CN113384242A - 手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法和装置，将采集压缩后的监测信号发送到系统的接收端，在系统的接收端综合分析当前各监测信号并得到传输信道的状态；根据传输信道的状态调整压缩比；根据压缩比选择测量矩阵对各监测信号进行压缩；根据压缩比选择恢复算法恢复经过压缩后的各监测信号。本发明提供的手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法和装置，采用闭环自适应系统可以根据手术环境变化对信号采集进行自适应调整，功耗低，恢复精度高且可以大量传输数据。
Description
技术领域
本发明涉及新型医疗监护设备领域，尤其涉及一种手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法和装置。
背景技术
随着外科手术技术的迅速发展，外科手术的治疗理念也在不断进步，这对手术生理监测信号的采集和处理都提出了更高的要求。手术生理监测信号不仅可以降低术后恢复风险，还可以促进手术方式不断改进，改善手术治疗目的。常规手术生理监测信号包括心率、脑电图、心电图、呼吸频率、血氧浓度等。手术技术的发展使得监测信号的种类不断增加，数据量增大。另一方面，手术生理监测信号的工作环境复杂，可能会出现大噪声干扰，并且对监测设备的功耗有着苛刻要求。因此，手术生理监测信号面临多个因素设计的折衷。
传统的手术生理监测信号采集依靠人工完成，这种方法浪费大量人力并且效率较低。目前，医疗界已经开始研发采集监测设备，对术中生理信号进行实时监测。例如，在专利号为：CN210931392U的专利文献中，公开了一种术中神经电生理监测识别考核系统。但是，目前的术中生理信号监测设备采用的方法并不适合大规模信号数据的采集。此外，这些方法无法根据手术环境的变化对信号采集进行自适应调整，从而降低了信号的采集传输性能。而且在现有的手术生理信号监测系统中，系统传输带宽有限，当传输的数据量较大时，会导致传输数据丢包率的增加，传输速率下降，造成信道拥塞现象，当系统数据传输信道发生拥塞，会直接导致测量数据丢失，从而无法有效实现监测。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法和装置，可以根据手术环境变化对信号采集进行自适应调整，功耗低，恢复精度高且可以大量传输数据。
为实现上述目的，本发明提供一种手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法，包括以下步骤：
S1：实时接收经数据压缩后的各监测信号；
S2：综合分析各监测信号得到传输信道的状态；
S3：根据所述传输信道的状态调整所述数据压缩的压缩比，并根据所述压缩比选择相适配的测量矩阵和恢复算法。
进一步的，所述监测信号是经过离散化的手术生理监测信号。
更进一步的，所述测量矩阵的维数为M*N，其中，M＝CR*N，CR为压缩比，N为离散化后的监测信号长度。
进一步的，所述传输信道的状态是通计算信道质量和信道功率得到的。
更进一步的，所述信道质量和信道功率是综合分析各监测信号采样速率、采样精度、采样信号信噪比和误码率计算得到的。
进一步的，所述压缩比的调整是采用步进增加或减少的方式进行调整的。
更进一步的，所述步进长度取5或10。
进一步的，所述测量矩阵为随机矩阵、傅里叶矩阵或0-1二值矩阵；所述恢复算法为基追踪算法、匹配追踪算法、正交匹配追踪算法或压缩采样匹配追踪算法。
一种手术生理监测信号的自适应压缩采集传输装置，包括：
接收模块：用于实时接收经数据压缩后的各监测信号；
分析模块：用于综合分析各监测信号得到传输信道的状态；
反馈调整模块：用于根据所述传输信道的状态调整所述数据压缩的压缩比，并根据所述压缩比选择相适配的测量矩阵和恢复算法。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法的步骤。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法和装置，将采集压缩后的监测信号发送到系统的接收端，在系统的接收端综合分析当前各监测信号并得到传输信道的状态；根据传输信道的状态调整压缩比；根据压缩比选择测量矩阵对各监测信号进行压缩；根据压缩比选择恢复算法恢复经过压缩后的各监测信号。本发明提供的手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法和装置，采用闭环自适应系统可以根据手术环境变化对信号采集进行自适应调整，功耗低，恢复精度高且可以大量传输数据。
附图说明
图1为本发明的压缩感知原理框图；
图2为本发明的闭环自适应流程框图；
图3为本发明的数据传输效率与CR关系图。
具体实施方式
为了更清楚的表达本发明，下面结合附图对本发明作进一步的描述。请参阅图1，本发明是基于压缩感知(Compressed Sensing,CS)的信号处理技术，使用压缩感知进行信号处理通常可以分为两个主要部分。第一部分，原始信号经过稀疏基进行稀疏表示后，使用测量矩阵对信号进行压缩来获得信号的测量值，这部分为低速压缩采样环节。第二部分，通过使用恢复算法求解优化问题来重建经过压缩采样后的信号，进而恢复出原始信号。
请参阅图2，本发明提供的手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法和装置，采用闭环自适应的方式，根据当前系统的数据传输量，动态调整传输数据的压缩比(Compressed Ratio,CR)，避免数据传输过程中数据包丢失，同时调整测量矩阵和恢复算法。具体如下：
