專利名稱：一種基于rls自適應濾波器的胃電慢波信號檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種胃電信號處理的裝置，具體的說是為獲得可以進行醫(yī)學診斷的胃 電慢波信號處理的裝置。
背景技術：
胃病是一種常見、多發(fā)、難根治性疾病。隨著醫(yī)學診斷技術的進展，胃病診斷已經(jīng) 不是難事。從鋇餐、內(nèi)窺鏡、胃液分析到活體組織檢查再到C14色譜診斷，器質性胃病容易 被發(fā)現(xiàn)。但是對于功能性胃病，卻無濟于事，上述方法會給病人帶來一定的痛苦、損傷，并有 傳染疾病的危險。作為一種、安全、無創(chuàng)、無痛苦的胃腸動力診斷方法，即通過體表貼測量電 極是消化道生理檢測、診斷的無創(chuàng)檢測方法。胃電信號十分微弱，變化十分緩慢，因此通過體表電極的觀測胃電難度很大，有另 一方面，對胃電圖的臨床意義認識不足，目前無論在胃電檢測手段、分析方法及有效性方面 都需要很大的提高。胃電信號是一種典型的微弱信號，體表胃電幅度為幾百微伏到幾毫伏量級，正常 人胃電信號慢波成分頻率極低，帶寬為0. 02-0. 3Hz ；體表采集到的信號又包含了各種干 擾，如心電、呼吸信號、抖動等，部分干擾的幅度還可能遠大于胃電信號。測量過程中會引入 大量的強背景噪聲，其中又以心電、呼吸偽跡最難去除。自適應濾波器可以不必事先給定信號及噪聲的自相關函數(shù)，它可以利用前一時刻 已獲得的濾波器參數(shù)自動地調節(jié)現(xiàn)時刻的濾波器參數(shù)使得濾波器輸出和未知的輸入之間 的均方誤差最小化或者(加權)最小二乘誤差最小化，從而它可以實現(xiàn)最優(yōu)濾波。自適應濾波器的算法有很多，有RLS (遞歸最小二乘法)和LMS (最小均方算法)等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對胃電中的慢波信號，通過自適應信號處理方法，完成對慢波信號的觀 測。本發(fā)明的目的是提供一種能夠對體表測量電極獲取信號的自適應濾波處理裝置， 去除心電、呼吸信號、抖動等帶來的測量影響，完成對胃電慢波信號的觀測。為解決上述技術問題，本發(fā)明公開一種基于遞歸最小二乘 RLS(Recursiveleastsquares)自適應濾波器的胃電慢波信號檢測裝置，包括硬件部分1和 軟件處理部分2，所述硬件部分1包括體表測量電極、模擬信號放大器11、A/D轉換卡12和 數(shù)字運算設備13 ；所述體表電極用于信號采集，所述體表電極通過導聯(lián)和模擬信號放大器 11相連，所述模擬信號放大器11將體表微弱的胃電信號放大；所述模擬信號放大器11通 過導線和A/D轉換卡12相連，所述A/D轉換卡12將模擬信號轉換為數(shù)字信號；所述A/D轉 換卡12通過數(shù)據(jù)線和數(shù)字運算設備13相連，所述數(shù)字運算設備13將數(shù)字信號進行信號處 理；
所述軟件部分2包括數(shù)字預處理模塊21、噪聲估計模塊22、RLS自適應濾波模塊 23及顯示、存儲等設備，其中所述數(shù)據(jù)預處理模塊21包括數(shù)據(jù)重采樣模塊211和數(shù)字帶通 /低通濾波模塊212 ；所述噪聲估計模塊22包括數(shù)據(jù)主頻查找模塊221和數(shù)字帶阻濾波模 塊222 ；所述數(shù)據(jù)重采樣模塊211和數(shù)字帶通/低通濾波模塊212將數(shù)字運算設備13輸出 的數(shù)字信號進行預處理；所述的預處理結果一部分依次通過數(shù)據(jù)主頻查找模塊221和數(shù)字 帶阻濾波模塊222，得到噪聲估計；最后所述預處理結果以及所述噪聲估計輸入RLS自適應 濾波模塊，由RLS自適應濾波模塊輸出數(shù)據(jù)到顯示、存儲等設備。所述數(shù)據(jù)重采樣模塊211包括數(shù)據(jù)輸入端，重采樣運算，數(shù)據(jù)輸出端三個部分，這 三個部分依次連接。數(shù)據(jù)輸入端輸入為采樣率Fs的數(shù)據(jù)，經(jīng)過重采樣運算，數(shù)據(jù)輸出端輸 出為采樣率fs的數(shù)據(jù)，其中有條件Fs > fs，并且fs約為1-lOHz。