窄带模拟噪声消除的制作方法
【专利摘要】本发明题为：“窄带模拟噪声消除”。本发明公开了一种方法，该方法包括接收包含特定噪声频率处的噪声的输入模拟信号，并且使该输入模拟信号数字化以形成数字化信号。该方法还包括从数字化信号恢复噪声的第一幅值和第一相位，以及生成该特定噪声频率处的模拟校正信号。该模拟校正信号具有等于第一幅值的第二幅值和与第一相位相反的第二相位。该方法还包括对输入模拟信号与模拟校正信号求和以生成输出模拟信号。
【专利说明】
窄带模拟噪声消除
技术领域
[0001] 本发明整体涉及噪声消除，并且具体地涉及窄带噪声(诸如线路拾取)的消除。
【背景技术】
[0002] 线路拾取是在被该拾取影响的信号相对较小时可为尤其麻烦的噪声类型。例如， 信号(诸如ECG(心电图）信号)相比于由采集信号的引线拾取的线路噪声可通常为相对较小 的。用于降低这种噪声的影响的方法在本领域中是已知的。
[0003] 公开内容以引用方式并入本文的dePinto的美国专利6,041，250描述了一种自适 应线路噪声检测和消除系统。该系统据称具有(特别是)基线漂移滤波器、高通和低通滤波 器、和自适应线路噪声消除器。该系统还据称能够从ECG信号识别并且去除污染。
[0004] 公开内容以引用方式并入本文的Kishi等人的美国专利8,597,196描述了一种心 脏信号处理设备，该心脏信号处理设备据称包括用于从心跳传感器采集有关受检者心跳的 心脏信号的单元。该设备还据称具有低通滤波器和较高谐波噪声采集单元，所述低通滤波 器允许心脏信号中具有第一预先确定的频率或更低频率的那些心脏信号通过，所述较高谐 波噪声采集单元用于通过对来自低通滤波器的信号输出执行高频外推来采集低频噪声的 谐波信号。
[0005] 公开内容以引用方式并入本文的Hatanaka等人的美国专利8,134,255描述了一种 噪声消除电路。该电路据称具有生成消除信号的消除信号生成部分，所述消除信号消除数 字信号处理电路部分的功率源终端电压的交流成分。还存在合成部分，所述合成部分合成 所生成的消除信号和模拟信号处理电路部分的功率源电压以消除叠加在功率源电源上的 噪声。
[0006] IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,Vol.56,No.6, December 2007发表的Ramos等人的标题为 "FPGA-Based Implementation of an Adaptive Canceller for Interference in Electrocardiography" 的文章以弓丨用方式并入本文。该 文章描述了一种使用自适应滤波器的自适应消除器。
[0007] International Journal of Electronics ,Communication&Instrumentation EngineeringResearch andDevelopmentVol .4, Issue 3, Jun2014发表的Rehman等人的标题 为 "Noise removal from ECG Using Modified CSLMS algorithm" 的文章以引用方式并入 本文。该文章提及一种自适应滤波器，所述自适应滤波器"主要"使初级输入和参考输入之 间的均方误差最小化。
[0008] 以引用方式并入本专利申请的文献将被视为本申请的整体部分，不同的是，就任 何术语在并入文献中的这些以与本说明书中明确或隐含地作出的定义矛盾的方式定义来 讲，应仅考虑本说明书中的定义。
【发明内容】
[0009] 本发明的实施例提供了一种方法，包括：
[0010] 接收包含特定噪声频率的噪声的输入模拟信号；
[0011] 使所述输入模拟信号数字化以形成数字化信号；
[0012] 从数字化信号恢复噪声的第一幅值和第一相位；
[0013] 生成特定噪声频率的模拟校正信号，所述模拟校正信号具有等于第一幅值的第二 幅值和与第一相位相反的第二相位;以及
[0014] 对输入模拟信号与模拟校正信号求和以生成输出模拟信号。
[0015] 通常，噪声由线路噪声构成，并且特定噪声频率选自50Hz频率和60Hz频率。所述方 法可包括从线路信号导出特定噪声频率。
[0016] 在本发明所公开的实施例中，所述方法包括从数字化信号恢复特定噪声频率。
[0017] 在另一个本发明所公开的实施例中，输入模拟信号包括心内心电图(ECG)信号。
[0018] 根据本发明的实施例还提供了一种设备，所述设备包括：
[0019] 模数(A/D)转换器，所述模数(A/D)转换器被联接以接收包含特定噪声频率的噪声 的输入模拟信号，并且使所述输入模拟信号数字化以便形成数字化信号；
[0020] 信号分析器，所述信号分析器被配置成从数字化信号恢复噪声的第一幅值和第一 相位；
[0021] 模拟信号发生器，所述模拟信号发生器被配置成生成特定噪声频率的模拟校正信 号，所述模拟校正信号具有等于第一幅值的第二幅值和与第一相位相反的第二相位;以及
