CN103300848A - 控制用于检测生理信号的顶峰的阈值的设备和方法 - Google Patents

Abstract

提供控制用于检测生理信号的顶峰的阈值的设备和方法。用于检测要进行检查的人的生理信号或者可变地控制用于检测要进行检查的人的生理信号的顶峰的阈值的方法和设备。该方法包括：获得从要进行检查的人测量的生理信号；根据对获得的生理信号与阈值进行比较的结果确定是否检测到生理信号的顶峰；以及根据确定的结果考虑阈值和检测的顶峰的特征值之一和用于检测生理信号的顶峰的阈值的预定最小值来控制阈值。当用于检测生理信号的顶峰的可变阈值被控制时，即使顶峰之间的间隔不规则或者顶峰的值存在大差别，仍能够精确检测顶峰。

Description

控制用于检测生理信号的顶峰的阈值的设备和方法

本申请要求于2012年3月8日提交给韩国知识产权局的第10-2012-0024114号韩国专利申请的利益，该韩国专利申请的全部内容以引用方式合并于此。

技术领域

本公开涉及用于检测要进行检查的人的生理信号的方法和设备。

背景技术

已经使用或开发了测量并分析用于诊断患者的生理信号的多种方法。随着对用于通过测量要进行检查的人的生理信号在日常生活中实时提供健康管理和慢性病管理的医疗服务的兴趣逐渐增加，更加精确地测量并分析生理信号的方法的重要性凸显。

在这些生理信号之中，心电图(ECG)涉及将电极附连到人体并且测量当心肌收缩时出现的动作电位。测量并分析ECG信号以检查心脏的功能以及诊断多种疾病的方法已经得到广泛应用。

为了通过分析ECG信号计算心率或者诊断心率不齐的发生，基本上，需要首先检测当心脏收缩一次时出现的P-Q-R-S-T的单个波形。通过检测单个波形，通过计算波形之间的间隔可计算心率，并且通过提取单个波形，可根据该单个波形的形状诊断心律不齐。检测P-Q-R-S-T的单个波形中的具有最大尺寸的R波形的方法通常用于检测该单个波形。

发明内容

提供了控制用于检测生理信号的顶峰的可变阈值的设备和方法。

还提供了在其上记录有用于执行所述方法的程序的计算机可读记录介质。

另外的方面将在下面描述中部分进行阐述，部分从该描述显而易见，或者可以通过本实施例的实践获知。

根据本发明的一方面，一种控制用于检测生理信号的顶峰的阈值的方法包括：获得从要进行检查的人测量的生理信号；根据对获得的生理信号与阈值进行比较的结果，确定是否检测到生理信号的顶峰；以及根据确定的结果，考虑阈值和检测的顶峰的特征值之一和用于检测生理信号的顶峰的阈值的预定最小值，来控制阈值。

根据本发明的另一方面，一种计算机可读记录介质，在其上记录有用于执行控制用于检测生理信号的顶峰的阈值的方法的程序。

根据本发明的另一方面，一种控制用于检测生理信号的顶峰的阈值的设备包括：信号获得单元，获得从要进行检查的人测量的生理信号；确定单元，根据对获得的生理信号与阈值进行比较的结果，确定是否检测到生理信号的顶峰；以及控制单元，根据确定的结果，考虑阈值和检测的顶峰的特征值之一和用于检测生理信号的顶峰的阈值的预定最小值，来控制阈值。

根据本发明的另一方面，一种检测生理信号的设备包括：电极，附连到要进行检查的人以测量来自要进行检查的人的生理信号；处理单元，通过使用预定处理方法处理测量的生理信号；确定单元，根据对处理的生理信号与阈值进行比较的结果确定是否检测到生理信号的顶峰；以及阈值控制单元，根据确定的结果，考虑阈值和检测的顶峰的特征值之一和用于检测生理信号的顶峰的阈值的预定最小值，来控制阈值。

附图说明

通过在下面结合附图对实施例的描述，这些和/或其它方面将变得清楚并且更易于理解，其中：

图1示出了根据本发明的示例性实施例的检测生理信号的设备；

图2示出了根据本发明的示例性实施例的图1所示的检测生理信号的设备的阈值控制单元的结构；

图3示出了作为生理信号的心电图(ECG)信号的单个波形的例子；

图4是示出受控的用于检测生理信号的可变阈值随时间的曲线图；

图5示出了根据由图2所示的比例控制单元执行的控制减小阈值的例子；

图6A示出了根据由图2所示的微分控制单元执行的控制来减小阈值的例子；

图6B示出了根据由图2的微分控制单元执行的控制来减小阈值的另一个例子；

图7示出了通过使用图1所示的检测生理信号的设备通过控制可变阈值检测在顶峰之间具有不规则间隔的ECG信号的顶峰的例子；

图8示出了通过使用图1所示的检测生理信号的设备通过控制可变阈值检测在顶峰之间具有不规则间隔的ECG信号的顶峰的另一个例子；以及

图9是示出根据本发明的示例性实施例的控制阈值的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考实施例，这些实施例的例子在附图中进行示出，其中，相同标号始终指定相同元件。关于此，本发明实施例可具有不同形式并且不应该被解释为受限于在此阐述的描述。因此，在下文中仅仅通过参照附图描述这些实施例以解释本发明描述的多个方面。为了清楚，附图中的层或区域的宽度和厚度可被夸大。

