CN102539302A

CN102539302A - 信号处理方法和装置

Info

Publication number: CN102539302A
Application number: CN2010106196243A
Authority: CN
Inventors: 黄大欣; 郁琦; 李学荣
Original assignee: Shenzhen Mindray Bio Medical Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Mindray Scientific Co Ltd
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: CN102539302B

Abstract

本发明公开了一种信号处理方法，包括设置计数信号的低频波动阈值；在总检测时间内监测细胞脉冲信号的低频信息，其中计数信号的低频波动幅值不大于低频波动阈值时记录为正常时间，识别细胞脉冲信号并正常计数；计数信号的低频幅值大于低频幅度阈值时记录为无效时间，停止识别细胞脉冲信号并不对其进行计数；根据正常时间内识别到的脉冲计数以及正常时间和总检测时间的比例补偿计算总检测时间内脉冲计数。本发明还公开了一种信号处理装置。本发明信号处理方法和装置具有较高的计数准确度。

Description

信号处理方法和装置

技术领域

本发明涉及信号处理方法，特别是一种适用于血液分析仪细胞检测信号的信号处理方法。本发明还涉及采用上述信号处理方法的信号处理装置。

背景技术

通常的，血液分析仪使用阻抗法、光散射法等原理检测细胞。阻抗法用于检测细胞的体积。当分散在电解液中的血细胞穿过微孔传感器(宝石孔)时，由于其不导电，会使宝石孔两端的电阻增大，在恒流源的作用下，产生一个幅度与血细胞体积成正比的电压脉冲信号(如图1中所示脉冲)，称为细胞脉冲。通过识别细胞脉冲的幅度，就可以得到每个血细胞的体积信息。

请参阅图2，是阻抗法细胞检测原理示意图。一般地，细胞脉冲幅度V＝I*(R+ΔR)。R表示电解液总电阻，包含宝石孔内电解液电阻、电极与电解液接触面等效电阻、电极与宝石孔之间的电解液电阻等。ΔR表示细胞流过宝石孔产生的与细胞体积成正比的电阻变化量(即ΔR∝细胞体积)，I表示通过电解液从正电极流向负电极的恒定电流。

R通常比ΔR大得多，R约为ΔR的1千倍到1万倍。R在正常情况稳定，因此在提取信号时将直流量滤掉，消除R的影响，得到细胞脉冲幅度为V＝I*ΔR。由于I为恒流，通过细胞脉冲幅度V就可以得到反映细胞体积的ΔR。

因此，检测时电解液电阻R必须非常稳定，稍有波动就会影响细胞脉冲幅度的识别，严重时甚至导致放大电路饱和，图3描述了电解液电阻波动导致的检测信号低频波动，此情况称为基线波动。

另外，使用光散射法检测血细胞的原理一般是：血细胞在样本流中，逐个流过激光光斑，在一定散射角度产生反应细胞体积或内部信息的光散射脉冲信号，在这些角度放置光探测器，就可以得到细胞体积与内部信息；稀释液对激光有散射和折射，因此没有细胞通过时，探测器可以探测到一个比较微弱的固定信号，称为光散射本底信号。

样本流流动不稳定会导致光散射本底信号波动，影响光散射脉冲信号的幅度识别，幅度较大时甚至导致放大电路饱和；激光器发光强度不稳定也会导致光散射本底信号波动。

对阻抗通道基线波动和光散射本底信号波动，现有技术的处理方法有：1)利用电阻波动、样本流波动、激光器光强波动比较缓慢的特点，使用模拟滤波器滤除信号中频率较低的成分。由于细胞脉冲和光散射脉冲中也包含频率较低的成分，信号会受损；2)模拟电路保留低频波动信息，模拟信号转换为数字信号后，利用复计算方法在信号中提取脉冲。这种方法需要处理的数据量大、处理的速度要求高，并且低频扰动的幅度较大时，脉冲峰值的准确性难以保证。尤其是低频波动幅度大时，会超过运算放大器的动态范围，是信号失真，脉冲峰值准确性难以保证

现有的上述这些方法只能按既定的方案对信号进行处理，如果输入信号过于异常，对信号的处理就会出错。如电解液电阻大幅波动时，脉冲的顶部因调理电路运放饱和而被截顶，后续的电路不能使信号恢复，导致输出的脉冲幅度变小，不能准确反应细胞的体积。由于电路已经将低频信号去掉，很难在正常脉冲中发现这些异常的脉冲，而受到这些异常脉冲干扰，会严重影响测量结果的准确性。

