信號(hào)處理裝置和信號(hào)處理方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種信號(hào)處理裝置和信號(hào)處理方法。其中該信號(hào)處理裝置包括：采樣模塊，采樣輸入信號(hào)以產(chǎn)生采樣信號(hào)；第一分段模塊，在第一時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)該采樣信號(hào)計(jì)算第一分段值；第二分段模塊，在第二時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)該采樣信號(hào)計(jì)算第二分段值，其中該第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短不同于該第二時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短；以及檢測(cè)模塊，耦接于該第一分段模塊和該第二分段模塊，根據(jù)該第一分段值是否位于第一范圍之外以及該第二分段值是否位于第二范圍之外的測(cè)定產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。本發(fā)明所提供的信號(hào)處理裝置和信號(hào)處理方法，可以降低特定信號(hào)的噪聲分量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】信號(hào)處理裝置和信號(hào)處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于信號(hào)處理裝置和信號(hào)處理方法，特別是有關(guān)于能夠根據(jù)輸入信號(hào)中出現(xiàn)的噪聲分量(noise components)的特征而選擇性地開(kāi)始還原過(guò)程的信號(hào)處理裝置和信號(hào)處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，醫(yī)生能夠根據(jù)通過(guò)生物醫(yī)學(xué)的檢查儀器產(chǎn)生的各種醫(yī)學(xué)報(bào)告來(lái)做出令人信服的診斷。舉例來(lái)說(shuō)，生物醫(yī)學(xué)的檢查儀器可以通過(guò)直接連接至病人胸部、手臂、或腿的電極獲得生理的信號(hào)(例如，心電圖(electrocard1gram,以下簡(jiǎn)稱(chēng)為ECG)信號(hào))。然后，生理的信號(hào)可以被檢測(cè)并傳送至處理裝置以進(jìn)一步處理。
[0003]通常，從電極傳送的ECG信號(hào)的幅度的測(cè)量值為毫伏級(jí)，以致ECG信號(hào)中的噪聲分量可以顯著的影響ECG信號(hào)的波形。因此，在ECG波形中分析具有噪聲分量的ECG信號(hào)是沒(méi)有意義的。為解決此種困境，通常采用高通濾波器和帶通濾波器來(lái)執(zhí)行減噪處理以降低環(huán)境引起的噪聲分量(例如電線(xiàn)干擾(power-line interference)、電極周?chē)碾姶呕顒?dòng)(electromagnetic activity)或電極的移動(dòng))。此外,信號(hào)處理技術(shù)也被認(rèn)為可以有用地降低心電圖信號(hào)的噪聲分量(例如基線(xiàn)漂移(baseline wander)影響和運(yùn)動(dòng)偽差(mot1nartifact))。由于降低心電圖信號(hào)中的噪聲分量成為當(dāng)今最關(guān)鍵的生物醫(yī)學(xué)問(wèn)題，需要開(kāi)發(fā)能夠?yàn)V除噪聲分量的信號(hào)處理裝置和信號(hào)處理方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提出一種信號(hào)處理裝置和信號(hào)處理方法。
[0005]依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式，提供一種信號(hào)處理裝置。該信號(hào)處理裝置包括:采樣模塊，采樣輸入信號(hào)以產(chǎn)生采樣信號(hào)；第一分段模塊，在第一時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)該采樣信號(hào)計(jì)算第一分段值；第二分段模塊，在第二時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)該采樣信號(hào)計(jì)算第二分段值，其中該第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短不同于該第二時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短；以及檢測(cè)模塊，耦接于該第一分段模塊和該第二分段模塊，根據(jù)該第一分段值是否位于第一范圍之外以及該第二分段值是否位于第二范圍之外的測(cè)定產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。
[0006]依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式，提供一種信號(hào)處理方法。該信號(hào)處理方法包括:米樣輸入信號(hào)以產(chǎn)生采樣信號(hào)；在第一時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)該采樣信號(hào)計(jì)算第一分段值；在第二時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)該采樣信號(hào)計(jì)算第二分段值，其中該第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短不同于該第二時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短；以及根據(jù)該第一分段值是否位于第一范圍之外以及該第二分段值是否位于第二范圍之外的測(cè)定產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。
