用于ecg運(yùn)動(dòng)偽影去除的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于處理生理信號(hào)的運(yùn)動(dòng)偽影去除技術(shù)，并且更具體地涉及用于減小 歸因于患者移動(dòng)或鍛煉的ECG信號(hào)運(yùn)動(dòng)偽影的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] ECG(心電圖）信號(hào)是使用被附著到身體表面的電極來從患者的身體獲得的。歸因 于由患者的移動(dòng)引起的電極-皮膚阻抗的變化，運(yùn)動(dòng)偽影被引入ECG信號(hào)。
[0003] 如標(biāo)題為"Motion Artifact Reduction in Electrocardiogram Using Adaptive Filter"的公布內(nèi)容中所公開的，提出了一種使用三軸加速度計(jì)來檢測對象的移動(dòng)的便攜 式ECG記錄器，并且三軸加速度信號(hào)被用作針對自適應(yīng)濾波器的參考信號(hào)來抵消運(yùn)動(dòng)偽 影。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是改進(jìn)ECG信號(hào)的質(zhì)量，例如，信噪比（SNR)或信號(hào)對噪聲加干擾的 比率（SINR)。更具體地，本發(fā)明的目的在于減小ECG信號(hào)中的運(yùn)動(dòng)偽影。
[0005] 在一方面中，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于減小患者的ECG信號(hào)中的運(yùn)動(dòng)偽影 的裝置，所述裝置包括：計(jì)算單元，其被配置為根據(jù)所述ECG信號(hào)來計(jì)算均值跳動(dòng)（beat); 第一獲得單元，其被配置為基于所述ECG信號(hào)和根據(jù)所述ECG信號(hào)計(jì)算出的所述均值跳動(dòng) 來獲得剩余信號(hào)；濾波單元，其被配置為利用一個(gè)或多個(gè)截止頻率來執(zhí)行對所述剩余信號(hào) 的濾波；第二獲得單元，其被配置為基于經(jīng)濾波的剩余信號(hào)和所述均值跳動(dòng)來獲得修改的 ECG信號(hào)；以及確定單元，其被配置為基于表示所述患者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的加速度信號(hào)來確定 所述濾波的所述一個(gè)或多個(gè)截止頻率。
[0006] 由所述患者的所述運(yùn)動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng)偽影將導(dǎo)致所述ECG信號(hào)的不可接受的失真， 并且甚至可以導(dǎo)致診斷錯(cuò)誤。
[0007] 為了從所述ECG信號(hào)中去除所述運(yùn)動(dòng)偽影，使用表示所述患者的所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的 所述加速度信號(hào)來解決由所述運(yùn)動(dòng)偽影引入的干擾。建立所述濾波的所述截止頻率與所述 患者的所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的對應(yīng)性。
[0008] 因此，提供了特定地阻擋由所述患者的所述運(yùn)動(dòng)引入的頻率分量的可能性。由此 減小了所述ECG信號(hào)中的所述運(yùn)動(dòng)偽影，并且改進(jìn)了所述ECG信號(hào)的質(zhì)量，這也對減少診斷 錯(cuò)誤做出了貢獻(xiàn)。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述濾波的所述一個(gè)或多個(gè)截止頻率包括所述加速度信號(hào)的信 號(hào)頻率。
[0010] 在某些環(huán)境下，例如，當(dāng)所述患者正在行走或奔跑時(shí)，所述加速度信號(hào)可以被認(rèn)為 是周期性信號(hào)。所述加速度信號(hào)的信號(hào)頻率被認(rèn)為與向所述ECG信號(hào)引入嚴(yán)重干擾的頻率 分量相對應(yīng)。因此，阻擋所述加速度信號(hào)的所述信號(hào)頻率能夠減小所述ECG信號(hào)中的所述 運(yùn)動(dòng)偽影。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，能夠根據(jù)所述加速度信號(hào)的兩個(gè)相繼的峰值之間的時(shí)間間隔來 容易地確定所述加速度信號(hào)的所述信號(hào)頻率。
