專利名稱：一種基于rls自適應(yīng)濾波器的胃電慢波信號(hào)檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種胃電信號(hào)處理的裝置，具體的說(shuō)是為獲得可以進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷的胃 電慢波信號(hào)處理的裝置。
背景技術(shù)：
胃病是一種常見(jiàn)、多發(fā)、難根治性疾病。隨著醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)的進(jìn)展，胃病診斷已經(jīng) 不是難事。從鋇餐、內(nèi)窺鏡、胃液分析到活體組織檢查再到C14色譜診斷，器質(zhì)性胃病容易 被發(fā)現(xiàn)。但是對(duì)于功能性胃病，卻無(wú)濟(jì)于事，上述方法會(huì)給病人帶來(lái)一定的痛苦、損傷，并有 傳染疾病的危險(xiǎn)。作為一種、安全、無(wú)創(chuàng)、無(wú)痛苦的胃腸動(dòng)力診斷方法，即通過(guò)體表貼測(cè)量電 極是消化道生理檢測(cè)、診斷的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方法。胃電信號(hào)十分微弱，變化十分緩慢，因此通過(guò)體表電極的觀測(cè)胃電難度很大，有另 一方面，對(duì)胃電圖的臨床意義認(rèn)識(shí)不足，目前無(wú)論在胃電檢測(cè)手段、分析方法及有效性方面 都需要很大的提高。胃電信號(hào)是一種典型的微弱信號(hào)，體表胃電幅度為幾百微伏到幾毫伏量級(jí)，正常 人胃電信號(hào)慢波成分頻率極低，帶寬為0. 02-0. 3Hz ；體表采集到的信號(hào)又包含了各種干 擾，如心電、呼吸信號(hào)、抖動(dòng)等，部分干擾的幅度還可能遠(yuǎn)大于胃電信號(hào)。測(cè)量過(guò)程中會(huì)引入 大量的強(qiáng)背景噪聲，其中又以心電、呼吸偽跡最難去除。自適應(yīng)濾波器可以不必事先給定信號(hào)及噪聲的自相關(guān)函數(shù)，它可以利用前一時(shí)刻 已獲得的濾波器參數(shù)自動(dòng)地調(diào)節(jié)現(xiàn)時(shí)刻的濾波器參數(shù)使得濾波器輸出和未知的輸入之間 的均方誤差最小化或者(加權(quán))最小二乘誤差最小化，從而它可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波。自適應(yīng)濾波器的算法有很多，有RLS (遞歸最小二乘法)和LMS (最小均方算法)等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)胃電中的慢波信號(hào)，通過(guò)自適應(yīng)信號(hào)處理方法，完成對(duì)慢波信號(hào)的觀 測(cè)。本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)w表測(cè)量電極獲取信號(hào)的自適應(yīng)濾波處理裝置， 去除心電、呼吸信號(hào)、抖動(dòng)等帶來(lái)的測(cè)量影響，完成對(duì)胃電慢波信號(hào)的觀測(cè)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)一種基于遞歸最小二乘 RLS(Recursiveleastsquares)自適應(yīng)濾波器的胃電慢波信號(hào)檢測(cè)裝置，包括硬件部分1和 軟件處理部分2，所述硬件部分1包括體表測(cè)量電極、模擬信號(hào)放大器11、A/D轉(zhuǎn)換卡12和 數(shù)字運(yùn)算設(shè)備13 ；所述體表電極用于信號(hào)采集，所述體表電極通過(guò)導(dǎo)聯(lián)和模擬信號(hào)放大器 11相連，所述模擬信號(hào)放大器11將體表微弱的胃電信號(hào)放大；所述模擬信號(hào)放大器11通 過(guò)導(dǎo)線和A/D轉(zhuǎn)換卡12相連，所述A/D轉(zhuǎn)換卡12將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述A/D轉(zhuǎn) 換卡12通過(guò)數(shù)據(jù)線和數(shù)字運(yùn)算設(shè)備13相連，所述數(shù)字運(yùn)算設(shè)備13將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處 理；
