用于減少ecg信號中的運動偽影的方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于處理生理信號的運動偽影去除技術，并且更具體地涉及用于減少 ECG信號中的運動偽影的方法和裝置。
【背景技術】
[0002] 諸如心電圖（ECG)信號的生物信號可以包含大量的噪聲。例如，通常表現為快速、 波狀偏轉的由肌肉活動、運動偽影等引入的噪聲尤其在移動期間致使ECG難以讀取。
[0003] 在這點上，US 6216031B1提出了一種用于增強包含偽影的ECG中的信號的裝置， 所述裝置包括用于評估從QRS復合開始到T波結束的預定數量的ECG信號搏動的曲線形狀 并使用該結果來建立均值搏動的均值單元，并且所述裝置還包括用于從實際搏動減去ECG 信號的均值搏動以獲得剩余信號的減法單元，以及用于對剩余信號進行高低通濾波以將經 濾波的信號提供給將均值搏動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連續ECG周期的平均來計算均值搏 動，并且利用LP(低通）濾波器和HP(高通）濾波器來處理剩余信號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了得到的ECG信號的信噪比（SNR)，但其仍 然具有一些不可接受的缺點。
[0005] 另外，在US 6216031B1中，常規的LP/HP濾波技術被用于去除噪聲。例如，通過低 通濾波器對剩余信號進行濾波來減少肌肉噪聲，并且通過高通濾波器對剩余信號進行濾波 來減少基線漂移。濾波器的截止頻率被設定為避免在剩余信號中剩下的P波和VPB的不可 接受的失真的值。兩個濾波器是有限脈沖響應濾波器，有限脈沖響應濾波器具有經濾波的 剩余信息的延遲是恒定的且信號無關的優點。但是也可以出現不可接受的缺口，尤其在驟 然的ECG形態學變化的情況下。
【發明內容】
[0006] 因此，提供一種用于減少ECG信號中的運動偽影的改進的方法和裝置以便處理不 可接受的缺口將是有利的，并且同時避免失真并進一步改進ECG信號的SNR。
[0007] 根據本發明的方面，提出了一種減少ECG信號中的運動偽影的方法，包括：從患者 的連續測得的ECG信號中采集當前搏動；計算先前均值搏動與所述ECG信號中的所述當前 搏動之間的相關性系數；基于所述相關性系數來確定要分配給所述先前均值搏動和所述當 前搏動的權重；以及基于所述先前均值搏動、所述當前搏動和它們的權重來計算當前均值 搏動。
[0008] 因此，利用這種方法，由于權重確定是基于相關計算的，所以能夠根據當前搏動波 形與先前均值搏動之間的相關性來將不同權重動態地分配給先前均值搏動和當前搏動兩 者。換言之，如果相關性高，則較大的權重將被分配給先前均值搏動。否則，其將被分配以較 小的權重，甚至零值權重，這暗示當前搏動與均值搏動不相關并且不被用于均值搏動更新。
[0009] 因此，與基于先前均值搏動、當前搏動和分配給所述搏動中的每個的固定權重來 計算均值搏動的傳統方法相比，根據本發明的方法采用自適應權重確定方法，所述自適應 權重確定方法基于兩個搏動之間的相關性，并且所述自適應權重確定方法可以抓住精確的 ECG形態學變化，從而得到增強的濾波效果，使得能夠去除由于患者的運動的偽影。
[0010] 此處，本領域技術人員可以容易理解，在增強包含偽影的ECG中的信號的方法中， 均值搏動應當被計算或憑經驗被確定為在對ECG信號的真實濾波開始之前的初始均值搏 動。
[0011] 當對ECG信號的濾波的方法開始時，在對第一當前搏動的處理期間，初始均值搏 動將被用作先前均值搏動并且將與第一當前搏動組合以計算第一當前均值搏動，所述第一 當前均值搏動將被存儲在存儲器中。然后，如果第一當前均值搏動和第一當前搏動相關，則 將從第一當前搏動減去第一當前均值搏動以獲得剩余信號，并且將對剩余信號進行濾波以 獲得經濾波的信號。最后，經濾波的信號將被加回到第一當前均值搏動以獲得修改的第一 當前搏動。