[0007]依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式，提供一種信號(hào)處理裝置。該信號(hào)處理裝置包括:采樣模塊，采樣輸入信號(hào)以產(chǎn)生采樣信號(hào)；第一分段模塊，在第一時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)該采樣信號(hào)計(jì)算第一分段值；第二分段模塊，在第二時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)該采樣信號(hào)計(jì)算第二分段值，其中該第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短不同于該第二時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短；以及還原模塊，耦接于該第一分段模塊、該第二分段模塊和該采樣模塊，根據(jù)該采樣信號(hào)、該第一分段值和該第二分段值產(chǎn)生輸出信號(hào)。
[0008]本發(fā)明所提出的信號(hào)處理裝置和信號(hào)處理方法，可以降低特定信號(hào)的噪聲分量。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的信號(hào)處理裝置的示意圖。
[0010]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的輸入信號(hào)的波形圖。
[0011]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的第一分段值的波形圖。
[0012]圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的第二分段值的波形圖。
[0013]圖5A為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的信號(hào)處理裝置的示意圖。
[0014]圖5B為根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的信號(hào)處理裝置的示意圖。
[0015]圖6A為圖5A中的信號(hào)處理裝置的還原模塊的示意圖。
[0016]圖6B為圖6A中的還原模塊的自適應(yīng)濾波器的示意圖。
[0017]圖7為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的信號(hào)處理裝置的示意圖。
[0018]圖8為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的信號(hào)處理方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以上描述和后續(xù)說(shuō)明僅用于解釋本發(fā)明的目的，而并非用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)將在后續(xù)描述和附圖中進(jìn)行解釋。
[0020]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的信號(hào)處理裝置的示意圖。如圖1所示，信號(hào)處理裝置1包括采樣模塊10、第一分段模塊12、第二分段模塊14、以及檢測(cè)模塊16。采樣模塊10采樣輸入信號(hào)S1以產(chǎn)生采樣信號(hào)S2。采樣信號(hào)S2被饋入第一分段模塊12和第二分段模塊14。然后，第一分段模塊12在第一時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)采樣信號(hào)S2計(jì)算第一分段值S3。并且，第二分段模塊14在第二時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)采樣信號(hào)S2計(jì)算第二分段值S4。第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短不同于第二時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短。檢測(cè)模塊16耦接于第一分段模塊12和第二分段模塊14，根據(jù)該第一分段值S3是否位于第一范圍之外以及該第二分段值S4是否位于第二范圍之外的測(cè)定產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。
[0021]關(guān)于采樣模塊10的操作的實(shí)施方式請(qǐng)參考圖1和圖2。圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的輸入信號(hào)S1的波形圖。舉例來(lái)說(shuō)，輸入信號(hào)S1可以為通過(guò)電極獲得的模擬ECG信號(hào)以及采樣模塊10可以為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(analog-to-digita 1 converter, ADC)。如圖1和圖2所示，采樣模塊10在時(shí)刻δ t、2 δ t、3 δ t、4 δ t等時(shí)刻采樣輸入信號(hào)S1的幅度(amplitude)信息以產(chǎn)生采樣信號(hào)S2。換句話(huà)說(shuō)，采樣信號(hào)S2可以用如下公式表示:
[0022]S2={S1 [ δ t], S1 [2 δ t], S1 [3 δ t], SI [4 δ t],
[0023]請(qǐng)注意時(shí)刻δ t的值必須足夠小以保持輸入信號(hào)S1的特征。例如，若輸入信號(hào)S1為ECG信號(hào)，則時(shí)刻δ t在數(shù)毫秒(milliseconds)的范圍內(nèi)。
