CN100371940C - 周期性生理信号处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种周期性生理信号处理系统，包括至少一感应器、一生理信号数字化处理器及一数字化信号处理单元，该系统将人体的周期性信号D数字化并分解为数学上的极点P(Poles)及残留值S(Residuals)，依下列公式作数值分析：见右下式，并且将P、S、P和S相互之间以及其对于时间或位置的变化建立一参数数据库，由此作为判断生理或心理状况的参考，适合处理周期性生理信号，例如人体心跳、呼吸以及电位图等信号。

Description

周期性生理信号处理系统

技术领域

本发明关于一种周期性生理信号处理方法及系统，尤指一种可将人体的周期性生理信号予以数字化的处理方法及系统，经由数值方法分解成数学上的极点(poles)及残留值(residuals)，可供评估人体心理和生理状况的参考，适合用于对人体心跳、呼吸以及电位图等周期性生理信号的处理。

背景技术

人体内的运行会自然产生一些生理现象，例如心跳、呼吸以及脉搏等等，自古以来医生透过这些生理现象所提供的征候来判断健康变化，进而预防和治疗疾病。传统上，东方的中医师透过把脉，西方的西医师透过听诊器听诊和血压计，观察心跳、脉搏及呼吸等等的变化，在电子技术发达的现代，可透过电子医疗器材将这些周期信号收集后作为初步的诊断。

以心脏跳动为例，人体的心跳具有其规律性以及重复出现的特性，由超音波或是心电图可准确侦测到人体的生理信号状态，请参图1，以一系列的波组所构成的标准心电图为例，每个波组代表着每一个心跳周期，包括有P波、QRS波群、T波及U波，其中(1)P波：由心房去极化所产生，为周期性波组中的第一波，其反映了左、右心房的去极化过程；(2)QRS波群：典型的QRS波群包括三个紧密相连的波，第一个向下的波称为Q波，继Q波后的一个高尖的直立波称为R波，R波后向下的波称为S波。此三个波形紧密相连，统称为QRS波群，而且反映了左、右两心室的去极化过程；(3)T波：T波位于S-T段之后，是一个比较低而为时较长的波，它是心室复极化所产生的；以及(4)U波：U波位于T波之后，比较低小，一般认为与”后去极化”(afterdepolarizations)有关，其打断或跟随于去极化过程，通常在ECG波形图中会被忽略。

一般而言，正常人体的心电图波形具有完整明显的波浪变化，若身体出现异常的变化或是受到刺激时，心电图的波形将明显不同于正常波形，由此可判断出受测者是否身体有异，然而任何生理信号的图表必须由受过专业训练的医师判读后，才能得知健康结果，若能不经人工判读，即可得知健康情形，将会节省获得结果的时间。

再者，人体的生理状况也会随着心理状况改变，例如兴奋、紧张、害怕时，身体会产生心跳加速、冒汗、血管收缩的生理现象，由此可知，透过任何生理状况的观察，亦可得到心理状态的评估参考。

有鉴于此，本案的发明人提供一种周期性生理信号处理方法及系统，冀望能利用周期性生理信号具有随着时间衰减以及周期性发生的特性，将信号数字化后加以比较并得到初步评估结果，无须透过医师或医疗人员对生理信号的判读，可供使用者作为疾病及异常心理状态的预防。

发明内容

本发明的目的在提供一种周期性生理信号的处理系统，透过感应器接收周期性生理信号，再予以数字化处理，并参考一参数数据库，得到一评估结果，以供人体生理或心理状况的参考。

为了达到上述的发明目的，本发明提出一种周期性生理信号处理系统，其包含：

至少一感应器，用以感测人体的周期性生理信号，并将该生理信号输出；

一生理信号数字化处理器，接收该感应器的生理信号并将该生理信号数字化；以及

一数字化信号处理单元，将数字化后的生理信号D分解为极点P及残留值S，其中P代表信号的衰减速度，S代表该P值的贡献值；以j代表信号的序号，D^j可为不同特性的周期性信号，或是同一特性的周期性信号的不同时间或位置所量测的信号，信号D^j、极点P以及残留值S满足下列公式：