所述數(shù)字帶通/低通濾波模塊212包括數(shù)字信號輸入端，數(shù)字濾波，數(shù)字信號輸 出端三個部分，這三個部分依次連接。數(shù)字信號輸入端輸入一串數(shù)字信號，經(jīng)過通帶約 0. 01-0. 5Hz數(shù)字帶通或者截止頻率約0. 5Hz數(shù)字低通濾波，數(shù)字信號輸出端輸出為濾波后 的數(shù)字信號。所述數(shù)據(jù)主頻查找模塊221包括數(shù)字信號輸入端，功率譜分析，主峰位置查找，輸 出端四個部分，這四個部分依次連接。數(shù)字信號輸入端輸入一串數(shù)字信號，經(jīng)過功率譜分 析，主峰位置查找后，從輸出端輸出主峰對應主頻值。所述數(shù)字帶阻濾波模塊222包括主頻輸入端，數(shù)字信號輸入端，阻帶設置，濾波器 參數(shù)動態(tài)生成，帶阻濾波器(動態(tài)生成)，數(shù)字信號輸出端六個部分。其中主頻輸入端連接 阻帶設置部分，阻帶設置部分連接濾波器參數(shù)動態(tài)生成部分，濾波器參數(shù)動態(tài)生成部分連 接帶阻濾波器部分，數(shù)字信號輸入端與數(shù)字信號輸出端分別連接帶阻濾波器部分。首先從 主頻輸入端輸入主頻數(shù)值，經(jīng)過阻帶設置部分得到濾波器阻帶，該濾波器阻帶經(jīng)過濾波器 參數(shù)動態(tài)生成部分得到一組濾波器參數(shù)，利用這組參數(shù)動態(tài)生成一個帶阻濾波器，然后，從 數(shù)字信號輸入端輸入數(shù)字信號，經(jīng)過該帶阻濾波器，在數(shù)字信號輸出端處輸出濾波后的數(shù) 字信號。本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點1.面向胃電慢波信號的自適應處理濾波器設計，即把心電、呼吸信號、抖動，以及 信號放大裝置本身的噪聲的都作為胃電慢波信號的噪聲，而對其進行自適應濾波器的設 計，以降低濾波器的復雜程度。2.測量信號通過自適應濾波后的信號復現(xiàn)，即可以完成對胃電慢波信號的精確復 現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明的結構框圖；圖2為數(shù)據(jù)重采樣模塊示意圖；圖3為數(shù)字帶通/低通濾波模塊示意圖；圖4為數(shù)據(jù)主頻查找模塊示意圖；圖5為數(shù)字帶阻濾波模塊示意圖；圖6為胃電慢波信號復現(xiàn)示意圖。；
具體實施例方式下面結合實施例及附圖詳細說明本發(fā)明的結構及控制過程。如圖1所示，包括硬件部分1和軟件部分2，其中硬件部分1具有模擬信號放大器 1UA/D轉換卡12和數(shù)字運算設備13 (本實施例采用PC機)。體表電極通過導聯(lián)和模擬信 號放大器11相連，將體表微弱的胃電信號送至該放大器放大；所述模擬信號放大器11輸出 的放大信號通過導線和A/D轉換卡12相連，將幅值放大500至1000倍的模擬信號送至該 轉換卡轉換為數(shù)字信號；所述A/D轉換卡12通過數(shù)據(jù)線和數(shù)字運算設備13相連，將數(shù)字信 號送給該數(shù)字運算設備進行信號處理。軟件部分2存在于數(shù)字運算設備13中，包括數(shù)據(jù)預 處理模塊21、噪聲估計模塊22和RLS自適應濾波模塊23。其中所述數(shù)據(jù)預處理模塊21具 有數(shù)據(jù)重采樣模塊211和數(shù)字帶通/低通濾波模塊212，對輸入的數(shù)字信號依次進行重新 采樣以及0. 01-0. 5Hz數(shù)字帶通或截止頻率為0. 5Hz數(shù)字低通濾波處理；所述噪聲估計模塊 22具有數(shù)據(jù)主頻查找模塊221和數(shù)字帶阻濾波模塊222，輸入的數(shù)字信號經(jīng)過該數(shù)據(jù)主頻 查找模塊得到主頻，然后該主頻數(shù)值和該數(shù)字信號進入數(shù)字帶阻濾波模塊，輸出的濾波結 果即估計噪聲。數(shù)字運算設備13得到的數(shù)字信號依次通過數(shù)據(jù)重采樣模塊211和數(shù)字帶 通/低通濾波模塊212，得到預處理結果。