[0024]關(guān)于第一分段模塊的操作的實(shí)施方式請(qǐng)參考圖1和圖3。圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的第一分段值S3的波形圖。請(qǐng)注意，圖3中第一分段值S3的波形圖僅為解釋性的波形圖，而并不需要與圖2中的輸入信號(hào)S1完全對(duì)應(yīng)。在圖3中，實(shí)線(xiàn)代表第一分段值S3的波形。在此實(shí)施方式中，第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短為時(shí)間間隔ΛΤ。第一分段模塊12使用在第一時(shí)間間隔內(nèi)的采樣信號(hào)S2的采樣數(shù)據(jù)以得到第一分段值。換句話(huà)說(shuō)，第一分段模塊12在第一時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)采樣信號(hào)S2計(jì)算第一分段值S3。從采樣信號(hào)S2得到第一分段值S3的過(guò)程做如下說(shuō)明。在每一個(gè)第一時(shí)間間隔期間(例如，Ο- Λ Τ、Λ Τ-2 Λ Τ、2 Λ Τ-3 Λ T、3 Λ Τ-4 Λ Τ、4 Λ Τ-5 Λ Τ、5 Λ Τ_6 Λ Τ、6 Λ Τ_7 Λ Τ 以及 7 Λ Τ_8 Λ Τ)，平均采樣信號(hào) S2 的采樣數(shù)據(jù)以產(chǎn)生第一分段值。首先，在時(shí)間間隔2 Λ Τ-3 Λ T內(nèi)的第一分段值等于在時(shí)間間隔0- Δ Τ內(nèi)的采樣信號(hào)S2的平均值；其次，在時(shí)間間隔3ΛΤ-4ΛΤ內(nèi)的第一分段值等于在時(shí)間間隔Λ Τ-2 Λ Τ內(nèi)的采樣信號(hào)S2的平均值；第三，在時(shí)間間隔4 Λ Τ-5 Λ Τ內(nèi)的第一分段值等于在時(shí)間間隔2ΛΤ-3ΛΤ內(nèi)的采樣信號(hào)S2的平均值。通過(guò)重復(fù)執(zhí)行同樣的方法來(lái)得到多個(gè)第一分段值。由此，第一分段模塊12可以產(chǎn)生如圖3所示的多個(gè)第一分段值S3的波形。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，通過(guò)對(duì)在第一時(shí)間間隔內(nèi)的米樣信號(hào)S2的米樣數(shù)據(jù)求平均值而產(chǎn)生第一分段值S3。第一分段值S3可以通過(guò)其他數(shù)學(xué)方法來(lái)計(jì)算，只要保持的采樣信號(hào)S2的幅度特性即可。此外，第一時(shí)間間隔的周期(per1d)可以通過(guò)考慮輸入信號(hào)的特性來(lái)設(shè)置。舉例來(lái)說(shuō)，若輸入信號(hào)S1為具有基線(xiàn)漂移效應(yīng)的ECG信號(hào)，第一時(shí)間間隔ΛΤ可以大約為100ms?200ms。這樣，在第一時(shí)間間隔ΛΤ內(nèi)，可以有幾十個(gè)采樣信號(hào)S2的取樣。
[0026]關(guān)于第二分段模塊的操作的實(shí)施方式請(qǐng)參考圖1和圖4。圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的第二分段值S4的波形圖。請(qǐng)注意，圖4中第二分段值S4的波形圖僅為解釋性的波形圖而并不需要與圖2中的輸入信號(hào)S1完全對(duì)應(yīng)。在圖4中，實(shí)線(xiàn)代表第二分段值S4的波形。在此實(shí)施方式中，由于第二時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短不同于第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短，第二時(shí)間間隔可以設(shè)置為大于第一時(shí)間間隔。如圖3和圖4所示，第二時(shí)間間隔與第一時(shí)間間隔重疊。舉例來(lái)說(shuō)，第二時(shí)間間隔可以為第一時(shí)間間隔的兩倍，即第二時(shí)間間隔為2ΛΤ。第二分段模塊14使用在第二時(shí)間間隔內(nèi)的采樣信號(hào)S2的采樣數(shù)據(jù)以得到第二分段值。換句話(huà)說(shuō)，第二分段模塊14在第二時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)采樣信號(hào)S2計(jì)算第二分段值，其中第二時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短不同于第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短。請(qǐng)注意第二時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短不需要限制為第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短的整數(shù)倍。例如，第二時(shí)間間隔可以為2.3ΛΤ。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，通過(guò)對(duì)在第二時(shí)間間隔內(nèi)的采樣信號(hào)S2的采樣數(shù)據(jù)求平均值而產(chǎn)生第二分段值S4。第二分段值S4可以通過(guò)其他數(shù)學(xué)方法來(lái)計(jì)算，只要保持的采樣信號(hào)S2的幅度特性即可。圖4用于說(shuō)明第二分段值S4是怎樣產(chǎn)生的。在每一個(gè)第二時(shí)間間隔期間(例如,0-2 Λ Τ、ΔΤ-3ΔΤ.2Δ Τ_4 ΔΤ.3ΔΤ-5Δ Τ、4 Λ Τ_6 Λ Τ、5 Λ Τ_7 Δ Τ、以及6ΛΤ-8ΛΤ)，平均采樣信號(hào)S2的采樣數(shù)據(jù)以產(chǎn)生第二分段值。首先，在時(shí)間間隔2 ΛΤ-3ΛΤ內(nèi)的第二分段值等于在時(shí)間間隔0-2 ΛΤ內(nèi)的采樣信號(hào)S2的平均值；其次，在時(shí)間間隔3 Λ Τ-4 Λ Τ內(nèi)的第二分段值等于在時(shí)間間隔Λ Τ-3 Λ Τ內(nèi)的采樣信號(hào)S2的平均值；第三，在時(shí)間間隔4ΛΤ-5ΛΤ內(nèi)的第二分段值等于在時(shí)間間隔2 Λ Τ-4 Λ Τ內(nèi)的采樣信號(hào)S2的平均值。通過(guò)重復(fù)執(zhí)行同樣的方法來(lái)得到多個(gè)第二分段值。由此，第二分段模塊14可以產(chǎn)生如圖4所示的多個(gè)第二分段值S4的波形。
[0028]由于當(dāng)在對(duì)應(yīng)的第一時(shí)間間隔內(nèi)從采樣數(shù)據(jù)S2得到第一分段值S3時(shí)或當(dāng)在對(duì)應(yīng)的第二時(shí)間間隔內(nèi)從采樣數(shù)據(jù)S2得到第二分段值S4時(shí)可能存在一些處理上的延遲，接收采樣數(shù)據(jù)S2、第一分段值S3和第二分段值S4中的任意兩個(gè)的其他的處理模塊需要考慮這些延遲。然而，由于這種延遲十分普遍以及這種延遲對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是能夠了解的，為求簡(jiǎn)潔將在以下描述中省略關(guān)于延遲的相關(guān)描述。
