用于電生理學(xué)信號(hào)的非局域均值濾波的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年1月17日提交的發(fā)明名稱為"用于生理信號(hào)的非局域平均濾 波"的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/753803的權(quán)益，通過(guò)參考將其全部?jī)?nèi)容并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開涉及用于電生理學(xué)信號(hào)的非局域平均濾波。
【背景技術(shù)】
[0004] 在包括腦電描記法、心電描記法、肌電描記法、眼電描記法等的各種應(yīng)用當(dāng)中感測(cè) 電生理學(xué)信號(hào)。在一些應(yīng)用中，線路濾波器（line filter)可能無(wú)法去除某些影響因素（例 如，頻移等）導(dǎo)致的噪聲。由于大多數(shù)現(xiàn)有的方案針對(duì)選定的小間隔使用基于頻率的方案， 因而來(lái)自間隔邊界的偽像（artifact)可能污染跨整個(gè)間隔的濾波結(jié)果。隨著從信號(hào)提取 的信息的電平的增大，這一污染傾向于更加不利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本公開涉及用于電生理學(xué)信號(hào)的非局域均值濾波。
[0006] 在一個(gè)范例中，一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有可由處理器執(zhí)行的指令，所述指 令被編程為執(zhí)行一種方法。所述方法可以包括向給定電生理學(xué)信號(hào)應(yīng)用非局域均值濾波 器，以提供第一恢復(fù)信號(hào)和第一殘余信號(hào)。所述方法還可以包括向第一恢復(fù)信號(hào)和第一殘 余信號(hào)中的一個(gè)應(yīng)用非局域均值濾波器，以提供特征信號(hào)和第二殘余信號(hào)。所述方法還可 以包括使第一恢復(fù)信號(hào)與特征信號(hào)合并以提供給定電生理學(xué)信號(hào)的經(jīng)濾波的版本。
[0007] 作為另一范例，所述濾波器系統(tǒng)可以包括非局域均值濾波器，該非局域均值濾波 器包括被配置為對(duì)給定電生理學(xué)信號(hào)的每個(gè)樣本的鄰域內(nèi)的相鄰樣本進(jìn)行自適應(yīng)求平均 的空間濾波器部件和強(qiáng)度濾波器部件?？梢詫V波器控制配置為對(duì)空間參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置 從而根據(jù)給定電生理學(xué)信號(hào)的采樣空間內(nèi)的距離對(duì)空間濾波器部件加以配置，并且將所述 濾波器控制配置為對(duì)強(qiáng)度參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置從而根據(jù)給定電生理學(xué)信號(hào)中的樣本之間的 強(qiáng)度差對(duì)強(qiáng)度濾波器部件的加權(quán)加以配置。
