專利名稱：多通道生物醫(yī)學(xué)電信號(hào)預(yù)處理模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多通道生物醫(yī)學(xué)電信號(hào)預(yù)處理模塊。
背景技術(shù)：
生物醫(yī)學(xué)電信號(hào)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷、治療和研究的重要依據(jù)。醫(yī)生或者科研工作者 通常采用電子設(shè)備從人體或動(dòng)物體采集生物醫(yī)學(xué)電信號(hào)。但是采集現(xiàn)場(chǎng)往往有著眾多的醫(yī) 學(xué)設(shè)備，它們?cè)斐傻膹?fù)雜電磁環(huán)境使得采集到的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)疊加上各種噪聲和干擾。其 中最常見的是50赫茲的工頻干擾和電刀等電子設(shè)備引發(fā)的基線漂移。此外，人體或動(dòng)物體多個(gè)部位都會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)。采集者對(duì)某個(gè)部位進(jìn)行信號(hào)采集 時(shí)有可能受到鄰近部位所發(fā)出信號(hào)的干擾。比如檢測(cè)胎兒心電圖時(shí)，母親的心電圖會(huì)疊加 在測(cè)量信號(hào)上。最后，當(dāng)前電信號(hào)采集系統(tǒng)的發(fā)展有著“高精度，多通道，小體積”的趨勢(shì)。這使得 采集系統(tǒng)內(nèi)各通道元器件的物理間距越來越小，因而各通道相互的電磁干擾越來越嚴(yán)重。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述生物醫(yī)學(xué)信號(hào)采集過程中存在的噪聲和干擾問題，本實(shí)用新型的目 的在于提供一種預(yù)處理效果顯著，配置靈活、適用面廣，可實(shí)時(shí)處理的多通道生物醫(yī)學(xué)信號(hào) 預(yù)處理模塊。本實(shí)用新型提出的多通道生物醫(yī)學(xué)電信號(hào)預(yù)處理模塊，由通道間干擾去除模塊1、 自適應(yīng)噪聲對(duì)消模塊2、數(shù)字濾波器模塊3和總控制單元4組成，其中總控制單元4的輸出 端分別連接通道間干擾去除模塊1、自適應(yīng)噪聲對(duì)消模塊2和數(shù)字濾波器模塊3的輸入端， 總控制單元4負(fù)責(zé)設(shè)定通道間干擾去除模塊1、自適應(yīng)噪聲對(duì)消模塊2和數(shù)字濾波器模塊3 的連接順序和運(yùn)行參數(shù)；其中所述通道間干擾去除模塊1包括采集系統(tǒng)7、減法器8、數(shù)學(xué) 擬合器9和求解運(yùn)算器10，干擾信號(hào)源5和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源6接入采集系統(tǒng)7輸入端的相鄰?fù)?道，輸出端連接減法器8的輸入端，減法器8的輸出端連接數(shù)學(xué)擬合器9的輸入端，數(shù)學(xué)擬 合器9的輸出端連接求解運(yùn)算器10 ；減法器8的輸入端連接標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源6，數(shù)學(xué)擬合器9的 輸入端分別連接干擾信號(hào)源5和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源6 ；所述自適應(yīng)噪聲對(duì)消模塊2由自適應(yīng)濾波 器11組成，自適應(yīng)濾波器11連接參考信號(hào)源12 ；數(shù)字濾波器模塊3由一個(gè)或多個(gè)數(shù)字濾 波器組成。本實(shí)用新型中，通道間干擾去除模塊1的工作過程如下1.在采集系統(tǒng)7任一通道中接入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源6，再在其相鄰?fù)ǖ乐薪尤敫蓴_信號(hào) 源5，記錄標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源6在受相鄰?fù)ǖ篱g干擾后所發(fā)生的變化。2.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的變化與相鄰?fù)ǖ佬盘?hào)的關(guān)系建立通道間干擾的數(shù)學(xué)模型。3.基于這一模型，從采集過程中受通道間干擾影響的信號(hào)中解出真實(shí)生物醫(yī)學(xué)信 號(hào)。通道間干擾的數(shù)學(xué)模型取決于采集系統(tǒng)自身的物理特性，一旦建立便可以應(yīng)用在該系統(tǒng)采集的所有信號(hào)中。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的自適應(yīng)噪聲對(duì)消模塊2采用了自適應(yīng)濾波技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的 基本特點(diǎn)是不需要預(yù)知待分析信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，可以直接利用信號(hào)的觀察值，根據(jù)相關(guān)判 據(jù)在觀察過程中不斷地遞歸更新濾波器的參數(shù)，從而使濾波器的輸出最大化地逼近期望信 號(hào)。具體實(shí)施時(shí)，在采集系統(tǒng)中預(yù)留一個(gè)通道用于同步記錄來自采集現(xiàn)場(chǎng)或鄰近部位的干 擾和噪聲。然后將這個(gè)通道的信號(hào)作為自適應(yīng)濾波器的輸入信號(hào)，而將其他通道的信號(hào)，即 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)作為自適應(yīng)濾波器的期望信號(hào)。這樣，濾波器的誤差信號(hào)就是真實(shí)的生物醫(yī) 學(xué)信號(hào)的最優(yōu)估計(jì)。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器模塊3是對(duì)通道間干擾去除模塊1和自適應(yīng)噪聲對(duì) 消模塊2的有效補(bǔ)充。該模塊包含一個(gè)或多個(gè)數(shù)字濾波器，數(shù)字濾波器的參數(shù)由總控制單 元依照采集現(xiàn)場(chǎng)的狀況和對(duì)信號(hào)質(zhì)量的要求進(jìn)行設(shè)定。這個(gè)模塊通常用于抑制工頻干擾及 其諧波分量。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的總控制單元4用于對(duì)其他三個(gè)模塊進(jìn)行配置。它的具體作用是 設(shè)定各模塊的參數(shù)和調(diào)度各模塊的運(yùn)作順序。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的信號(hào)預(yù)處理模塊可用于心臟電標(biāo)測(cè)，腦電檢測(cè)等生物醫(yī)學(xué)信號(hào) 的采集。根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)和采集的要求，方案可以對(duì)各模塊進(jìn)行靈活地配置。本實(shí)用新型的有益效果1.通過建立數(shù)學(xué)模型的方式消除通道間干擾可以最大化地消除通道間的干擾，并 具有一勞永逸的效果。2.自適應(yīng)濾波技術(shù)對(duì)來自采集現(xiàn)場(chǎng)或其他部位的非平穩(wěn)干擾有著顯著的消除效