图1示出了根据本发明的实施例的检测生理信号的设备100。参照图1，用于检测生理信号的设备100包括测量单元110、处理单元120和阈值控制单元130。阈值控制单元130包括确定单元131和控制单元132。图1所示的用于检测生理信号的设备100只是本发明的实施例，并且本领域普通技术人员应该理解，可以多种方式修改图1的检测生理信号的设备100的部件。

图1的检测生理信号的设备100测量要进行检查的人的生理信号并且分析测量的生理信号，从而检测所需信息。

生理信号可以是在人体的肌肉细胞或神经细胞内产生的电位或电流状信号。在下文中，为了便于解释，要使用用于检测生理信号的设备100进行检测的生理信号可是电位状信号。然而，本领域普通技术人员基于下面描述将会理解多种实施例可应用于多种生理信号。

此外，当描述本发明的当前实施例时，心电图(ECG)信号可被描述为生理信号的例子。然而，本领域普通技术人员基于下面描述将理解，多种实施例可应用于多种生理信号。将参照图3描述ECG信号。

测量单元110附连到要进行检查的人的身体并且测量要进行检查的人的生理信号。例如，测量单元110被安置为与要进行检查的人的皮肤接触，电连接到要进行检查的人的皮肤并且测量要进行检查的人的生理信号。测量单元110可以是与要进行检查的人进行电接触的一个或多个电极，从而可在要进行检查的人与用于测量生理信号的电路之间发送或接收电信号。一个或多个电极可以多种方式进行布置并且可以接触要进行检查的人的皮肤，以精确检测生理信号。然而，测量单元110不限于接触要进行检查的人的皮肤并且与要进行检查的人的皮肤进行电连接，并且本领域普通技术人员将理解，无需接触要进行检查的人的皮肤例如通过靠近要进行检查的人的皮肤，就可以在要进行检查的人与用于测量生理信号的电路之间发送或接收电信号。

例如，通过使用从附连到与要进行检查的人的皮肤间隔预定距离的位置的两个电极的每一个检测的电位值的差(即，电压)，测量单元110可测量生理信号。此外，通过使用差分放大器对从附连到与要进行检查的人的皮肤间隔预定距离的位置的两个电极获得的电位值进行差分放大并且通过获得与生理信号对应的电压值的波形，测量单元110可测量生理信号。在这种情况下，获得的生理信号的电压值的波形可包括噪声。

在这种情况下，与在细胞中产生的信号对应的生理信号是具有非常精细尺寸的电信号并且明显受到噪声的影响。例如，当使用测量单元110的电极测量生理信号时，由于诸如与电极的接触等外因使得在生理信号的电压值的波形中包括不必要噪声。这个噪声降低生理信号的精度并且使得难于检测并分析生理信号。

因此，图1的处理单元120通过使用预定处理方法处理由测量单元110测量的生理信号并且将处理的生理信号发送到确定单元131。例如，通过对由测量单元110测量的ECG信号应用带通滤波器并且通过向带通滤波的ECG信号应用微分器和低通滤波器，处理单元120预处理ECG信号，从而获得指示生理信号的特征的特征值。低通滤波器可以是根据本发明的一个实施例的绝对移动平均滤波器。

特征值可以是指示通过使用处理单元120通过用于提取生理信号的特征的处理方法处理的生理信号的特征的值。在下文中，将描述通过使用预定处理方法处理生理信号以获得特征值的例子。

当对ECG信号应用带通滤波器时，基线漂移和诸如肌电图(ECG)等的射频漂移可存在于ECG信号中，其中，由于基线漂移，由于作为ECG信号的基线电压的等电位线的变化导致整体信号移动。因此，通过向ECG信号应用带通滤波器，处理单元120可使得要进行检测的信号仅通过一频带从而防止基线漂移和射频漂移。

当向带通滤波的ECG信号应用微分器时，在R波形的附近，ECG信号的单个波形的倾度急剧变化。因此，在R波形的附近的ECG信号的微分值迅速变化，并且用于检测生理信号的设备100可以从微分的ECG信号检测R波形。将参照图3更加详细描述R波形。

当向微分的ECG信号应用低通滤波器(例如，绝对移动平均滤波器)时，在获得生理信号的同时ECG信号包括从外部输入的不必要噪声。为了减小噪声的影响，处理单元120向ECG信号应用低通滤波器。绝对移动平均滤波器可用作低通滤波器。绝对移动平均滤波器是一种用于获得绘制为好像包围信号波形的包迹的低通滤波器并且基于最近的信号输出预定数量的信号的绝对值的均值从而防止由于噪声导致的快速变化。