[0008] 作為又一范例，一種方法可以包括存儲(chǔ)至少表示從患者采集的給定電生理學(xué)信號(hào) 的輸入電信號(hào)數(shù)據(jù)?？梢韵蛩鼋o定電生理學(xué)信號(hào)應(yīng)用非局域均值濾波器，所述非局域均 值濾波器包括根據(jù)給定電生理學(xué)信號(hào)的每個(gè)樣本與其相鄰樣本之間的距離提供給定電生 理學(xué)信號(hào)的空間域內(nèi)的空間濾波的空間濾波器部件。所述濾波器還可以包括強(qiáng)度濾波器部 件，從而根據(jù)給定電生理學(xué)信號(hào)的每個(gè)樣本與其相鄰樣本之間的強(qiáng)度差提供給定電生理學(xué) 信號(hào)的強(qiáng)度域內(nèi)的濾波。所述方法還可以包括響應(yīng)于控制輸入從而建立對(duì)空間濾波器部件 和強(qiáng)度濾波器部件的每個(gè)的加權(quán)的控制參數(shù)。可以在所述應(yīng)用和所述控制的基礎(chǔ)上存儲(chǔ)經(jīng) 濾波的信號(hào)數(shù)據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1描繪了一種NLM濾波器系統(tǒng)的范例。
[0010] 圖2描繪了利用NLM濾波來(lái)去噪的范例。
[0011] 圖3說(shuō)明了去噪信號(hào)和原始信號(hào)的范例。
[0012] 圖4描繪了尖峰去除的范例。
[0013] 圖5描繪了尖峰去除的另一范例。
[0014] 圖6描繪了能夠?qū)嵤㎞LM濾波的繪圖系統(tǒng)的范例。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 本公開涉及能夠從感測(cè)到的電生理學(xué)信號(hào)當(dāng)中減少噪聲的非局域均值（NLM)濾 波。如文中公開的，NLM濾波可以指基于強(qiáng)度的對(duì)生理信號(hào)進(jìn)行濾波的方案。例如，可以將 NLM濾波器配置為去除白噪聲（例如，高斯噪聲）、固定頻率噪聲（例如，電源線噪聲）和/ 或瞬態(tài)噪聲（例如，尖峰噪聲）。
[0016] 文中所公開的系統(tǒng)和方法能夠在應(yīng)用于信號(hào)的非局域平均濾波應(yīng)用的基礎(chǔ)上識(shí) 別和處理給定幾何表面的電生理學(xué)信號(hào)。例如，可以將文中公開的非局域均值濾波應(yīng)用于 重構(gòu)到幾何表面（例如，心內(nèi)膜表面或心外膜表面）上的或者以其它方法從信號(hào)測(cè)量導(dǎo)出 的信號(hào)。在其他范例中，可以將文中公開的非局域均值濾波應(yīng)用于直接從患者組織的表面 測(cè)得的電生理學(xué)信號(hào)。
[0017] 例如，可以將文中公開的系統(tǒng)和方法用作診斷和/或處理工作流的部分，從而在 向患者采集的電活動(dòng)的基礎(chǔ)上促進(jìn)對(duì)肌肉纖維顫動(dòng)機(jī)制的識(shí)別和治療。在一些范例中，患 者的電活動(dòng)可以包括對(duì)體表電活動(dòng)的非侵入式體表測(cè)量結(jié)果。或者或此外，患者的電活動(dòng) 可以包括對(duì)心臟電活動(dòng)的侵入式測(cè)量結(jié)果，包括心外膜測(cè)量和/或心內(nèi)膜測(cè)量結(jié)果。盡管 在本中中很多范例是在心臟電信號(hào)的背景下描述的，但是應(yīng)當(dāng)理解文中公開的方案同樣適 用于其他電生理學(xué)信號(hào)，例如，腦電描記法、肌電圖學(xué)、眼電描記法等。
[0018] 圖1描繪了能夠?qū)嵤┯糜谔幚磔斎腚姅?shù)據(jù)14的NLM濾波器12的濾波器系統(tǒng)10 的范例。輸入電數(shù)據(jù)14可以對(duì)應(yīng)于電生理學(xué)信號(hào)，例如，可以對(duì)應(yīng)于由一個(gè)或多個(gè)電極獲 得的生理信號(hào)。能夠應(yīng)用電極對(duì)電活動(dòng)進(jìn)行非侵入式測(cè)量，例如，可以將電極置于患者的體 表上，例如，患者的頭部（例如，用于腦電描記法等）、患者的胸部（例如，用于心電描記法 而言）或者其他非侵入位置上。在其他范例中，可以由（例如）一個(gè)或多個(gè)置于患者體內(nèi) 的（例如，在EP研究等過(guò)程中置于引線或籃式導(dǎo)管上的）電極非侵入式地采集輸入電數(shù)據(jù) 14。在其他范例中，輸入電數(shù)據(jù)14既可以包括以非侵入方式采集的電信號(hào)，又可以包括以 侵入方式米集的電信號(hào)。