S1：将采集的监测信号发送到系统的接收端；
监测信号是经过离散化的手术生理监测信号，离散化后的各个监测信号长度为N。
S2：在系统的接收端综合分析各监测信号得到传输信道的状态；
在系统的接收端综合分析各监测信号采样速率、采样精度、采样信号信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)和误码率(Bit Error Rate，BER)等因素，计算接收数据信道的信道质量和信道功率，得到当前传输信道的状态。
S3：根据当前传输信道的状态，动态调整传输信号数据的压缩比；
请参阅图3，在调整压缩比时，采用步进增加或者减少的方式对当前信道数据传输压缩比进行调整，调整的步进单位为ΔCR，ΔCR可以取5或者10进行调整，以实现较高的数据传输效率。
在信道数据传输量不大时，系统优先满足传输数据的质量，采用降低数据压缩比的方式，确保信号特征在传输过程中不失真。当信道质量良好且信道没有拥塞时，此时信道传输信号带宽较大，因此，可以调整传输信号带宽，并配合较大的步进长度ΔCR＝10来降低数据传输压缩比；当信道质量差且信道没有拥塞时，为了保证传输信号的质量不恶化，信道数据压缩比不做调整。当系统数据传输量大且发生信道拥塞时，可以通过提高传输数据的压缩比，满足传输信道的畅通。
如果信道质量良好时发生信道拥塞时，此时信道拥塞的原因主要是由于信道传输带宽受限导致，所以在调整时，选则ΔCR＝5较小的步进长度增加压缩比改善信道拥塞；而当信道质量差、传输信号带宽较窄时当发生信道拥塞，此时信道拥塞的原因是由于信道传输业务量大，并且信道容量受限导致，所以需要选择较大的压缩比调整步进长度ΔCR＝10提高信道传输数据的压缩比，改善信道拥塞。
S4：根据压缩比选择测量矩阵对各监测信号进行压缩；
测量矩阵构造方法包括随机矩阵、傅里叶矩阵和0-1二值矩阵等,测量矩阵的维数为M*N，其中，M＝CR*N，CR为压缩比,N为离散化后的监测信号长度。
S5：根据压缩比选择恢复算法恢复经过压缩后的各监测信号。
恢复算法包括基追踪算法、匹配追踪算法、正交匹配追踪算法和压缩采样匹配追踪算法等。
相较于现有技术的情况，本发明提供的手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法和装置，采用压缩感知方法对手术生理监测信号进行压缩传输，并从压缩的数据中恢复原始信号，适合大规模数据的采样监测。此外，本发明可以通过信道质量监测自适应调整系统各参数传输数据压缩比、选择测量矩阵和数据恢复算法，从而使系统能够保持最佳的数据传输性能和高质量恢复原始信号的能力。
本发明的优势在于：
(1)采用闭环自适应系统可以根据手术环境变化对信号采集进行自适应调整；
(2)系统能够保持最佳的数据传输性能和高质量恢复原始信号的能力；
(3)功耗低且可以大量传输数据。
应该理解的是，本发明中各个步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：实时接收经数据压缩后的各监测信号；
S2：综合分析各监测信号得到传输信道的状态；
S3：根据所述传输信道的状态调整所述数据压缩的压缩比，并根据所述压缩比选择相适配的测量矩阵和恢复算法。
2.根据权利要求1所述的手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法，其特征在于，所述监测信号是经过离散化的手术生理监测信号。
3.根据权利要求2所述的手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法，其特征在于，所述测量矩阵的维数为M*N，其中，M＝CR*N，CR为压缩比，N为离散化后的监测信号长度。
4.根据权利要求1所述的手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法，其特征在于，所述传输信道的状态是通计算信道质量和信道功率得到的。
5.根据权利要求4所述的手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法，其特征在于，所述信道质量和信道功率是综合分析各监测信号采样速率、采样精度、采样信号信噪比和误码率计算得到的。
6.根据权利要求1所述的手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法，其特征在于，所述压缩比的调整是采用步进增加或减少的方式进行调整的。
7.根据权利要求6所述的手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法，其特征在于，所述步进长度取5或10。
8.根据权利要求1所述的手术生理监测信号的自适应压缩采集传输方法，其特征在于，所述测量矩阵为随机矩阵、傅里叶矩阵或0-1二值矩阵；所述恢复算法为基追踪算法、匹配追踪算法、正交匹配追踪算法或压缩采样匹配追踪算法。
9.一种手术生理监测信号的自适应压缩采集传输装置，其特征在于，包括：
接收模块：用于实时接收经数据压缩后的各监测信号；
分析模块：用于综合分析各监测信号得到传输信道的状态；
反馈调整模块：用于根据所述传输信道的状态调整所述数据压缩的压缩比，并根据所述压缩比选择相适配的测量矩阵和恢复算法。
10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
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