專利名稱：生理信號圖譜分析系統(tǒng)、方法、圖譜建立方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種生理信號圖譜分析系統(tǒng)、方法、圖譜建立方法與其媒體，特別是指利用分析人體生理信號建構全身性功能圖譜的生理信號圖譜分析系統(tǒng)與分析方法。
背景技術：
眾多病癥在臨床醫(yī)學與醫(yī)療檢測過程都能通過即時感測元件(或感測器)提取與判讀生理信號，此種傳統(tǒng)檢測過程與判斷結果已廣泛被使用，但是，在臨床醫(yī)學的認知上， 只能局限于當時立即感測到生理信息來初步評估。公知技術可參考美國專利第6936012號(公告日2005年8月30日)，此案揭示從生理信號中判斷出其中成分的技術，通過此技術能萃取與分離出所測量的體表生理電信號與夾雜在信號內(nèi)的噪聲，可以得出有意義的生理信號。隨著科技的進步，已經(jīng)能夠提取與儲存中長期時間內(nèi)生理信號來推估不同時間下與生理狀況的對應關系。然而，這些發(fā)展對于臨床用途而言，仍無法全盤得知引發(fā)非正常生理狀態(tài)反應的原激發(fā)器官(Original excited organ or source organ)部位在何處，也就是說，無法清楚得知病癥的解剖位置與其功能機制。上述問題在臨床放射領域上已有公知技術的發(fā)展與突破，例如，正子電腦斷層掃描(PET/CT)檢查；在生理電信號方面則有腦電波圖(Electroenc印halography，簡稱EEG) 結合腦部圖譜檢查腦部活動區(qū)域?？蓞⒖贾袊_灣專利第1274269號所揭示的腦波信號分類方法及腦波信號驅動的人機控制系統(tǒng)及方法(公告日2007/02/21)，該案利用一種人機控制系統(tǒng)先解析量得的腦波信號成分，再將腦波信號分解為彼此不相關成分，以推算各成分來源的空間坐標分布及時變信息。經(jīng)比對各成分來源的空間坐標分布及其與各成分時變信息的對應性，并與樣板數(shù)據(jù)庫比對，能界定出一受測者腦波信號中有意義的事件。上述正子電腦斷層掃描在臨床醫(yī)學價值，匯整功能性正子造影(Positron Emission Tomography,簡稱PET)檢查與提供解剖信息電腦斷層檢查(Computed Tomography,簡稱CT)，借此可檢查出器官的功能性外，也可準確地定位器官位置，以提供醫(yī)療人員更多診斷信息。然而，在醫(yī)學價值到臨床應用的考慮下，PET/CT的應用受限于大型醫(yī)療儀器整合上的空間與布局限制，腦電波圖只局限在腦部空間定位，無法廣泛應用于人的全身，對于即時性的醫(yī)學診斷尚未應用此功能性與結構性的概念。也就是說，目前實際應用上，仍無法實現(xiàn)此概念于第一線需快速與有效率的健康狀態(tài)篩檢的醫(yī)療環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
為求能于第一線快速與有效率的健康狀態(tài)篩檢，本發(fā)明提出一個關于全身性功能與結構的生理信號圖譜分析系統(tǒng)、方法、圖譜建立方法與其媒體，為一套整合功能性與結構性(解剖位置)的全身性功能與結構的圖譜分析信息系統(tǒng)，可應用在任何醫(yī)療環(huán)境，除了可提升診斷準確率外，也可使病患在最短時間內(nèi)進行正確的醫(yī)療處置，將有助于提升醫(yī)療品質(zhì)、促進醫(yī)學領域的發(fā)展。其中，生理信號圖譜分析系統(tǒng)與相關分析方法的揭示為針對臨床醫(yī)學儀器開發(fā)過程與放射檢驗應用上的實際問題提出解決方案，通過匯整功能性與結構性的全身性圖譜分析來判斷其中體表電信號與身體各部空間的關系。根據(jù)實施例，生理信號圖譜分析系統(tǒng)主要包括一生理信號提取模塊、一生理信號分析模塊與一空間定位模塊。其中特別的是，利用生理信號提取模塊提取由生物體所傳遞的電信號，經(jīng)前置處理后得出其中生理信號；再利用生理信號分析模塊篩選出有用的生理信號，經(jīng)分析得出生理信號的特征值，特別是獨立向量分析法(ICA)與正規(guī)化部分最小平方法(PRLQ，并分析確認為對應至特定部位的信號來源；并以空間定位模塊對應生理信號與一立體圖像對應，以形成一信號圖譜。