專利名稱：一種多通道微弱生理信息記錄系統(tǒng)中工頻干擾的高保真濾除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工頻電干擾的高保真濾除方法，具體涉及一種多通道微弱生理信息記錄系統(tǒng)中工頻干擾的高保真濾除方法。
背景技術(shù)：
工頻電基波和諧波對測量信息的干擾，是電子時代以來所有在與工頻相同頻段信號測量中繞不過的一個基本問題。例如我國的50赫茲交流電(北美60Hz)正好落在腦電信息中的Gamma波段。而其幾次低次諧波也正好包含在許多生理電活動的范圍內(nèi)，例如，心室晚電位和腦電中的Fast Ripple信息。為了消除工頻干擾，已經(jīng)發(fā)明了很多有效的濾波方法。經(jīng)典的電磁屏蔽室是一種在空間衰減電磁干擾的基本方法，但其高成本、不便移動以及有限的衰減率限制了其應(yīng)用。在檢測輸入端利用共模抑制來對抗工頻電干擾，例如生物電測量中的差分輸入放大以及生物磁檢測中的梯度線圈設(shè)計，都是簡單有效的共模抑制方法。但是輸入端的任何不對稱，都會使得共模變成差動成分而進入輸入電路。于是，在測量電路中應(yīng)用最廣泛的就是陷波器-一種窄帶的帶阻濾波方法。但是這樣經(jīng)典的濾波技術(shù)，不僅濾除掉工頻電干擾，同樣也濾除掉頻帶內(nèi)的所有信息。更嚴(yán)重的是，如果突遇大的信號起伏變動窄帶往往會引起自激震蕩，即便是自適應(yīng)濾波技術(shù)在此種情況下也會遭遇有限響應(yīng)時間的問題。另外一大類信號分解方法應(yīng)用于工頻干擾濾除，例如獨立源分析(Independent Component Analysis),信號空間投身寸(signal space pro jection)，信號空間分離法(Signal SpaceSeparation)等，要么對信號分布有嚴(yán)格的要求例如信號與噪聲的相對嚴(yán)格的正交分布，要么對測量系統(tǒng)有`嚴(yán)格的限制例如SSS僅適用于腦磁測量的系統(tǒng)中，并且對測量線圈的空間位置有很高的精度要求。而且，從實際應(yīng)用來看，這些方法都有很大的工頻干擾殘余在信號中。通常，工頻電干擾的頻率和幅度，是隨著時間不斷變化著的。但是，在相對較短的時間內(nèi)，例如一、兩秒鐘內(nèi)，這樣的變化非常之小，以至于我們可以將工頻干擾看作是恒定的。因此，工頻電干擾的基波和任意次諧波，在這樣的時間段內(nèi)都可以看作是一個穩(wěn)定的正弦波。如果我們在測量的數(shù)據(jù)中將此正弦波看作一個信號，而將其它測量到的其它信息作為噪聲，從而利用傅立葉變換計算出正弦波的三個基本參數(shù)頻率、幅度和相位，那就能唯一的確定工頻電干擾，進而在測量數(shù)據(jù)中減去該正弦波從而實現(xiàn)工頻濾波。顯然，這樣的濾波技術(shù)具有窄帶且無自激的理想特性。有很多公開發(fā)表的利用傅立葉變換以及所加的窗函數(shù)來準(zhǔn)確估算平穩(wěn)信號中正弦波的基本方法。發(fā)明人早先也發(fā)展了一種在外加干擾突變情況準(zhǔn)確計算正弦波并成功地應(yīng)用于生理信息檢測中的工頻電干擾濾除，在該方法中，發(fā)明人利用仿真技術(shù)研究了干擾寬度、信號長度、采樣率、以及信噪比對正確估算正弦波三個基本參數(shù)的影響。當(dāng)其它因素保持不變的條件下，信噪比(注意這里所謂的信號是指要提取的工頻干擾正弦波)越高，越有利于正確估算正弦波。如果工頻干擾的正弦波估算不準(zhǔn)確，就會顯然在利用該方法減除工頻干擾后仍有干擾殘留。尤其是，當(dāng)頻率估算不準(zhǔn)確時，相減后就會產(chǎn)生一個對應(yīng)于這個相差的差頻正弦波殘留在真正的信號中。使信號產(chǎn)生誤差。這對于解釋信號和后續(xù)的分析，都會導(dǎo)致新的誤差。在多道生理信息測量記錄系統(tǒng)中，例如腦電圖，腦磁圖等，總會有一些通道受到的電干擾小于其它通道。這本來并不是一件壞事，但是，在利于估算正弦波減除工頻電干擾時，卻容易造成比受到大干擾的通道更大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為臨床電生理診斷和實驗室研究提供一種有效、高保真的多通道微弱生理信息記錄系統(tǒng)中工頻干擾的高保真濾除方法，該濾波方法對工頻電干擾的影響減到最小，同時不影響真正的信號分量，即便對于和工頻電干擾同樣頻率的信號分量也是如此。