本领域普通技术人员将理解，处理单元120可通过上述处理方法之外的多种处理方法处理生理信号。

图1的阈值控制单元130包括信号获得单元133、确定单元131和控制单元132。信号获得单元133获得从要进行检查的人测量的生理信号或者由处理单元120处理的生理信号。确定单元131根据比较获得的生理信号与阈值的结果确定是否检测到生理信号的顶峰，并且控制单元132根据确定单元131的确定结果，考虑阈值和检测的顶峰的特征值之一和用于检测生理信号的顶峰的阈值的预定最小值，来控制阈值。

当由信号获得单元133获得的从要进行检查的人测量的ECG信号的特征值超过阈值时，图1的确定单元131确定检测到R波形。

图1的控制单元132控制可变阈值。在这种情况下，可变阈值不是预定常数而被称作根据确定单元131的确定结果从第一阈值向第二阈值进行变化的阈值。在下文中，将参照图2更加详细描述根据本发明的实施例的通过使用阈值控制单元130控制可变阈值的方法。

第一阈值是当前阈值，并且第二阈值是由控制单元230根据是否检测到顶峰进行更新的阈值。然而，第一阈值还可是由控制单元230从先前阈值更新的阈值。

图2示出了根据本发明的实施例的图1所示的用于检测生理信号的设备的阈值控制单元的结构。

参照图2，图1的阈值控制单元130包括信号获得单元210、确定单元220和控制单元230。控制单元230包括选择器231、比例控制单元232和微分控制单元233。

信号获得单元210获得从要进行检查的人测量的生理信号或者由处理单元120处理的生理信号。

确定单元220根据对由信号获得单元210获得的生理信号与阈值进行比较的结果确定是否检测到生理信号的顶峰。例如，确定单元220可比较由信号获得单元210获得的生理信号与阈值，并且根据比较结果如果生理信号的值超过阈值则可识别出：检测到R波形的顶峰。

控制单元230通过根据确定单元220的确定结果，考虑阈值和检测的顶峰的特征值之一和用于检测生理信号的顶峰的阈值的预定最小值更新阈值，来控制阈值。控制单元230包括选择器231、比例控制单元232和微分控制单元233。

选择器231根据确定单元220的确定选择阈值和检测的顶峰的特征值之一。例如，如果根据确定单元220的确定而确定检测到生理信号的顶峰则选择器231可选择检测的顶峰的特征值，如果确定没有检测到生理信号的顶峰，则选择器231可选择阈值。

比例控制单元232根据预定比率减小由选择器231选择的值。根据本实施例的比例控制单元232可通过使用预定权重和最小阈值调整可变阈值减小的程度。因此，比例控制单元232可调整可变阈值以总具有比最小阈值大的值。

在这种情况下，权重是指用于减小选择的值的比率并且可以是等于或大于0的有理数。此外，最小阈值是被设置为即使最小阈值变化仍不会下降低于预定值的下限值。最小阈值可以是大于0的有理数。

例如，如果根据确定单元220的确定而确定检测到生理信号的顶峰，则比例控制单元233可通过从生理信号的顶峰的特征值减去通过向生理信号的顶峰的特征值与最小阈值之差应用预定权重获得的值而设置阈值，来控制阈值。

或者，如果根据确定单元220的确定而确定没有检测到生理信号的顶峰，则比例控制单元232可通过从阈值减去通过向阈值与最小阈值之差应用预定权重获得的值，来控制阈值。

因此，比例控制单元232可通过执行在方程1中所示的算术运算根据预定比率减小由选择器231选择的值。

[方程1]

Th(t)＝Th(t-1)-a(Th(t-1)-Th_min)

其中，“Th(t)”可以是当通过使用比例控制单元232根据预定比率减小由选择器231选择的值时进行更新的第二阈值，“Th(t-1)”是由选择器231从第一阈值和生理信号的特征值选择的一个值，“a”是可变阈值被减小的权重，“Th_min”是预定最小阈值。

根据当前实施例的权重“a”可以是等于或大于0的有理数并且可由阈值控制单元130的用户根据用户环境进行恰当调整。例如，权重“a”可由阈值控制单元130的用户根据要进行检测的生理信号的类型、单个波形的长度等进行恰当调整。

例如，比例控制单元232可通过增加权重“a”，来增加可变阈值减小的速度。或者，比例控制单元232可通过减小权重“a”，来减小可变阈值减小的速度。

此外，根据当前实施例的最小阈值“Th_min”可由阈值控制单元130的用户进行恰当设置并且可被预设为大于0的有理数或者可根据用户环境进行恰当调整。

例如，可考虑要从获得的生理信号检测的顶峰的特征值，预设最小阈值。在获得的生理信号中，当顶峰的特征值高于预定下限值并且不必要噪声低于预定上限值时，可先获得特征值的下限值和噪声的上限值，并且根据分析获得的特征值的下限值和噪声的上限值的结果可将最小阈值设置为中间值。设置的最小阈值变成可变阈值的下限值。

如上所述，由于当生理信号的特征值超过阈值时确定单元220识别检测到顶峰，所以随着设置最小阈值，确定单元220不将具有顶峰的形状并且小于最小阈值的生理信号的特征值识别为顶峰。因此，阈值控制单元130的用户可恰当调整最小阈值，并且可忽略从信号获得单元210发送的生理信号的特征值之中的具有可被认作可忽略噪声的幅值的信号。