发明内容

为了解决现有技术在计数信号的计数检测受异常脉冲干扰导致准确性降低的问题，本发明提供了一种能够克服上述问题的信号处理方法和装置。

本发明信号处理方法的一较佳实施方式包括：a.设置计数信号的低频波动阈值；b.在总检测时间内监测细胞脉冲信号的低频信息并选择性进行脉冲识别计数，其中计数信号的低频波动幅值不大于低频波动阈值时记录为正常时间，识别细胞脉冲信号并正常计数；计数信号的低频幅值大于低频幅度阈值时记录为无效时间，停止识别细胞脉冲信号并不对其进行计数；c.根据正常时间内识别到的脉冲计数以及正常时间和总检测时间的比例补偿计算总检测时间内脉冲计数。

本发明信号处理方法进一步的实施方式中，在步骤a和b之间还包括：步骤b0，对计数信号进行处理，通过去除直流得到低频波动信息。

本发明信号处理方法进一步的实施方式中，步骤c中计算公式为：总检测时间内计数＝(正常时间内计数×总检测时间)/正常时间。

本发明信号处理装置的一较佳实施方式包括模拟电路、模数转换电路和检测单元，模拟电路用于接收计数信号，并对其进行隔直、放大等处理后输出到模数转换电路，模数转换电路监控经过处理后的计数信号的低频波动并对其进行采集，检测单元根据低频波动幅值选择性的进行脉冲识别和计数并对计数值进行补偿计算。

本发明信号处理装置进一步的实施方式中，所述模数转换电路包括低频波动监控模块和采样模块，低频波动监控模块接收来自模拟电路的模拟信号并对其低频波动进行监控，采样模块接收来自模拟电路的模拟信号并对其进行高速采样。

本发明信号处理装置进一步的实施方式中，所述检测单元包括低频波动判断模块、脉冲识别模块和补偿计算模块，低频波动判断模块接收低频波动监控模块的低频波动并和预先设定的低频波动阈值进行比较，如果实际低频波动不大于低频波动阈值，则认为属于正常时间，低频波动判断模块发出对应正常时间的指令到脉冲识别模块，脉冲识别模块正常识别来自采样模块的数字信号并累计记录正常时间，如果实际低频波动大于低频波动阈值，则认为属于无效时间，低频波动判别模块发出对应无效时间的指令到脉冲识别模块，脉冲识别模块停止识别并累计记录无效时间。

本发明信号处理装置进一步的实施方式中，所述检测单元包括FPGA元件。

本发明信号处理装置进一步的实施方式中，所述模拟单元包括保留并监控低频信息的监控通道和采用带通滤波去掉低频干扰用于脉冲识别的信号通道，所述监控通道保留的低频信息的幅值不大于预先设定的低频波动阈值时，表示信号通道的信号有效，信号通道的细胞脉冲进行正常计数；低频波动大于波动阈值时，则认为信号通道的信号数据无效，不进行计数。

相较于现有技术，本发明信号处理方法和装置通过对低频波动信息的监测，将脉冲信号的总检测时间分为正常时间和无效时间，低频波动不大于设定波动阈值的检测时间为正常时间且在正常时间内进行粒子计数检测，低频波动大于设定波动阈值的检测时间为无效时间且在无效时间内不检测，并以正常时间内检测粒子数量为基础进行补偿计算得到总检测时间内粒子数量，从而有效避免了异常信号可能导致的计数不准确，具有较高的计数准确度。

附图说明

图1是细胞脉冲信号示意图；

图2是阻抗法细胞检测原理示意图；

图3是细胞脉冲信号的低频波动示意图；

图4是采用本发明信号处理方法的装置的方框示意图；

图5是细胞脉冲信号低频波动局部放大图；

图6是本发明信号处理方法一个实施方式的流程示意图；

图7是本发明信号处理装置一个实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参阅图4，是采用本发明信号处理方法的装置的方框示意图。该装置包括依次连接的模拟电路11、数模转换电路12和检测单元13。在本发明信号处理方法的一较佳实施方式中，计数信号输出到模拟电路，经过模拟电路处理后输出到模数转换电路进行模数转换。模数转换电路输出数字信号到检测单元。

模拟电路11用于去除直流分量，保留低频信息。模数转换电路12用于将模拟信号转变为数字信号，其内包括A/D转换芯片。检测单元13用于对模数转换电路输出的数字信号进行分析检测。

由于细胞脉冲上升沿比较陡峭，信号波形的斜率较大，检测单元根据斜率的变化等提取其中的细胞脉冲，而两个细胞脉冲间隔则是低频波动的信息。

检测单元预先设定有低频幅度阈值，当低频波动的幅度不大于低频幅度阈值时，认为其不会影响细胞脉冲的整形放大和幅度识别。此时正常识别并记录细胞脉冲的个数和幅度；

在本实施方式中，检测单元包括FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)元件，用于分析信号，判断低频波动是否在预定阈值范围内，并对正常时间内的细胞计数进行控制。

