专利名称：一种基于rls自适应滤波器的胃电慢波信号检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种胃电信号处理的装置，具体的说是为获得可以进行医学诊断 的胃电慢波信号处理的装置。
背景技术：
胃病是一种常见、多发、难根治性疾病。随着医学诊断技术的进展，胃病诊断已经 不是难事。从钡餐、内窥镜、胃液分析到活体组织检查再到C14色谱诊断，器质性胃病容易 被发现。但是对于功能性胃病，却无济于事，上述方法会给病人带来一定的痛苦、损伤，并有 传染疾病的危险。作为一种、安全、无创、无痛苦的胃肠动力诊断方法，即通过体表贴测量电 极是消化道生理检测、诊断的无创检测方法。胃电信号十分微弱，变化十分缓慢，因此通过体表电极的观测胃电难度很大，有另 一方面，对胃电图的临床意义认识不足，目前无论在胃电检测手段、分析方法及有效性方面 都需要很大的提高。胃电信号是一种典型的微弱信号，体表胃电幅度为几百微伏到几毫伏量级，正常 人胃电信号慢波成分频率极低，带宽为0. 02-0. 3Hz ；体表采集到的信号又包含了各种干 扰，如心电、呼吸信号、抖动等，部分干扰的幅度还可能远大于胃电信号。测量过程中会引入 大量的强背景噪声，其中又以心电、呼吸伪迹最难去除。自适应滤波器可以不必事先给定信号及噪声的自相关函数，它可以利用前一时刻 已获得的滤波器参数自动地调节现时刻的滤波器参数使得滤波器输出和未知的输入之间 的均方误差最小化或者(加权)最小二乘误差最小化，从而它可以实现最优滤波。自适应滤波器的算法有很多，有RLS (递归最小二乘法)和LMS (最小均方算法)寸。
实用新型内容本实用新型针对胃电中的慢波信号，通过自适应信号处理方法，完成对慢波信号 的观测。本实用新型的目的是提供一种能够对体表测量电极获取信号的自适应滤波处理 装置，去除心电、呼吸信号、抖动等带来的测量影响，完成对胃电慢波信号的观测。为解决上述技术问题，本实用新型公开一种基于递归最小二乘RLSOtecursive least squares)自适应滤波器的胃电慢波信号检测装置，包括硬件部分1和软件处理部分 2，所述硬件部分1包括体表测量电极、模拟信号放大器11、A/D转换卡12和数字运算设备 13 ；所述体表电极用于信号采集，所述体表电极通过导联和模拟信号放大器11相连，所述 模拟信号放大器11将体表微弱的胃电信号放大；所述模拟信号放大器11通过导线和A/D 转换卡12相连，所述A/D转换卡12将模拟信号转换为数字信号；所述A/D转换卡12通过 数据线和数字运算设备13相连，所述数字运算设备13将数字信号进行信号处理；所述软件部分2包括数字预处理模块21、噪声估计模块22、RLS自适应滤波模块23及显示、存储等设备，其中所述数据预处理模块21包括数据重采样模块211和数字带通 /低通滤波模块212 ；所述噪声估计模块22包括数据主频查找模块221和数字带阻滤波模 块222 ；所述数据重采样模块211和数字带通/低通滤波模块212将数字运算设备13输出 的数字信号进行预处理；所述的预处理结果一部分依次通过数据主频查找模块221和数字 带阻滤波模块222，得到噪声估计；最后所述预处理结果以及所述噪声估计输入RLS自适应 滤波模块，由RLS自适应滤波模块输出数据到显示、存储等设备。所述数据重采样模块211包括数据输入端，重采样运算，数据输出端三个部分，这 三个部分依次连接。数据输入端输入为采样率Fs的数据，经过重采样运算，数据输出端输 出为采样率fs的数据，其中有条件Fs > fs,并且fs约为1-lOHz。所述数字带通/低通滤波模块212包括数字信号输入端，数字滤波，数字信号输 出端三个部分，这三个部分依次连接。数字信号输入端输入一串数字信号，经过通带约 0. 01-0. 5Hz数字带通或者截止频率约0. 5Hz数字低通滤波，数字信号输出端输出为滤波后 的数字信号。所述数据主频查找模块221包括数字信号输入端，功率谱分析，主峰位置查找，输 出端四个部分，这四个部分依次连接。数字信号输入端输入一串数字信号，经过功率谱分 析，主峰位置查找后，从输出端输出主峰对应主频值。