或者，可考虑可通过用于测量要进行检查的人的生理信号的传感器测量要进行检查的人的生理信号的范围，来设置最小阈值。例如，可通过执行如方程2所示的算术运算设置最小阈值：

[方程2]

Th_min＝C×(S_max-S_min)，

其中，“Th_min”可以是最小阈值，“S_max”可以是可由传感器测量的最大值，“S_min”可以是可由传感器测量的最小值，“c”可以是常数。即，可使用方程2设置最小阈值，使得可由传感器测量的值的范围内的与预定比率对应的值不能被识别为顶峰。

例如，当可由传感器测量的信号的最大值是100并且它的最小值是-100时，如果常数“c”设置成0.1，则最小阈值是20。通过以这种方式设置最小阈值，可变阈值在大于20的范围内变化。因此，值小于20的生理信号没有被检测为顶峰并且被忽略。

或者，如上所述，最小值可被预设为常数并且可被设置为考虑实时检测的峰值的大小、生理信号之中的没有被检测为峰值的信号的幅值、实时检测的峰值的特征值的大小和生理信号之中的没有被检测为峰值的信号的特征值的大小而实时变化。例如，可通过执行方程3中所示的算术运算设置实时变化的最小值：

[方程3]

Th_min＝D×V(t)，

其中，“Th_min”可以是最小阈值，“D”可以是常数，“V(t)”作为生理值的值，根据环境的必要性可以是刚好之前检测的峰值或多个最近检测的峰值的均值。在这种情况下，值“D”可被恰当设置为大于0的有理数从而值比最小阈值大的顶峰可被检测到。

或者，根据环境的必要性，作为生理信号的值的“V(t)”可以是没有被立即检测为刚好之前检测的峰值的生理信号的值或不是作为最近检测的峰值的多个生理信号的值的均值。在这种情况下，值“D”可被恰当设置为大于0的有理数从而比最小阈值大的峰值可被检测到。

或者，根据环境的必要性，作为生理信号的特征值的“V(t)”可以是刚好之前检测的特征值或者与最近检测的多个顶峰对应的特征值的均值。在这种情况下，值“D”可被设置为小于1从而比最小阈值大的峰值可被检测到。

或者，根据环境的必要性，作为生理信号的特征值的“V(t)”可以是没有被检测为刚好之前检测的顶峰的特征值或者不是最近检测的顶峰的多个特征值的均值。在这种情况下，值“D”可被设置为大于1从而比最小阈值大的峰值可被检测到。然而，上述的方法只是用于设置最小值的一个例子，并且本领域普通技术人员之一将理解，如果需要可以通过使用其它方法设置实时变化的最小值。将参照图5描述通过由比例控制单元232执行的控制来减小阈值的例子。

微分控制单元233可以再次减小由比例控制单元232减小的阈值。通过向第一阈值和由选择器231选择的生理信号的特征值之一与以前阈值之间的差应用权重，根据当前实施例的微分控制单元233可调整可变阈值被减小的程度。在这种情况下，以前阈值是在可变阈值被更新为第一阈值之前的阈值。

例如，当根据确定单元220的确定检测到生理信号的顶峰时，微分控制单元233可通过从生理信号的顶峰的特征值减小通过向生理信号的顶峰的特征值与以前阈值之间的差应用预定权重获得的值，来控制阈值。

因此，微分控制单元233可以通过执行如方程4所示的算术运算根据预定比率减小由选择器231选择的阈值：

[方程4]

Th(t)＝Th(t-1)-a(Th(t-1)-Th_min)-b(Th(t-1)-Th(t-2))，

其中，“Th(t)”可以是由微分控制单元233减小并更新的第二阈值，“Th(t-1)”可以是第一阈值和由选择器231选择的生理信号的特征值之一，“a”可以是比例控制单元232减小可变阈值的权重，“Th_min”可以是预定最小阈值，“b”可以是指示阈值被微分控制单元233减小的程度的权重，并且“Th(t-2)”可以是以前阈值(即，在被更新为第一阈值之前的阈值)。微分控制单元233可以通过与可变阈值的变化量成比例再次减小可变阈值，来防止可变阈值的快速变化。

例如，如果确定生理信号的顶峰被确定单元220确定，则选择器231可选择生理信号的特征值作为“Th(t-1)”，比例控制单元232从生理信号的顶峰的特征值减小通过向生理信号的顶峰的特征值与最小阈值之间的差应用权重“a”获得的值，并且微分控制单元233进一步减小通过向生理信号的特征值和以前阈值应用权重“b”获得的值并且更新减小的值作为第二阈值。

另一方面，如果确定确定单元220没有检测到生理信号的顶峰，则选择器231选择第一阈值和生理值的特征值之间的第一阈值作为“Th(t-1)”，微分控制单元233从第一阈值减小通过向第一阈值与最小阈值之间的差应用权重“a”获得的值，并且微分控制单元233进一步减小通过向第一阈值与以前阈值之间的差应用权重“b”获得的值并且更新减小的值作为第二阈值。