[0029]關(guān)于檢測(cè)模塊16的操作的實(shí)施方式請(qǐng)參考圖1、圖3和圖4。檢測(cè)模塊16自第一分段模塊12接收第一分段值S3。檢測(cè)模塊16自第二分段模塊14接收第二分段值S4。舉例來(lái)說(shuō)，請(qǐng)參考圖3和圖4，在時(shí)刻6 Λ T至?xí)r刻7 Λ T的時(shí)間間隔內(nèi)第一分段值S3位于第一范圍之外以及對(duì)應(yīng)的第二分段值S4也位于第二范圍之外。在此實(shí)施方式中，通過(guò)分別對(duì)在第一時(shí)間間隔和第二時(shí)間間隔內(nèi)的采樣信號(hào)S2求平均值而產(chǎn)生第一分段值S3和第二分段值S4。檢測(cè)模塊16根據(jù)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，檢測(cè)信號(hào)可以為三態(tài)(tr1-state)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)信號(hào)為“ 1”時(shí)，代表第一分段值S3位于第一范圍之外以及第二分段值S4位于第二范圍之外；當(dāng)檢測(cè)信號(hào)為“0”時(shí)，代表第一分段值S3位于第一范圍之外以及第二分段值S4位于第二范圍之內(nèi)，或第一分段值S3位于第一范圍之內(nèi)以及第二分段值S4位于第二范圍之外；當(dāng)檢測(cè)信號(hào)為“-1”時(shí)，代表第一分段值S3位于第一范圍內(nèi)以及第二分段值S4也位于第二范圍內(nèi)。
[0030]一般而言，輸入信號(hào)S1可以為包含不同類(lèi)型噪聲的ECG信號(hào)。當(dāng)基線(xiàn)漂移具有較低頻率以及基線(xiàn)漂移會(huì)影響ECG信號(hào)超過(guò)半秒時(shí)，噪聲(例如運(yùn)動(dòng)偽差效應(yīng))的頻率范圍超過(guò)為0.5Hz。另一方面,對(duì)于具有某些心臟病的病人來(lái)說(shuō),ECG的形態(tài)(morphology)具有不正常的變動(dòng)(irregular variat1n),通常比基線(xiàn)漂移效應(yīng)具有更高的頻率。通過(guò)適當(dāng)選擇第一時(shí)間間隔、第二時(shí)間間隔，第一范圍和第二范圍，有助于通過(guò)第一分段值和第二分段值區(qū)別形態(tài)變化和噪聲。一般而言，低頻率的噪聲將持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間周期。因此，若低頻率噪聲(例如基線(xiàn)漂移效應(yīng))存在于ECG信號(hào)中，短期(short term)的第一分段值S3和長(zhǎng)期(long term)的第二分段值S4均將位于某一幅度范圍之外。因此，通過(guò)短期的第一分段值S3是否位于第一范圍之外以及相應(yīng)的長(zhǎng)期的第二分段值S4是否位于第二范圍之外的測(cè)定可以檢測(cè)噪聲的存在。換句話(huà)說(shuō)，若短期的第一分段值S3位于第一范圍之外以及相應(yīng)的長(zhǎng)期的第二分段值S4位于第二范圍之外(例如，檢測(cè)信號(hào)為“1”)，則有可能輸入信號(hào)S1受到低頻率噪聲特征(noise-like)的影響。若短期的第一分段值S3位于第一范圍之外但相應(yīng)的長(zhǎng)期的第二分段值S4位于第二范圍內(nèi)(例如，檢測(cè)信號(hào)為“0”)，則有可能輸入信號(hào)S1受到疾病特征(disease-like)的影響，而不是受到噪聲特征(noise-like)的影響,進(jìn)一步，若短期的第一分段值S3位于第一范圍內(nèi)并且相應(yīng)的長(zhǎng)期的第二分段值S4位于第二范圍內(nèi)(例如，檢測(cè)信號(hào)為“-1”)，則有可能在輸入信號(hào)S1中沒(méi)有噪聲或沒(méi)有多少(little)噪聲。
[0031]請(qǐng)參考圖5A。圖5A為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的信號(hào)處理裝置的示意圖。如圖5A所示，信號(hào)處理裝置2包括采樣模塊20、第一分段模塊22、第二分段模塊24、檢測(cè)模塊26、還原模塊(reduct1n module) 28。米樣模塊20米樣輸入信號(hào)S1以產(chǎn)生米樣信號(hào)S2。第一分段模塊22在第一時(shí)間間隔內(nèi)接收采樣信號(hào)S2并計(jì)算第一分段值S3。第二分段模塊24在第二時(shí)間間隔內(nèi)接收采樣信號(hào)S2并計(jì)算第二分段值S4。第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短不同于第二時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短。檢測(cè)模塊26根據(jù)該第一分段值S3是否位于第一范圍內(nèi)以及對(duì)應(yīng)的第二分段值S4是否位于第二范圍內(nèi)的測(cè)定產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)D1。還原模塊28耦接于采樣模塊20、檢測(cè)模塊26、第一分段模塊22和第二分段模塊24，以接收采樣信號(hào)S2、第一分段值S3和第二分段值S4中的至少一個(gè)、和檢測(cè)信號(hào)D1以產(chǎn)生輸出信號(hào)S5。如上述實(shí)施方式所述，檢測(cè)信號(hào)具有一些變量或變化的電平以指示噪聲的存在。當(dāng)噪聲存在于ECG信號(hào)中時(shí)，還原模塊28進(jìn)入第一狀態(tài)以處理具有噪聲的輸入信號(hào)S1,以產(chǎn)生降低噪聲的輸出信號(hào)S5。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，若檢測(cè)信號(hào)指示在ECG信號(hào)中不存在噪聲，還原模塊28可以旁通并輸出米樣信號(hào)S2作為輸出信號(hào)S5。