[0019] 在一些范例中，在實(shí)施NLM濾波器12之前，可以對(duì)原始信號(hào)實(shí)施初始線路濾波，例 如，低通濾波或其他濾波，以提供對(duì)應(yīng)的輸入電數(shù)據(jù)14。也可以使用額外的信號(hào)處理技術(shù)提 供這樣的輸入電數(shù)據(jù)14。作為范例，所述的信號(hào)處理技術(shù)可以包括，例如通過(guò)基于在體表上 測(cè)得的電數(shù)據(jù)以及幾何數(shù)據(jù)求解反解，來(lái)向心外膜或其他包膜（envelope)上進(jìn)行電描記 圖重構(gòu)。
[0020] 將NLM濾波器12配置為在每個(gè)樣本的鄰域內(nèi)對(duì)輸入信號(hào)（例如，輸入電數(shù)據(jù)14 提供的）的每個(gè)進(jìn)行空間和/或時(shí)間上的自適應(yīng)求平均，從而濾除噪聲，并提供輸入信號(hào)的 經(jīng)濾波的版本，其被示出為經(jīng)濾波的信號(hào)數(shù)據(jù)16?？梢詫V波器系統(tǒng)10配置為向每個(gè)輸入 信號(hào)應(yīng)用濾波，其包括但不限于應(yīng)用NLM濾波器12,并且在經(jīng)濾波的信號(hào)數(shù)據(jù)16中提供對(duì) 應(yīng)的經(jīng)濾波的輸出信號(hào)。將這樣的其他濾波示意性地示出為一個(gè)或多個(gè)其他濾波器26。
[0021] NLM濾波器12被配置為通過(guò)結(jié)合在輸入信號(hào)中提供的空間信息和強(qiáng)度信息來(lái)執(zhí) 行去噪聲。如文中使用的，空間信息可以表示幾何距離（例如，二維或三維幾何結(jié)構(gòu)中的距 離）和/或時(shí)間距離（例如，一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的采樣點(diǎn)的時(shí)間標(biāo)引（time index)之間的時(shí) 間距離）。如圖1中所示出的，NLM濾波器12包括空間濾波器部件18和強(qiáng)度濾波器部件 20?？臻g濾波器部件18能夠使NLM濾波器12考慮給定信號(hào)中的點(diǎn)的空間和/或時(shí)間距離。 例如，所述空間濾波器部件可以被配置為根據(jù)在信號(hào)的給定采樣點(diǎn)和相對(duì)于這樣的信號(hào)采 樣點(diǎn)的對(duì)應(yīng)樣本鄰域內(nèi)的一個(gè)或者多個(gè)信號(hào)的其它點(diǎn)之間的相對(duì)時(shí)間特性（例如，絕對(duì)時(shí) 間或時(shí)間差），來(lái)對(duì)應(yīng)用于所述信號(hào)的濾波器進(jìn)行加權(quán)?；蛘呋虼送?，空間濾波器部件18能 夠使NLM濾波器12根據(jù)給定信號(hào)的位置與跨幾何表面的一個(gè)或多個(gè)其他信號(hào)之間（例如， 在二維或三維幾何結(jié)構(gòu)當(dāng)中）的幾何距離來(lái)施加濾波器中的加權(quán)。強(qiáng)度濾波器部件20基 于信號(hào)樣本點(diǎn)和每個(gè)樣本點(diǎn)的鄰域內(nèi)的對(duì)應(yīng)樣本的相對(duì)幅值來(lái)實(shí)施加權(quán)。因而，利用所述 鄰域內(nèi)的樣本的相對(duì)強(qiáng)度和幅度來(lái)執(zhí)行對(duì)輸入信號(hào)的平滑處理和去噪。