在这种情况下，如果生理信号的顶峰没有被检测到，则阈值被更新为较小值。因此，“Th(t-1)”-“Th(t-2)”的值小于0，并且如果“b”大于0，则微分控制单元233通过使用方程4微分控制单元增大阈值。

即，微分控制单元233可以是一种类型的低通滤波器，其中，当与可变阈值的变化量成比例进一步控制可变阈值时该低通滤波器防止可变阈值的快速变化。这将参照图6A和图6B更加详细地进行描述。

根据当前实施例的权重“b”可以是任何有理数并且可以由阈值控制单元130的用户根据使用环境进行恰当调整。例如，阈值控制单元130的用户可根据要进行检测的生理信号的类型、特征值的变化模式等恰当调整权重“b”。

例如，通过增加权重“b”，微分控制单元233可进一步受到可变阈值的变化量的影响。或者，通过降低权重“b”，微分控制单元233可以较少受到可变阈值的变化量的影响。这将参照图6A和图6B更加详细进行描述。

如上所述，图2的阈值控制单元130可控制阈值，从而通过使用阈值控制单元132控制可变阈值，即使当顶峰之间的间隔不均匀或者顶峰的特征值不均匀时仍可以检测生理信号的顶峰。

图3示出了作为生理信号的ECG信号的单个波形的例子。ECG涉及向人体附连电极并且测量当心肌收缩时出现的动作电位。测量并分析ECG信号以检查心脏的功能并且诊断多个疾病的方法已经得到广泛应用。

参照图3，从等电位线突出的五个顶峰存在于ECG信号的单个波形内，其中，所述顶峰的每个顶峰被称作P(31)、Q(32)、R(33)、S(34)和T(35)波形。每当心脏收缩一次时，出现一单个波形。根据当前实施例的用于检测生理信号的设备100可以检测P-Q-R-S-T的单个波形中的具有最大尺寸的R波形以检测ECG信号的单个波形。

通过检测单个波形，计算机或医疗专家可通过计算波形之间的间隔计算心率并且可以根据检测的单个波形的形状诊断心律不齐。

将参照图4详细描述可变阈值。图4是示出受控的用于检测生理信号的可变阈值随时间的曲线图。参照图4，用于检测ECG信号的R波形的可变阈值可被控制，从而当检测到R波形时，可变阈值的值基于R波形的特征值被更新，并且逐渐减小直到检测到新的R波形。可使用曲线图41、42和43解释控制可变阈值的例子。

参照图4，当以曲线图41的形状控制可变阈值时，在检测到R波形以后，与曲线图42和43相比，R波形的值被减小的速度相对慢。因此，当R波形之间的间隔窄时，如果在可变阈值没有被充分减小的状态下出现新R波形，则R波形的值没有超过避免确定单元131检测到新的R波形的可变阈值。

当以曲线图43的形状控制可变阈值时，在检测到R波形以后，与曲线图41相比，R波形的值被减小的速度相对快。因此，即使当R波形之间的间隔窄时，可变阈值也被充分快速减小。因此，如果出现新R波形，则R波形的值超过可变阈值从而确定单元131可检测到新R波形。然而，可变阈值减小太快并且逐渐向值0进行收敛，存在于0附近的非常小的噪声超过可变阈值，从而确定单元131可检测到错误的R波形。即使当R波形之间的间隔非常宽时，可变阈值逐渐向值0进行收敛从而可能出现相同问题。

另一方面，当以曲线图42的形状控制可变阈值时，在如当以曲线图43的形状受到控制时那样检测R波形以后，可变阈值减小的速度相对快并且可变阈值逐渐收敛到预定最小阈值从而可变阈值不向值0进行收敛。

图5示出了根据由图2中所示的比例控制单元232执行的控制减小阈值的例子。在图5中，“TH(t-1)”可以是第一阈值和由选择器231选择的生理信号的特征值之一，并且“TH(t)”可以指示当根据由比例控制单元232执行控制减小阈值时被更新的第二阈值。在曲线图51、52和53中，比例控制单元232可以通过从选择的值减去通过向由选择器231选择的值与最小阈值之间的差应用预定权重获得的值，将第一阈值更新为第二阈值。

通过执行这样的比例控制单元232的算术运算和控制，可变阈值具有总是大于最小阈值的值，并且随着重复可变阈值的更新，可变阈值可逐渐收敛在最小阈值。在这种情况下，如上所述，最小阈值可以是可变化的。

图6A示出了当检测到R顶峰时根据由图2所示的微分控制单元233执行的控制减小阈值的例子。在图6A中，“THupdated(t-1)”可指示当检测到R顶峰时由选择器231选择的生理信号的特征值，“THold(t-1)”可指示第一阈值，“TH(t-2)”可指示在被更新为第一阈值之前的以前阈值，并且“TH(t)”可指示根据比例控制单元232和微分控制单元233更新的第二阈值。

