专利名称：差分电生理信号内的接触伪像的消除的制作方法
技术领域：
本发明的领域涉及电生理信号内的局部接触伪像(contact artifacts)的消除。更具体地，本发明的领域涉及用于从包括期望的 差分信号和噪声的复合差分信号中消除在记录点处或记录点附近 所生成的局部伪4象的方法。
背景技术：
通常利用连接至研究对象的皮肤的Ag-AgCl电极获得诸如脑 电图(EEG)、心电图(ECG)和月几电图(EMG)的生电"i己录。潮 湿的或亲水的导电胶被用于优化接触皮肤和增加皮肤电导率，从而 增强获得的信号质量。
可以通过刮掉死的皮肤组织的轻微皮肤擦伤获得电偶接触的 进一步改进。这是医学实践中的普通程序。然而，在诸如运动期间 (例如，压力-测试ECG)的嘈杂的临床环境或非临床环境(例如， 体育锻炼)中，运动伪^f象趋于污染记录并且有时完全遮盖信号。另 外，在诸如远程医学监测的非专业临床环境中，期望使用简化的电 极，有时必须使用干电极。由于干燥的外层皮肤作为导致离子电荷 累积从而即4吏通过最轻孩i的运动也会引起寄生电压的波动的介电 绝缘体，这进一步增加了运动伪4象的易感性。
因此，存在明确的需求消除由研究对象与传感接触器相互作 用所生成的局部噪声。如在文中所述，通过增加负责局部生成的噪声的独立测量的合 适的放大信道，以及应用适应消除技术消除期望信号的噪声成份， 利用局部噪声参考输入消除接触伪像。
作为实例，以下讨i仑将集中于ECG信号分析，然而，相同的 原理支持从诸如EEG和EMG的其它生电信号中消除噪声。
发明内容
本发明公开了 一种从电生理信号的差分记录中消除局部伪像 的方法，该方法利用用于对复合差分信号内的噪声表达建模的参考 输入。
在优选实施例中，文中所述的方法重建测量的复合差分信号的 噪声成份(其包括期望差分信号和噪声)，并且从复合差分信号中 减去噪声成份，从而提供期望差分信号的高质量表示。
本发明还提供了消除在复合差分信号内的电生理信号传感器 接触伪4象的方法，包括以下步骤
(a) 同时、分别记录在记录点处的噪声和复合差分信号；
(b) 确定变换，该变换被用于将分别记录的噪声变换为存在 于复合信号内的噪声近似值；
(c )利用经变换的记录的噪声重建存在于复合信号内的噪声；
(d)利用重建噪声消除存在于复合信号内的噪声。
前述方法可以具有包括用分离式(split)传感器记录的记录步 骤。还可以执行前述方法，使得在同步的噪声块和信号块上执行变换和重建步骤，以及消除步骤包括获取连续同步信号和噪声块，在 信号块上执行噪声块的批最小二乘法拟合，随后从信号块消除经拟 合的噪声块。
附图i兌明
图1为提出的信号和噪声记录电路的信号流程图。
图2为自适应噪声消除方法的示意图，其中LS表示最小二乘 法块，其为控制噪声输入滤波器A (z)、 B (z)的自适应处理的自 适应块。
图3为根据优选实施例，原始复合ECG信号与通过消除噪声 参考所获得的经处理的ECG信号的比專交示图。
具体实施例方式
ECG为反映心脏收缩和舒张的周期性信号。在休息时通常心律 范围为每分4中60-70次心3兆，在强烈的身体或心理活动期间心4聿可 能为休息时心律的两倍甚至三倍。诸如身体活动期间或由于有关自 然的或病理的现象(例如，战栗)的不稳、定的不稳、定获取条件，引 起局部测量伪像。这些伪像出现在宽的频率范围内，具有明显与期 望信号的光谱特征重叠的光谱特征，因此，不能使用用于信号增强 的传统的光谱过滤。在不稳定获取条件下完全掩盖期望信号并非少 见。
自此以后，将示出伪像的局部测量为从期望信号消除伪像提供 可行的参考输入。作为实例，应当考虑利用适合重复利用的干电极 板从两根手指(每只手一根)获取差分ECG信号的装置。 一方面， 其为广泛应用中的J见实场景，例如远离药物应用或心4聿监测期间循环，但由于以下原因存在显著问题(a)干电极提供较差的接触； (b)即使在表观稳定的条件下，不管非稳定条件，自由触摸也可 能引入运动伪像；以及(c)从手指或手所捕获的ECG信号振幅由 于远离生成的组织:故大大削弱，导致4氐SNR记录。
在一实施例中，如图l所示，通过来自手指表面的仅仅为噪声 的数据以及左手值与右手指之间的差分信号的同步记录来执行伪 像消除。在其它实施例中，也可以利用诸如胸、背或肢体的其它记 录点。
在一实施例中，块信号分析(block signal analysis)净皮用于伪l象消 除，首先获取连续的同步信号块和噪声块，并在信号块上执行噪声 块的批最小二乘法拟合，随后从信号块消除经拟合的噪声块。在另 一实施例中，为了最优化自适应性能，利用重叠块。在又一实施例 中，4艮据特定应用的实时需求，基于利用诸如LMS或RLS的自适 应拟合纟支术在样本上执4于顺序分析。B.W. Widrow， S.D. Stearns， "Adaptive Signal Processing", 1985, Prentice-Hall, Inc., New Jersey.