所述軟件部分2包括數(shù)字預(yù)處理模塊21、噪聲估計(jì)模塊22、RLS自適應(yīng)濾波模塊 23及顯示、存儲(chǔ)等設(shè)備，其中所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21包括數(shù)據(jù)重采樣模塊211和數(shù)字帶通 /低通濾波模塊212 ；所述噪聲估計(jì)模塊22包括數(shù)據(jù)主頻查找模塊221和數(shù)字帶阻濾波模 塊222 ；所述數(shù)據(jù)重采樣模塊211和數(shù)字帶通/低通濾波模塊212將數(shù)字運(yùn)算設(shè)備13輸出 的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；所述的預(yù)處理結(jié)果一部分依次通過(guò)數(shù)據(jù)主頻查找模塊221和數(shù)字 帶阻濾波模塊222，得到噪聲估計(jì)；最后所述預(yù)處理結(jié)果以及所述噪聲估計(jì)輸入RLS自適應(yīng) 濾波模塊，由RLS自適應(yīng)濾波模塊輸出數(shù)據(jù)到顯示、存儲(chǔ)等設(shè)備。所述數(shù)據(jù)重采樣模塊211包括數(shù)據(jù)輸入端，重采樣運(yùn)算，數(shù)據(jù)輸出端三個(gè)部分，這 三個(gè)部分依次連接。數(shù)據(jù)輸入端輸入為采樣率Fs的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)重采樣運(yùn)算，數(shù)據(jù)輸出端輸 出為采樣率fs的數(shù)據(jù)，其中有條件Fs > fs，并且fs約為1-lOHz。所述數(shù)字帶通/低通濾波模塊212包括數(shù)字信號(hào)輸入端，數(shù)字濾波，數(shù)字信號(hào)輸 出端三個(gè)部分，這三個(gè)部分依次連接。數(shù)字信號(hào)輸入端輸入一串?dāng)?shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)通帶約 0. 01-0. 5Hz數(shù)字帶通或者截止頻率約0. 5Hz數(shù)字低通濾波，數(shù)字信號(hào)輸出端輸出為濾波后 的數(shù)字信號(hào)。所述數(shù)據(jù)主頻查找模塊221包括數(shù)字信號(hào)輸入端，功率譜分析，主峰位置查找，輸 出端四個(gè)部分，這四個(gè)部分依次連接。數(shù)字信號(hào)輸入端輸入一串?dāng)?shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率譜分 析，主峰位置查找后，從輸出端輸出主峰對(duì)應(yīng)主頻值。所述數(shù)字帶阻濾波模塊222包括主頻輸入端，數(shù)字信號(hào)輸入端，阻帶設(shè)置，濾波器 參數(shù)動(dòng)態(tài)生成，帶阻濾波器(動(dòng)態(tài)生成)，數(shù)字信號(hào)輸出端六個(gè)部分。其中主頻輸入端連接 阻帶設(shè)置部分，阻帶設(shè)置部分連接濾波器參數(shù)動(dòng)態(tài)生成部分，濾波器參數(shù)動(dòng)態(tài)生成部分連 接帶阻濾波器部分，數(shù)字信號(hào)輸入端與數(shù)字信號(hào)輸出端分別連接帶阻濾波器部分。首先從 主頻輸入端輸入主頻數(shù)值，經(jīng)過(guò)阻帶設(shè)置部分得到濾波器阻帶，該濾波器阻帶經(jīng)過(guò)濾波器 參數(shù)動(dòng)態(tài)生成部分得到一組濾波器參數(shù)，利用這組參數(shù)動(dòng)態(tài)生成一個(gè)帶阻濾波器，然后，從 數(shù)字信號(hào)輸入端輸入數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)該帶阻濾波器，在數(shù)字信號(hào)輸出端處輸出濾波后的數(shù) 字信號(hào)。本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)1.面向胃電慢波信號(hào)的自適應(yīng)處理濾波器設(shè)計(jì)，即把心電、呼吸信號(hào)、抖動(dòng)，以及 信號(hào)放大裝置本身的噪聲的都作為胃電慢波信號(hào)的噪聲，而對(duì)其進(jìn)行自適應(yīng)濾波器的設(shè) 計(jì)，以降低濾波器的復(fù)雜程度。2.測(cè)量信號(hào)通過(guò)自適應(yīng)濾波后的信號(hào)復(fù)現(xiàn)，即可以完成對(duì)胃電慢波信號(hào)的精確復(fù) 現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為數(shù)據(jù)重采樣模塊示意圖；圖3為數(shù)字帶通/低通濾波模塊示意圖；圖4為數(shù)據(jù)主頻查找模塊示意圖；圖5為數(shù)字帶阻濾波模塊示意圖；圖6為胃電慢波信號(hào)復(fù)現(xiàn)示意圖。