[0012] 由于能夠容易地確定所述加速度信號(hào)的所述信號(hào)頻率而不用大幅增加計(jì)算成本， 因此能預(yù)示該實(shí)施例的節(jié)約成本的實(shí)施方式。
[0013] 在另一實(shí)施例中，所述濾波的所述一個(gè)或多個(gè)截止頻率包括與所述加速度信號(hào)的 功率譜的最高的N個(gè)功率能量相對應(yīng)的N個(gè)頻率。
[0014] 由于特別是在所述患者正在行走或奔跑時(shí)所述運(yùn)動(dòng)偽影的帶寬與所述ECG信號(hào) 的帶寬相交疊，因此不能夠?qū)⑺鲞\(yùn)動(dòng)偽影的所有所述頻率分量從所述ECG信號(hào)中去除。 然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，所述加速度信號(hào)的所述功率譜中具有最強(qiáng)功率能量的頻 率分量給所述ECG信號(hào)帶來最嚴(yán)重的干擾，因此僅從所述ECG信號(hào)中去除與所述加速度信 號(hào)的所述功率譜的最高的N個(gè)功率能量相對應(yīng)的所述頻率分量實(shí)際得多并且有意義得多。
[0015] 有利地，N在[1，10]的范圍中。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，N是3。
[0016] 在N是3的實(shí)施例中，期望所述運(yùn)動(dòng)偽影的大部分能夠被從所述ECG信號(hào)中去除， 并且因此達(dá)到的所述ECG信號(hào)的質(zhì)量能夠滿足大部分應(yīng)用場景中對ECG信號(hào)質(zhì)量的要求。
[0017] 有利地，所述裝置還包括自適應(yīng)濾波器，所述自適應(yīng)濾波器被配置為利用所述加 速度信號(hào)來執(zhí)行對所述ECG信號(hào)的自適應(yīng)濾波；并且所述計(jì)算單元被配置為根據(jù)經(jīng)自適應(yīng) 濾波的ECG信號(hào)來計(jì)算所述均值跳動(dòng)；所述第一獲得單元被配置為基于經(jīng)自適應(yīng)濾波的 ECG信號(hào)和根據(jù)經(jīng)自適應(yīng)濾波的ECG信號(hào)計(jì)算出的所述均值跳動(dòng)來獲得所述剩余信號(hào)。
[0018] 換言之，所述自適應(yīng)濾波器使用所述加速度信號(hào)作為參考信號(hào)來執(zhí)行對所述ECG 信號(hào)的自適應(yīng)濾波。因此，所述運(yùn)動(dòng)偽影的部分能夠被從所述ECG信號(hào)中去除，并且在經(jīng)濾 波的ECG信號(hào)中應(yīng)當(dāng)存在比原始ECG信號(hào)更小的運(yùn)動(dòng)偽影。相應(yīng)地，對所述自適應(yīng)濾波器 的額外的使用可以進(jìn)一步地改進(jìn)所述ECG信號(hào)的質(zhì)量。
[0019] 在另一方面中，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于采集患者的ECG信號(hào)的裝 置，所述裝置包括：第一感測單元，其用于獲得患者的所述ECG信號(hào)；第二感測單元，其用于 獲得表示所述患者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的加速度信號(hào)；以及根據(jù)本發(fā)明的第一方面的裝置，其與所 述第一感測單元和所述第二感測單元相連接，所述裝置用于減小所述患者的所述ECG信號(hào) 中的運(yùn)動(dòng)偽影。
[0020] 在另一方面中，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種減小患者的ECG信號(hào)中的運(yùn)動(dòng)偽 影的方法，所述方法包括以下步驟：根據(jù)所述ECG信號(hào)來計(jì)算均值跳動(dòng)；基于所述ECG信號(hào) 和根據(jù)所述ECG信號(hào)計(jì)算出的所述均值跳動(dòng)來獲得剩余信號(hào)；利用一個(gè)或多個(gè)截止頻率來 執(zhí)行對所述剩余信號(hào)的濾波；基于經(jīng)濾波的剩余信號(hào)和所述均值跳動(dòng)來獲得修改的ECG信 號(hào)；并且基于表示所述患者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的加速度信號(hào)來確定所述濾波的所述一個(gè)或多個(gè)截 止頻率。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述確定的步驟包括確定所述加速度信號(hào)的信號(hào)頻率作為所述 濾波的所述截止頻率，并且在另一實(shí)施例中，所述確定的步驟包括確定與所述加速度信號(hào) 的功率譜的最高的N個(gè)功率能量相對應(yīng)的N個(gè)頻率作為所述濾波的所述截止頻率。
【附圖說明】