在一实施例中，接触传感器板被划分为两个接收区，以考虑来 自左手手指和右手手指的局部表面p朵声记录，以及捕获差分ECG 信号的两手指之间的差分记录。在另一实施例中，接触传感器板可 以被划分为多个接收区，以提供更高的空间噪声分辨映射。
在一实施例中，利用如图2所示的自适应消除方案乂人期望的差 分信号中自适应地消除局部表面噪声数据，在该自适应消除方案 中，自适应块LS (最小二乘法)控制噪声输入滤波器A (z)和B (z)的自适应处理。在可选择的实施例中，可以利用诸如自适应 线性增强的其〗也消除方案。
实例以下实例举例说明为EGC监测消除接触伪像的优点。指示研 究对象以两只手的两根手指触摸左传感器板和右传感器板。然后， 指示研究对象在周期性运动中移动右手手指，同时保持接触传感器 板，从而将强运动伪像引入期望的ECG信号。通过批最小二乘法 拟合消除ECG信号上的噪声波动来实现参考噪声信号的自适应消 除。图3示出了噪声污染的ECG信号(顶部)、从运动手指表面所 获取的参考噪声信号(中部)、和噪声消除的ECG信号(底部)。
以块分析实现噪声消除，如下
令n"t》和n2《t》表示从右手手指和左手手指所测量的接触噪声读 数，令S(t〗表示在右手手指和左手手指之间所测量的复合差分信号。
假设从接近记录点处获取噪声记录，可以认为噪声记录与从右 手手指和左手手指差分测量的接触噪声线性相关。
S(t) = ECG(t) + n(t)
因此，接触噪声ii(t)的消除通过对测量的差分信号的线性变换噪 声信号的拟合是切实可行的
S(t) = ECG(t) n、(t) * a(t》+ n2(t) * b(t)
其中，a(U、 b《t〗为时变线性滤波器的力永沖响应。
为了解决时变最优化的问题，将假设解决方案的准稳定性 (quasi-stationarity )，即，用块分析解决以下最优化问题
MIN II S(tHn"t)*a(t) + n2(t)*, ||
在离散矩阵符号中，提供最小二乘法解决方案如下n,(1)n，(2)... n，(p)
r 2(1》n2(2)". n2(p)
令S表示信号向量:
S-S(1)S(2)…S(p)
最小二乘法解决方案为
<formula>formula see original document page 9</formula>
因此，ECG信号可以重建为
<formula>formula see original document page 9</formula>
权利要求
1.一种消除复合差分信号内的电生理信号传感器的接触伪像的方法，包括以下步骤(a)同时分别记录在记录点处的噪声和复合差分信号；(b)确定变换，所述变换可以用于将分别记录的噪声变换为存在于所述复合信号内的噪声的近似值；(c)利用经变换的记录的噪声重建存在于所述复合信号内的所述噪声；(d)利用所述重建噪声消除存在于所述复合信号内的所述噪声。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述记录步骤利用分离式传感器进行记录。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述变换步骤和重建步骤在同步的噪声块和信号块上才丸行。
4. 一种/人电生理信号的差分记录中消除局部伪<象的方法，包括以下步骤(a) 重建包括期望差分信号和噪声的经测量的复合差分信号的噪声成份；(b) 从所述复合差分信号中减去所述噪声成份；(c) 提供所述期望差分信号的表示。
5. 根据权利要求3所述的方法，进一步包括以下步骤在所述信号块上执行噪声块的批最d、 二乘法拟合，以及从所述信号块消除所述经拟合的噪声块。
全文摘要
本发明公开了一种从电生理信号的差分记录中消除局部接触伪像的方法，该方法利用用于对复合差分信号内的噪声表达建模的参考输入。
文档编号H03H21/00GK101516260SQ200780034251
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月17日 优先权日2006年9月15日
发明者丹尼尔·H·兰格 申请人:依德西亚有限公司