[0032]為更好地理解還原模塊28的操作，請(qǐng)參考圖6A中關(guān)于還原模塊28的實(shí)施方式。圖6A為圖5A中的信號(hào)處理裝置的還原模塊的示意圖。如圖6A所示，還原模塊28可以具有基線(xiàn)跟蹤單元280和自適應(yīng)濾波器282?；€(xiàn)跟蹤單元280耦接于圖5A中的第一分段模塊22和第二分段模塊24以接收第一分段值S3和第二分段值S4,并產(chǎn)生估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)BS。自適應(yīng)濾波器282耦接于基線(xiàn)跟蹤單元280以接收估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)BS。自適應(yīng)濾波器282耦接于采樣模塊20并自采樣模塊20接收采樣信號(hào)S2并使用估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)BS、采樣信號(hào)S2和步長(zhǎng)而產(chǎn)生輸出信號(hào)S5。此外，自適應(yīng)濾波器282可以進(jìn)一步接收檢測(cè)信號(hào)D1并將檢測(cè)信號(hào)D1作為另一個(gè)輸入以用于調(diào)整自適應(yīng)濾波器282的步長(zhǎng)SS。
[0033]在實(shí)踐中，基線(xiàn)跟蹤單元280可以根據(jù)第一分段值S3、第二分段值S4或者其組合而產(chǎn)生估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)BS。舉例來(lái)說(shuō)，基線(xiàn)跟蹤單元280可以對(duì)多個(gè)第一分段值S3進(jìn)行插值(interpolat1n)而產(chǎn)生估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)BS。
[0034]請(qǐng)參考圖6B。圖6B為圖6A中的還原模塊的自適應(yīng)濾波器282的示意圖。自適應(yīng)濾波器282包括延遲抽頭(delay taps) 282_1?延遲抽頭282_n，乘法器284_1?乘法器284_n，第一加法器2881，以及第二加法器2882。估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)BS被饋入延遲抽頭并通過(guò)延遲抽頭282_1?延遲抽頭282_n延遲。每一個(gè)延遲抽頭282_1?延遲抽頭282_n的輸出被送入乘法器284_1?乘法器284_n以將該輸出與相應(yīng)的可變權(quán)重(weight)286_l?可變權(quán)重286_n相乘。乘法器284_1?乘法器284_n的輸出通過(guò)第一加法器2881相加以產(chǎn)生估計(jì)的噪聲信號(hào)EN。如圖6B所示，自適應(yīng)濾波器282通過(guò)具有可變權(quán)重(variable weights)的常見(jiàn)的抽頭延遲線(xiàn)(tapped-delay line)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。然后，估計(jì)的噪聲信號(hào)EN被送入第二加法器2882以將采樣信號(hào)S2減去估計(jì)的噪聲信號(hào)EN而得到輸出信號(hào)S5。輸出信號(hào)S5用于通過(guò)權(quán)重更新(weight updating)模塊WUM更新可變權(quán)重286_1?可變權(quán)重286_n，其中權(quán)重更新模塊產(chǎn)生更新的可變權(quán)重。舉例來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)將可變權(quán)重286_1?可變權(quán)重286_n分別與權(quán)重改變的總量相加而得到更新的可變權(quán)重。其中，步長(zhǎng)SS為根據(jù)檢測(cè)信號(hào)D1調(diào)整的自適應(yīng)濾波器282的步長(zhǎng)，以及權(quán)重改變的總量等于步長(zhǎng)SS、輸出信號(hào)S5、估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)BS的乘積。在理想的穩(wěn)態(tài)(steady state),估計(jì)的噪聲信號(hào)ΕΝ完全跟蹤采樣信號(hào)S2的噪聲分量以使得估計(jì)的噪聲信號(hào)ΕΝ收斂(converge)于采樣信號(hào)S2中的噪聲分量。當(dāng)輸出信號(hào)S5和米樣信號(hào)S2的差異很大時(shí)，例如，輸入信號(hào)S1受噪聲的影響，可變權(quán)重286_1?可變權(quán)重286_n需要更快更新以使得估計(jì)的噪聲信號(hào)EN更好的跟蹤采樣信號(hào)S2。因此，需要相應(yīng)地調(diào)整步長(zhǎng)。在此實(shí)施方式中，當(dāng)檢測(cè)信號(hào)指示采樣信號(hào)S2受噪聲影響時(shí)(即當(dāng)?shù)谝环侄沃礢3位于第一范圍之外以及相應(yīng)的第二分段值S4位于第二范圍之外時(shí))，還原模塊28中的自適應(yīng)濾波器282根據(jù)估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)BS、采樣信號(hào)S2和第一步長(zhǎng)產(chǎn)生輸出信號(hào)。也就是說(shuō)，還原模塊28進(jìn)入第一狀態(tài)，然后當(dāng)還原模塊28處于第一狀態(tài)時(shí)自適應(yīng)濾波器282根據(jù)第一步長(zhǎng)更新濾波器的可變權(quán)重286_1?可變權(quán)重286_n。
[0035]如上所述，當(dāng)輸入信號(hào)S1的特征改變時(shí)，檢測(cè)信號(hào)的值可能改變。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)在輸入信號(hào)S1中有較少(less)噪聲時(shí)，第一分段值S3位于第一范圍之內(nèi)、相應(yīng)的第二分段值S4位于第二范圍之外，或第一分段值S3位于第一范圍之外、相應(yīng)的第二分段值S4位于第二范圍之內(nèi)。在這種情況下，檢測(cè)信號(hào)具有相應(yīng)的值。然后還原模塊28進(jìn)入第二狀態(tài)，還原模塊28中的自適應(yīng)濾波器282根據(jù)估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)BS、采樣信號(hào)S2和第二步長(zhǎng)產(chǎn)生輸出信號(hào)。即，自適應(yīng)濾波器282將采用第二步長(zhǎng)以更新可變權(quán)重286_1?可變權(quán)重286_η。換句話(huà)說(shuō)，然后當(dāng)還原模塊28處于第二狀態(tài)時(shí)，自適應(yīng)濾波器282根據(jù)第二步長(zhǎng)和采樣信號(hào)S2通過(guò)濾波估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)BS產(chǎn)生輸出信號(hào)S5。
