窄帶模擬噪聲消除的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明題為：“窄帶模擬噪聲消除”。本發(fā)明公開了一種方法，該方法包括接收包含特定噪聲頻率處的噪聲的輸入模擬信號，并且使該輸入模擬信號數(shù)字化以形成數(shù)字化信號。該方法還包括從數(shù)字化信號恢復(fù)噪聲的第一幅值和第一相位，以及生成該特定噪聲頻率處的模擬校正信號。該模擬校正信號具有等于第一幅值的第二幅值和與第一相位相反的第二相位。該方法還包括對輸入模擬信號與模擬校正信號求和以生成輸出模擬信號。
【專利說明】
窄帶模擬噪聲消除
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明整體涉及噪聲消除，并且具體地涉及窄帶噪聲(諸如線路拾取)的消除。
【背景技術(shù)】
[0002] 線路拾取是在被該拾取影響的信號相對較小時可為尤其麻煩的噪聲類型。例如， 信號(諸如ECG(心電圖）信號)相比于由采集信號的引線拾取的線路噪聲可通常為相對較小 的。用于降低這種噪聲的影響的方法在本領(lǐng)域中是已知的。
[0003] 公開內(nèi)容以引用方式并入本文的dePinto的美國專利6,041，250描述了一種自適 應(yīng)線路噪聲檢測和消除系統(tǒng)。該系統(tǒng)據(jù)稱具有(特別是)基線漂移濾波器、高通和低通濾波 器、和自適應(yīng)線路噪聲消除器。該系統(tǒng)還據(jù)稱能夠從ECG信號識別并且去除污染。
[0004] 公開內(nèi)容以引用方式并入本文的Kishi等人的美國專利8,597,196描述了一種心 臟信號處理設(shè)備，該心臟信號處理設(shè)備據(jù)稱包括用于從心跳傳感器采集有關(guān)受檢者心跳的 心臟信號的單元。該設(shè)備還據(jù)稱具有低通濾波器和較高諧波噪聲采集單元，所述低通濾波 器允許心臟信號中具有第一預(yù)先確定的頻率或更低頻率的那些心臟信號通過，所述較高諧 波噪聲采集單元用于通過對來自低通濾波器的信號輸出執(zhí)行高頻外推來采集低頻噪聲的 諧波信號。
[0005] 公開內(nèi)容以引用方式并入本文的Hatanaka等人的美國專利8,134,255描述了一種 噪聲消除電路。該電路據(jù)稱具有生成消除信號的消除信號生成部分，所述消除信號消除數(shù) 字信號處理電路部分的功率源終端電壓的交流成分。還存在合成部分，所述合成部分合成 所生成的消除信號和模擬信號處理電路部分的功率源電壓以消除疊加在功率源電源上的 噪聲。
[0006] IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,Vol.56,No.6, December 2007發(fā)表的Ramos等人的標題為 "FPGA-Based Implementation of an Adaptive Canceller for Interference in Electrocardiography" 的文章以弓丨用方式并入本文。該 文章描述了一種使用自適應(yīng)濾波器的自適應(yīng)消除器。
[0007] International Journal of Electronics ,Communication&Instrumentation EngineeringResearch andDevelopmentVol .4, Issue 3, Jun2014發(fā)表的Rehman等人的標題 為 "Noise removal from ECG Using Modified CSLMS algorithm" 的文章以引用方式并入 本文。該文章提及一種自適應(yīng)濾波器，所述自適應(yīng)濾波器"主要"使初級輸入和參考輸入之 間的均方誤差最小化。
[0008] 以引用方式并入本專利申請的文獻將被視為本申請的整體部分，不同的是，就任 何術(shù)語在并入文獻中的這些以與本說明書中明確或隱含地作出的定義矛盾的方式定義來 講，應(yīng)僅考慮本說明書中的定義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的實施例提供了一種方法，包括：
[0010] 接收包含特定噪聲頻率的噪聲的輸入模擬信號；
[0011] 使所述輸入模擬信號數(shù)字化以形成數(shù)字化信號；
[0012] 從數(shù)字化信號恢復(fù)噪聲的第一幅值和第一相位；
[0013] 生成特定噪聲頻率的模擬校正信號，所述模擬校正信號具有等于第一幅值的第二 幅值和與第一相位相反的第二相位;以及