[0012] 接著，在對第二當前搏動的處理期間，所存儲的第一當前均值搏動將被用作先前 均值搏動以與第二當前搏動組合來計算第二當前均值搏動，所述第二當前均值搏動將被存 儲在存儲器中。然后，如果第二當前搏動與先前均值搏動相關，則將從第二當前搏動減去第 二當前均值搏動以獲得剩余信號，并且將對所述剩余信號進行濾波以獲得經濾波的信號。 最后，經濾波的信號將被加回到第二當前均值搏動以獲得修改的第二當前搏動。處理操作 如此繼續并且最后所有的ECG信號被處理并被濾波。
[0013] 請注意，如本領域技術人員將容易理解的，先前均值搏動與當前搏動之間的相關 性可以是相關性系數，但不限于此。
[0014] 在根據本發明的方法的范例中，在計算了先前均值搏動與當前搏動之間的相關性 系數之后，可以憑經驗或通過利用查找表進行映射來確定要分配給先前均值搏動和當前搏 動的權重。然而，該方法的優選范例還可以包括將相關性系數與預定系數，即預定相關性閾 值進行比較的步驟。如果相關性系數高于預定系數，則較大的權重將被分配給先前均值搏 動。否則，先前均值搏動將被分配以較小的權重或甚至零值權重。
[0015] 在根據本發明的方法的范例中，所述方法還可以包括以下步驟：從當前搏動減去 當前均值搏動以獲得剩余信號；基于ECG信號的信號特征來執行對剩余信號的分段濾波以 獲得經濾波的信號；并且將當前均值搏動加回到經濾波的信號以獲得修改的當前搏動。在 一個范例中，信號特征可以從ECG信號中采集并且可以包括P波、QRS復合波和T波的峰值 位置、段間隔、和噪聲包絡以及關于均值搏動的相關性信息。
[0016] 在所述方法的另一范例中，如果QRS復合波被選擇作為要處理的搏動，則執行分 段濾波的步驟還可以包括以下子步驟：基于信號特征來識別ECG波中的QRS段和T段與P 段；基于信號斜率變化和所計算的相關性系數來估計噪聲包絡；并且分別通過使用不同濾 波器來執行對不同段的濾波。
[0017] 與執行對剩余信號的常見濾波的傳統方法相比，根據本發明的優選范例的方法采 用對剩余信號的分段濾波來改進噪聲減少的效果以增強SNR并且保證重要的特征不失真。
[0018] 此處，術語"分段濾波"意味著，例如，如果QRS復合波被選擇作為要處理的搏動， 則基于當前搏動信號特征、ECG形態學的峰值位置和間隔信息，一組濾波器被用于一個QRS 段，并且另一組濾波器被用于T段與P段。
[0019] 在當當前搏動與均值搏動相關的情況下應用從當前搏動減去當前均值搏動以獲 得剩余信號。否則，例如，當前搏動能夠被保留在剩余信號中，并且不同組的分段濾波能夠 被應用以保持ECG特征精確。在這種情形下，用于不相關的搏動的分段濾波器的組完全不 同于用于相關的搏動的分段濾波器的組。由于對均值搏動的計算是關鍵因素并且可以對最 后獲得的ECG信號具有大的影響，所以對初始均值搏動的計算特別重要。在常規實踐中，初 始均值搏動可以憑經驗通過參考普通人的正常搏動來確定并且可以在前被存儲。
[0020] 然而，在根據本發明的方法的范例中，所述方法還可以包括根據ECG信號中的預 定數量的連續搏動來推導初始均值搏動的步驟。由于根據對患者自身執行的測量來推導初 始均值搏動，所以可以改進由此獲得的均值搏動的準確度。
[0021] 在本方法的另一范例中，所述預定數量的連續搏動包括第一預定數量的連續搏動 和跟隨所述第一預定數量的連續搏動的第二預定數量的連續搏動。在所述方法的優選范例 中，推導初始均值搏動的步驟還包括以下子步驟：根據所述第一預定數量的連續搏動來推 導初始均值搏動；并且僅僅當先前初始均值搏動與所述第二預定數量的連續搏動中的當前 搏動之間的相關性系數大于預定系數時更新所述初始均