[發(fā)明專利]生物信號處理方法和生物信號處理設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780009657.6
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN108601546B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 松浦伸昭;小笠原隆行;桑原啟
• 申請（專利權(quán)）人: 日本電信電話株式會社
• 主分類號: A61B5/349
• 分類號: A61B5/349;A61B5/352
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 潘劍穎

提供了一種生物信號處理設(shè)備。生物信號處理設(shè)備包括：生物信號提取單元(2)，被配置成從由心電圖儀(1)測量的心電圖波形中提取生物信號；平均處理單元(3)，被配置成使用由生物信號提取單元(2)提取的生物信號的時間序列數(shù)據(jù)來計算平均數(shù)據(jù)；異常值確定單元(4)，被配置成針對每個數(shù)據(jù)，基于使用在該數(shù)據(jù)之前已經(jīng)發(fā)生的生物信號的數(shù)據(jù)計算的平均數(shù)據(jù)，確定由生物信號提取單元(2)提取的生物信號的數(shù)據(jù)是否合適；以及異常值處理單元(5)，被配置成執(zhí)行由異常值確定單元(4)確定為不合適的生物信號的數(shù)據(jù)的刪除和內(nèi)插中的一個。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物信號處理方法和生物信號處理設(shè)備，用于適當(dāng)?shù)厝コ旌显趶男碾妶D波形獲得的生物信號中的噪聲分量，并提高生物信號的分析精確度。

背景技術(shù)

眾所周知，心臟的搏動節(jié)律由于自主神經(jīng)，即交感神經(jīng)/迷走神經(jīng)的影響而波動。例如，在休息和放松狀態(tài)下，迷走神經(jīng)被加重，并且顯著地看到根據(jù)呼吸的心跳波動(呼吸性竇性心律失常)。此時的呼吸率可以通過分析從心電圖波形提取的心跳(R波)時間之間的時間間隔(即R-R間隔)進行估計。

另一方面，心電圖波形的振幅受到呼吸的影響。當(dāng)從心電圖測量系統(tǒng)看到的阻抗由于肺和胸廓根據(jù)呼吸的擴張和收縮而波動時，認為對心電圖波形振幅的影響發(fā)揮作用。

在圖17中，(a)是示出當(dāng)受試者執(zhí)行稱為4-7-8呼吸方法(吸氣持續(xù)4秒-屏住呼吸持續(xù)7秒-呼氣8秒)的呼吸方法時的心電圖波形的示例的時序圖。從圖17的(a)可以容易地發(fā)現(xiàn)，心電圖波形的高度波動。在圖17中，(b)示出了通過從心電圖波形中提取每個R-R間隔的數(shù)據(jù)作為R波與緊鄰的前一個R波之間的時間間隔并且在時間上連續(xù)地繪制所提取的數(shù)據(jù)而獲得的時序圖。R-R間隔在呼氣時長，在吸氣時短(心率在呼氣時低，在吸氣時高)。從圖17的(b)可知，R-R間隔與心電圖波形同步地變化。

此外，圖17的(c)是通過針對每次心跳提取從R波的峰值到S波的峰值的振幅數(shù)據(jù)(即RS振幅)并且時間連續(xù)地繪制提取的數(shù)據(jù)所獲得的時序圖。RS振幅可以通過例如在提取的R波之前和之后搜索預(yù)定區(qū)間中的心電圖波形，并且獲得區(qū)間中的最大值和最小值之間的差的方法來獲取。從圖17的(c)可以發(fā)現(xiàn)，上述吸氣-屏住呼吸-呼氣的時間寬度出現(xiàn)在RS振幅的變化模式中。

在圖18中，(a)是示出通過MEM(最大熵方法)分析圖17的(b)中所示的R-R間隔的數(shù)據(jù)而獲得的頻譜的圖，并且(b)是示出通過MEM分析圖17的(c)中所示的RS振幅的數(shù)據(jù)而獲得的頻譜的圖。通過使用MEM，即使從60秒的短數(shù)據(jù)中也可以獲得平滑的頻譜曲線。在圖18的(a)和(b)所示的示例中，從RS振幅獲得的頻譜比從R-R間隔獲得的頻譜更清楚地表示19秒周期≈0.052Hz的峰值。以這種方式，除了R-R間隔之外，還可以從RS振幅獲得關(guān)于呼吸的信息。

當(dāng)測量心電圖波形時，可以將噪聲添加到波形。特別是當(dāng)使用便攜式裝置或可穿戴裝置在日常生活中獲取心電圖波形時，由于身體運動等，噪聲容易混合。這種噪聲也可以混合在RS振幅中。此外，噪聲導(dǎo)致R波的提取錯誤，導(dǎo)致R-R間隔中的不合適數(shù)據(jù)的混合等。

專利文獻1公開了一種在基于心電圖波形的T波的峰值執(zhí)行呼吸估計的方法中通過基于預(yù)定閾值來檢測不產(chǎn)生T波或者T波的峰值非常小的情況而校準小于預(yù)定閾值的峰值的布置。然而，在專利文獻1中公開的技術(shù)中，當(dāng)在心電圖波形上疊加大噪聲時，不可能校正諸如RS振幅或R-R間隔的生物信號。

當(dāng)基于諸如RS振幅或R-R間隔的生物信號執(zhí)行與受試者的呼吸等相關(guān)聯(lián)的分析時，注意與呼吸等同步的生物信號的變化分量。采用將MEM或諸如FFT(快速傅立葉變換)的頻譜分析方法應(yīng)用于生物信號以提取關(guān)于呼吸等的信息的方法。然而，這帶來的問題是，當(dāng)生物信號的數(shù)據(jù)串包括源自噪聲等的不合適值時，分析結(jié)果偏離實際結(jié)果。

相關(guān)技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第5632570號

發(fā)明內(nèi)容