请参阅图5，是细胞脉冲信号低频波动局部放大图。图5中示低频信号波动幅度较大，可能影响后续细胞脉冲幅度识别准确性，停止识别，进入检测无效时间，等低频信号恢复正常时再重新开始细胞脉冲识别，重新进入检测正常时间。

一般地，不同体积大小的细胞的细胞脉冲幅度大多为100mV(毫伏)-4000mV，而模拟电路11中的放大电路的饱和量程为5000mV。因此如果脉冲的低频波动超过1000mV，最大的细胞脉冲就会导致放大电路饱和失真，本实施方式中将低频波动超过1000mV的检测时间定义为无效时间，其余检测时间为正常时间。

请同时参阅图6，是本发明信号处理方法的一个实施方式的流程示意图。本实施方式包括

步骤S1，设置计数信号的低频波动阈值；

步骤S2，在总检测时间内监测细胞脉冲信号的低频信息并选择性进行脉冲识别计数；其中计数信号的低频波动幅值不大于低频波动阈值时记录为正常时间，识别细胞脉冲信号并正常计数；计数信号的低频幅值大于低频幅度阈值时记录为无效时间，停止识别细胞脉冲信号并不对其进行计数；

步骤S3，根据正常时间内识别到的脉冲计数以及正常时间和总检测时间的比例补偿计算总检测时间内脉冲计数。其中，补偿计算的公式为：总检测时间内计数＝(正常时间内计数×总检测时间)/正常时间。

在本发明信号处理方法其他实施方式中，步骤S1和S2之间还包括对计数信号进行处理，通过去除直流得到低频波动信息。

请参阅图7，是采用本发明信号处理方法的信号处理装置的一个实施方式的结构示意图。模拟电路11接收计数信号，并对其进行隔直(去除直流分量)、放大等处理后输出到模数转换电路12。模数转换电路12监控经过处理后的计数信号的低频波动并对其进行采集，检测单元13根据低频波动幅值选择性的进行脉冲识别和计数并对计数值进行补偿计算。

模数转换电路12包括低频波动监控模块121和采样模块122。低频波动监控模块121接收来自模拟电路11的模拟信号并对其低频波动进行监控。采样模块122接收来自模拟电路11的模拟信号并对其进行高速采样。检测单元13包括低频波动判断模块131、脉冲识别模块132和补偿计算模块133。低频波动判断模块131接收低频波动监控模块121的低频波动并和预先设定的低频波动阈值进行比较，如果实际低频波动不大于低频波动阈值，则认为属于正常时间，低频波动判断模块131发出对应正常时间的指令到脉冲识别模块132，脉冲识别模块132正常识别来自采样模块122的数字信号并累计记录正常时间。如果实际低频波动大于低频波动阈值，则认为属于无效时间，低频波动判别模块131发出对应无效时间的指令到脉冲识别模块132，脉冲识别模块132停止识别并累计记录无效时间。

这样，整个检测时间被划分为正常时间和无效时间两部分，然后按正常时间和总的检测时间的比值对计数结果进行补偿计算，就可以比较准确的得到总的检测时间内的计数结果。其中，正常时间内粒子被正常计数测量，无效时间内不计数。计算公式可以表示为：总检测时间内计数＝(正常时间内计数×总检测时间)/正常时间。

比如总检测时间为10秒，其中正常时间为8秒，正常时间内计数出800个粒子，总检测时间内粒子数位X，则X/10＝800/8，得到：X＝1000。即10S总检测时间内有1000个粒子。例如：

RBC参数是统计一定计数时间内的红细胞个数得到的，其补偿计算公式为：

PLT参数是统计一定计数时间内的血小板个数得到的，其补偿计算公式为：

血液细胞分析仪除了计数细胞个数外，还可以测量细胞的体积、细胞内部复杂度、细胞与荧光染料结合等统计特征。只要正常时间内的细胞个数满足血液细胞分析的最小样本量的要求，就可以直接输出这些参数。

例如，对于MCV参数，其表示检测的所有细胞的平均体积，利用信号正常时间内检测到的细胞脉冲幅度就可直接计算出，无需进行补偿。对于如上述非计算类参数根据有效时间计数结果直接计算得到。

本发明的进一步实施方式中，模拟电路11具有两个通道，一个是监控通道，其保留并监控低频信息；另一个是信号通道，采用带通滤波去掉低频干扰，用于脉冲识别。监控通道保留的低频波动的幅值不大于预先设定的低频波动阈值时，表示信号通道的信号有效，信号通道的细胞脉冲进行正常计数；如果低频波动大于预定低频波动阈值，则认为信号通道的信号数据无效，不进行计数。将整个计数时间分为正常时间和无效时间，按正常时间和总的计数时间的比值对计数结果进行补偿，能够有效消除了无效时间对于细胞脉冲计数的影响。如总计数时间为10秒，在其中正常时间8秒内数出800个粒子，那么，可推断总计数时间内有1000个粒子。