就電路而言，生理信號圖譜分析系統(tǒng)主要包括聯(lián)絡系統(tǒng)內(nèi)各電路模塊的系統(tǒng)控制單元、用于提取由生物體感應到的電位信號的生理信號提取模塊、執(zhí)行分析得到電位信號的特征值的信號分析模塊，與利用特征值映射至立體空間的空間定位模塊等。其他包括有輸出信號的信號輸出模塊、暫存信號的儲存模塊與傳遞信號的通信模塊。之后，回饋控制模塊經(jīng)接收電位信號后，將產(chǎn)生一回饋控制信號至系統(tǒng)控制單元，控制生理信號圖譜分析系統(tǒng)的運行。應用上述生理信號圖譜分析系統(tǒng)的各模塊的運行，其產(chǎn)生的分析方法則包括先提取生物體的生理信號，經(jīng)分析后得到生理信號的特征值，此時將引入一信號圖譜，對應特征值與生理信號，經(jīng)執(zhí)行空間定位后，得到映射于立體空間的圖式。而生理信號圖譜建立方法則包括先接收生理電位信號，經(jīng)利用獨立向量分析得出一生物體中各器官的生理電位的解構程序后，再利用正規(guī)化部分最小平方法進行分析，以得出生理電位信號對應的生物體的各器官位置，最后通過判斷各器官位置的信號建立起一信號圖譜。上述系統(tǒng)所執(zhí)行的分析方法，包括生理信號圖譜分析方法、生理信號圖譜建立方法，其中指令與相關軟件模塊儲存于一信息媒體上，如硬盤、閃存、光盤等非易失性存儲媒體中。本發(fā)明所提出的方案主要是結合即時性全身生理信號測量，利用ICA與PRLS分析法進行成分分析，并回推產(chǎn)生信息的原激發(fā)器官，建構成全身性功能與結構的生理信號圖譜分析判斷信息系統(tǒng)，可跨越時間、空間的隔閡，推廣至各醫(yī)療階層，可應用于評估個體的健康狀態(tài)。為使能更進一步了解本發(fā)明的特征及技術內(nèi)容，請參閱以下有關本發(fā)明的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的權利范圍作任何的限制。


圖1為應用生理信號圖譜分析系統(tǒng)的生理信號提取與分析示意圖；圖2所示為本發(fā)明生理信號圖譜分析系統(tǒng)的實施例示意圖之一；圖3描述本發(fā)明生理信號圖譜分析系統(tǒng)中建立信號圖譜的方法流程；圖4描述本發(fā)明生理信號圖譜分析系統(tǒng)中建立信號圖譜的方法流程之二 ；
圖5描述本發(fā)明利用信號圖譜分析得出信號位置的方法流程；圖6顯示利用信號圖譜分析得出信號位置的示意圖；圖7所示為本發(fā)明生理信號圖譜分析系統(tǒng)的電路實施例示意圖。上述附圖中的附圖標記說明如下人體示意圖1，2腦電波101目艮電波103心電波105胃電波107生理信號提取與分析裝置10腦電波圖101，眼電波圖103，心電波圖105，胃電波圖107，腦部201心臟203生理信號提取模塊21腦電波信號提取模塊211心電波信號提取模塊213生理信號分析模塊23腦電波信號分析模塊231心電波信號分析模塊233空間定位模塊25腦電波空間定位模塊251心電波空間定位模塊255獨立向量分析31特征生理電位信息33正規(guī)化部分最小平方法35圖譜51立體空間模型53腦電位信號601心電位信號602腦電位信號成分603 心電位信號成分604腦部圖譜605心臟圖譜606腦部607心臟608電位信號71顯示器72儲存裝置73系統(tǒng)控制單元70生理信號提取模塊701 信號輸出模塊703儲存模塊704信號分析模塊705空間定位模塊706 通信模塊707回饋控制模塊708步驟S301 S311圖譜建立流程之一步驟S401 S421圖譜建立流程之二步驟S501 S509利用信號圖譜分析信號位置的流程
