專利名稱：周期性生理信號的處理的制作方法
技術領域：
以下屬于信號處理領域。其屬于生理信號的處理并且特別是周期性生理信號的處理的領域。
背景技術：
全科醫師(GP)使用聽診器來傾聽心音從而找出患者心臟的異常，如果有的話。為了做出可靠的診斷，GP需要熟練并且需要好的聽診器。獨立研究(IEEE TBME，2007)指出在由GP使用聽診器評估之后被推薦去看專科醫生的患者中大約80%被發現是正常的。這表明很難使用聽診器來做出準確的診斷。如今在市場上可獲得數字聽診器。它們通過過濾、增強心音、存儲聲音來減少用戶聽到的周圍環境噪音，并且一些也顯示它們的可視化表示。
發明內容
這樣的設備通常過濾信號以減少噪聲。任何過濾很可能也消除信號的有用成分。若有這樣一種信號處理設備將是優選的:其提供保留原始信號的所有頻率成分的信號并且該信號仍然具有例如比原始信號更少的噪聲。公開了一種這樣的用于處理來自對象的周期性生理信號的信號處理設備，所述設備包括:周期檢測單元，用于檢測所述信號的周期；分析單元，用于確定所述周期的特性的值；選擇單元，用于基于所確定的值來丟棄或者存儲所述周期；以及串接單元，用于將所存儲的周期串接以生成用于輸出給用戶的串接的信號。
這種設備提供了周期性生理信號的選擇的周期。該信號包括原始信號的所有頻率成分并且仍然可能噪聲較少，并且因而對用戶更加有用。該設備也可具有另外的優點:具有低的能耗，因為對信號單個周期的選擇是較不計算密集的從而是較不耗能的。所公開的設備可用于處理表示對象心跳的信號。該表示心跳的信號例如可以是由跳動的心臟產生的聲音或者對象的心電描記術(ECG)信號。也優選具有一種處理來自對象的周期性生理信號的方法，其保持原始信號的所有頻率成分并且仍然可能噪聲較少并且因而對用戶更加有用。這種信號處理方法用于處理對象的周期性生理信號，包括如下的步驟:檢測步驟，其檢測所述信號的周期，分析步驟，其確定所述周期的特性的值，選擇步驟，其基于所確定的值來丟棄或者存儲所述周期，以及用于將所存儲的周期信號串接以為用戶輸出的串接步驟。該方法可能的優點是能夠將一種保留原始信號的所有頻率成分但是被選擇為噪聲更少的信號提供給使用這樣的信號的用戶或者診斷設備，并且因而對用戶而言比原始信號或者經過濾信號更加有用。也公開了一種用于處理并且向用戶傳達周期性生理信號的信號處理系統。該信號處理系統包括:探頭，用于提供周期性生理信號；檢測單元，用于檢測所述信號的周期；分析單元，用于確定所述周期的特性的值；選擇單元，用于基于所確定的值來丟棄或者存儲所述周期；串接單元，用于將所存儲的周期串接以生成串接的信號；以及輸出單元，用于向用戶輸出所述串接的信號。這種系統可提供的優點在于傳達給用戶的對象的周期性生理信號對于該用戶而言比未處理過或者未過濾過的信號更加有用。
以舉例的方式基于以下的實施例和實現方式并參照附圖來詳細描述這些和其他方面，其中:圖1是所公開的設備的實施例的示意性表示；圖2是所公開的設備的另一實施例的示意性表示；
圖3是所公開的設備的另一實施例的示意性表示；圖4是所公開的設備的另一實施例的示意性表示；圖5是所公開的系統的實施例的示意性表示；圖6是所公開的方法的表示；圖7是所公開的方法的實現方式的表示。 相應的附圖標記當在各附圖中使用時表示附圖中的相應的元件。
具體實施例方式所公開的設備，在圖1中概要地示為100，包括用于檢測周期性生理信號的單個周期的周期檢測單元101。分析器單元103分析所檢測的周期并且確定該周期的特性的值。選擇單元105基于該特性的值使用某個標準來丟棄或者存儲該周期。串接單元(107)將所存儲的周期串接以生成串接的信號。周期性生理信號的范例可以是ECG信號、心跳的聲音、歸因于心跳的血流聲音以及呼吸的聲音。這樣的周期性生理信號具有伴隨感興趣的信號的噪聲信號。過濾噪聲信號也可能負面地影響原始有用信號的頻譜的至少部分。所公開的設備因而選擇具有低噪聲內容的信號周期。