[發明專利]心阻抗信號處理系統和方法

有效

• 申請號: 201910325098.0
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109984742B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 張旭;李晨洋;葉繼倫
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: A61B5/053
• 分類號: A61B5/053
• 代理公司: 深圳市睿智專利事務所 44209
• 代理人: 陳鴻蔭;周慧玲

1.一種心阻抗信號處理系統，其特征在于：

包括用于獲取心阻抗信號的心阻抗信號檢測模塊，用于呼吸阻抗信號獲取的呼吸阻抗信號檢測模塊，用于濾除心阻抗信號中呼吸噪聲的自適應濾波模塊；

心阻抗信號檢測模塊將獲取的心阻抗信號輸入至自適應濾波模塊，用作自適應濾波模塊的原始輸入信號；

呼吸阻抗信號檢測模塊將獲取的呼吸阻抗信號輸入至自適應濾波模塊，用作自適應濾波模塊的參考信號；

自適應濾波模塊濾除心阻抗信號中的呼吸噪聲后輸出濾波后的心阻抗信號；

所述自適應濾波模塊包括采用最小均方誤差算法準則的自適應濾波器，在該自適應濾波器中，采用最速下降原則調整參考信號參與濾波運算的權重；

自適應濾波器中，以心阻抗信號檢測模塊所獲取的心阻抗信號為原始信號d(n)，以呼吸阻抗信號作為參考信號X(n)；原始信號d(n)和參考信號X(n)之間進行運算獲得誤差信號e(n)，并計算誤差信號e(n)的實時均方差，并以實時均方差為依據調整參考信號X(n)參與運算的權重，使得誤差信號e(n)的均方差趨于最小；

原始信號d(n)中包含了目標信號S(n)和噪聲信號V(n)，表達如式1：

d(n)＝S(n)+V(n) 式(1)；

以原始信號d(n)和參考信號X(n)計算誤差信號e(n)，誤差信號e(n)也稱為損失信號量或損失函數；表達如式2：

e(n)＝d(n)-y(n)＝S(n)+V(n)-y(n) 式(2)；

其中y(n)為參與誤差運算的向量，表達如式3：

y(n)＝W^T(n)X(n) 式(3)；

其中W(n)為權向量，初始權向量取值為1；

計算誤差信號e(n)的均方誤差，均方誤差表達如式4和5：

E[e²(n)]＝E[(S(n)+V(n)-y(n))²] 式(4)；

E[e²(n)]＝E[S²(n)]+E[(V(n)-y(n))²]+2·E[S(n)(V(n)-y(n))] 式(5)；

由于有用信號S(n)與V(n)和y(n)都不相關，因此式(5)右端中的第三項為零，則有：

E[e²(n)]＝E[S²(n)]+E[(V(n)-y(n))²] 式(6)；

應用最小均方誤差準則，通過調整式3中的權向量W(n)，使式(6)計算值最小，表達如式7：

minE[e²(n)]＝E[S²(n)]+minE[(V(n)-y(n))²] 式(7)；

其中權向量W(n)的更新計算式，表達如式8

W'(n)＝W(n)+μe(n)X(n) 式(8)；

式8中的μ為步長因子；步長因子的收斂條件為其中λ_max為輸入信號X(n)的自相關矩陣Rx的最大特征值。

2.根據權利要求1所述的心阻抗信號處理系統，其特征在于：

心阻抗信號檢測模塊和呼吸阻抗信號檢測模塊同步進行信號檢測，獲取同步的心阻抗信號和呼吸阻抗信號。

3.根據權利要求1所述的心阻抗信號處理系統，其特征在于：

心阻抗信號檢測模塊包括用于獲取心阻抗信號的心阻抗電極；

心阻抗電極包括兩個激勵電極和兩個檢測電極；

其中一個激勵電極和一個檢測電極用于設置在頸動脈處，另一個激勵電極和另一個檢測電極用于設置在心臟下方的胸壁處；

當兩個激勵電極之間發送了激勵電流信號后，兩個檢測電極所獲取的人體電位變化信號為心阻抗信號。

4.根據權利要求1所述的心阻抗信號處理系統，其特征在于：

呼吸阻抗信號檢測模塊包括用于獲取呼吸阻抗信號的兩個呼吸電極；兩個呼吸電極同時用作激勵電極和檢測電極；

兩個呼吸電極用于以交叉方式設置在胸壁上，兩個呼吸電極所獲取的人體電位變化信號為呼吸阻抗信號。