CN100407987C - 便意信号检测及处理方法 - Google Patents

Abstract

便意信号检测及处理方法属于电子信号处理技术领域，可应用于医疗护理及康复领域。现有接便器的开启由护理人员手动完成，对于失禁者，几乎无法及时接便；而现有的人体生物电信号检测技术其技术目的是对检测结果本身进行分析，为胃肠道疾病的诊断、治疗和疗效判定提供客观依据为此，本发明包括采集信号、生物电放大、陷波、带通滤波以及信号处理五个过程；在信号处理过程中，预先将人体有便意时的信号电压幅值作为初始值a，将实时检测到的信号电压幅值作为实时值b，当b＞ka，k为大于1的系数，此时输出实时值b作为接便器开启的控制信号，这一过程由单片机通过编程实现。本发明可应用于护理床、康复床、轮椅上配备的接便器，解决失禁者洁净解便的问题。

Description

便意信号检测及处理方法

技术领域

本发明涉及一种检测人体便意信号并对其进行处理，使其能够被用来控制接便装置的开启的方法，属于电子信号处理技术领域，可应用于医疗护理及康复领域。

背景技术

一些被护理者如痴呆、瘫痪、神智昏迷、中风、下肢骨折、腰肢行动不便、大手术、坐卧及翻身困难者所使用的坐卧设施如护理床、康复床、轮椅等通常配备接便装置，如在床面1中部开一豁口2，见图1所示，在该豁口处安装一对对开小门3，见图2、图3所示，在豁口2下方安置容器4。当被护理者排便时，护理人员手动开启小门3，见图4所示，排入容器4，之后再手动关闭小门3，设施恢复原状。不过，在现有的机电技术领域中，存在各种各样的电动机械装置，用来开闭类似上述小门3的门等，都属于常规技术。

另外，在现有的医学技术中有一种能够检测因人体肠胃蠕动而产生的电信号的技术，如中国《医疗保健器具》(MEDICAL APPRATUS & INSTRUMENTS)刊物2003.No.11，P.22～27刊登的一篇题为“胃肠电检测分析系统的原理结构及临床意义研究”的论文对这一技术的应用作了全面的介绍，在腹壁肠胃投影位置布置表面电极，它能检测到因肠胃蠕动而产生的生物电信号。具体的检测过程见图5所示，1、表面电极置于腹壁肠胃投影位置实时采集其蠕动信号；2、前置放大器将采集的蠕动信号放大；3、带通滤波器滤掉心电、肌电、呼吸伪差等无关信号；4、绘制胃肠电图。人体的降结肠以及乙状结肠同样处在蠕动状态中，并且，当人没有便意时，蠕动波频率很低，信号电压幅值很小；当人有便意时，蠕动波频率加快，信号电压幅值增大，形成便意信号，同样是一种生物电信号，因此，上述检测方法同样可以检测到人体在排便前所产生的这种便意信号。

发明内容

虽然按照现有的机电技术可以实现接便器的电动开启，但是，只能由护理人员启动相关装置，而上述特殊人员出现便意，他们自己通常没有常人的感知和判断能力，护理人员也就无法准确、及时操作。而现有的人体生物电信号检测技术其技术目的是对检测结果本身进行分析，如读胃肠电图，作为一种间接反映胃肠运动的无创性方法，结合胃肠内窥镜、钡餐/钡灌肠X线显影等形态学检查，为胃肠道疾病的诊断、治疗和疗效判定提供客观依据，尚未将可测得的便意信号作为一种控制信号控制接便器的开启装置。本发明的目的就是检测人体便意信号，并对该信号进行处理，成为一种机电装置的控制信号。为此，我们发明了本发明之便意信号检测及处理方法。

本发明是这样实现的，见图6所示，包括采集信号、生物电放大、陷波、带通滤波以及信号处理五个过程；其中陷波过程使用陷波器将经生物电放大过程放大了的50Hz电源干扰信号衰减；在信号处理过程中，预先将人体有便意时的信号电压幅值作为初始值a，将实时检测到的信号电压幅值作为实时值b，当b＞ka，k为大于1的系数，因人体的个体差别而不同，此时输出实时值b作为接便器开启的控制信号，这一过程由单片机通过编程实现。

根据本发明之上述方案，可以实时采集人体降结肠、乙状结肠的微弱蠕动信号，经过生物电放大、陷波、带通滤波后，实时与同样经过上述过程预先设定的初始值比较，当实时值大于初始值一定幅度，就成为一种便意信号，并作为一种控制信号输出，实现了根据人体便意及时、准确控制接便器开启的技术目的。

附图说明

图1是现有配备了人工接便器的护理床示意图。图2是现有护理床上配备的人工接便器小门在床面上的位置示意图。图3是现有护理床上配备的人工接便器小门关闭时的状态示意图。图4是现有护理床上配备的人工接便器小门打开时的状态示意图。图5是现有检测及利用因人体胃肠蠕动而产生的生物电信号的过程示意图。图6是本发明检测及处理因人体降结肠、乙状结肠蠕动而产生的生物电信号的过程示意图。图7是本发明之方法中信号处理过程的程序框图，该图同时作为摘要附图。