所述的預處理結果一部分依次通過數(shù)據(jù)主頻查找 模塊221和數(shù)字帶阻濾波模塊222，得到噪聲估計。最后所述預處理結果以及所述噪聲估計 作為RLS自適應濾波模塊的兩個輸入，得到最終結果的輸出。該輸出數(shù)據(jù)可在所述的數(shù)字 運算設備13上作顯示、存儲等處理，待醫(yī)生進行分析和診斷。如圖2所示，所述數(shù)據(jù)重采樣模塊211包括數(shù)據(jù)輸入端，重采樣運算，數(shù)據(jù)輸出端 三個部分，這三個部分依次連接。數(shù)據(jù)輸入端輸入為采樣率Fs的數(shù)據(jù)，經(jīng)過重采樣運算，數(shù) 據(jù)輸出端輸出為采樣率fs的數(shù)據(jù)，其中有條件Fs > fs，并且fs約為1-lOHz。如圖3所示，所述數(shù)字帶通/低通濾波模塊212包括數(shù)字信號輸入端，數(shù)字濾波， 數(shù)字信號輸出端三個部分，這三個部分依次連接。數(shù)字信號輸入端輸入一串數(shù)字信號，經(jīng)過 通帶約0. 01-0. 5Hz數(shù)字帶通或者截止頻率約0. 5Hz數(shù)字低通濾波，數(shù)字信號輸出端輸出為 濾波后的數(shù)字信號。如圖4所示，所述數(shù)據(jù)主頻查找模塊221包括數(shù)字信號輸入端，功率譜分析，主峰 位置查找，輸出端四個部分，這四個部分依次連接。數(shù)字信號輸入端輸入一串數(shù)字信號，經(jīng) 過功率譜分析，主峰位置查找后，從輸出端輸出主峰對應主頻值。如圖5所示，所述數(shù)字帶阻濾波模塊222包括主頻輸入端，數(shù)字信號輸入端，阻帶 設置，濾波器參數(shù)動態(tài)生成，帶阻濾波器(動態(tài)生成)，數(shù)字信號輸出端六個部分。其中主 頻輸入端連接阻帶設置部分，阻帶設置部分連接濾波器參數(shù)動態(tài)生成部分，濾波器參數(shù)動 態(tài)生成部分連接帶阻濾波器部分，數(shù)字信號輸入端與數(shù)字信號輸出端分別連接帶阻濾波器 部分。首先從主頻輸入端輸入主頻數(shù)值，經(jīng)過阻帶設置部分得到濾波器阻帶，該濾波器阻帶 經(jīng)過濾波器參數(shù)動態(tài)生成部分得到一組濾波器參數(shù)，利用這組參數(shù)動態(tài)生成一個帶阻濾波 器，然后，從數(shù)字信號輸入端輸入數(shù)字信號，經(jīng)過該帶阻濾波器，在數(shù)字信號輸出端處輸出 濾波后的數(shù)字信號。圖6為胃電慢波信號復現(xiàn)示意圖，由此可見，本發(fā)明可以完成對胃電慢波信號的 精確復現(xiàn)。
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如上所述為本發(fā)明的一個典型的實施方式，由于實施方式較多，不能一一列舉，其 他任何在本發(fā)明的整體框架下進行組合、簡化，替代等，都應在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種基于RLS自適應濾波器的胃電慢波信號檢測裝置，包括硬件部分(1)和軟件處 理部分O)，所述硬件部分(1)包括體表測量電極、模擬信號放大器(11)、A/D轉換卡(12) 和數(shù)字運算設備(1 ；所述體表電極用于信號采集，所述體表電極通過導聯(lián)和模擬信號放 大器(11)相連，所述模擬信號放大器(11)將體表微弱的胃電信號放大；所述模擬信號放大 器(U)通過導線和A/D轉換卡(1 相連，所述A/D轉換卡(1 將模擬信號轉換為數(shù)字信 號；所述A/D轉換卡(1 通過數(shù)據(jù)線和數(shù)字運算設備(1 相連，所述數(shù)字運算設備(13) 將數(shù)字信號進行信號處理；所述軟件處理部分( 包括數(shù)字預處理模塊、噪聲估計模塊0 、RLS自適應濾波 模塊及顯示、存儲等設備，其中所述數(shù)據(jù)預處理模塊包括數(shù)據(jù)重采樣模塊(211) 和數(shù)字帶通/低通濾波模塊012)；所述噪聲估計模塊0 包括數(shù)據(jù)主頻查找模塊(221) 和數(shù)字帶阻濾波模塊022)；所述數(shù)據(jù)重采樣模塊(211)和數(shù)字帶通/低通濾波模塊(212) 將數(shù)字運算設備(1 輸出的數(shù)字信號進行預處理；所述的預處理結果一部分依次通過數(shù) 據(jù)主頻查找模塊(221)和數(shù)字帶阻濾波模塊022)，得到噪聲估計；最后所述預處理結果以 及所述噪聲估計輸入RLS自適應濾波模塊，由RLS自適應濾波模塊輸出數(shù)據(jù)到顯示、存儲等 設備。
