消除医学信号采集中呼吸干扰的呼吸同步信号提取方法研究
朱甬1 , 周国辉1 , 邬小玫1,2#*
1 复旦大学信息科学与工程学院电子工程系,上海 2004332 上海康复器械工程技术研究中心,上海 200093
Research on Respiratory Synchronization Signal Extraction to Eliminate Respiratory Interference during Medical Signal Acquisition
Zhu Yong 1 Zhou Guohui1 Wu Xiaomei1,2#*
1 Department of Electronic Engineering, School of Information Science and Engineering, Fudan University, Shanghai 200433, China 2 Shanghai Rehabilitation Equipment Engineering Technology Research Center, Shanghai 200093, China
摘要 在多种现代医学信号采集过程中,呼吸活动会给采集信号带来不易消除的干扰。本研究提出一种呼吸同步信号提取方法,可以有效地解决这一问题。通过同步采集呼吸信号及待同步的医学信号,用呼吸同步算法判断每拍呼吸信号的峰、谷值,并结合精度要求在呼吸信号的峰/谷值两侧设置采样窗口,设置合适的同步模式,得到最优的同步信号。对于提取得到的呼吸同步信号,分别进行准确度和效率的分析。提取得到的呼吸同步信号的准确度达到99.88%,不同同步模式及阈值下呼吸同步信号的高电平占空比在16.15%~39.70%之间。所提出的方法可简单有效地减小呼吸对医学信号采集的影响,测量精度高,但会一定程度降低测量效率。测量精度和效率可根据要求通过调节采样窗口平衡,达到最佳效果。
关键词 :
同步 ,
呼吸 ,
可选阈值
Key words :
synchronization
respiration
optional threshold
基金资助: 上海工程技术研究中心资助项目(15DZ2251700);上海市科委产学研医合作项目(13DZ1941802); 中国生物医学工程学会高级会员(Senior member, Chinese Society of Biomedical Engineering)
[1] 张勇,徐丹江,沈海东.心内膜三维电生理标准设备关键技术分析[J].上海生物医学工程,2007,28(1):19-23. [2] 刘延涛,苏智剑,陈中中,等.标测导管定位信号处理及仿真分析中呼吸与心跳运动的干扰[J].中国组织工程研究与临床康复,2011,15(43):8093-8096. [3] Segars WP,Mok SP,Tsui BMW. Investigation of Respiratory Gating in Quantitative Myocardial SPECT[J]. IEEE Transactions on Nuclear Science,2009,56(1):91-96. [4] 侯仲军,张鑫,于晓君,等.磁共振心电门控HASTE和呼吸门控TSE的肺部应用[J].中国医学影像技术,2006,22(3):413-416. [5] 王义海,阿合力·那斯肉拉,潘广鹏,等.四维CT呼吸门控技术联合图像引导放射治疗在肺癌中的应用[J].重庆医学,2014,43(30):3994-3996. [6] 梁倩雯,钟桂棉,艾竹,等.采用门控技术克服呼吸及心脏运动对肝脏DWI影响的研究进展[J].放射学实践,2015,30(7):787-789. [7] Lee TS,Segars WP,Tsui BMW. The development and application of a realistic simulation dataset for simultaneous cardiac and respiratory gated ECT/CT[C]//2007 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record.Brisbane:IEEE, 2007: 3656-3659. [8] 张晖.MRI腹部成像门控技术的比较[J].医疗卫生装备,2013,34(1):103-104. [9] 田蕴青,陈士贵,胡耄祺,等.在肺血图中应用自适应滤波法去除呼吸干扰[J].医疗设备信息,1998,(4):1-3. [10] 吕忠文,王元春,周生岩.浅谈减少腹部MRI生理伪影的技术及方法[J].医用放射技术杂志,2003,(10):35-36. [11] 东软飞利浦医疗设备系统有限责任公司.呼吸门控信号获取装置及方法:中国,201110166168.6[P].2012-12-19. [12] 重庆微海软件开发有限公司.利用呼吸信号控制图像同步的方法及其装置:中国,200510004988.X[P].2006-08-09. [13] Madore B,Farnbck G, Westin CF,et al. A new strategy for respiration compensation, applied toward 3D free-breathing cardiac MRI[J]. Magnetic Resonance Imaging,2006,(24):727-737. [14] 张翔,周严.基于自适应滤波的心电图中呼吸干扰的抑制[J].生物医学工程学杂志,2011,28(1):58-62. [15] 余学飞,吴建刚,邱力军,等.现代医学电子仪器原理与设计[M]广州:华南理工大学出版社,2007:197-198.
[1]
刘桂青 曹锐 相洁. 酗酒者皮层脑电同步性分析 [J]. 中国生物医学工程学报, 2016, 35(6): 258-676.
[2]
谢平 陈迎亚 郝艳彪 陈晓玲 杜义浩 吴晓光* . 基于脑肌电融合的混合脑机接口研究 [J]. 中国生物医学工程学报, 2016, 35(1): 20-30.
[3]
崔锐 贺建峰* 符增 封硕. 基于PET/CT探测环真光子数呼吸运动门控的研究 [J]. 中国生物医学工程学报, 2015, 34(3): 281-289.
[4]
梅丹丹 闫铮 黄锐敏* . 工作记忆中后颞叶与其他脑区的同步效应 [J]. 中国生物医学工程学报, 2015, 34(2): 176-183.
[5]
俞刚1 郑焜1* 叶盛2 . 基于模糊C均值聚类的儿科机械通气撤机时机研究 [J]. 中国生物医学工程学报, 2014, 33(5): 625-629.
[6]
齐守良1 李争华1 岳勇2 &nbs. 一种人体气道树快速自动提取算法的医学评价和应用 [J]. 中国生物医学工程学报, 2014, 33(5): 635-640.
[7]
刘晶1,2 胥义1#* 刘道平2 赵晓刚3无心跳供体肺支气管内气体三维流动的数值模拟研究 [J]. 中国生物医学工程学报, 2014, 33(3): 320-328.
[8]
万伟权1 张慧连2 &. 基于记忆学习法的放疗中呼吸运动预测技术的研究 [J]. 中国生物医学工程学报, 2014, 33(2): 148-154.
[9]
孟祥宏1 陈仰纯2 郑冬琴1* . 基于体模和反卷积算法的PET 呼吸运动模糊校正 [J]. 中国生物医学工程学报, 2013, 32(6): 655-662.
[10]
邹滋润1 陈真诚2* 朱健铭2 . 基于光电容积脉搏波的呼吸波提 [J]. 中国生物医学工程学报, 2013, 32(4): 508-512.
[11]
刘官正1,2 吴丹1 梅占勇1 朱青松1 王磊1* . 基于体域网的动态呼吸监测系统设计 [J]. 中国生物医学工程学报, 2012, 31(2): 316-320.
[12]
邓宝芸1 潘燕1 孟延1 刘兵2 孙文红1 张玉华1 戚焰1 李桥1* . 基于心电和脉搏波数据融合的呼吸率估计 [J]. 中国生物医学工程学报, 2012, 31(2): 211-216.
[13]
孙栋 李福生 徐新喜* 赵秀国 谭树林. 流固耦合作用下人体上呼吸道内气流运动特性数值仿真研究 [J]. 中国生物医学工程学报, 2012, 31(1): 89-95.
[14]
王怡珊1 王镝1 余凯1 王林1 赵聪1 邹莹畅1 王平1* 胡艳捷2 应可净2 . 基于MOS和SAW传感器呼吸诊断肺癌的复合识别算法研究 [J]. 中国生物医学工程学报, 2012, 31(1): 110-116.