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是I)首先對N個通道逐一進行如下分析對每一個通道的數(shù)據(jù)細(xì)分為M個數(shù)據(jù)單元，每一個數(shù)據(jù)單元長度取決于工頻的變化快慢，在每一個數(shù)據(jù)單元里，工頻電干擾對應(yīng)的正弦波的三個基本參數(shù)即頻率、幅度和相位保持不變，對每一個數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)進行包絡(luò)檢查，查驗是否有沖擊干擾；如果沒有沖擊干擾，利用傳統(tǒng)的STEM方法估算正弦波的三個基本參數(shù)即頻率、幅度和相位；如果有沖擊干擾，利用RAW-STEM方法來提取正弦波的三個參數(shù)即頻率、幅度和相位；同時，計算出這一數(shù)據(jù)單元的標(biāo)準(zhǔn)方差SD，再對下一個通道進行以上操作，得到所有通道在所有時刻即所有數(shù)據(jù)單元的工頻電干擾的數(shù)據(jù)庫，這個數(shù)據(jù)庫就是正弦波的參數(shù)估計值，其中的幅度估計值的準(zhǔn)確可靠性是用幅度估計值與標(biāo)準(zhǔn)方差的比值來衡量的；2)利用提取的幅度與標(biāo)準(zhǔn)方差之比值，作為加權(quán)系數(shù)，對信噪比最高的數(shù)個通道中估算的頻率進行加權(quán)平均，如公式(I)所示，從而進一步優(yōu)化參數(shù)估算的準(zhǔn)確性
權(quán)利要求
1.一種多通道微弱生理信息記錄系統(tǒng)中工頻干擾的高保真濾除方法，其特征在于包括以下步驟 1)首先對N個通道逐一進行如下分析 對每一個通道的數(shù)據(jù)細(xì)分為M個數(shù)據(jù)單元，每一個數(shù)據(jù)單元長度取決于工頻的變化快慢，在每一個數(shù)據(jù)單元里，工頻電干擾對應(yīng)的正弦波的三個基本參數(shù)即頻率、幅度和相位保持不變，對每一個數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)進行包絡(luò)檢查，查驗是否有沖擊干擾； 如果沒有沖擊干擾，利用傳統(tǒng)的STEM方法估算正弦波的三個基本參數(shù)即頻率、幅度和相位； 如果有沖擊干擾，利用RAW-STEM方法來提取正弦波的三個參數(shù)即頻率、幅度和相位； 同時，計算出這一數(shù)據(jù)單元的標(biāo)準(zhǔn)方差SD, 再對下一個通道進行以上操作，得到所有通道在所有時刻即所有數(shù)據(jù)單元的工頻電干擾的數(shù)據(jù)庫，這個數(shù)據(jù)庫就是正弦波的參數(shù)估計值，其中的幅度估計值的準(zhǔn)確可靠性是用幅度估計值與標(biāo)準(zhǔn)方差的比值來衡量的； 2)利用提取的幅度與標(biāo)準(zhǔn)方差之比值，作為加權(quán)系數(shù)，對信噪比最高的數(shù)個通道中估算的頻率進行加權(quán)平均，如公式(I)所示，從而進一步優(yōu)化參數(shù)估算的準(zhǔn)確性
全文摘要
一種多通道微弱生理信息記錄系統(tǒng)中工頻干擾的高保真濾除方法，根據(jù)多通道測量系統(tǒng)的這個特點，利用信噪比較高的通道估算工頻電干擾正弦波的參數(shù)。計算出的頻率就是所有通道的工頻電干擾頻率，而計算出來的相位，取決于具體的記錄系統(tǒng)中各個通道的空間分布來決定是否反相180度，這可以由本身通道信息估算出的工頻電干擾正弦參數(shù)來判斷。使所有的通道尤其是那些信噪比較低的通道，都得到了和高信噪比通道一樣的三個參數(shù)中的兩個參數(shù)的準(zhǔn)確估計。對于三個參數(shù)中的最后一個參數(shù)幅度，可以利用這樣一個關(guān)系來優(yōu)化低信噪比的通道中干擾的幅度的估算。所有通道中的工頻干擾的幅度的相對比例，是保持不變的。從而提高了低信噪比通道的估算準(zhǔn)確性。
文檔編號A61B5/04GK103040459SQ20131000299
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者張通勝, 王玨 申請人:西安交通大學(xué)