具體實施例方式本發(fā)明提出一個關于全身性功能與結構的生理信號圖譜分析系統(tǒng)、方法、圖譜建立方法與其媒體，相對于一般健康檢查與醫(yī)療診斷，此系統(tǒng)與相關方法則能于第一線執(zhí)行快速與有效率的健康狀態(tài)篩檢，為一套整合功能性與結構性(解剖位置)的全身性功能與結構的圖譜分析系統(tǒng)與方法，可應用在任何醫(yī)療環(huán)境，提升診醫(yī)療人員的判斷準確率，使病患在最短時間內(nèi)進行正確的醫(yī)療處置。在本發(fā)明所提供的生理信號圖譜分析系統(tǒng)中，主要是應用生物(特別是人體)神經(jīng)信號傳遞產(chǎn)生的各種生理信號，此類信號主要分成化學信號與電信號，器官在信息傳遞時若以電信號模式傳遞，而不同器官有其獨特的特征生理電位。當有病征產(chǎn)生，此特征生理電位將產(chǎn)生變化。據(jù)此，本發(fā)明提出的生理信號圖譜分析系統(tǒng)、方法、圖譜建立方法特別利用獨立向量分析(ICA)解構生物體(特別是人體)表面生理電位，并接著解構各器官生理電位，再利用正規(guī)化部分最小平方法(PRLQ提取出器官病變部位。之后，由輔助臨床醫(yī)師從表面電位可知道生物器官功能性與結構性的改變，通過此方法建立一信號圖譜，提供醫(yī)療人員一個簡便、節(jié)能省碳、無輻射的臨床診斷方法。特別的是，對于長期需要醫(yī)療照護與監(jiān)測的病患而言，可通過此發(fā)明所提出的生理信號圖譜分析系統(tǒng)與分析方法從細微的生理變化中自我進行健康狀態(tài)的評估，可以及早發(fā)現(xiàn)、即時就醫(yī)，更能進行更準確的早期診斷與治療，達到預防醫(yī)療的目的。此發(fā)明所描述的實施例的技術可強化醫(yī)療環(huán)境中的診斷效益，其中僅通過簡單的生理信號測量即可得知器官病變或是病源的位置，提供醫(yī)療人員執(zhí)行醫(yī)療行為時重要的依據(jù)，也能減少誤判，減少糾紛。需要一提的是，本發(fā)明所提出的分析系統(tǒng)與方法特別引用了獨立向量分析與正規(guī)化部分最小平方法等分析方法來提取信號特征，其中主要功能是能夠降低數(shù)據(jù)維度，保留低維度的主要特征組成，省略高維度的細節(jié)部分，使特征提取更有效、更為可行。引用獨立向量分析法(ICA)結合心電信號(ECG)進行成分分析的技術可參考美國專利公開第2009/0209874號(公開于2009年8月20日)的揭示或公開第2008/0183093 號(公開于2008年7月31日)的專利公開案。而一般常用的部分最小平方法(Partial Least Squares, PLS)應用于統(tǒng)計學、化學劑量學與圖形識別等相關領域。部分最小平方法在建立模型之時，會建立自變數(shù)與因變數(shù)之間的關聯(lián)性，因此所建出來的模型適合用于第二階段的預測，而本發(fā)明所采用的正規(guī)化部分最小平方法(PRLS)則解決了原部分最小平方法存在的過適(over-fitting)的問題，因此，采用PRLS確實可建出較能夠解釋數(shù)據(jù)特征的模型，另外所需的參數(shù)數(shù)目也較少， 可降低運算量、減低運算所需的時間。本發(fā)明所描述的生理信號圖譜分析系統(tǒng)的基本概念可參閱圖1所示應用本發(fā)明提出的生理信號圖譜分析系統(tǒng)的生理信號提取與分析示意圖。本發(fā)明所描述的系統(tǒng)與方法并不限于應用于人體，而可應用于其他生物上。圖中顯示一個人體1，通過儀器讀出特定器官的生理信號，比如通過電腦斷層掃描、腦波感測器等儀器讀出腦電波101，腦電波101通過本發(fā)明中生理信號圖譜分析系統(tǒng)提供的生理信號提取與分析裝置10執(zhí)行提取與分析，用以產(chǎn)生腦電波圖101’ ；同理，通過生理信號提取與分析裝置10讀出眼電波103，并經(jīng)分析產(chǎn)生眼電波圖103’ ；通過生理信號提取與分析裝置 10提取出心電波105，經(jīng)分析產(chǎn)生心電波圖105’ ；胃電波107經(jīng)生理信號提取與分析裝置 10讀出后，經(jīng)分析可產(chǎn)生一胃電波圖107，。根據(jù)圖1的概念，生理信號圖譜分析系統(tǒng)能依據(jù)身體各部位的生理特性整合所對應的生理信號測量，解構其中時域與頻域的特征，建立以結構性為基礎的功能性圖譜。圖2則進一步顯示通過人體的體表電信號所表達的特征可以對應到身體特定部位。其中顯示一人體2，為了要通過由身體產(chǎn)生的電信號經(jīng)分析得到有用于診斷的信息，本發(fā)明生理信號圖譜分析系統(tǒng)特別針對全身性功能與結構建立相關的功能性信號圖譜，通過此圖譜對應之后所提取的生理信號，可以得出診斷所需的信息與病征之所在。