[0014] 對輸入模擬信號與模擬校正信號求和以生成輸出模擬信號。
[0015] 通常，噪聲由線路噪聲構(gòu)成，并且特定噪聲頻率選自50Hz頻率和60Hz頻率。所述方 法可包括從線路信號導(dǎo)出特定噪聲頻率。
[0016] 在本發(fā)明所公開的實施例中，所述方法包括從數(shù)字化信號恢復(fù)特定噪聲頻率。
[0017] 在另一個本發(fā)明所公開的實施例中，輸入模擬信號包括心內(nèi)心電圖(ECG)信號。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的實施例還提供了一種設(shè)備，所述設(shè)備包括：
[0019] 模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器被聯(lián)接以接收包含特定噪聲頻率的噪聲 的輸入模擬信號，并且使所述輸入模擬信號數(shù)字化以便形成數(shù)字化信號；
[0020] 信號分析器，所述信號分析器被配置成從數(shù)字化信號恢復(fù)噪聲的第一幅值和第一 相位；
[0021] 模擬信號發(fā)生器，所述模擬信號發(fā)生器被配置成生成特定噪聲頻率的模擬校正信 號，所述模擬校正信號具有等于第一幅值的第二幅值和與第一相位相反的第二相位;以及
[0022] 求和塊，所述求和塊對輸入模擬信號與模擬校正信號求和以生成輸出模擬信號。 [0023]結(jié)合附圖，通過以下對本公開實施例的詳細說明，將更全面地理解本公開，其中：
【附圖說明】
[0024] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施例的窄帶噪聲消除系統(tǒng)的示意圖；
[0025] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的噪聲消除模塊的示意性框圖；并且
[0026] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施例的由模塊采取的動作的流程圖。
【具體實施方式】
[0027] _
[0028] 心臟手術(shù)通常包括ECG(心電圖）信號的采集。ECG信號為低幅值、高阻抗模擬信號， 因此易于拾取外部信號，諸如，來自線路的充當ECG信號上的窄帶噪聲的噪聲。窄帶噪聲信 號的幅值可顯著大于ECG信號。盡管可通過數(shù)字化輸入的有噪聲的ECG信號、識別數(shù)字化信 號中的噪聲信號、并且從數(shù)字化信號減去噪聲信號來降低噪聲，但此過程需要大動態(tài)范圍， 所述動態(tài)范圍中的大部分被噪聲占據(jù)。
[0029] 本發(fā)明的實施例使用不同的方法。數(shù)字化包含特定噪聲頻率的噪聲(例如，窄帶噪 聲(諸如50Hz或60Hz線路噪聲））的輸入模擬信號。從數(shù)字化信號恢復(fù)噪聲的幅值和相位。在 一些實施例中，還從數(shù)字化信號恢復(fù)特定噪聲頻率的值?；謴?fù)的幅值用于生成如下模擬校 正信號，所述模擬校正信號具有與恢復(fù)的幅值相同的幅值以及與噪聲相同的頻率。然而，校 正信號的相位被設(shè)定為與恢復(fù)的相位相反，即，具有180°相位差。
[0030] 對輸入模擬信號與模擬校正信號求和，由此生成窄帶噪聲已被去除的輸出模擬信 號。
[0031]在窄帶噪聲的電平顯著高于模擬信號的電平的情況下，此方法為尤其有效的，因 為大噪聲信號可允許噪聲的幅值、頻率和相位被精確地評估。例如，在噪聲包括線路噪聲的 一些情況下，窄帶噪聲電平可相比于模擬信號為50dB或甚至更高。
[0032] 對系統(tǒng)的描述
[0033]現(xiàn)在參見圖1，其為根據(jù)本發(fā)明的實施例的窄帶噪聲消除系統(tǒng)20的示意圖。系統(tǒng)20 通常在有關(guān)身體器官的醫(yī)療手術(shù)期間使用，且在本文說明中，所述身體器官以舉例的方式 假定包括心臟，其中所述系統(tǒng)應(yīng)用于消除心內(nèi)心電圖(ECG)信號上的噪聲。然而，應(yīng)當理解， 系統(tǒng)20可應(yīng)用于消除其他信號(諸如腦電圖（EEG)信號)上的噪聲。
[0034]為清楚起見，除非另外指明，否則在以下說明中，假定被噪聲影響的信號為ECG信 號，并且假定信號上的窄帶噪聲為具有50Hz或60Hz頻率的線路噪聲。在許多情況下，窄帶線 路噪聲相比于ECG信號的電平具有相同或更高的幅值。