^ ο3.本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的方案可以靈活地運(yùn)用于各種生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的采集。4.建立通道間干擾的數(shù)學(xué)模型后，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的方案可以在信號(hào)采集的同時(shí) 進(jìn)行預(yù)處理，也即具有實(shí)時(shí)運(yùn)算的能力。 5.本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的方案可以PC機(jī)或DSP上實(shí)現(xiàn)，因而可以集成到信號(hào)采集系統(tǒng)中。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1結(jié)構(gòu)圖示。圖中標(biāo)號(hào)1為通道間干擾去除模塊，2為自適應(yīng)噪聲對(duì)消模塊，3為數(shù)字濾波器模 塊，4為總控制單元，5為干擾信號(hào)源，6為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，7為采集系統(tǒng)，8為減法器，9為數(shù)學(xué) 擬合器，10為求解運(yùn)算器，11為自適應(yīng)濾波器，12為自適應(yīng)濾波器的參考信號(hào)源，13為實(shí)際 采集到的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)。此外，空心箭頭表示數(shù)據(jù)流。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 參見圖2，本實(shí)施例運(yùn)用于128通道心外膜(心臟外表面)標(biāo)測(cè)系統(tǒng)。在 使用該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，我們所遇到的噪聲和干擾主要有以下三個(gè)方面1.標(biāo)測(cè)系統(tǒng)
權(quán)利要求一種多通道生物醫(yī)學(xué)電信號(hào)預(yù)處理模塊，由通道間干擾去除模塊(1)、自適應(yīng)噪聲對(duì)消模塊(2)、數(shù)字濾波器模塊(3)和總控制單元(4)組成，其特征在于總控制單元(4)的輸出端分別連接通道間干擾去除模塊(1)、自適應(yīng)噪聲對(duì)消模塊(2)和數(shù)字濾波器模塊(3)的輸入端，總控制單元(4)負(fù)責(zé)設(shè)定通道間干擾去除模塊(1)、自適應(yīng)噪聲對(duì)消模塊(2)和數(shù)字濾波器模塊(3)的連接順序和運(yùn)行參數(shù)；其中所述通道間干擾去除模塊(1)包括采集系統(tǒng)(7)、減法器(8)、數(shù)學(xué)擬合器(9)和求解運(yùn)算器(10)，干擾信號(hào)源(5)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源(6)接入采集系統(tǒng)(7)輸入端的相鄰?fù)ǖ溃敵龆诉B接減法器(8)的輸入端，減法器(8)的輸出端連接數(shù)學(xué)擬合器(9)的輸入端，數(shù)學(xué)擬合器(9)的輸出端連接求解運(yùn)算器(10)；減法器(8)的輸入端連接標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源(6)，數(shù)學(xué)擬合器(9)的輸入端分別連接干擾信號(hào)源(5)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源(6)；所述自適應(yīng)噪聲對(duì)消模塊2由自適應(yīng)濾波器(11)組成，自適應(yīng)濾波器(11)連接參考信號(hào)源(12)；數(shù)字濾波器模塊(3)由一個(gè)或多個(gè)數(shù)字濾波器組成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種多通道生物醫(yī)學(xué)電信號(hào)預(yù)處理模塊，由通道間干擾去除模塊、自適應(yīng)噪聲對(duì)消模塊、數(shù)字濾波器模塊和總控制單元組成，總控制單元負(fù)責(zé)設(shè)定通道間干擾去除模塊、自適應(yīng)噪聲對(duì)消模塊和數(shù)字濾波器模塊的連接順序和運(yùn)行參數(shù)；通道間干擾去除模塊包括采集系統(tǒng)、減法器、數(shù)學(xué)擬合器和求解運(yùn)算器，干擾信號(hào)源和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源接入采集系統(tǒng)輸入端的相鄰?fù)ǖ乐校漭敵龆诉B接減法器，減法器的輸出端連接數(shù)學(xué)擬合器，數(shù)學(xué)擬合器的輸出端連接求解運(yùn)算器；減法器連接標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，數(shù)學(xué)擬合器分別連接干擾信號(hào)源和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源；自適應(yīng)噪聲對(duì)消模塊由自適應(yīng)濾波器組成，數(shù)字濾波器模塊由一個(gè)或多個(gè)數(shù)字濾波器組成。本實(shí)用新型具有預(yù)處理效果顯著，配置靈活，適用面廣，實(shí)時(shí)處理特點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B5/0402GK201631188SQ201020135620
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者劉梁, 周拓, 方祖祥, 楊翠微, 林都督 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)