其中生理信號圖譜分析判斷信息系統(tǒng)主要分成生理信號提取模塊21、生理信號分析模塊23與空間定位模塊25等三部分。依據(jù)臨床需求，生理信號圖譜分析系統(tǒng)可針對生物體的特定部位提取信號，如通過生理信號提取模塊21提取不同部位的生理信號。接著，生理信號分析模塊23能依據(jù)器官特質(zhì)與其特征生理電位分析出不同部位的信號源。之后，由系統(tǒng)中的空間定位模塊25以功能性圖譜的方式呈現(xiàn)，將生理信號、分析結果進行對位的動作，可使信號信息對應到引發(fā)信息的器官。特別的是，上述身體各部位產(chǎn)生的信號有其特征值，比對事前所建立的圖譜， 經(jīng)圖像還原，可產(chǎn)生器官的立體視圖，經(jīng)顯示后，醫(yī)療人員可通過準確定位的信息引發(fā)點得出正確的診斷。由于人體器官在信息傳遞時以電信號模式傳遞，會因為不同器官，有其特征生理電位，生理信號圖譜分析系統(tǒng)即應用此原理，利用其中的生理信號提取模塊21提取經(jīng)各種儀器設備所搜集的全身生理電信號，經(jīng)一前置處理(pre-processing)后得出其中生理信號。于實際運行時，生理信號提取模塊21多通道提取生理信號，并且使用前置處理的方式促使信號完整性，主要是用于削減噪聲。接著通過系統(tǒng)內(nèi)生理信號分析模塊23篩選出有用的信號，并作局部信號分析。由于接收的各種生理信號相當雜亂，需要經(jīng)過篩選來確認不同體表電位的來源，特別是確認為對應至一特定部位的信號來源，包括特定器官或部位，以利進行成分分析。之后在空間定位模塊25中，結合放射線圖像技術，將生理信號源與立體圖像對應，形成一解剖與功能性兼具的生理信號圖譜。經(jīng)空間定位后，系統(tǒng)較佳是以功能性圖譜的方式呈現(xiàn)，將生理信號、分析結果進行對位的動作，可使信號信息對應到引發(fā)信息的器官上以下則以腦波信號(EEG)與心電信號(ECG)為例說明本發(fā)明所提供生理信號圖譜分析系統(tǒng)的運行方式。系統(tǒng)中，生理信號提取模塊21由腦部201接收到腦電位信號，接著由生理信號提取模塊21提取，特別如圖中顯示的腦電波信號提取模塊211。之后產(chǎn)生的信號由生理信號分析模塊23進行分析，特別是針對腦電波執(zhí)行分析的腦電波信號分析模塊 231，由上述經(jīng)生理特性對應出的身體部位進行空間定位，如圖中顯示的空間定位模塊25， 特別是腦電波空間定位模塊251。另一例則以心臟203為例，同樣可以利用掃描心臟203的儀器設備，檢測通過心臟收縮和擴張運動所產(chǎn)生的弱電流，產(chǎn)生一種體表的電信號，經(jīng)生理信號提取模塊21提取， 特別是由心電波信號提取模塊213進行提取。接著，由生理信號分析模塊23進行信號分析， 特別是如圖中顯示的心電波信號分析模塊233。之后再由心電波空間定位模塊255針對心臟信號特征與經(jīng)分析的心電信號進行空間定位。在上述生理信號圖譜分析系統(tǒng)針對診療執(zhí)行信號提取與分析步驟之前，應先建立一信號圖譜，如圖3所描述建立信號圖譜的方法流程。開始如步驟S301，先接收自各種檢測器、感應儀器所產(chǎn)生的生理(體表)電位信號，之后進行解構程序(步驟S303)。此例中，解構程序利用了獨立向量分析(Independent Component Analysis, ICA，31)，同時引用特征生理電位信息(33)，借以解構生物體體表的生理電位，并接著解構其中各器官發(fā)出信息的位置，得出各器官生理電位(步驟S305)。之后，如步驟S307，利用正規(guī)化部分最小平方法(Partial Regularized Least Squares, PRLS,35)進行分析，得出各生理電位信號對應生物體內(nèi)的各部位(步驟S309)。 實務上，此步驟有助系統(tǒng)直接通過映射的方式判斷產(chǎn)生病變的位置。最后，根據(jù)此次信號所分析判斷后，如步驟S311，通過各經(jīng)判斷位置的信號建立起一個信號圖譜。因此，相關醫(yī)療人員可通過比對生理信號與此信號圖譜判斷出生物器官功能性與結構性的改變，輔助臨床診斷。上述解構法特別整合了獨立向量分析(ICA)與正規(guī)化部分最小平方法(PRLS)的優(yōu)點。