所述数字带阻滤波模块222包括主频输入端，数字信号输入端，阻带设置，滤波器 参数动态生成，带阻滤波器(动态生成)，数字信号输出端六个部分。其中主频输入端连接 阻带设置部分，阻带设置部分连接滤波器参数动态生成部分，滤波器参数动态生成部分连 接带阻滤波器部分，数字信号输入端与数字信号输出端分别连接带阻滤波器部分。首先从 主频输入端输入主频数值，经过阻带设置部分得到滤波器阻带，该滤波器阻带经过滤波器 参数动态生成部分得到一组滤波器参数，利用这组参数动态生成一个带阻滤波器，然后，从 数字信号输入端输入数字信号，经过该带阻滤波器，在数字信号输出端处输出滤波后的数 字信号。本实用新型具有以下有益效果及优点1.面向胃电慢波信号的自适应处理滤波器设计，即把心电、呼吸信号、抖动，以及 信号放大装置本身的噪声的都作为胃电慢波信号的噪声，而对其进行自适应滤波器的设 计，以降低滤波器的复杂程度。2.测量信号通过自适应滤波后的信号复现，即可以完成对胃电慢波信号的精确复 现。
图1为本实用新型的结构框图；图2为数据重采样模块示意图；图3为数字带通/低通滤波模块示意图；图4为数据主频查找模块示意图；图5为数字带阻滤波模块示意图；图6为胃电慢波信号复现示意图。；具体实施方式
下面结合实施例及附图详细说明本实用新型的结构及控制过程。如图1所示，包括硬件部分1和软件部分2，其中硬件部分1具有模拟信号放大器 1UA/D转换卡12和数字运算设备13 (本实施例采用PC机)。体表电极通过导联和模拟信 号放大器11相连，将体表微弱的胃电信号送至该放大器放大；所述模拟信号放大器11输出 的放大信号通过导线和A/D转换卡12相连，将幅值放大500至1000倍的模拟信号送至该 转换卡转换为数字信号；所述A/D转换卡12通过数据线和数字运算设备13相连，将数字信 号送给该数字运算设备进行信号处理。软件部分2存在于数字运算设备13中，包括数据预 处理模块21、噪声估计模块22和RLS自适应滤波模块23。其中所述数据预处理模块21具 有数据重采样模块211和数字带通/低通滤波模块212，对输入的数字信号依次进行重新 采样以及0. 01-0. 5Hz数字带通或截止频率为0. 5Hz数字低通滤波处理；所述噪声估计模块 22具有数据主频查找模块221和数字带阻滤波模块222，输入的数字信号经过该数据主频 查找模块得到主频，然后该主频数值和该数字信号进入数字带阻滤波模块，输出的滤波结 果即估计噪声。数字运算设备13得到的数字信号依次通过数据重采样模块211和数字带 通/低通滤波模块212，得到预处理结果。所述的预处理结果一部分依次通过数据主频查找 模块221和数字带阻滤波模块222，得到噪声估计。最后所述预处理结果以及所述噪声估计 作为RLS自适应滤波模块的两个输入，得到最终结果的输出。该输出数据可在所述的数字 运算设备13上作显示、存储等处理，待医生进行分析和诊断。如图2所示，所述数据重采样模块211包括数据输入端，重采样运算，数据输出端 三个部分，这三个部分依次连接。数据输入端输入为采样率Fs的数据，经过重采样运算，数 据输出端输出为采样率fs的数据，其中有条件Fs > fs，并且fs约为1-lOHz。如图3所示，所述数字带通/低通滤波模块212包括数字信号输入端，数字滤波， 数字信号输出端三个部分，这三个部分依次连接。数字信号输入端输入一串数字信号，经过 通带约0. 01-0. 5Hz数字带通或者截止频率约0. 5Hz数字低通滤波，数字信号输出端输出为 滤波后的数字信号。如图4所示，所述数据主频查找模块221包括数字信号输入端，功率谱分析，主峰 位置查找，输出端四个部分，这四个部分依次连接。数字信号输入端输入一串数字信号，经 过功率谱分析，主峰位置查找后，从输出端输出主峰对应主频值。如图5所示，所述数字带阻滤波模块222包括主频输入端，数字信号输入端，阻带 设置，滤波器参数动态生成，带阻滤波器(动态生成)，数字信号输出端六个部分。其中主 频输入端连接阻带设置部分，阻带设置部分连接滤波器参数动态生成部分，滤波器参数动 态生成部分连接带阻滤波器部分，数字信号输入端与数字信号输出端分别连接带阻滤波器 部分。首先从主频输入端输入主频数值，经过阻带设置部分得到滤波器阻带，该滤波器阻带 经过滤波器参数动态生成部分得到一组滤波器参数，利用这组参数动态生成一个带阻滤波 器，然后，从数字信号输入端输入数字信号，经过该带阻滤波器，在数字信号输出端处输出 滤波后的数字信号。图6为胃电慢波信号复现示意图，由此可见，本实用新型可以完成对胃电慢波信 号的精确复现。如上所述为本实用新型的一个典型的实施方式，由于实施方式较多，不能一一列举，其他任何在本实用新型的整体框架下进行组合、简化，替代等，都应在本实用新型的保 护范围之内。