；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及控制過(guò)程。如圖1所示，包括硬件部分1和軟件部分2，其中硬件部分1具有模擬信號(hào)放大器 1UA/D轉(zhuǎn)換卡12和數(shù)字運(yùn)算設(shè)備13 (本實(shí)施例采用PC機(jī))。體表電極通過(guò)導(dǎo)聯(lián)和模擬信 號(hào)放大器11相連，將體表微弱的胃電信號(hào)送至該放大器放大；所述模擬信號(hào)放大器11輸出 的放大信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線和A/D轉(zhuǎn)換卡12相連，將幅值放大500至1000倍的模擬信號(hào)送至該 轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述A/D轉(zhuǎn)換卡12通過(guò)數(shù)據(jù)線和數(shù)字運(yùn)算設(shè)備13相連，將數(shù)字信 號(hào)送給該數(shù)字運(yùn)算設(shè)備進(jìn)行信號(hào)處理。軟件部分2存在于數(shù)字運(yùn)算設(shè)備13中，包括數(shù)據(jù)預(yù) 處理模塊21、噪聲估計(jì)模塊22和RLS自適應(yīng)濾波模塊23。其中所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21具 有數(shù)據(jù)重采樣模塊211和數(shù)字帶通/低通濾波模塊212，對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)依次進(jìn)行重新 采樣以及0. 01-0. 5Hz數(shù)字帶通或截止頻率為0. 5Hz數(shù)字低通濾波處理；所述噪聲估計(jì)模塊 22具有數(shù)據(jù)主頻查找模塊221和數(shù)字帶阻濾波模塊222，輸入的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)該數(shù)據(jù)主頻 查找模塊得到主頻，然后該主頻數(shù)值和該數(shù)字信號(hào)進(jìn)入數(shù)字帶阻濾波模塊，輸出的濾波結(jié) 果即估計(jì)噪聲。數(shù)字運(yùn)算設(shè)備13得到的數(shù)字信號(hào)依次通過(guò)數(shù)據(jù)重采樣模塊211和數(shù)字帶 通/低通濾波模塊212，得到預(yù)處理結(jié)果。所述的預(yù)處理結(jié)果一部分依次通過(guò)數(shù)據(jù)主頻查找 模塊221和數(shù)字帶阻濾波模塊222，得到噪聲估計(jì)。最后所述預(yù)處理結(jié)果以及所述噪聲估計(jì) 作為RLS自適應(yīng)濾波模塊的兩個(gè)輸入，得到最終結(jié)果的輸出。該輸出數(shù)據(jù)可在所述的數(shù)字 運(yùn)算設(shè)備13上作顯示、存儲(chǔ)等處理，待醫(yī)生進(jìn)行分析和診斷。如圖2所示，所述數(shù)據(jù)重采樣模塊211包括數(shù)據(jù)輸入端，重采樣運(yùn)算，數(shù)據(jù)輸出端 三個(gè)部分，這三個(gè)部分依次連接。數(shù)據(jù)輸入端輸入為采樣率Fs的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)重采樣運(yùn)算，數(shù) 據(jù)輸出端輸出為采樣率fs的數(shù)據(jù)，其中有條件Fs > fs，并且fs約為1-lOHz。如圖3所示，所述數(shù)字帶通/低通濾波模塊212包括數(shù)字信號(hào)輸入端，數(shù)字濾波， 數(shù)字信號(hào)輸出端三個(gè)部分，這三個(gè)部分依次連接。數(shù)字信號(hào)輸入端輸入一串?dāng)?shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò) 通帶約0. 01-0. 5Hz數(shù)字帶通或者截止頻率約0. 5Hz數(shù)字低通濾波，數(shù)字信號(hào)輸出端輸出為 濾波后的數(shù)字信號(hào)。如圖4所示，所述數(shù)據(jù)主頻查找模塊221包括數(shù)字信號(hào)輸入端，功率譜分析，主峰 位置查找，輸出端四個(gè)部分，這四個(gè)部分依次連接。