在曲线图61和62的每个中，R顶峰被检测到，并且根据由图2的微分控制单元233执行的控制，减小由图2的选择器231选择的生理信号的特征值613和623。微分控制单元233控制阈值，以进一步减小由比例控制单元232减小的阈值611和621并且将阈值611和621更新为第二阈值612和622。具体地讲，微分控制单元233控制阈值，以进一步从由比例控制单元232减小的阈值611减小通过向由选择器231选择的特征值613与以前阈值“TH(t-2)”之间的差应用预定权重获得的值并且将减小的值更新为第二阈值612。

在曲线图61和62中，当检测到ECG信号的R顶峰并且由选择器231选择R顶峰的值作为新阈值613和623时，可由比例控制单元232和微分控制单元233减小选择的阈值613和623。由于曲线图61的阈值比曲线图62的阈值增加更大的宽度，所以微分控制单元233从由比例控制单元232减小的阈值611减小曲线图61的值比从由比例控制单元232减小的阈值621减小曲线图62的值要大。即，微分控制单元233防止阈值快速增加。

图6B示出了根据由图2的微分控制单元233执行的控制减小阈值的另一个例子。具体地讲，图6B示出了一个例子，其中，当没有检测到R顶峰时，根据由图2的微分控制单元233执行的控制减小阈值。在图6B中，“TH(t-1)”可指示第一阈值，“TH(t-2)”可指示在被减小为第一阈值之前的以前阈值，并且“TH(t)”可指示根据由比例控制单元232和微分控制单元233执行的控制减小的第二阈值。

在曲线图63和64的每个中，当没有检测到R顶峰时，根据由图2的微分控制单元233执行的控制，减小由图2的选择器231选择的阈值633和643。例如，当没有检测到R顶峰时，微分控制单元233控制阈值以减小由比例控制单元232减小的阈值631和641，以更新减小的阈值631和641作为第二阈值632和642。

然而，参照曲线图63和64(与当检测到R顶峰时的曲线图61和62相比)，当没有检测到R顶峰时，微分控制单元233可以再次增加由比例控制单元232减小的阈值631和641。

具体地讲，参照方程4，微分控制单元233进一步从由比例控制单元231减小的阈值631和641减小通过向通过从由选择器231选择的第一阈值“Th(t-1)”减去以前阈值“Th(t-2)”获得的值应用预定权重获得的值，并且更新减小的值作为第二阈值。

在这种情况下，如果没有检测到R顶峰，则第一阈值“Th(t-1)”的值小于以前阈值“Th(t-2)”的值。因此，通过从第一阈值“Th(t-1)”减去以前值“Th(t-2)”获得的值和通过向该值应用预定权重“b”获得的值变成负数(假设预定权重“b”是正数)。因此，微分控制单元233增大由比例控制单元232减小的阈值631和641并且将阈值631和642更新为第二阈值。

即，与由比例控制单元232减小的阈值611和621被由微分控制单元233减小为更小值的图6A相比，在图6B中，由比例控制单元232减小的阈值631和641被由微分控制单元233增大为值比阈值631和641大的阈值632和642。即，微分控制单元233防止由于比例控制单元232导致阈值迅速变化。

在曲线图63和64中，当没有检测到ECG信号的R顶峰时，由选择器231选择的阈值633和643可由比例控制单元232进行减小，并且由比例控制单元232减小的阈值631和641可由微分控制单元233进行增加。由于曲线图63的阈值比曲线图64的阈值减小更大的宽度，所以微分控制单元233将曲线图63的阈值增加的宽度比将曲线图64的阈值增加的宽度要大。即，微分控制单元233与由比例控制单元232减小阈值的程度成比例增大阈值，从而防止阈值被快速降低。

尽管没有示出，根据本发明的另一个实施例，图2的阈值控制单元130还可包括用于确定阈值的更新方法的更新确定单元。

例如，当控制单元230操作时，如果用于获得信号的采样率是250Hz，则更新确定单元(未示出)通过操作控制单元230为每个采样(4毫秒的间隔)更新阈值，并且由于方程4的算术运算，控制单元230每秒执行500次乘法。在这种情况下，为了克服由控制单元230的机械性能导致的限制或者解决关于功耗的问题，更新确定单元(未示出)可以通过减小控制单元230的更新阈值的频率来减小算术运算的数量。

例如，当用于获得生理信号的采样率是250Hz时，如果每当获得50个生理信号时控制单元230进行操作，则控制单元230每秒执行十次乘法从而可降低功耗。在这种情况下，通过计数由信号获得单元210获得的生理信号的采样的数量，每当获得预定次数的生理信号时，更新确定单元(未示出)可确定要由控制单元230进行更新的阈值。

此外，根据本发明的另一个实施例，图2的阈值控制单元还可以包括线性内插单元(未示出)。当控制单元230根据更新确定单元(未示出)的确定没有更新阈值时，线性内插单元(未示出)可以通过使用线性内插更新阈值。

具体地讲，为了具有与针对每个采样操作控制单元230类似的更新阈值的效果，线性内插单元可以通过使用方程5中所示的线性内插更新阈值：

[方程5]

$\mathrm{TH}[t+k]=\mathrm{TH}\left[t\right]-\left(\mathrm{TH}\right[t]-{\mathrm{TH}}_{\mathrm{est}}[t+k\left]\right)\×\frac{k}{K+1},$