所考慮的周期性信號的單元是周期性信號的一個周期。周期檢測單元101從周期性信號中檢測單個周期以用于進一步地分析和處理。例如，可以基于信號的最高峰來檢測單個周期。例如，如果周期性信號是心跳聲音信號，則在已知的時間長度上感測該信號、將其數字化并存儲。檢測所存儲的信號的峰值。可以比較從一個峰到下一個的持續時間以看看它們是否是大致相等的。如果它們是相等的，則在任意兩個連續峰之間的信號被視為一個周期。分析單元103分析選定的信號周期并且確定該信號的某個特性的值。例如，可以確定信噪比(SNR)。為此，在某個頻率以上的所有信號成分可以被視為噪聲。本發明的發明人已經發現，例如，在心音信號的情況下，處理具有大于600Hz頻率的信號成分并且計算SNR對于本目的是足夠的。然而，600Hz并不是可以使用的唯一頻率。由于SNR計算的目的是獲得品質因數，因此也可使用在其以上心音不具有其他顯著的頻率成分的任何其他頻率。選定的頻率也取決于被處理的周期性生理信號的頻率以及其包括的頻率成分。在特性值滿足某個預定義標準的情況下，選擇單元105存儲周期。例如，在所確定的特性是SNR的情況下，其在SNR高于閾值的情況下選擇該周期以進行存儲。串接單元107將所選定和存儲的周期串接。在此應該理解，在僅有一個選定周期的情況下，串接單元反復地將該周期與同一周期串接。在實際的實現方式中，這可能意味著反復地訪問或讀取以及輸出在存儲器中存儲的數字化周期，使得其表現為信號的連續周期。在一個實施例中，在圖2中概要地示為200，該設備被配置為接收心音信號210和ECG信號208兩者。ECG信號具有特有的標識，通常被稱為P、QRS、T和U。這使得對ECG信號的單個周期的確定變得簡單。由于心跳聲音與ECG信號同步，因而更容易確定心跳聲音的單個周期。在圖2中，標識檢測單元209接收ECG信號并且檢測該標識。例如，周期檢測單元211使用檢測到標識的時刻，檢測心跳聲音信號的單個周期。然而，SNR并不是可用于選擇或者丟棄信號周期的唯一特性。例如，心音具有通常被稱為SI和S2或者心臟的撲-通聲音的兩個不同的部分。最有用的周期具有不同的SI和S2聲音。因而，可以基于SI和S2的能量選擇周期并進行存儲。因而，其值被確定的特性是SI或S2的能量或者優選兩者。如果SI或S2的能量或者SI和S2的能量總和高于相應預設閾值，則可以選擇這樣的周期可用于存儲，將其存儲和串接。本發明的發明人已經發現，SI和S2的能量總和與周期總能量的比率是對該特性的合適度量。具體而言，在能量比率大于0.5的情況下，其可以由選擇單元105選定。在一個實施例中，基于多于一個的特性的值來選擇周期。換言之，例如，確定以上提及的SNR和能量比率。針對給定的周期，如果兩個值都高于相應的預定閾值，那么選擇單元105選擇該周期。在進一步的實施例中，在圖3中概要地示為300，具有多于一個的選擇單元。最初，選擇單元313基于一個或多個特性的值來選擇周期。其連續這么做并且在第二選擇單元315中存儲多個選定的周期。串接 單元將這些周期串接以用于輸出。然而，一旦第二選擇單元具有預定數量的周期，就以不同的標準再次對這些周期進行選擇。丟棄不滿足第二標準的周期并且串接單元將剩余的周期串接。在第二選擇單元中使用的標準可以例如基于周期時間。周期性信號的速率隨時間變化。例如，當人休息時心率下降，使得在處理聲音時，由于對象正在休息心率很可能更低。第二選擇可以使用這一點來進一步選擇周期以用于串接。例如，通過第二選擇單元來計算所有存儲周期的周期時間并且計算它們的算術平均值。此外，也計算周期時間的標準差(SD或者σ )。選擇具有比閾值更大的周期時間的周期并且丟棄其他的。例如，該標準可以是僅保留具有比通過從平均值減去標準差而獲得的值更大的周期時間的周期。可選的，選擇具有在距離平均值一個標準差之內的周期時間的所有周期。這樣做的優點在于，串接的信號那么就由具有更一致周期時間的周期組成。