[0036]請(qǐng)注意，當(dāng)在輸入信號(hào)S1中沒(méi)有噪聲或沒(méi)有多少(little)噪聲時(shí)，還原模塊28可能不會(huì)進(jìn)去第一狀態(tài)或第二狀態(tài)。如果這樣的話(huà)，自適應(yīng)濾波器282可以?xún)H僅旁通采樣信號(hào)S2作為輸出信號(hào)S5。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，采樣信號(hào)S2可以直接減去估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)BS以產(chǎn)生輸出信號(hào)S5。在這種情況下，自適應(yīng)濾波器282不是必須的，并且可以完全由加法器代替，這將降低成本。在某些條件下，經(jīng)驗(yàn)表明這種方式也能降低采樣信號(hào)S2中的噪聲，并且其性能具競(jìng)爭(zhēng)力。
[0038]請(qǐng)回過(guò)來(lái)參考圖5B。圖5B為根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的信號(hào)處理裝置的示意圖。如圖5B所不,信號(hào)處理裝置52包括米樣模塊520、第一分段模塊522、第二分段模塊524、還原模塊528。米樣模塊520米樣輸入信號(hào)S51以產(chǎn)生米樣信號(hào)S52。第一分段模塊522在第一時(shí)間間隔內(nèi)接收采樣信號(hào)S52并計(jì)算第一分段值S53。第二分段模塊524在第二時(shí)間間隔內(nèi)接收采樣信號(hào)S52并計(jì)算第二分段值S54。第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短不同于第二時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短。還原模塊528接收采樣信號(hào)S52、第一分段值S53和第二分段值S54以產(chǎn)生輸出信號(hào)S55。
[0039]還原模塊528如圖6A所示。換句話(huà)說(shuō)，還原模塊528可以包括如前所述具有相似結(jié)構(gòu)的基線(xiàn)跟蹤單元和自適應(yīng)濾波器。然而，自適應(yīng)濾波器可以不具有不同狀態(tài)或不同步長(zhǎng)，而只是自系統(tǒng)啟動(dòng)起保持過(guò)濾具有固定步長(zhǎng)的估計(jì)的噪聲信號(hào)。請(qǐng)注意，自適應(yīng)濾波器也可以由加法器代替，該加法器直接將采樣信號(hào)S52減去估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)而產(chǎn)生輸出信號(hào)S55。
[0040]請(qǐng)參考圖7。圖7為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的信號(hào)處理裝置的示意圖。如圖7所示，信號(hào)處理裝置3包括采樣模塊30、第一分段模塊32、第二分段模塊34、檢測(cè)模塊36、還原模塊38和校正模塊39。米樣模塊30米樣輸入信號(hào)S1以產(chǎn)生米樣信號(hào)S2。第一分段模塊32在各個(gè)第一時(shí)間間隔內(nèi)接收采樣信號(hào)S2以計(jì)算第一分段值S3。第二分段模塊34在各個(gè)第二時(shí)間間隔內(nèi)接收采樣信號(hào)S2以計(jì)算第二分段值S4。檢測(cè)模塊36根據(jù)第一分段值S3是否位于第一范圍之外以及相應(yīng)的第二分段值S4是否位于第二范圍之外的測(cè)定產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)D1。還原模塊38由檢測(cè)信號(hào)D1控制以產(chǎn)生輸出信號(hào)S5。校正模塊39耦接于檢測(cè)模塊36、第一分段模塊32、以及第二分段模塊34以接收第一分段值S3，第二分段值S4和檢測(cè)信號(hào)D1。然后校正模塊39根據(jù)第一分段值S3、第二分段值S4以及檢測(cè)信號(hào)D1調(diào)整第一范圍、第二范圍，第一時(shí)間間隔及/或第二時(shí)間間隔。
[0041]在校正模塊39的實(shí)施方式中，鑒于輸入信號(hào)S1為ECG信號(hào)。當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)處理裝置3時(shí)，第一分段值S3和第二分段值S4由校正模塊39監(jiān)控。通常，在啟動(dòng)過(guò)程中，病人被要求保持身體不動(dòng)(例如，躺在床上)，以得到休息時(shí)的(resting)ECG信號(hào)。在此情況下，校正模塊39可以設(shè)置第一范圍、第二范圍、第一時(shí)間間隔和第二時(shí)間間隔的初始值(initialvalues)至信號(hào)處理裝置3。
[0042]其次，在正常操作期間，校正模塊39連續(xù)監(jiān)控第一分段值S3、第二分段值S4和檢測(cè)信號(hào)D1，以調(diào)整第一范圍、第二范圍、第一時(shí)間間隔及/或第二時(shí)間間隔。在正常操作期間，可能具有一些噪聲或形態(tài)(morphology)變化影響輸入信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，若檢測(cè)信號(hào)頻繁地指示輸入信號(hào)S1具有疾病特征(disease-1 ike)模式(pattern),第一時(shí)間間隔和第二時(shí)間間隔可以通過(guò)校正模塊39調(diào)整以具有比初始設(shè)置(original setting)更長(zhǎng)的周期。這樣，第一分段值和第二分段值就不太可能過(guò)于容易地超過(guò)第一范圍和第二范圍。檢測(cè)模塊36將對(duì)形態(tài)(morphology)變化較不敏感(less sensitive),以及還原模塊38至少不會(huì)易于進(jìn)入第一狀態(tài)而執(zhí)行降噪濾波(noise reduct1n filtering)。因此，可以保持輸入信號(hào)S1的形態(tài)而免于失真。