[0035]以下的說明假定系統(tǒng)20使用探針24從心臟22感測心內(nèi)ECG信號。假定探針的遠側(cè) 端部26具有用于感測信號的電極28。通常，探針24包括導(dǎo)管，所述導(dǎo)管在系統(tǒng)20的用戶32執(zhí) 行心臟手術(shù)期間被插入受檢者30體內(nèi)。在本文的說明書中，假設(shè)用戶32為醫(yī)療專業(yè)人員。 [0036]系統(tǒng)20可由系統(tǒng)處理器40控制，所述系統(tǒng)處理器包括與ECG模塊44通信的處理單 元42。模塊44又包括噪聲消除模塊46。處理器40可安裝在控制臺50中，所述控制臺包括操作 控制件，所述操作控制件通常包括定點裝置，諸如鼠標或軌跡球。專業(yè)人員32使用定點裝置 來與處理器進行交互，此操作如下所述可用于在屏幕54上向?qū)I(yè)人員呈現(xiàn)由系統(tǒng)20產(chǎn)生的 結(jié)果。
[0037]所述屏幕顯示由ECG模塊44對ECG信號的分析和處理的結(jié)果。通常，所得ECG信號以 電位相對于時間的曲線圖的形式呈現(xiàn)于屏幕54上，并且此曲線圖的示意性例子60例示于圖 1中。然而，所得ECG信號也可由處理器40用來導(dǎo)出與所述ECG信號相關(guān)聯(lián)的其它結(jié)果，諸如 局部啟動時間（LAT)。這些結(jié)果通常以心臟22的內(nèi)表面的三維（3D)標測圖64的形式呈現(xiàn)于 屏幕54上。
[0038]處理器40使用存儲在所述處理器的存儲器中的軟件來操作系統(tǒng)20。例如，所述軟 件可以電子形式通過網(wǎng)絡(luò)下載到處理器40,或者另選地或除此之外，所述軟件可被提供和/ 或存儲在非臨時性有形介質(zhì)(諸如磁存儲器、光學(xué)存儲器、或電子存儲器)上。
[0039]處理器40通常包括其它模塊，諸如探針跟蹤模塊、測量遠端26上的力的力模塊和 向電極28或所述遠端中的另一個電極提供穩(wěn)壓電源的消融模塊。為簡明起見，圖1中未示出 此類模塊。由Biosense Webster，ofDiamondBar，CA,生產(chǎn)的CartO?系統(tǒng)使用此類模塊。
[0040] 圖2為噪聲消除模塊46的示意性框圖，并且圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施例的由該模塊 采取的動作的流程圖。模塊46可以硬件實施為例如專用集成電路(ASIC)和/或現(xiàn)場可編程 門陣列(FPGA)。另選地，模塊46可至少部分地以軟件來實現(xiàn)。模塊46通常包括低噪聲前置放 大器80,所述低噪聲前置放大器80被連接以接收來自電極28的信號。盡管為簡明起見，前置 放大器80被示為位于模塊46內(nèi)，但其不必如此定位。因此，在本發(fā)明所公開的實施例中，前 置放大器80結(jié)合到探針24中，并且在一些實施例中，可結(jié)合到探針的遠側(cè)端部26中。
[0041] 假定前置放大器80所接收的信號為具有特定頻率的窄帶噪聲成分的基帶模擬信 號?；鶐盘枮橛呻姌O28采集的ECG信號，所述ECG信號上已疊加有對應(yīng)窄帶噪聲成分的大 約50Hz或大約60Hz的線路噪聲。
[0042]由前置放大器執(zhí)行的動作對應(yīng)于流程圖的采集步驟100,其中前置放大器采集"原 始"模擬ECG信號。
[0043]來自前置放大器80的輸出通過模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器84進行數(shù)字化，這對應(yīng)于流程圖 的數(shù)字化步驟102。來自A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出被傳輸?shù)叫盘柗治鰤K86。
[0044] 信號分析塊分析數(shù)字化信號以便分離窄帶噪聲成分。通常，該分析包括執(zhí)行傅里 葉變換和/或小波變換。該分析還假定窄帶噪聲的近似頻率為已知的。該分析使用近似頻率 值(被假定為50Hz或60Hz的標稱值)來較精確地恢復(fù)窄帶噪聲的特定頻率、以及噪聲的幅值 和相位。
[0045] 分析步驟104對應(yīng)于由信號分析塊86執(zhí)行的動作。在一些實施例中，在窄帶噪聲包 括線路噪聲的情況下，信號分析塊86被配置成從線路聯(lián)接器導(dǎo)出窄帶噪聲的特定頻率。 [0046]將數(shù)字化信號的分析結(jié)果傳送到模擬信號發(fā)生器90。發(fā)生器90被配置成生成以下 模擬校正信號，所述模擬校正信號與由信號分析塊恢復(fù)的窄帶噪聲幅值和頻率的值具有相 同的幅值和頻率值。然而，由發(fā)生器90產(chǎn)生的模擬校正信號的相位被配置成與窄帶噪聲的 相位相反，即，具有180°相位差。生成模擬校正信號的發(fā)生器90的操作對應(yīng)于在流程圖的生 成步驟106中執(zhí)行的動作。