[0022] 求和块，所述求和块对输入模拟信号与模拟校正信号求和以生成输出模拟信号。 [0023]结合附图，通过以下对本公开实施例的详细说明，将更全面地理解本公开，其中：
【附图说明】
[0024] 图1为根据本发明的实施例的窄带噪声消除系统的示意图；
[0025] 图2为根据本发明的实施例的噪声消除模块的示意性框图；并且
[0026] 图3为根据本发明的实施例的由模块采取的动作的流程图。
【具体实施方式】
[0027] _
[0028] 心脏手术通常包括ECG(心电图）信号的采集。ECG信号为低幅值、高阻抗模拟信号， 因此易于拾取外部信号，诸如，来自线路的充当ECG信号上的窄带噪声的噪声。窄带噪声信 号的幅值可显著大于ECG信号。尽管可通过数字化输入的有噪声的ECG信号、识别数字化信 号中的噪声信号、并且从数字化信号减去噪声信号来降低噪声，但此过程需要大动态范围， 所述动态范围中的大部分被噪声占据。
[0029] 本发明的实施例使用不同的方法。数字化包含特定噪声频率的噪声(例如，窄带噪 声(诸如50Hz或60Hz线路噪声））的输入模拟信号。从数字化信号恢复噪声的幅值和相位。在 一些实施例中，还从数字化信号恢复特定噪声频率的值。恢复的幅值用于生成如下模拟校 正信号，所述模拟校正信号具有与恢复的幅值相同的幅值以及与噪声相同的频率。然而，校 正信号的相位被设定为与恢复的相位相反，即，具有180°相位差。
[0030] 对输入模拟信号与模拟校正信号求和，由此生成窄带噪声已被去除的输出模拟信 号。
[0031]在窄带噪声的电平显著高于模拟信号的电平的情况下，此方法为尤其有效的，因 为大噪声信号可允许噪声的幅值、频率和相位被精确地评估。例如，在噪声包括线路噪声的 一些情况下，窄带噪声电平可相比于模拟信号为50dB或甚至更高。
[0032] 对系统的描述
[0033]现在参见图1，其为根据本发明的实施例的窄带噪声消除系统20的示意图。系统20 通常在有关身体器官的医疗手术期间使用，且在本文说明中，所述身体器官以举例的方式 假定包括心脏，其中所述系统应用于消除心内心电图(ECG)信号上的噪声。然而，应当理解， 系统20可应用于消除其他信号(诸如脑电图（EEG)信号)上的噪声。
[0034]为清楚起见，除非另外指明，否则在以下说明中，假定被噪声影响的信号为ECG信 号，并且假定信号上的窄带噪声为具有50Hz或60Hz频率的线路噪声。在许多情况下，窄带线 路噪声相比于ECG信号的电平具有相同或更高的幅值。
[0035]以下的说明假定系统20使用探针24从心脏22感测心内ECG信号。假定探针的远侧 端部26具有用于感测信号的电极28。通常，探针24包括导管，所述导管在系统20的用户32执 行心脏手术期间被插入受检者30体内。在本文的说明书中，假设用户32为医疗专业人员。 [0036]系统20可由系统处理器40控制，所述系统处理器包括与ECG模块44通信的处理单 元42。模块44又包括噪声消除模块46。处理器40可安装在控制台50中，所述控制台包括操作 控制件，所述操作控制件通常包括定点装置，诸如鼠标或轨迹球。专业人员32使用定点装置 来与处理器进行交互，此操作如下所述可用于在屏幕54上向专业人员呈现由系统20产生的 结果。
[0037]所述屏幕显示由ECG模块44对ECG信号的分析和处理的结果。通常，所得ECG信号以 电位相对于时间的曲线图的形式呈现于屏幕54上，并且此曲线图的示意性例子60例示于图 1中。然而，所得ECG信号也可由处理器40用来导出与所述ECG信号相关联的其它结果，诸如 局部启动时间（LAT)。这些结果通常以心脏22的内表面的三维（3D)标测图64的形式呈现于 屏幕54上。
[0038]处理器40使用存储在所述处理器的存储器中的软件来操作系统20。例如，所述软 件可以电子形式通过网络下载到处理器40,或者另选地或除此之外，所述软件可被提供和/ 或存储在非临时性有形介质(诸如磁存储器、光学存储器、或电子存储器)上。
[0039]处理器40通常包括其它模块，诸如探针跟踪模块、测量远端26上的力的力模块和 向电极28或所述远端中的另一个电极提供稳压电源的消融模块。为简明起见，图1中未示出 此类模块。由Biosense Webster，ofDiamondBar，CA,生产的CartO?系统使用此类模块。
[0040] 图2为噪声消除模块46的示意性框图，并且图3为根据本发明的实施例的由该模块 采取的动作的流程图。模块46可以硬件实施为例如专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程 门阵列(FPGA)。另选地，模块46可至少部分地以软件来实现。模块46通常包括低噪声前置放 大器80,所述低噪声前置放大器80被连接以接收来自电极28的信号。尽管为简明起见，前置 放大器80被示为位于模块46内，但其不必如此定位。因此，在本发明所公开的实施例中，前 置放大器80结合到探针24中，并且在一些实施例中，可结合到探针的远侧端部26中。