[0022] 能夠基于對(duì)于一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的設(shè)置，來(lái)針對(duì)由輸入電數(shù)據(jù)14所表示的每個(gè)輸 入信號(hào)或者針對(duì)每個(gè)相應(yīng)信號(hào)的選定部分對(duì)NLM濾波器12進(jìn)行編程。所述可編程參數(shù)可 以包括空間濾波器部件18的參數(shù)和強(qiáng)度濾波器部件20的參數(shù)。如上所述，由輸入電數(shù)據(jù) 14所表示的每個(gè)輸入電信號(hào)可以表示跨患者組織的幾何表面的不同空間位置處的電活動(dòng)。
[0023] 為了對(duì)空間濾波器部件18和/或強(qiáng)度濾波器部件20加以配置，濾波器系統(tǒng)10包 括對(duì)應(yīng)的濾波器控制22。在圖1的范例中，濾波器控制22包括被編程為對(duì)NLM濾波器12 進(jìn)行配置的濾波器配置功能24。濾波器配置功能24被編程為對(duì)一個(gè)或多個(gè)其他濾波器26 進(jìn)行配置。濾波器控制22和配置功能能夠用于響應(yīng)于控制輸入32對(duì)NLM濾波器12和/ 或其他濾波器26加以配置，如文中所公開的。
[0024] 在圖1的范例中，濾波器配置功能部24能夠?qū)臻g參數(shù)數(shù)據(jù)28和強(qiáng)度參數(shù)數(shù)據(jù) 30進(jìn)行設(shè)置，從而分別對(duì)空間濾波器部件18和強(qiáng)度濾波器部件20加以配置。通過(guò)將空間 參數(shù)數(shù)據(jù)28和強(qiáng)度參數(shù)數(shù)據(jù)30應(yīng)用于NLM濾波器12,所述NLM濾波器能夠基于由輸入電 數(shù)據(jù)14所表示的輸入電信號(hào)中的空間距離和強(qiáng)度差這兩者來(lái)執(zhí)行去噪和/或其他濾波器 操作。在這一語(yǔ)境下以及在文中公開的很多范例當(dāng)中，空間參數(shù)對(duì)應(yīng)于與輸入信號(hào)相關(guān)的 時(shí)間距離（例如，時(shí)間距離），從而使得樣本點(diǎn)和樣本鄰域內(nèi)的樣本之間的距離對(duì)應(yīng)于各個(gè) 樣本中的每個(gè)的時(shí)間差。在其他范例中，所述空間參數(shù)可以對(duì)應(yīng)于在一個(gè)位置采樣的給定 信號(hào)與幾何表面的其他位置上的一個(gè)或多個(gè)其他信號(hào)之間的幾何距離（例如，空間域的二 維或三維幾何結(jié)構(gòu)）。因此，可以根據(jù)是否希望對(duì)空間和/或強(qiáng)度濾波施以提高的加權(quán)來(lái)針 對(duì)不同的應(yīng)用對(duì)所述NLM濾波器做出不同的配置。例如，可以利用不同的空間參數(shù)來(lái)控制 在應(yīng)用濾波時(shí)將如何對(duì)相鄰樣本之間的距離加以強(qiáng)調(diào)或去強(qiáng)調(diào)?；蛘呋虼送?，可以實(shí)施不 同的強(qiáng)度參數(shù)（例如，基于強(qiáng)度差），以控制將響應(yīng)于NLM濾波在給定信號(hào)中去除或者保持 幅度差異的程度。
[0025] 作為范例，濾波器配置功能24能夠根據(jù)控制輸入32對(duì)空間參數(shù)數(shù)據(jù)28和/或強(qiáng) 度參數(shù)數(shù)據(jù)30加以配置。可以根據(jù)應(yīng)用要求來(lái)對(duì)控制輸入32加以設(shè)置。例如，可以響應(yīng) 于選擇將實(shí)施的濾波類型的用戶輸入來(lái)提供控制輸入32。在其他范例中，可以響應(yīng)于為空 間參數(shù)數(shù)據(jù)28和強(qiáng)度數(shù)據(jù)參數(shù)數(shù)據(jù)30之一