2.根據(jù)權利要求1所述的胃電慢波信號檢測裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)重采樣模塊 (211)包括數(shù)據(jù)輸入端，重采樣運算，數(shù)據(jù)輸出端三個部分，這三個部分依次連接。數(shù)據(jù)輸入 端輸入為采樣率Fs的數(shù)據(jù)，經(jīng)過重采樣運算，數(shù)據(jù)輸出端輸出為采樣率fs的數(shù)據(jù)，其中有 條件Fs > fs,并且fs約為I-IOHz。所述數(shù)字帶通/低通濾波模塊(21 包括數(shù)字信號輸入端，數(shù)字濾波，數(shù)字信號輸 出端三個部分，這三個部分依次連接。數(shù)字信號輸入端輸入一串數(shù)字信號，經(jīng)過通帶約 0. 01-0. 5Hz數(shù)字帶通或者截止頻率約0. 5Hz數(shù)字低通濾波，數(shù)字信號輸出端輸出為濾波后 的數(shù)字信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的胃電慢波信號檢測裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)主頻查找模 塊021)包括數(shù)字信號輸入端，功率譜分析，主峰位置查找，輸出端四個部分，這四個部分 依次連接。數(shù)字信號輸入端輸入一串數(shù)字信號，經(jīng)過功率譜分析，主峰位置查找后，從輸出 端輸出主峰對應主頻值。所述數(shù)字帶阻濾波模塊(22 包括主頻輸入端，數(shù)字信號輸入端，阻帶設置，濾波器參 數(shù)動態(tài)生成，帶阻濾波器(動態(tài)生成)，數(shù)字信號輸出端六個部分。其中主頻輸入端連接阻 帶設置部分，阻帶設置部分連接濾波器參數(shù)動態(tài)生成部分，濾波器參數(shù)動態(tài)生成部分連接 帶阻濾波器部分，數(shù)字信號輸入端與數(shù)字信號輸出端分別連接帶阻濾波器部分。首先從主 頻輸入端輸入主頻數(shù)值，經(jīng)過阻帶設置部分得到濾波器阻帶，該濾波器阻帶經(jīng)過濾波器參 數(shù)動態(tài)生成部分得到一組濾波器參數(shù)，利用這組參數(shù)動態(tài)生成一個帶阻濾波器，然后，從數(shù) 字信號輸入端輸入數(shù)字信號，經(jīng)過該帶阻濾波器，在數(shù)字信號輸出端處輸出濾波后的數(shù)字 信號。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于RLS自適應濾波器的胃電慢波信號檢測裝置，包括硬件部分和軟件處理部分，所述硬件部分包括體表測量電極、模擬信號放大器、A/D轉換卡和數(shù)字運算設備；所述軟件處理部分包括數(shù)字預處理模塊、噪聲估計模塊、RLS自適應濾波模塊及顯示、存儲等設備。本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點1.面向胃電慢波信號的自適應處理濾波器設計，即把心電、呼吸信號、抖動，以及信號放大裝置本身的噪聲的都作為胃電慢波信號的噪聲，而對其進行自適應濾波器的設計，以降低濾波器的復雜程度。2.測量信號通過自適應濾波后的信號復現(xiàn)，即可以完成對胃電慢波信號的精確復現(xiàn)。
文檔編號A61B5/04GK102100554SQ200910248570
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權日2009年12月18日
發(fā)明者楊春敏, 秦書嘉, 繆磊, 董再勵 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所