在此必須要注意的是，為了更加清楚地理解，以上將第一選擇單元313和第二選擇單元315描述為分離的單元。然而，在實際設備中，同一選擇單元可以執行所有所描述的功能。在這樣的情況下，被組合在一起的選擇單元313和315可以如前地稱為105，如圖3中的虛線所指示。圖4是所公開的設備的另一實施例的示意圖，其包括用于以適合用戶的形式來輸出串接的信號的輸出單元417。該輸出單元可包括一個或多個驅動器，用于驅動音頻設備-例如耳機、視頻顯示單元、觸覺設備、數字存儲單元以及打印機。用戶可以，例如，同時使用這些中的一個或多個。例如在觀看顯示單元(未示出)上的心音波形的同時傾聽心音。用戶也可進行打印輸出作為記錄以備后用。迄今描述的設備可用作周期性生物學信號的來源與基于心音來自動識別對象心臟的病理狀況的設備之間的接口。例如，所公開的設備可以將信號提供給，例如，在公開專利說明書W0-2009138932-A1中所描述的設備，該專利被轉讓給與本申請人相同的受讓人。由于信號沒有被過濾而仍然具有高的SNR，因此在引用的說明書中所描述設備的功能很可能比使用未處理或過濾信號時更加穩健。也描述了一種信號處理系統。在圖5中概要地示為500，該系統用于處理周期性生理信號以及用于將其傳達給用戶。這種系統包括用于感測周期性生理信號并且生成信號210的一個或多個的傳感器519。該傳感器可以是來自包括但不限于，駐極體換能器、電動力換能器、壓電換能器或者電容換能器，的組中的任何適當類型。這可以可操作地永久連接至殼體中的功能單元或者可拆卸地與它們連接。該系統也包括ECG電極和引線521，例如那些本領域公知的，其可操作地永久連接至殼體中的功能單元或者可拆卸地與它們連接以提供ECG信號。在周期檢測單元211中檢測ECG信號或者其他周期性生理信號的單個周期。如先前描述的，可以用ECG標識檢測單元209在ECG信號的輻助下檢測其他周期性生理信號的周期。分析單元103確定通過周期檢測單元103檢測到的周期的特性的一個或多個值。選擇單元313基于選定的一個或多個特性的檢測值來選擇信號以用于進一步操作。如之前所描述，第二選擇單元315可以基于其他特性來做出進一步的選擇。串接單元107將所存儲的選定周期串接。輸出單元417進一步處理串接的信號。使用輸出信號來驅動可視化顯示單元523、音頻輸出換能器525、觸覺單元527、用于打印波形的打印機529以及用于存儲信號的存儲單元531中的一個或多個。存儲設備531可以是系統的部分。其也可以是用于將串接的信號存儲在諸如光盤的可移動介質的設備。從串接單元107出來的串接的信號可以是數字形式并且可以被按原樣存儲。可選地，輸出單元可以壓縮信號，優選使用無損壓縮，以用于存儲。這些信號也可以經由輸出連接器533，例如USB連接器，輸出，以用于存儲在其他遠程的便攜式存儲器設備上。雖然將系統描述為具有來自所公開的設備的所有實施例的要素，但是并非必須如此。基于本公開，系統設計者可以選擇尤其適于將被處理和傳達給用戶的信號類型的組合。例如，在僅處理ECG信號的情況下，該系統不需要具有與音頻相關設備。現在將參照圖6來詳細描述所公開的方法。所公開的方法概要地示為600。在檢測步驟635中，檢測周期性生理信號的單個周期。確定周期的一種方式是在足夠長的時期上記錄信號以記錄已知數量的周期。由于已知被記錄的周期性生理信號的頻率范圍，因此可能計算出這么做所需的時間。然后，檢測信號的峰。兩個峰之間的信號被視為一個周期。一旦檢測到單個周期，就在分析步驟637中確定信號的已知特性。最明顯的特性是信噪比(SNR)。本發明的發明人已經發現，處理具有大于600Hz頻率的信號成分并且計算SNR對于作為示例性周期性生理信號的心跳聲音信號是足夠的。可以得到針對其他信號的類似的閾值頻率。然而 ，即使對于心跳聲音信號，600Hz也不是唯一可使用的頻率。由于SNR計算的目的是獲得品質因數，因而可以使用周期性生理信號在其以上不具有顯著貢獻的任何其他頻率。通過使用以下給出的等式，可以計算出針對單個周期的SNR。例如，對于Pn (η)項，發現4000Hz的上限截止頻率是用于心跳聲音信號的適當頻率，因為心臟信號中的在這之上頻率的能量是可忽略不計的。