獨立向量分析為一種廣泛應用于分析未知信號分離(Blind source separation)的方法，其假設基礎在于穩(wěn)定條件。然而，在生理信號的測量過程中發(fā)現(xiàn)，原激發(fā)器官的生理特征，也就是激發(fā)(active)與未激發(fā)(inactive)的時間變異，會影響生理信號的呈現(xiàn)。也就是說，獨立向量分析分析生理信號有其限制。因此，本發(fā)明提出的方法則又利用正規(guī)化部分最小平方法同時分析兩個或兩個以上的信號變數(shù)，能即時估測非穩(wěn)定信號的激發(fā)狀態(tài)， 使生理信號系統(tǒng)提供更有效的信號分離效果。上述生理信號圖譜分析系統(tǒng)中建立信號圖譜的方法流程主要包括通過裝置提取出足夠的生理信號(如通過一生理信號提取模塊)、信號特征與信號對應的分析(分析模塊)與建構立體空間的空間定位(空間定位模塊)等流程，描述可參考圖4所揭示建立信號圖譜的步驟。信號來源可包括各種生理信號的感應器、掃描器，原始生理信號經(jīng)系統(tǒng)測量(步驟S401)，原始信號需到進行信號分析以及萃取成分來源，也就是通過篩選與前置處理才會得到有用的信息，如步驟S403，信號經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)軟件或相關固件的處理，將經(jīng)過篩選，選取有意義的測量通道。并接著執(zhí)行前置處理程序(步驟S405)，包括噪聲消除、信號分布校正寸。信號經(jīng)提取后，系統(tǒng)接著通過軟件或固件手段進行分析，特別如上述利用向量分析、正規(guī)化部分最小平方法等統(tǒng)計方法進行解構與分析，包括圖示中所描述執(zhí)行時間與空間分布轉換(步驟S407)。其中，將推算生理信號中各成分來源的空間分布與時變信息后， 將借此解構其中時域與頻域的特征，進行時頻譜分析運算，由生物體內(nèi)各位置所收到體內(nèi)各部位所接收的信號，執(zhí)行此頻譜分析運算，轉換時間信號為頻率信號。再如步驟S409，信號經(jīng)帶通濾波(band pass filtering)，過濾掉特定頻率范圍的信號，得到系統(tǒng)所需頻率內(nèi)的信號。信號經(jīng)篩選、轉換與濾波幾個主要步驟后，系統(tǒng)將獲得選取成分(步驟S411)，再通過整流步驟(步驟S4i;3)將輸入信號轉換成同一個極性，經(jīng)平滑化步驟(步驟S4M)消除雜亂的信號，最后獲得依時間分布的波形信號(步驟S417)。之后，系統(tǒng)將經(jīng)過整流、平滑化等步驟獲得的波形信號轉換映射至一特定空間，包括步驟S419，根據(jù)信號感應或掃描的來源分析，特別是經(jīng)過一模型化(Modeling)步驟，由足夠的生理信號經(jīng)由正規(guī)化部分最小平方法(PRLQ與正規(guī)獨立成分分析法(Regularized Independent Component Analysis, RICA)等演算方法建構出立體空間模型，并對應解構其中時域與頻域的信號特征值，經(jīng)此可將信號映射至一個空間(步驟S419)，之后此生理信號圖譜分析系統(tǒng)能依據(jù)身體部位的生理特性整合所對應的生理信號的特征值，建立以結構性為基礎的功能性圖譜(步驟S421)。操作者可反復操作上述步驟，以建置圖譜的樣板數(shù)據(jù)庫，其中可包含全身性解剖性圖像所建構出多度(N)空間平面或立體圖譜，呈現(xiàn)各器官位置與解剖構造，以利空間定位。當生理信號圖譜分析系統(tǒng)測量原始生理信號，并選取所需的測量通道與去除噪聲，可以得出適當可處理的信號，再經(jīng)時間與空間分布轉換、濾波、整流、平滑化等步驟得到時間波形，最后經(jīng)映射后得到對應空間位置的功能性圖譜，此可通過立體顯示的圖譜將可顯示于相關人員。之后的醫(yī)療行為則能因此得到即時且有意義的生理圖像。此類顯示的裝置可以無線或有線的手段接收信號，包括具有顯示屏幕的電子裝置，如顯示器、投影顯示器、電腦系統(tǒng)、數(shù)字多媒體裝置、移動通信裝置、各式家電等。