$D^j=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{S^j}_i{e}^{-{P^j}_i}$

其中该m值代表收集自人体的周期性信号分解后的极点最大数量，P^j _i代表第j个周期性信号经过资料分解后第i个极点，S^j _i为针对该极点的贡献值或残留值；

由数值方法将P^j _i、S^j _i、P^j _i和S^j _i的关系以及其对时间或位置的变化建立一参数数据库，由此参数数据库以供判断生理或心理状况的参考，并输出一评估结果。

本发明的特点和优点是：该周期性生理信号处理系统包含：感应器，用以感测人体的周期性生理信号，并将该生理信号输出；生理信号数字化处理器，接收该感应器的生理信号并将该生理信号数字化；以及数字化信号处理单元，该处理单元运用上述的处理方法将生理信号D^j分解为极点P^j及残留值S^j，并且将P^j、S^j、P^j和S^j相互之间以及其对于时间或空间(位置)的变化建立一参数数据库，由此参数数据库或直接以原资料判断生理或心理状况的参考，并输出一评估结果，从而可作为人体生理或心理状况的参考。

附图说明

图1为标准心电图周期性波形的示意图。

图2为本发明的周期性生理信号处理系统的示意图。

图3为以超音波仪量测心跳得到的周期性信号波形图。

图4为以激光都卜勒测速仪于不同温度下量测大拇指血管的相对流速得到的周期性信号波形图。

图5为周期性外部电磁波刺激状况下，于垂直主血管位置上放置八个接收线圈所得到的电磁场衰减信号的三维波形图。

图6为本发明实施例的分解图5的信号得到的极点P^j _i-以及残留值S^j _i以及评估结果的示意图。

图号说明

21：感应器                22：生理信号处理单元

23：数字化信号处理单元    24：参数数据库

25：评估结果              60：分解周期性信号产生的极点

P^j _i以及残留值S^j _i          61：系统显示健康程度

具体实施方式

首先说明本发明的周期性生理信号处理系统，请参图2，本系统包含一感应器21，用以感测人体的周期性生理信号，并将该生理信号输出；一生理信号数字化处理器22，接收该感应器的生理信号并将该生理信号数字化；一数字化信号处理单元23，该单元23运用本发明的周期性生理信号处理方法，将数字化后的生理信号D分解为极点P及残留值S，其中P代表信号的衰减速度，S代表该P值的贡献值；以j代表信号的序号，D^j可为不同特性的周期性信号，或是同一特性的周期信号不同时间或位置所量测的信号，信号D^j、极点P以及残留值S满足下列公式：

$D^j=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{S^j}_i{e}^{-{P^j}_i}$

其中该m值代表收集自人体的周期性信号分解后的极点最大数量，由数值方法将P^j _i、S^j _i、P^j _i和S^j _i的关系以及其对于时间或空间(位置)变化建立一参数数据库24，由此参数数据库24以供判断生理或心理状况的参考，并输出一评估结果25。

接着以一特定生理信号为实施例说明本发明，利用超音波仪作为感应器21，撷取一受测者的心跳，可得到如图3所示的心跳超音波图，设定生理信号的范围为a点至b点，将此两点间的信号传送至生理信号数字化处理器22予以数字化得到为周期性信号D，再将数字化后的信号传送至数字化信号处理单元23，以数值方法分解为极点P以及残留值S，且满足下列公式：

$D^j=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{S^j}_i{e}^{-{P^j}_i}$

其中该m值代表收集到的周期性信号分解后的极点最大数量，P^j _i值越大表示衰减速度越快，接着进一步计算P^j _i及S^j _i值之间的关系、P^j _i或S^j _i对时间或位置变化的关系或P^j _i及S^j _i之间的关系对时间或位置变化的关系，对照一预设的参数数据库24，比对得到一人体的生理或心理状况情形的评估结果25，而此评估结果可直接显示该受测者的健康程度。

若尚未建立一参数数据库，则可依照上述的方法，量测统计学上足够数量的健康受测者，将受测者被量测后的生理信号统计分析后，建立一参数数据库24，并储存于本发明的系统中，作为健康状况的评估参考，此数据库24中亦可建立不同性别、身高、体重的参数化资料，提高数据库24准确度。