[0047]將模擬校正信號傳輸?shù)角蠛蛪K94,所述求和塊94還被連接以接收由前置放大器80 輸出的模擬信號。塊94充當合成器，并且被配置成對其兩個輸入求和。由于前置放大器的輸 出上的噪聲與模擬校正信號具有相同的幅值和頻率，但具有相反的相位，對兩個輸入求和 能有效地消除輸入模擬信號上的噪聲，使得來自塊94的輸出信號包括噪聲已被去除的模擬 信號。
[0048]流程圖的最終求和步驟108(其中來自求和塊的輸出為兩個輸入模擬信號的和)對 應(yīng)于求和塊94的操作。
[0049]盡管以上說明假定輸入模擬信號為包含窄帶線路噪聲的ECG信號，但應(yīng)當理解，這 種類型的模擬信號和這種類型的窄帶噪聲完全為示例性的。因此，本發(fā)明的實施例包括其 他類型的模擬信號(諸如，EEG(腦電圖）信號）以及其他類型的窄帶噪聲(諸如，由交變磁場 生產(chǎn)的窄帶噪聲）。
[0050]因此應(yīng)當理解，上述實施例均以舉例的方式引用，并且本發(fā)明不受上文具體示出 和描述的內(nèi)容限制。相反，本發(fā)明的范圍包括上述各種特征的組合和子組合以及它們的變 型和修改，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀上述說明時將會想到所述變型和修改，并且所述變型 和修改并未在現(xiàn)有技術(shù)中公開。
【主權(quán)項】
1. 一種方法，包括： 接收包含特定噪聲頻率的噪聲的輸入模擬信號； 使所述輸入模擬信號數(shù)字化以形成數(shù)字化信號； 從所述數(shù)字化信號恢復(fù)所述噪聲的第一幅值和第一相位； 生成所述特定噪聲頻率的模擬校正信號，所述模擬校正信號具有等于所述第一幅值的 第二幅值和與所述第一相位相反的第二相位;以及 對所述輸入模擬信號與所述模擬校正信號求和以生成輸出模擬信號。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述噪聲包括線路噪聲，并且其中所述特定噪聲頻 率選自50Hz頻率和60Hz頻率。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括從線路信號導(dǎo)出所述特定噪聲頻率。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括從所述數(shù)字化信號恢復(fù)所述特定噪聲頻率。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述輸入模擬信號包括心內(nèi)心電圖(ECG)信號。6. -種設(shè)備，包括： 模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器被聯(lián)接以接收包含特定噪聲頻率的噪聲的輸 入模擬信號，并且使所述輸入模擬信號數(shù)字化以便形成數(shù)字化信號； 信號分析器，所述信號分析器被配置成從所述數(shù)字化信號恢復(fù)所述噪聲的第一幅值和 第一相位； 模擬信號發(fā)生器，所述模擬信號發(fā)生器被配置成生成所述特定噪聲頻率的模擬校正信 號，所述模擬校正信號具有等于所述第一幅值的第二幅值和與所述第一相位相反的第二相 位；以及 求和塊，所述求和塊對所述輸入模擬信號與所述模擬校正信號求和以生成輸出模擬信 號。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述噪聲包括線路噪聲，并且其中所述特定噪聲頻 率選自50Hz頻率和60Hz頻率。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述信號分析器被配置成從線路信號導(dǎo)出所述特 定噪聲頻率。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述信號分析器被配置成從所述數(shù)字化信號恢復(fù) 所述特定噪聲頻率。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述輸入模擬信號包括心內(nèi)心電圖(ECG)信號。
【文檔編號】A61B5/04GK105902262SQ201610094453
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月19日
【發(fā)明人】A.戈瓦里
【申請人】韋伯斯特生物官能(以色列)有限公司