[0022] 通過結(jié)合附圖考慮以下的詳細(xì)說明，本發(fā)明的以上的目的和特征以及其他的目的 和特征將變得更加明顯，在附圖中：
[0023] 圖1圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于減小運(yùn)動(dòng)偽影的裝置的方框圖；
[0024] 圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于減小運(yùn)動(dòng)偽影的裝置的方框圖；
[0025] 圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的用于減小運(yùn)動(dòng)偽影的裝置的方框圖；
[0026] 圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于采集ECG信號(hào)的裝置的方框圖；
[0027] 圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的減小患者的ECG信號(hào)中的運(yùn)動(dòng)偽影的方法 的流程圖；
[0028] 在所有的以上附圖中，類似的附圖標(biāo)記將被理解為指代類似、相似或?qū)?yīng)的特征 或功能。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 現(xiàn)在將參考本發(fā)明的實(shí)施例，在圖中圖示了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)范例。所述實(shí)施 例是以對本發(fā)明的解釋的方式來提供的，并且不意味著作為對本發(fā)明的限制。例如，被圖示 或描述為一個(gè)的實(shí)施例的部分的特征可以與另一實(shí)施例一起使用，以得到又一另外的實(shí)施 例。本發(fā)明旨在涵蓋這些和其他的修改和變型，只要它們落入本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
[0030] 圖1圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于減小運(yùn)動(dòng)偽影的裝置的方框圖。
[0031] 參考圖1，用于減小運(yùn)動(dòng)偽影的裝置100包括計(jì)算單元110、第一獲得單元120、濾 波單元130以及第二獲得單元140。
[0032] 計(jì)算單元110被配置為根據(jù)ECG信號(hào)來計(jì)算均值跳動(dòng)。
[0033] 具體地，在計(jì)算單元110中，可以基于對相繼的ECG循環(huán)取平均來計(jì)算均值跳動(dòng)。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到，其他算法也可以用于計(jì)算單元110。
[0034] 第一獲得單元120被配置為基于ECG信號(hào)和根據(jù)ECG信號(hào)計(jì)算出的均值跳動(dòng)來獲 得剩余信號(hào)。因此，在第一獲得單元120的輸入部處提供ECG信號(hào)和根據(jù)ECG信號(hào)計(jì)算出 的均值跳動(dòng)。
[0035] 此外，第一獲得單元120可以包括相減單元，所述相減單元用于從ECG信號(hào)中減去 均值跳動(dòng)以獲得剩余信號(hào)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到，第一獲得單元120可以采取其他 算法來獲得剩余信號(hào)。在第一獲得單元120的輸出部處獲得的剩余信號(hào)被提供作為濾波單 元130的輸入。
[0036] 濾波單元130被配置為利用固定的截止頻率來執(zhí)行對剩余信號(hào)的濾波。例如，濾 波單元130可以包括用于減小肌肉噪聲的低通濾波器和用于減小基線漂移的高通濾波器。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到，濾波單元130還可以被認(rèn)為是帶通濾波器。例如，帶通濾波器 可以具有范圍從0. 05Hz到250Hz的帶寬。可以針對帶通濾波器采取其他截止頻率來限制 剩余信號(hào)的頻率帶。
[0037] 在濾波單元130的輸出部處獲得的經(jīng)濾波的剩余信號(hào)被饋送到第二獲得單元140 的輸入部。第二獲得單元140被配置為基于經(jīng)濾波的剩余信號(hào)和均值跳動(dòng)來獲得修改的 ECG信號(hào)，因此，根據(jù)ECG信號(hào)計(jì)算出的均值跳動(dòng)也被提供作為第二獲得單元140的輸入。
[0038] 具體地，第二獲得單元140可以包括相加單元，所述相加單元被配置為將經(jīng)濾波 的剩余信號(hào)添加回到均值跳動(dòng)，以獲得所述修改的ECG信號(hào)。本領(lǐng)域