除此之外，同时可建立不同量测状况的生理信号，例如于不同温度下量测大拇指血管的相对流速周期，量测用的感应器21为激光都卜勒测速仪，得到的图形如图4所示，其中对照物为一白色物体，分别量测得到未加热以及加热后的生理信号，得到信号后利用数字化信号处理单元23加以分析归类，即可进一步建立不同量测条件得到的生理信号参考资料。

本发明亦适用于不同特性的生理信号间的状况评估，例如利用心电感应器作为本发明的系统中的感应器21侦测人体的心跳情形，并利用上述的系统架构将信号数字化并分解后，将得到的P^j _i、S^j _i以及时间变化三者储存于数字化信号处理单元23，并与上述的心跳超音波资料相互对照比较，进而得到人体进一步的生理或心理状况情形。

除了于一般正常情况下量测生理信号外，本发明的系统亦可透过外部刺激的施加，评估人体的健康状况，该外部刺激可改变自然周期性信号或产生周期信号，而此外部刺激可为电压、电磁波、超音波、热或压力等，例如以周期性外部电磁波刺激状况下，于垂直主血管位置上放置八个接收线圈，可得到如图5所示的Eddy current所产生的电磁场衰减信号，以此信号分解出来的极点P^j _i以及残留值S^j _i则如图6标号60所示，接着即可利用这些数值加以对照预设的参数数据库24，比对得到一人体的生理或心理状况情形的评估结果，如图6的标示61所示，而此评估结果可直接显示该受测者的健康程度。

本发明具有以下的优点：

1、本发明可运用于单一生理信号的分析，亦可综合不同生理信号加以分析，可提高评估诊断的准确度。

2、运用本发明来诊断身体状况，完全由电子仪器设备掌控，不须经过医师人工判读，即可得知健康状态，操作简单方便。

3、人体量测时于不同量测状态下会有不同的结果，由参数化数据库的建立，例如身高、体重、外部刺激或温度，操作人员可依照量测条件选用参数，使量测结果更准确。

4、本发明的周期性生理信号处理不仅可提供生理状态评估，亦可作为心理状态的评量。

Claims (7)

1.一种周期性生理信号处理系统，其特征在于，包含：

至少一感应器，用以感测人体的周期性生理信号，并将该生理信号输出；

一生理信号数字化处理器，接收该感应器的生理信号并将该生理信号数字化；以及

一数字化信号处理单元，将数字化后的生理信号D分解为极点P及残留值S，其中P代表信号的衰减速度，S代表该P值的贡献值；以j代表信号的序号，D^j可为不同特性的周期性信号，或是同一特性的周期性信号的不同时间或位置所量测的信号，信号D^j、极点P以及残留值S满足下列公式：

$D^j=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{S^j}_i{e}^{-{P^j}_i}$

其中该m值代表收集自人体的周期性信号分解后的极点最大数量，P^j _i代表第j个周期性信号经过资料分解后第i个极点，S^j _i为针对该极点的贡献值或残留值；

由数值方法将P^j _i、S^j _i、P^j _i和S^j _i的关系以及其对时间或位置的变化建立一参数数据库，由此参数数据库以供判断生理或心理状况的参考，并输出一评估结果。

2.如权利要求1所述的周期性生理信号处理系统，其特征在于，该系统先将一外部刺激作用于人体上，该外部刺激可产生周期信号或使自然周期性信号产生变化，再将该人体的周期性信号收集并数字化。

3.如权利要求2所述的周期性生理信号处理系统，其特征在于，该外部刺激为电压、电磁波、超音波、热或压力。

4.如权利要求1所述的周期性生理信号处理系统，其特征在于，其中P^j _i或S^j _i值可供判断该人体的生理或心理状况的参考。

5.如权利要求1所述的周期性生理信号处理系统，其特征在于，进一步计算P^j _i及S^j _i值之间的关系，以供判断该人体的生理或心理状况的参考。

6.如权利要求1所述的周期性生理信号处理系统，其特征在于，进一步计算P^j _i或S^j _i对时间或位置的变化的关系，以供判断该人体的生理或心理状况的参考。

7.如权利要求1所述的周期性生理信号处理系统，其特征在于，进一步计算P^j _i及S^j _i之间的关系对时间或位置的变化，以供判断该人体的生理或心理状况的参考。

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