其中，“k”是应该处于备用状态以操作控制单元230的预定的采样数量，并且“t+K”是要与阈值进行比较的生理信号的索引。例如，当更新确定单元(未示出)针对每50个采样操作控制单元230时，“K”变成50，并且“k”在1与50之间。线性内插用于线性确定两点之间的值。在方程5中，这两个点是“TH[t]”和“THest[t+K]”。基于“t+K”，“TH[t]”值是过去的阈值，因此是当前已知的阈值，并且“THest[t+K]”是未来阈值，因此是还没有获得的值。然而，这可通过使用方程6进行获得：

[方程6]

TH_est[t+K]＝TH[t]-a×(TH[t]-TH_min)-b×(TH[t]-TH[t-K])

与方程4的形状类似的方程6预测仅仅在K采样以后的阈值。本领域普通技术人员将与方程4一致地理解方程6的意义。

图7示出了通过使用图1的检测生理信号的设备100控制可变阈值来检测在顶峰之间具有不规则间隔的生理信号的顶峰的例子。参照图7，曲线图710指示没有由处理单元120进行处理的生理信号，曲线图720指示由处理单元120处理的生理信号和用于检测生理信号的R波形的可变阈值73。

具体地讲，曲线图720指示通过应用微分器和低通滤波器(例如，绝对移动平均滤波器)由处理单元120处理的生理信号以及由图2的阈值控制单元130控制的用于检测生理信号的R波形的可变阈值73。

参照图7，与生理信号之中的R波形对应的顶峰的形状可与顶峰711到716的形状或顶峰721到726的形状相同。处理单元120可处理生理信号，并且与处理的生理信号之中的R波形对应的顶峰的形状可与顶峰721到726的形状相同。

参照图7的曲线图720，每当检测到顶峰721到726时可变阈值73增大，并且在检测到顶峰721到726以后，可变阈值73逐渐下降。然而，由于从当检测到顶峰724时的时间到当检测到顶峰725时的时间的时间间隔相对增加，所以即使可变阈值73也被长时间降低，根据由比例控制单元232执行的控制，可变阈值73没有向0收敛而向预定最小阈值收敛。

这是因为：根据本发明的实施例，当阈值控制单元130减小可变阈值时，考虑预定的最小阈值，阈值控制单元130控制可变阈值总具有比最小阈值大的值。由于要进行检测的顶峰之外的值没有超过最小阈值，所以确定单元220没有识别要进行检测的顶峰之外的值作为顶峰。即，即使当要进行检测的顶峰之间的间隔不规则时，确定单元220仍可精确识别顶峰。

图8示出了通过使用图1的检测生理信号的设备100控制可变阈值来检测具有不同峰值的生理信号的顶峰的例子。参照图8，曲线图810指示没有由处理单元120进行处理的生理信号，曲线图850指示由处理单元120处理的生理信号和用于检测生理信号的R波形的可变阈值83。

具体地讲，曲线图850指示通过应用微分器和低通滤波器(例如，绝对移动平均滤波器)由处理单元120进行处理的生理信号以及用于检测生理信号的R波形并且由图2的阈值控制单元130进行控制的可变阈值83。参照图8，与生理信号的R波形对应的顶峰的形状可与顶峰811到826的形状或顶峰851到866的形状相同。

参照图8的曲线图850，每当检测到顶峰851到866时可变阈值83增大，并且在检测到顶峰851到866以后，可变阈值83逐渐减小。然而，顶峰851到866的特征值彼此明显不同，并且与图7的可变阈值73相比，要进行控制的可变阈值83的变化图案不是相对均匀的。

然而，微分控制单元233防止可变阈值83快速变化。因此，即使当检测到具有相对大特征值的顶峰时，可变阈值83也不会迅速增大。因此，确定单元220可通过使用可变阈值83检测输入尺寸不大的下一个顶峰。

图9是示出了根据本发明的实施例的控制阈值的方法的流程图。参照图9，根据当前实施例的控制阈值的方法包括通过使用在图1和图2中所示的阈值控制单元130随时间进行处理的操作。因此，尽管在这里进行省略，但是阈值控制单元130的说明可应用于图9中所示的控制阈值的方法。

在操作91中，信号获得单元210获得从要进行检查的人测量的生理信号。

在操作92中，确定单元220根据对由信号获得单元210获得的生理信号与阈值进行比较的结果确定是否检测到生理信号的顶峰。例如，生理信号的顶峰可以是ECG信号的R波形的顶峰。

在操作93中，控制单元230根据确定单元220的确定结果，考虑阈值和检测的顶峰的特征值之一和预定最小阈值，来更新阈值。例如，当根据确定单元220的确定结果检测到顶峰时，控制单元230可选择顶峰的特征值，并且当没有检测到顶峰时，控制单元230可选择现有阈值。此外，控制单元230可通过从选择的值减小通过向选择的值与预定最小阈值之间的差应用预定权重获得的值，来控制阈值。

如上所述，根据本发明的一个或多个实施例，当用于检测诸如ECG信号的生理信号的顶峰的阈值受到可变控制时，即使当顶峰之间的间隔不规则或者峰值之间的差大时，仍可更加精确地检测顶峰。