权利要求一种基于RLS自适应滤波器的胃电慢波信号检测装置，包括硬件部分(1)和软件处理部分(2)，所述硬件部分(1)包括体表测量电极、模拟信号放大器(11)、A/D转换卡(12)和数字运算设备(13)；所述体表电极用于信号采集，所述体表电极通过导联和模拟信号放大器(11)相连，所述模拟信号放大器(11)将体表微弱的胃电信号放大；所述模拟信号放大器(11)通过导线和A/D转换卡(12)相连，所述A/D转换卡(12)将模拟信号转换为数字信号；所述A/D转换卡(12)通过数据线和数字运算设备(13)相连，所述数字运算设备(13)将数字信号进行信号处理；所述软件处理部分(2)包括数字预处理模块(21)、噪声估计模块(22)、RLS自适应滤波模块(23)及显示、存储等设备，其中所述数据预处理模块(21)包括数据重采样模块(211)和数字带通/低通滤波模块(212)；所述噪声估计模块(22)包括数据主频查找模块(221)和数字带阻滤波模块(222)；所述数据重采样模块(211)和数字带通/低通滤波模块(212)将数字运算设备(13)输出的数字信号进行预处理；所述的预处理结果一部分依次通过数据主频查找模块(221)和数字带阻滤波模块(222)，得到噪声估计；最后所述预处理结果以及所述噪声估计输入RLS自适应滤波模块，由RLS自适应滤波模块输出数据到显示、存储等设备。
2.根据权利要求1所述的胃电慢波信号检测装置，其特征在于所述数据重采样模块 (211)包括数据输入端，重采样运算，数据输出端三个部分，这三个部分依次连接；所述数 字带通/低通滤波模块(212)包括数字信号输入端，数字滤波，数字信号输出端三个部分， 这三个部分依次连接。
3.根据权利要求1所述的胃电慢波信号检测装置，其特征在于所述数据主频查找模 块(221)包括数字信号输入端，功率谱分析，主峰位置查找，输出端四个部分，这四个部分 依次连接；数字信号输入端输入一串数字信号，经过功率谱分析，主峰位置查找后，从输出 端输出主峰对应主频值；所述数字带阻滤波模块(222)包括主频输入端，数字信号输入端，阻带设置，滤波器参 数动态生成，带阻滤波器，数字信号输出端六个部分；其中主频输入端连接阻带设置部分， 阻带设置部分连接滤波器参数动态生成部分，滤波器参数动态生成部分连接带阻滤波器部 分，数字信号输入端与数字信号输出端分别连接带阻滤波器部分；首先从主频输入端输入 主频数值，经过阻带设置部分得到滤波器阻带，该滤波器阻带经过滤波器参数动态生成部 分得到一组滤波器参数，利用这组参数动态生成一个带阻滤波器，然后，从数字信号输入端 输入数字信号，经过该带阻滤波器，在数字信号输出端处输出滤波后的数字信号。
专利摘要本实用新型公开一种基于RLS自适应滤波器的胃电慢波信号检测装置，包括硬件部分和软件处理部分，所述硬件部分包括体表测量电极、模拟信号放大器、A/D转换卡和数字运算设备；所述软件处理部分包括数字预处理模块、噪声估计模块、RLS自适应滤波模块及显示、存储等设备。本实用新型具有以下有益效果及优点1.面向胃电慢波信号的自适应处理滤波器设计，即把心电、呼吸信号、抖动，以及信号放大装置本身的噪声的都作为胃电慢波信号的噪声，而对其进行自适应滤波器的设计，以降低滤波器的复杂程度。2.测量信号通过自适应滤波后的信号复现，即可以完成对胃电慢波信号的精确复现。
文档编号A61B5/04GK201641998SQ20092028821
公开日2010年11月24日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者杨春敏, 秦书嘉, 缪磊, 董再励 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所