數(shù)字信號(hào)輸入端輸入一串?dāng)?shù)字信號(hào)，經(jīng) 過(guò)功率譜分析，主峰位置查找后，從輸出端輸出主峰對(duì)應(yīng)主頻值。如圖5所示，所述數(shù)字帶阻濾波模塊222包括主頻輸入端，數(shù)字信號(hào)輸入端，阻帶 設(shè)置，濾波器參數(shù)動(dòng)態(tài)生成，帶阻濾波器(動(dòng)態(tài)生成)，數(shù)字信號(hào)輸出端六個(gè)部分。其中主 頻輸入端連接阻帶設(shè)置部分，阻帶設(shè)置部分連接濾波器參數(shù)動(dòng)態(tài)生成部分，濾波器參數(shù)動(dòng) 態(tài)生成部分連接帶阻濾波器部分，數(shù)字信號(hào)輸入端與數(shù)字信號(hào)輸出端分別連接帶阻濾波器 部分。首先從主頻輸入端輸入主頻數(shù)值，經(jīng)過(guò)阻帶設(shè)置部分得到濾波器阻帶，該濾波器阻帶 經(jīng)過(guò)濾波器參數(shù)動(dòng)態(tài)生成部分得到一組濾波器參數(shù)，利用這組參數(shù)動(dòng)態(tài)生成一個(gè)帶阻濾波 器，然后，從數(shù)字信號(hào)輸入端輸入數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)該帶阻濾波器，在數(shù)字信號(hào)輸出端處輸出 濾波后的數(shù)字信號(hào)。圖6為胃電慢波信號(hào)復(fù)現(xiàn)示意圖，由此可見(jiàn)，本發(fā)明可以完成對(duì)胃電慢波信號(hào)的 精確復(fù)現(xiàn)。
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如上所述為本發(fā)明的一個(gè)典型的實(shí)施方式，由于實(shí)施方式較多，不能一一列舉，其 他任何在本發(fā)明的整體框架下進(jìn)行組合、簡(jiǎn)化，替代等，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于RLS自適應(yīng)濾波器的胃電慢波信號(hào)檢測(cè)裝置，包括硬件部分(1)和軟件處 理部分O)，所述硬件部分(1)包括體表測(cè)量電極、模擬信號(hào)放大器(11)、A/D轉(zhuǎn)換卡(12) 和數(shù)字運(yùn)算設(shè)備(1 ；所述體表電極用于信號(hào)采集，所述體表電極通過(guò)導(dǎo)聯(lián)和模擬信號(hào)放 大器(11)相連，所述模擬信號(hào)放大器(11)將體表微弱的胃電信號(hào)放大；所述模擬信號(hào)放大 器(U)通過(guò)導(dǎo)線和A/D轉(zhuǎn)換卡(1 相連，所述A/D轉(zhuǎn)換卡(1 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號(hào)；所述A/D轉(zhuǎn)換卡(1 通過(guò)數(shù)據(jù)線和數(shù)字運(yùn)算設(shè)備(1 相連，所述數(shù)字運(yùn)算設(shè)備(13) 將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理；所述軟件處理部分( 包括數(shù)字預(yù)處理模塊、噪聲估計(jì)模塊0 、RLS自適應(yīng)濾波 模塊及顯示、存儲(chǔ)等設(shè)備，其中所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊包括數(shù)據(jù)重采樣模塊(211) 和數(shù)字帶通/低通濾波模塊012)；所述噪聲估計(jì)模塊0 包括數(shù)據(jù)主頻查找模塊(221) 和數(shù)字帶阻濾波模塊022)；所述數(shù)據(jù)重采樣模塊(211)和數(shù)字帶通/低通濾波模塊(212) 將數(shù)字運(yùn)算設(shè)備(1 輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；所述的預(yù)處理結(jié)果一部分依次通過(guò)數(shù) 據(jù)主頻查找模塊(221)和數(shù)字帶阻濾波模塊022)，得到噪聲估計(jì)；最后所述預(yù)處理結(jié)果以 及所述噪聲估計(jì)輸入RLS自適應(yīng)濾波模塊，由RLS自適應(yīng)濾波模塊輸出數(shù)據(jù)到顯示、存儲(chǔ)等 設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的胃電慢波信號(hào)檢測(cè)裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)重采樣模塊 (211)包括數(shù)據(jù)輸入端，重采樣運(yùn)算，數(shù)據(jù)輸出端三個(gè)部分，這三個(gè)部分依次連接。