此外，在现有技术中的控制阈值的传统方法中，给出预定权重以减小可变阈值而不用考虑预定的最小阈值。因此，传统方法不适于检测多样并且波动的生理信号。另一方面，在上述的实施例中，通过使用预定最小阈值控制可变阈值，并且由此，要进行检测的波形的多样性和波动可被接受。此外，在上述的实施例中，使用可变阈值的变化量控制可变阈值，从而要进行检测的波形的多样性和波动可被接受。

当用于检测生理信号的顶峰的可变阈值被控制时，即使顶峰之间的间隔是不规则的或者在顶峰的值之间存在大差别，仍可以精确检测顶峰。

图9的控制阈值的方法可被撰写为计算机程序并且可在执行程序的通用数字计算机中使用计算机可读记录介质进行实现。计算机可读记录介质的例子包括磁存储介质(例如，ROM、软盘、硬盘等)、光学记录介质(例如，CD-ROM或DVD)等。

应该理解，这里描述的示例性实施例应该被认为仅仅是说明性意义而非限制的目的。每个实施例中的特征或方面的描述通常应该被认为可用于其它实施例中的其它类似特征或方面。

Claims (19)

1.一种控制用于检测生理信号的顶峰的阈值的方法，所述方法包括：

获得从要进行检查的人测量的生理信号；

根据对获得的生理信号与阈值进行比较的结果，确定是否检测到生理信号的顶峰；以及

根据确定的结果，考虑阈值和检测的顶峰的特征值之一和用于检测生理信号的顶峰的阈值的预定的最小值，来控制阈值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，用于检测生理信号的顶峰的阈值的预定的最小值是当阈值进行更新时阈值的收敛值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，考虑由用于测量要进行检查的人的生理信号的传感器测量的生理信号的值的范围，预设所述最小值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，考虑获得的生理信号的值，所述最小值实时变化。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，考虑获得的生理信号的特征值，所述最小值实时变化。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，如果确定检测到生理信号的顶峰，则控制阈值的步骤考虑生理信号的顶峰的特征值和通过向生理信号的顶峰的特征值与所述最小值之间的差应用预定权重获得的值。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，如果在确定过程中确定没有检测到生理信号的顶峰，则控制阈值的步骤考虑阈值和通过向阈值与所述最小值之间的差应用预定权重获得的值。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，控制阈值的步骤还考虑阈值和在被更新之前的阈值。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，如果在确定过程中确定检测到生理信号的顶峰，则控制阈值的步骤还考虑通过向生理信号的顶峰的特征值与在被更新之前的阈值之间的差应用预定权重获得的值。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，如果在确定过程中确定没有检测到生理信号的顶峰，则控制阈值的步骤还考虑通过向阈值与在被更新之前的阈值之间的差应用预定权重获得的值。

11.一种控制用于检测生理信号的顶峰的阈值的设备，所述设备包括：

信号获得单元，获得从要进行检查的人测量的生理信号；

确定单元，根据对获得的生理信号与阈值进行比较的结果，确定是否检测到生理信号的顶峰；以及

控制单元，根据确定的结果考虑阈值和检测的顶峰的特征值之一和用于检测生理信号的顶峰的阈值的预定的最小值，来控制阈值。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，用于检测生理信号的顶峰的阈值的预定的最小值是当阈值进行更新时阈值的收敛值。

13.根据权利要求11所述的设备，其中，考虑获得的生理信号的特征值，所述最小值实时变化。

14.根据权利要求11所述的设备，其中，如果由确定单元确定检测到生理信号的顶峰，则控制单元考虑生理信号的顶峰的特征值和通过向生理信号的顶峰的特征值与所述最小值之间的差应用预定权重获得的值，来控制阈值。

15.根据权利要求11所述的设备，其中，如果确定单元确定没有检测到生理信号的顶峰，则控制单元考虑阈值和通过向阈值与所述最小值之间的差应用预定权重获得的值，来控制阈值。

16.根据权利要求11所述的设备，其中，控制单元还考虑阈值和在被更新之前的阈值，来控制阈值。

17.根据权利要求11所述的设备，其中，如果确定单元确定检测到生理信号的顶峰，则控制单元还考虑通过向生理信号的顶峰的特征值与在被更新之前的阈值之间的差应用预定权重获得的值，来控制阈值。

18.根据权利要求11所述的设备，其中，如果确定单元确定没有检测到生理信号的顶峰，则控制单元还考虑通过向阈值与在被更新之前的阈值之间的差应用预定权重获得的值，来控制阈值。

19.一种检测生理信号的设备，所述设备包括：

电极，附连到要进行检查的人以测量来自要进行检查的人的生理信号；

处理单元，通过使用预定处理方法处理测量的生理信号；

确定单元，根据对处理的生理信号与阈值进行比较的结果，确定是否检测到生理信号的顶峰；以及

阈值控制单元，根据确定的结果，考虑阈值和检测的顶峰的特征值之一和用于检测生理信号的顶峰的阈值的预定最小值，来控制阈值。

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