[0043]另一方面，若輸入信號(hào)S1指不具有噪聲特征(noise-like)模式，可以調(diào)整第一時(shí)間間隔和第二時(shí)間間隔具有比初始設(shè)置更短的周期，以使得檢測(cè)模塊36對(duì)噪聲更敏感。因此，還原模塊38將更易于進(jìn)入第一狀態(tài)或第二狀態(tài)以執(zhí)行降噪濾波以及噪聲分量可以更容易地從輸入信號(hào)S1中移除。
[0044]為了說(shuō)明信號(hào)處理裝置1如何工作，請(qǐng)參考圖1和圖8。圖8為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的信號(hào)處理方法的流程圖。如圖所示，在步驟S40中，采樣模塊10采樣輸入信號(hào)S1以產(chǎn)生采樣信號(hào)S2。在步驟S42中，第一分段模塊12在第一時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)采樣信號(hào)S2計(jì)算第一分段值。在步驟S44中，第二分段模塊14在第二時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)采樣信號(hào)S2計(jì)算第二分段值，其中第二時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短不同于第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短。請(qǐng)注意，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，步驟S42和步驟S44可以同時(shí)執(zhí)行。在步驟S46中，檢測(cè)模塊16根據(jù)第一分段值是否位于第一范圍之外以及第二分段值是否位于第二范圍之外的測(cè)定產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。
[0045]總之，本發(fā)明實(shí)施方式揭示的信號(hào)處理裝置和信號(hào)處理方法可以降低特定信號(hào)(特別是ECG信號(hào))的噪聲分量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一是使用者可以容易地和正確地分析濾波的ECG信號(hào)中連續(xù)心跳間的波形，并避免誤診心臟病。
[0046]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而必須了解其并非用以限定本發(fā)明。相反，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求書(shū)所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種信號(hào)處理裝置，其特征在于，包括: 米樣模塊，米樣輸入信號(hào)以產(chǎn)生米樣信號(hào)； 第一分段模塊，在第一時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)該采樣信號(hào)計(jì)算第一分段值； 第二分段模塊，在第二時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)該采樣信號(hào)計(jì)算第二分段值，其中該第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短不同于該第二時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短；以及 檢測(cè)模塊，耦接于該第一分段模塊和該第二分段模塊，根據(jù)該第一分段值是否位于第一范圍之外以及該第二分段值是否位于第二范圍之外的測(cè)定產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括: 基線(xiàn)跟蹤單元，耦接于該第一分段模塊和該第二分段模塊，根據(jù)該第一分段值和該第二分段值中的一個(gè)產(chǎn)生估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括: 自適應(yīng)濾波器，耦接于該基線(xiàn)跟蹤單元、該檢測(cè)模塊和該采樣模塊，以用于當(dāng)該第一分段值位于該第一范圍之外以及該第二分段值位于該第二范圍之外時(shí)根據(jù)該估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)、該采樣信號(hào)和第一步長(zhǎng)產(chǎn)生輸出信號(hào)，或以用于當(dāng)該第一分段值位于該第一范圍之內(nèi)以及該第二分段值位于該第二范圍之外時(shí)，或當(dāng)該第一分段值位于該第一范圍之外以及該第二分段值位于該第二范圍之內(nèi)時(shí)根據(jù)該估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)、該采樣信號(hào)以及第二步長(zhǎng)產(chǎn)生該輸出信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括: 加法器，耦接于該基線(xiàn)跟蹤單元，以通過(guò)將該采樣信號(hào)減去該估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)而產(chǎn)生輸出信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于， 在該第一時(shí)間間隔內(nèi)該第一分段模塊計(jì)算該第一分段值以及在該第二時(shí)間間隔內(nèi)該第二分段模塊計(jì)算該第二分段值，該第二時(shí)間間隔與該第一時(shí)間間隔重疊，該第二時(shí)間間隔的時(shí)間比該第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)，但是不需要限制為該第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短的整數(shù)倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括: 校正模塊，根據(jù)該第一分段值，該第二分段值和該檢測(cè)信號(hào)調(diào)整該第一范圍、該第二范圍、該第一時(shí)間間隔及/或該第二時(shí)間間隔。