圖5則描述利用上述先行建立的信號圖譜的運用流程，在實際實施時，生理信號圖譜分析系統(tǒng)經(jīng)接收到有病變的生理信號時，能通過此圖譜映射分析得出信號位置。流程包括如步驟S501，生理信號圖譜分析系統(tǒng)通過各式感應器、掃描器提取特定生物體或人體(如病患)的生理信號，此步驟需要獲得足夠的信號才能進行有效的分析。經(jīng)信號分析、去除噪聲、濾波的步驟后，由信號中得到生物體或人體對應特征值 (步驟S503)，其中將引入已經(jīng)建立的信號圖譜(51)，通過此對應信號特征值與生理信號 (步驟S505)，其中特別的是，為比對生理信號中各成分來源的空間分布以及對于時變信息的對應性。此例中，特征值得到的步驟是將生理信號分解為數(shù)個彼此不相關的獨立成分，并以一分析方法(如主要成分分析法(Principal Component Analysis,PCA))分解該生理信號。分析過程中，于分解出生理信號中不相關的獨立成分后，系統(tǒng)將接著排除超出一來源空間分布與時變信息不對應性的成分，以利后續(xù)分析步驟的效率與正確性。之后，方法將排除不對應的成分后，即得出一選取成分，并計算相關的成分波形。相關的成分波形將與一預先建置的樣板數(shù)據(jù)庫進行比對，以界定一預定有意義事件發(fā)生與否，其中該數(shù)據(jù)庫至少儲存一對應有意義的生理信號波形，更包括將選取上述成分的來源空間分布型態(tài)與功能性分布圖譜(如圖4所建立的圖譜)比對，確認是否吻合。實施例將引入相關生物體各部位(如人體器官)的立體空間模型(53)。經(jīng)信號特征萃取與定位后，執(zhí)行一空間定位程序(步驟507)，依照分析出的特征值與生理信號特性作連結，對應(mapping)到生物體的器官位置，并輸出定位的結果(步驟S509)。舉例來說，如圖6顯示的實施例，應用本發(fā)明所揭示的生理信號圖譜分析系統(tǒng)與方法，利用信號圖譜分析得出信號位置，如圖中經(jīng)信號提取的腦電位信號601與心電位信號602，再經(jīng)分析后，得出信號內(nèi)的成分，也就是得出相對于各種器官的成分，分別形成如腦電位信號成分603與心電位信號成分604。經(jīng)成分分析后，此時將引入相對的腦部圖譜 605與心臟圖譜606，經(jīng)映射至立體空間后，可以定位出信號產(chǎn)生的位置，如圖中顯示的腦部607特定部位，或是心臟608的特定部位。因此，通過此系統(tǒng)，可以幫助醫(yī)療人員方便且快速地找出病因。為實現(xiàn)通過生理信號得出病變位置的技術，圖7則描述執(zhí)行上述步驟的生理信號圖譜分析系統(tǒng)的電路實施例示意圖，特別是此系統(tǒng)內(nèi)各元件可以軟件或固件實現(xiàn)于特定裝置內(nèi)，可參考圖1與圖2顯示此系統(tǒng)的概念圖，由身體各部位提取經(jīng)神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的電信號，將經(jīng)過生理信號提取與分析裝置，產(chǎn)生各種波形圖，并進而對應到一個立體空間上。圖中顯示的系統(tǒng)主要包括有一個處理系統(tǒng)內(nèi)各部模塊間信號的系統(tǒng)控制單元70， 生理信號圖譜分析系統(tǒng)主要是包括有信號提取、分析與定位等的功能模塊，如圖中電性連接于系統(tǒng)控制單元70的生理信號提取模塊701、信號輸出模塊703、儲存模塊704、信號分析模塊705、空間定位模塊706、通信模塊707與回饋控制模塊708等。特別是先由生理信號提取模塊701提取經(jīng)感應生物體產(chǎn)生的電位信號71，電位信號71特別為通過連接于生物體上的掃描儀器、感應器產(chǎn)生的體表電信號，再經(jīng)轉換后產(chǎn)生系統(tǒng)可處理的電信號。信號分析模塊705接收電位信號后，通過本發(fā)明上述ICA、PRLS等分析方法篩選， 應用上述獨立向量分析法與正規(guī)化部分最小平方法的解構法分析時間參數(shù)下生理信號的變動程度，交叉比對不同信號源的關聯(lián)性，得出電位信號的特征值。相關信號特征值接著由空間定位模塊706處理，特別是引入已經(jīng)建立的信號圖譜，根據(jù)特征值映射至一立體空間。 