)的計(jì)算是關(guān)鍵因素并且可以對(duì)最 后獲得的ECG信號(hào)具有大的影響，所以對(duì)初始均值搏動(dòng)的計(jì)算特別重要。在常規(guī)實(shí)踐中，初 始均值搏動(dòng)可以憑經(jīng)驗(yàn)通過(guò)參考普通人的正常搏動(dòng)來(lái)確定并且可以在前被存儲(chǔ)。
[0020] 然而，在根據(jù)本發(fā)明的方法的范例中，所述方法還可以包括根據(jù)ECG信號(hào)中的預(yù) 定數(shù)量的連續(xù)搏動(dòng)來(lái)推導(dǎo)初始均值搏動(dòng)的步驟。由于根據(jù)對(duì)患者自身執(zhí)行的測(cè)量來(lái)推導(dǎo)初 始均值搏動(dòng)，所以可以改進(jìn)由此獲得的均值搏動(dòng)的準(zhǔn)確度。
[0021] 在本方法的另一范例中，所述預(yù)定數(shù)量的連續(xù)搏動(dòng)包括第一預(yù)定數(shù)量的連續(xù)搏動(dòng) 和跟隨所述第一預(yù)定數(shù)量的連續(xù)搏動(dòng)的第二預(yù)定數(shù)量的連續(xù)搏動(dòng)。在所述方法的優(yōu)選范例 中，推導(dǎo)初始均值搏動(dòng)的步驟還包括以下子步驟：根據(jù)所述第一預(yù)定數(shù)量的連續(xù)搏動(dòng)來(lái)推 導(dǎo)初始均值搏動(dòng)；并且僅僅當(dāng)先前初始均值搏動(dòng)與所述第二預(yù)定數(shù)量的連續(xù)搏動(dòng)中的當(dāng)前 搏動(dòng)之間的相關(guān)性系數(shù)大于預(yù)定系數(shù)時(shí)更新所述初始均