[0041] 假定前置放大器80所接收的信号为具有特定频率的窄带噪声成分的基带模拟信 号。基带信号为由电极28采集的ECG信号，所述ECG信号上已叠加有对应窄带噪声成分的大 约50Hz或大约60Hz的线路噪声。
[0042]由前置放大器执行的动作对应于流程图的采集步骤100,其中前置放大器采集"原 始"模拟ECG信号。
[0043]来自前置放大器80的输出通过模数(A/D)转换器84进行数字化，这对应于流程图 的数字化步骤102。来自A/D转换器的数字输出被传输到信号分析块86。
[0044] 信号分析块分析数字化信号以便分离窄带噪声成分。通常，该分析包括执行傅里 叶变换和/或小波变换。该分析还假定窄带噪声的近似频率为已知的。该分析使用近似频率 值(被假定为50Hz或60Hz的标称值)来较精确地恢复窄带噪声的特定频率、以及噪声的幅值 和相位。
[0045] 分析步骤104对应于由信号分析块86执行的动作。在一些实施例中，在窄带噪声包 括线路噪声的情况下，信号分析块86被配置成从线路联接器导出窄带噪声的特定频率。 [0046]将数字化信号的分析结果传送到模拟信号发生器90。发生器90被配置成生成以下 模拟校正信号，所述模拟校正信号与由信号分析块恢复的窄带噪声幅值和频率的值具有相 同的幅值和频率值。然而，由发生器90产生的模拟校正信号的相位被配置成与窄带噪声的 相位相反，即，具有180°相位差。生成模拟校正信号的发生器90的操作对应于在流程图的生 成步骤106中执行的动作。
[0047]将模拟校正信号传输到求和块94,所述求和块94还被连接以接收由前置放大器80 输出的模拟信号。块94充当合成器，并且被配置成对其两个输入求和。由于前置放大器的输 出上的噪声与模拟校正信号具有相同的幅值和频率，但具有相反的相位，对两个输入求和 能有效地消除输入模拟信号上的噪声，使得来自块94的输出信号包括噪声已被去除的模拟 信号。
[0048]流程图的最终求和步骤108(其中来自求和块的输出为两个输入模拟信号的和)对 应于求和块94的操作。
[0049]尽管以上说明假定输入模拟信号为包含窄带线路噪声的ECG信号，但应当理解，这 种类型的模拟信号和这种类型的窄带噪声完全为示例性的。因此，本发明的实施例包括其 他类型的模拟信号(诸如，EEG(脑电图）信号）以及其他类型的窄带噪声(诸如，由交变磁场 生产的窄带噪声）。
[0050]因此应当理解，上述实施例均以举例的方式引用，并且本发明不受上文具体示出 和描述的内容限制。相反，本发明的范围包括上述各种特征的组合和子组合以及它们的变 型和修改，本领域的技术人员在阅读上述说明时将会想到所述变型和修改，并且所述变型 和修改并未在现有技术中公开。
【主权项】
1. 一种方法，包括： 接收包含特定噪声频率的噪声的输入模拟信号； 使所述输入模拟信号数字化以形成数字化信号； 从所述数字化信号恢复所述噪声的第一幅值和第一相位； 生成所述特定噪声频率的模拟校正信号，所述模拟校正信号具有等于所述第一幅值的 第二幅值和与所述第一相位相反的第二相位;以及 对所述输入模拟信号与所述模拟校正信号求和以生成输出模拟信号。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述噪声包括线路噪声，并且其中所述特定噪声频 率选自50Hz频率和60Hz频率。3. 根据权利要求2所述的方法，包括从线路信号导出所述特定噪声频率。4. 根据权利要求1所述的方法，包括从所述数字化信号恢复所述特定噪声频率。5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述输入模拟信号包括心内心电图(ECG)信号。6. -种设备，包括： 模数(A/D)转换器，所述模数(A/D)转换器被联接以接收包含特定噪声频率的噪声的输 入模拟信号，并且使所述输入模拟信号数字化以便形成数字化信号； 信号分析器，所述信号分析器被配置成从所述数字化信号恢复所述噪声的第一幅值和 第一相位； 模拟信号发生器，所述模拟信号发生器被配置成生成所述特定噪声频率的模拟校正信 号，所述模拟校正信号具有等于所述第一幅值的第二幅值和与所述第一相位相反的第二相 位；以及 求和块，所述求和块对所述输入模拟信号与所述模拟校正信号求和以生成输出模拟信 号。7. 根据权利要求6所述的设备，其中所述噪声包括线路噪声，并且其中所述特定噪声频 率选自50Hz频率和60Hz频率。8. 根据权利要求7所述的设备，其中所述信号分析器被配置成从线路信号导出所述特 定噪声频率。9. 根据权利要求6所述的设备，其中所述信号分析器被配置成从所述数字化信号恢复 所述特定噪声频率。10. 根据权利要求6所述的设备，其中所述输入模拟信号包括心内心电图(ECG)信号。
【文档编号】A61B5/04GK105902262SQ201610094453
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月19日
【发明人】A.戈瓦里
【申请人】韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司