最后由信號輸出模塊703輸出經(jīng)映射的信號，可順利于特定裝置上顯示立體圖示，輸出信號特別可顯示于顯示器72，或是儲存于儲存裝置73中。系統(tǒng)其他還包括利用儲存模塊704暫存經(jīng)過系統(tǒng)的各種信號，以供其他模塊使用，并通過包括有無線或有線手段的通信模塊707，將信號傳遞至外部裝置。系統(tǒng)再包括回饋控制模塊708，于輸出電位信號與分析結果后，此回饋控制模塊將同時產(chǎn)生回饋控制信號給系統(tǒng)控制單元70，由此系統(tǒng)控制單元70決定系統(tǒng)的接收、信號傳遞動作。根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容，顯見本發(fā)明的生理信號圖譜分析系統(tǒng)、方法、圖譜建立方法特別利用至少兩種多變數(shù)分析技巧的結合，而不需大型儀器的檢查，即可進行功能性與結構性的定位，克服現(xiàn)行檢測設備布局上的空間限制。更能因此減少病患醫(yī)療檢測的步驟與縮短確認病因的時間值。上述系統(tǒng)所執(zhí)行的分析方法，包括生理信號圖譜分析方法、生理信號圖譜建立方法，其中指令與相關軟件模塊儲存于一記錄媒體上，如硬盤、閃存、光盤等非易失性記錄媒體中。綜上所述，本發(fā)明提出一個關于全身性功能與結構的生理信號圖譜分析系統(tǒng)、方法、圖譜建立方法與其媒體，通過提取全身各器官的生理信號，執(zhí)行分析與空間定位，得出一個體表電信號功能性圖譜，借此比對病患身體產(chǎn)生的生理信號，能夠執(zhí)行快速且有效率的健康狀態(tài)篩檢，使病患在最短時間內(nèi)進行正確的醫(yī)療處置，將有助于提升醫(yī)療品質(zhì)、促進醫(yī)學領域的發(fā)展。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，其并非用以局限本發(fā)明的專利范圍。
權利要求
1.一種生理信號圖譜分析系統(tǒng)，其特征在于所述的系統(tǒng)包括(1)一生理信號提取模塊，用以提取由一生物體所傳遞的電信號，經(jīng)一前置處理后得出其中生理信號；(2)—生理信號分析模塊，先篩選有用的該生理信號，經(jīng)分析得出該生理信號的特征值，并分析確認為對應至一特定部位的信號來源；以及(3)—空間定位模塊，接收經(jīng)篩選與分析的該生理信號后，將該生理信號與一立體圖像對應，形成一信號圖譜。
2.如權利要求1所述的生理信號圖譜分析系統(tǒng)，其特征在于所述的系統(tǒng)更包括一顯示器，用以顯示經(jīng)該生理信號圖譜分析系統(tǒng)產(chǎn)生的該信號圖譜。
3.如權利要求1所述的生理信號圖譜分析系統(tǒng)，其特征在于所述的生理信號分析模塊應用一獨立向量分析法與一正規(guī)化部分最小平方法的解構時間參數(shù)下生理信號的變動程度，交叉比對不同信號源的關聯(lián)性，得出該生理信號的特征值。
4.如權利要求3所述的生理信號圖譜分析系統(tǒng)，其特征在于所述的空間定位模塊解構該生理信號的時域與頻域的特征值，建立以結構性為基礎的該信號圖譜。
5.一種生理信號圖譜分析系統(tǒng)，其特征在于所述的系統(tǒng)包括一系統(tǒng)控制單元，用以控制與傳遞該生理信號圖譜分析系統(tǒng)內(nèi)各模塊間的信號；一生理信號提取模塊，電性連接于該系統(tǒng)控制單元，用于提取由一生物體感應到的電位信號；一信號分析模塊，電性連接于該系統(tǒng)控制單元，通過分析篩選該電位信號，并得出該電位信號的特征值；一空間定位模塊，電性連接于該系統(tǒng)控制單元，引入一信號圖譜，根據(jù)該電位信號的特征值映射至一立體空間；一信號輸出模塊，電性連接于該系統(tǒng)控制單元，經(jīng)映射至該立體空間的信號輸出；一儲存模塊，電性連接于該系統(tǒng)控制單元，用以暫存經(jīng)該生理信號圖譜分析系統(tǒng)處理的該電位信號；一通信模塊，電性連接于該系統(tǒng)控制單元，該輸出的信號經(jīng)該通信模塊傳遞于一裝置；以及一回饋控制模塊，電性連接于該系統(tǒng)控制單元，經(jīng)接收該電位信號后，產(chǎn)生一回饋控制信號至該系統(tǒng)控制單元，控制該生理信號圖譜分析系統(tǒng)的運行。