權利要求
1.一種用于處理對象的周期性生理信號的信號處理設備(100)，所述設備包括: 周期檢測單元(101)，用于檢測所述信號的周期； 分析單元(103)，用于確定所述周期的特性的值； 選擇單元(105)，用于基于所確定的值來丟棄或者存儲所述周期；以及 串接單元(107)，用于將所存儲的周期串接以生成用于為用戶輸出的串接的信號。
2.如權利要求1所述的設備，其中，所述生理信號表示對象的心跳。
3.如權利要求2所述的設備，其中，所述生理信號表示對象的所述心跳的聲音。
4.如權利要求3所述的設備，其中，所述周期檢測單元被配置為基于所述信號中的峰來檢測周期。
5.如權利要求3所述的設備，其中，所述周期檢測單元(211)用于基于所述對象的心電描記信號來檢測周期。
6.如權利要求1所述的設備，其中，所述分析單元(103)用于確定信噪比、所述周期的至少選定部分的能量、所述周期的所述選定部分的能量與所述周期的能量的比率、以及所述周期的持續時間中的至少一個。
7.如權利要求5所述的設備，其中，所述分析單元是用于基于所述心電描記信號來確定所述周期的所述持續時間。
8.如權利要求1所述的設備，其中，所述選擇單元是用于存儲如下的周期，所述周期具有滿足一個或多個標準 的所確定的值。
9.如權利要求8所述的設備，其中，所述選擇單元用于存儲基于第一特性的所述值而選定的周期，并且隨后丟棄不滿足針對與所述第一特性不同的第二特性的一個或多個標準的周期。
10.如權利要求9所述的設備，其中，所述第二特性的標準是基于與所存儲的周期相關聯地確定的統計量。
11.如權利要求1所述的設備，還包括輸出單元(417)，所述輸出單元(417)用于通過視覺顯示器、電聲音頻換能器、用于保存在存儲器設備上的數字音頻信號以及打印機中的至少一個來輸出所述串接的信號。
12.一種用于處理周期性生理信號以及用于將其傳達給用戶的信號處理系統，所述信號處理系統包括: 探頭，用于提供周期性生理信號； 檢測單元，用于檢測所述信號的周期； 分析單元，用于確定所述周期的特性的值； 選擇單元，用于基于所確定的值來丟棄或者存儲所述周期； 串接單元，用于將所存儲的周期串接以生成串接的信號；以及 輸出單元，用于向用戶輸出所述串接的信號。
13.如權利要求12所述的系統，其中，所述輸出單元經由一個或多個輸出設備來輸出所述信號，所述一個或多個輸出設備來自包括音頻輸出設備、視頻顯示器、觸覺輸出設備以及打印輸出的組。
14.一種用于處理周期性生理信號的信號處理方法(600)，所述方法包括以下步驟: 檢測步驟(635)，其檢測所述信號的周期；分析步驟(637)，其確定所述周期的特性的值；選擇步驟(639)，其基于所確定的值來丟棄或者存儲所述周期；以及串接步驟(641)，其將所存儲的周期信號串接以用于為用戶輸出。
15.如權利要求1 4所述的方法，其中，所述周期性信號表示對象的心跳。
全文摘要
信號處理設備通常過濾信號以降低噪聲。任何過濾很可能也消除信號的有用成分。公開了一種用于信號處理的設備和方法，其中，選擇固有地干凈的信號周期來進行再生，使得經處理的信號保留所有的頻率成分。也公開了一種使用所公開的用于處理周期性生理信號的設備和方法的系統。
文檔編號A61B5/0245GK103249357SQ201180059009
公開日2013年8月14日 申請日期2011年9月26日 優先權日2010年10月8日
發明者N·布薩, J·韋帕, S·R·庫達維利 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司