具体实施方式

下面具体说明本发明，见图6所示，包括采集信号、生物电放大、陷波、带通滤波以及信号处理五个过程。其中采集信号过程是将表面电极置于人体腹壁降结肠、乙状结肠投影位置获得因肠蠕动而产生的生物电信号。其中生物电放大过程是采用电子放大器运用屏蔽驱动和浮地跟踪技术将采集的信号放大10000倍。其中陷波过程是使用陷波器将经生物电放大过程放大到5V的50Hz电源干扰信号衰减30dB左右，大幅提高信号噪声比(S/N)，从而保证了本发明之方法取得良好的参数特性和极强的抗干扰能力。其中带通滤波过程是使用带通滤波器使0.02Hz～1.3Hz的频带成分通过，其他频率成分被滤掉。在信号处理过程中，由于肠蠕动的中心频率约为0.6Hz，即肠蠕动周期约为1.67秒，有的人体肠蠕动周期可能更长，采集一个周期的肠蠕动信号所需时间就大于1.67秒，信号处理周期长，未能实现预先检测，为了解决这一难题，通过快速傅立叶变换(FFT)将采集的信号状态从时域转到频域，这一过程仅需约1秒左右时间，一方面大幅度缩短信号处理周期，另一方面所采集的信号能够将肠蠕动的状态特征表现出来。同时由于频谱在1.2Hz处电压幅值大小可以确切反映人体有无便意，有便意时电压幅值大，无便意时电压幅值小，因此通过对比便意前后1.2Hz处电压幅值能快速判断有无便意。于是，预先将人体有便意时的信号电压幅值作为初始值a。关于初始值a的确定，首先确定阈值c，该阈值c由临床实验确定，一般人在100微伏左右；然后将采集的信号经过快速傅立叶变换(FFT)获得1.2Hz处的电压幅值，当其大于100微伏才可以作为初始值a，否则视为无效值，认为是由各种噪声引起的；之后初始值a每经过一个最小时间间隔如1小时进行一次更新。再将实时检测到的信号电压幅值作为实时值b。实时值b是在确定初始值a后对实时采集的肠蠕动信号进行快速傅立叶变换(FFT)获得的1.2Hz处电压幅值。当b＞ka时，此时输出该实时值b作为接便器开启的控制信号。k为大于1的系数，对于一般人k在1.3～1.5范围内，因人体的个体差别而不同，如胖瘦、年纪、性别、平时的活动特点等。信号处理过程单片机按照程序控制硬件完成。下面结合图7所示程序框图进一步说明信号处理过程，开始；根据某个特定的人体的特点确定系数k，可设三档，1.3、1.4、1.5，如体胖、年老者可选高档；对经过前四个过程的信号进行FFT；然后与阈值c比对，如未达到，则继续取样，如达到，则将该变换值作为初始值a；将在此之后实时采集到的信号经FFT后作为实时值b；然后，判断实时值b、初始值a二者比值是否大于系数k，如小于或者等于，则重复前一步骤，如大于，则作出有便意的判断，同时停止采样、停止判断，输出该实时值b作为控制信号，开启接便器；在接便过程中保持停止采样、停止判断状态；接便完毕后如果达到更新期，则重新设定初始值a，在更新期内继续采集实时值b并重复上述对比及判断过程。

Claims (8)

1. 一种便意信号检测及处理方法，其特征在于，包括采集信号、生物电放大、陷波、带通滤波以及信号处理五个过程；其中采集信号过程是将表面电极置于人体腹壁降结肠、乙状结肠投影位置获得因肠蠕动而产生的生物电信号；陷波过程使用陷波器将经生物电放大过程放大了的50Hz电源干扰信号衰减；在信号处理过程中，预先将人体有便意时的信号电压幅值作为初始值a，将实时检测到的信号电压幅值作为实时值b，当b＞ka，k为大于1的系数，此时输出实时值b作为接便器开启的控制信号，这一过程由单片机通过编程实现。

2. 根据权利要求1所述的便意信号检测及处理方法，其特征在于，其中生物电放大过程是采用电子放大器将采集的信号放大10000倍。

3. 根据权利要求1所述的便意信号检测及处理方法，其特征在于，其中陷波过程是使用陷波器将经生物电放大过程放大到5V的50Hz电源干扰信号衰减30dB。

4. 根据权利要求1所述的便意信号检测及处理方法，其特征在于，其中带通滤波过程是使用带通滤波器使0.02Hz～1.3Hz的频带成分通过，其他频率成分被滤掉。

5. 根据权利要求1所述的便意信号检测及处理方法，其特征在于，在信号处理过程中，通过快速傅立叶变换将采集的信号状态从时域转到频域。

6. 根据权利要求1所述的便意信号检测及处理方法，其特征在于，通过对比便意前后1.2Hz处电压幅值能快速判断有无便意。

7. 根据权利要求1所述的便意信号检测及处理方法，其特征在于，关于初始值a的确定，首先确定阈值c；然后将采集的信号经过快速傅立叶变换获得1.2Hz处的电压幅值，当其大于阈值c时作为初始值a；之后初始值a每经过一个最小时间间隔进行一次更新。

8. 根据权利要求1所述的便意信号检测及处理方法，其特征在于，k在1.3～1.5范围内。

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