在本发明信号处理方法的其他或进一步实施方式中，对于低频波动可以采用模拟或者数字的方式进行幅值检测。即可以低频波动可以在模拟电路中进行幅值检测，也可以在模数转换单元中进行检测。其中，数字方式可通过采用数模转换器对低频波动进行采样，判断低频波动是否超出了允许范围，如幅度是否超限，波动频率是否过高等等，能保存低频波动的信号，有利于故障的进一步分析。模拟方法则直接将低频波动与某一电平进行比较，判断检测信号是否可用，电路结构简单。。

另外，对于与粒子总数无关的参数如粒子平均体积等参数，可以直接输出，不进行补偿。

本发明信号处理方法监控信号中的低频成分，当低频波动在设定值范围内时，记录为正常时间，此时不对信号进行处理，直接进行模数信号转换，利用斜率的变化识别脉冲幅值；当低频成分波动大于设定值，可能影响信号处理电路的稳定工作或者使脉冲幅值的识别很困难时，对于低频波动大于设定值这部分信号不进行计数统计，将这部分信号对应的检测时间记录为无效时间。测量结束后，将正常时间内的测试结果根据正常测量时间和总测量时间的比值进行补偿计算，得到最终测量结果。

采用本发明信号处理方法能够提高计数仪器工作的稳定性。只要计数仪器整个测量周期内大部分时间是稳定的，就可以输出可靠的结果，大大提高仪器的可靠性。另外，由于本方案在机器工作正常时，不对信号进行任何处理，细胞脉冲形态保持的很好，能够准确反映细胞的体积、复杂度等信息。

综上所述，在本发明信号处理方法中，通过对低频波动信息的监测，将脉冲信号的总检测时间分为正常时间和无效时间，低频波动不大于设定波动阈值的检测时间为正常时间且在正常时间内进行粒子计数检测，低频波动大于设定波动阈值的检测时间为无效时间且在无效时间内不检测，并以正常时间内检测粒子数量为基础进行补偿计算得到总检测时间内粒子数量，从而有效避免了异常信号可能导致的计数不准确，具有较高的计数准确度。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种信号处理方法，包括：

a.设置计数信号的低频波动阈值；

b.在总检测时间内监测细胞脉冲信号的低频信息，其中计数信号的低频波动幅值不大于低频波动阈值时记录为正常时间，识别细胞脉冲信号并正常计数；计数信号的低频幅值大于低频幅度阈值时记录为无效时间，停止识别细胞脉冲信号并不对其进行计数；

c.根据正常时间内识别到的脉冲计数以及正常时间和总检测时间的比例补偿计算总检测时间内脉冲计数。

2.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于：在步骤a和b之间还包括对计数信号进行处理，通过去除直流得到低频波动信息。

3.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于：步骤c中计算公式为：总检测时间内计数＝(正常时间内计数×总检测时间)/正常时间。

4.一种信号处理装置，其特征在于：包括模拟电路、模数转换电路和检测单元，模拟电路用于接收计数信号，并对其进行隔直、放大等处理后输出到模数转换电路，模数转换电路监控经过处理后的计数信号的低频波动并对其进行采集，检测单元根据低频波动幅值选择性的进行脉冲识别和计数并对计数值进行补偿计算。

5.根据权利要求4所述的信号处理装置，其特征在于：所述模数转换电路包括低频波动监控模块和采样模块，低频波动监控模块接收来自模拟电路的模拟信号并对其低频波动进行监控，采样模块接收来自模拟电路的模拟信号并对其进行高速采样。

6.根据权利要求5所述的信号处理装置，其特征在于：所述检测单元包括低频波动判断模块、脉冲识别模块和补偿计算模块，低频波动判断模块接收低频波动监控模块的低频波动并和预先设定的低频波动阈值进行比较，如果实际低频波动不大于低频波动阈值，则认为属于正常时间，低频波动判断模块发出对应正常时间的指令到脉冲识别模块，脉冲识别模块正常识别来自采样模块的数字信号并累计记录正常时间，如果实际低频波动大于低频波动阈值，则认为属于无效时间，低频波动判别模块发出对应无效时间的指令到脉冲识别模块，脉冲识别模块停止识别并累计记录无效时间。

7.根据权利要求6所述的信号处理装置，其特征在于：所述检测单元包括FPGA元件。

8.根据权利要求4所述的信号处理装置，其特征在于：所述模拟单元包括保留并监控低频信息的监控通道和采用带通滤波去掉低频干扰用于脉冲识别的信号通道，所述监控通道保留的低频信息的幅值不大于预先设定的低频波动阈值时，表示信号通道的信号有效，信号通道的细胞脉冲进行正常计数；低频波动大于波动阈值时，则认为信号通道的信号数据无效，不进行计数。