數(shù)據(jù)輸入 端輸入為采樣率Fs的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)重采樣運(yùn)算，數(shù)據(jù)輸出端輸出為采樣率fs的數(shù)據(jù)，其中有 條件Fs > fs,并且fs約為I-IOHz。所述數(shù)字帶通/低通濾波模塊(21 包括數(shù)字信號(hào)輸入端，數(shù)字濾波，數(shù)字信號(hào)輸 出端三個(gè)部分，這三個(gè)部分依次連接。數(shù)字信號(hào)輸入端輸入一串?dāng)?shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)通帶約 0. 01-0. 5Hz數(shù)字帶通或者截止頻率約0. 5Hz數(shù)字低通濾波，數(shù)字信號(hào)輸出端輸出為濾波后 的數(shù)字信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的胃電慢波信號(hào)檢測(cè)裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)主頻查找模 塊021)包括數(shù)字信號(hào)輸入端，功率譜分析，主峰位置查找，輸出端四個(gè)部分，這四個(gè)部分 依次連接。數(shù)字信號(hào)輸入端輸入一串?dāng)?shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率譜分析，主峰位置查找后，從輸出 端輸出主峰對(duì)應(yīng)主頻值。所述數(shù)字帶阻濾波模塊(22 包括主頻輸入端，數(shù)字信號(hào)輸入端，阻帶設(shè)置，濾波器參 數(shù)動(dòng)態(tài)生成，帶阻濾波器(動(dòng)態(tài)生成)，數(shù)字信號(hào)輸出端六個(gè)部分。其中主頻輸入端連接阻 帶設(shè)置部分，阻帶設(shè)置部分連接濾波器參數(shù)動(dòng)態(tài)生成部分，濾波器參數(shù)動(dòng)態(tài)生成部分連接 帶阻濾波器部分，數(shù)字信號(hào)輸入端與數(shù)字信號(hào)輸出端分別連接帶阻濾波器部分。首先從主 頻輸入端輸入主頻數(shù)值，經(jīng)過(guò)阻帶設(shè)置部分得到濾波器阻帶，該濾波器阻帶經(jīng)過(guò)濾波器參 數(shù)動(dòng)態(tài)生成部分得到一組濾波器參數(shù)，利用這組參數(shù)動(dòng)態(tài)生成一個(gè)帶阻濾波器，然后，從數(shù) 字信號(hào)輸入端輸入數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)該帶阻濾波器，在數(shù)字信號(hào)輸出端處輸出濾波后的數(shù)字 信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種基于RLS自適應(yīng)濾波器的胃電慢波信號(hào)檢測(cè)裝置，包括硬件部分和軟件處理部分，所述硬件部分包括體表測(cè)量電極、模擬信號(hào)放大器、A/D轉(zhuǎn)換卡和數(shù)字運(yùn)算設(shè)備；所述軟件處理部分包括數(shù)字預(yù)處理模塊、噪聲估計(jì)模塊、RLS自適應(yīng)濾波模塊及顯示、存儲(chǔ)等設(shè)備。本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)1.面向胃電慢波信號(hào)的自適應(yīng)處理濾波器設(shè)計(jì)，即把心電、呼吸信號(hào)、抖動(dòng)，以及信號(hào)放大裝置本身的噪聲的都作為胃電慢波信號(hào)的噪聲，而對(duì)其進(jìn)行自適應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì)，以降低濾波器的復(fù)雜程度。2.測(cè)量信號(hào)通過(guò)自適應(yīng)濾波后的信號(hào)復(fù)現(xiàn)，即可以完成對(duì)胃電慢波信號(hào)的精確復(fù)現(xiàn)。
文檔編號(hào)A61B5/04GK102100554SQ200910248570
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者楊春敏, 秦書(shū)嘉, 繆磊, 董再勵(lì) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所