7.—種信號(hào)處理方法,其特征在于,包括: 米樣輸入信號(hào)以產(chǎn)生米樣信號(hào)； 在第一時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)該采樣信號(hào)計(jì)算第一分段值； 在第二時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)該采樣信號(hào)計(jì)算第二分段值，其中該第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短不同于該第二時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短；以及 根據(jù)該第一分段值是否位于第一范圍之外以及該第二分段值是否位于第二范圍之外的測(cè)定產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號(hào)處理方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 根據(jù)該第一分段值和該第二分段值中的一個(gè)產(chǎn)生估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的信號(hào)處理方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 當(dāng)該第一分段值位于該第一范圍之外以及該第二分段值位于該第二范圍之外時(shí)根據(jù)該估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)、該采樣信號(hào)和第一步長(zhǎng)產(chǎn)生輸出信號(hào)；當(dāng)該第一分段值位于該第一范圍之內(nèi)以及該第二分段值位于該第二范圍之外時(shí)，或當(dāng)該第一分段值位于該第一范圍之外以及該第二分段值位于該第二范圍之內(nèi)時(shí)根據(jù)該估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)、該采樣信號(hào)以及第二步長(zhǎng)產(chǎn)生該輸出信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的信號(hào)處理方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 通過(guò)將該采樣信號(hào)減去該估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)而產(chǎn)生輸出信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號(hào)處理方法，其特征在于，在該第一時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)算該第一分段值以及在該第二時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)算該第二分段值，該第二時(shí)間間隔與該第一時(shí)間間隔重疊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的信號(hào)處理方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 根據(jù)該第一分段值，該第二分段值和該檢測(cè)信號(hào)調(diào)整該第一范圍、該第二范圍、該第一時(shí)間間隔及/或該第二時(shí)間間隔。
13.一種信號(hào)處理裝置，其特征在于，包括: 米樣模塊，米樣輸入信號(hào)以產(chǎn)生米樣信號(hào)； 第一分段模塊，在第一時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)該采樣信號(hào)計(jì)算第一分段值； 第二分段模塊，在第二時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)該采樣信號(hào)計(jì)算第二分段值，其中該第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短不同于該第二時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短；以及 還原模塊，耦接于該第一分段模塊、該第二分段模塊和該采樣模塊，根據(jù)該采樣信號(hào)、該第一分段值和該第二分段值產(chǎn)生輸出信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于，該還原模塊包括: 基線(xiàn)跟蹤單元，耦接于該第一分段模塊和該第二分段模塊，根據(jù)該第一分段值和該第二分段值中的一個(gè)產(chǎn)生估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于，該還原模塊進(jìn)一步包括: 自適應(yīng)濾波器，耦接于該基線(xiàn)跟蹤單元和該采樣模塊，以根據(jù)該估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)、該采樣信號(hào)和步長(zhǎng)產(chǎn)生該輸出信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于，該還原模塊進(jìn)一步包括: 加法器，耦接于該基線(xiàn)跟蹤單元，以通過(guò)將該采樣信號(hào)減去該估計(jì)的基線(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生該輸出信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于，在該第一時(shí)間間隔內(nèi)該第一分段模塊計(jì)算第一分段值以及在該第二時(shí)間間隔內(nèi)該第二分段模塊計(jì)算第二分段值，該第二時(shí)間間隔與該第一時(shí)間間隔重疊，該第二時(shí)間間隔的時(shí)間比該第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)，但是不需要限制為該第一時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短的整數(shù)倍。
【文檔編號(hào)】A61B5/0402GK104414632SQ201410158970
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】徐建華 申請(qǐng)人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司