6.如權利要求5所述的生理信號圖譜分析系統(tǒng)，其特征在于所述的信號分析模塊包括執(zhí)行一獨立向量分析與一正規(guī)化部分最小平方法的分析裝置。
7.如權利要求5所述的生理信號圖譜分析系統(tǒng)，其特征在于所述的信號輸出模塊輸出該立體空間的信號至一顯示器。
8.如權利要求5所述的生理信號圖譜分析系統(tǒng)，其特征在于所述的生理信號提取模塊所提取的該電位信號為由一即時感測元件所測量的該生物體的體表電信號。
9.一種生理信號圖譜分析方法，其特征在于所述的方法包括提取一生物體的生理信號；得到該生理信號的特征值；引入一信號圖譜；根據(jù)該信號圖譜，對應該特征值與該生理信號；引入該生物體的一立體空間模型；連結該特征值與該生理信號，執(zhí)行一空間定位程序；以及輸出定位結果。
10.如權利要求9所述的生理信號圖譜分析方法，其特征在于，經(jīng)推算該生理信號中各成分來源的空間分布與時變信息后，經(jīng)提取的該生理信號將經(jīng)解構出其中時域與頻域的特征，進行一時頻譜分析運算，以轉換時間信號為頻率信號。
11.如權利要求9所述的生理信號圖譜分析方法，其特征在于所述的得到該生理信號的特征值的步驟是將該生理信號分解為數(shù)個彼此不相關的獨立成分，并分解該生理信號得出該特征值。
12.如權利要求11所述的生理信號圖譜分析方法，其特征在于所述的對應該特征值與該生理信號的步驟比對該生理信號中各成分來源的空間分布以及對于時變信息的對應性。
13.如權利要求11所述的生理信號圖譜分析方法，其特征在于，于分解出該生理信號中不相關的獨立成分后，將接著排除超出一來源空間分布與時變信息不對應的成分。
14.如權利要求13所述的生理信號圖譜分析方法，其特征在于，經(jīng)排除不對應的成分后，即得出一選取成分，并計算一成分波形。
15.如權利要求14所述的生理信號圖譜分析方法，其特征在于所述的成分波形將與一預先建置的樣板數(shù)據(jù)庫進行比對，以界定一預定有意義事件發(fā)生與否。
16.如權利要求15所述的生理信號圖譜分析方法，其特征在于所述的比對步驟更包括將選取的該來源空間的分布型態(tài)與功能性分布圖譜比對。
17.—種生理信號圖譜建立方法，其特征在于所述的方法包括接收一生理電位信號；進行一解構程序，利用一獨立向量分析得出一生物體中各器官的生理電位；利用一正規(guī)化部分最小平方法進行分析，得出該生理電位信號對應的該生物體的各器官位置；以及通過判斷各器官位置的信號建立起一信號圖譜。
18.如權利要求17所述的生理信號圖譜建立方法，其特征在于，于該解構程序利用該獨立向量分析時，同時引用一特征生理電位信息，以解構該生物體體表的生理電位，并接著解構其中各器官發(fā)出信息的位置，得出各器官的生理電位。
19.如權利要求17所述的生理信號圖譜建立方法，其特征在于，經(jīng)接收該生理電位信號后，執(zhí)行一前置處理程序。
20.如權利要求17所述的生理信號圖譜建立方法，其特征在于所述的解構程序與該分析步驟包括一執(zhí)行時間與空間分布轉換的程序。
21.如權利要求20所述的生理信號圖譜建立方法，其特征在于所述的時間與空間分布轉換的程序推算該生理電位信號中各成分來源的空間分布與時變信息，解構其中時域與頻域的特征，進行一時頻譜分析運算。
全文摘要
一種生理信號圖譜分析系統(tǒng)、方法、圖譜建立方法，根據(jù)實施例，系統(tǒng)通過生理信號提取模塊提取生物體的體表電信號，經(jīng)生理信號分析模塊篩選與執(zhí)行分析得出其中信號中的特征值，之后由空間定位模塊對應生理信號與立體圖像，建構全身性功能圖譜。之后根據(jù)圖譜，于診斷病因時，利用分析生物體的體表電信號，能回推至原激發(fā)器官。本發(fā)明可以建構成全身性功能與結構的生理信號圖譜分析判斷信息系統(tǒng)，可跨越時間、空間的隔閡，推廣至各醫(yī)療階層，可應用于評估個體的健康狀態(tài)。
文檔編號A61B5/04GK102525447SQ201010623340
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權日2010年12月31日
發(fā)明者朱朔嘉, 蕭子健, 陳雅蓁 申請人:財團法人交大思源基金會