[发明专利]一种面向肠鸣音信号监护系统的信号处理方法

摘要

本发明公开了一种面向肠鸣音信号监护系统的信号处理方法，在肠鸣音数据被传声器量化为采样率为Fs的数字信号后，经过自适应滤波算法处理，按窗口长度分段，每段信号应用快速傅立叶变换算法求出其信号频谱，该频谱将首先应用于强度检测；此后在待测频带内与中频谱模型作相关性检测分析，再被送入比较器和参考值相比，只有相关系数足够大的，才认为是肠鸣音信号在该数据窗口中出现，以输出结果“1”表示；反之则输出“0”，本发明还将据此给出RIM、IMF和AMT，用以评价受试者的肠道活动性情况。本发明用于可穿戴式人体肠鸣音信号监护系统，可以植入设备硬件，或置于医院监测服务器中，根据输入系统的肠鸣音信号，标记出受试者肠鸣音的出现位置，从而为医师对腹腔手术病人给予合理的术后康复护理提供技术支持。

主权项

1.一种面向肠鸣音信号监护系统的信号处理方法，其特征在于，包括以下操作：1)自适应滤波模块接收声电传感器采集的肠鸣音信号xn、人体参考噪声nb和环境噪声ne，经一级自适应滤波处理将肠鸣音信号x、人体参考噪声nb中的环境噪声ne剥离，经二级自适应滤波处理将肠鸣音信号x中的人体参考噪声nb剥离，得到降噪信号yn；肠鸣音数据被传声器量化为采样率为Fs的数字信号后发送至自适应滤波模块，所述一级自适应滤波处理是将肠鸣音信号x、人体参考噪声nb作为输入信号分别输入到自适应滤波器IA、IB中，环境噪声ne作为参考噪声分别输入到自适应滤波器IA、IB中，采用自适应算法除去环境噪声ne；所述二级自适应滤波处理是采用两个级联的自适应滤波器进行处理，自适应滤波器IIa的信号输入连接自适应滤波器IA的信号输出，参考噪声输入连接自适应滤波器IB的输出，自适应滤波器IIa的滤波输出、误差输出分别连接自适应滤波器IIb的信号输入、参考噪声输入，采用自适应算法除去人体参考噪声，自适应滤波器IIb滤波输出降噪信号yn；2)以频带抑制比衡量频带内降噪信号yn质量的改善程度，所述的频带抑制比为有用信号频带内和无有用信号频带内信号平均功率谱密度的比值；频带抑制比越大表明信号降噪质量越好，频带抑制比满足设定值的降噪信号yn进行肠鸣音信号的提取；频带抑制比表示为：对于肠鸣音信号，有用信号的频带包含正常音频峰和高调音频峰的区间，包括[160Hz,320Hz]∪[400Hz,650Hz]；无用信号的频带为观测的频带区间减去有用信号的频带区间所得的集合；认为频带抑制比大于10dB的数据存在有肠鸣音群信号，对其相关系数检测；3)将降噪信号yn将按窗口长度分段，每段信号应用快速傅立叶变换算法求出其信号频谱Yj，其中j为时间指标；将信号频谱Yj输入到强度检测单元进行强度检测，只有待测频带内相对频谱强度大于给定阈值的数据段，才被认为频带抑制比大于10dB的数据存在有肠鸣音群信号，以进行相关系数检测；4)相关系数检测是将信号频谱Yj在待测频带内与频谱模型作相关性检测，进行相似程度分析，其相关系数的统计学表达式为：其中j为时间窗口指标；所述的频谱模型表示为勒让德函数的广义傅立叶级数和：其中，x表示归一化频率，即x与信号频率f间存在一一线性映射f:[f1,f2]αx:[‑1,1]对应关系为：频谱模型表示肠鸣音信号的幅度谱的归一化对数值，同实际强度值之间也存在一一线性映射：I:[lg|I|min,lg|I|max]αY:[‑1,1]对应关系为：Pl(x)是勒让德函数，表示为：fl表示广义傅立叶系数，由勒让德函数系的正交归一性导出为其中S表示用于训练频谱模型的样本的归一化幅度谱，每段样本长60s并包含肠鸣音信号，每段样本频带抑制比大于10dB，每段样本将产生一组f_l，所有的f_l将按勒让德多项式子空间维度指标l取平均，作为最终的f_l；N表示用于拟合的次数最高的多项式的次数；5)将相关系数序列输入到滞回比较器与阈值tha、thb进行滞回比较，按时间指标增长时，相关系数大于tha才认为有肠鸣音信号，滞回比较器输出结果“1”；反之，相关系数必须小于等于thb才认为这一组肠鸣音信号消失，滞回比较器输出结果“0”；6)滞回比较器将每一段信号对应的相关系数向量依据相对频谱强度量化为“0‑1”标记的布尔序列并输出，布尔序列中连续3个或以上的连“1”，被认为是一个肠鸣音群信号，依时间指标标记肠鸣音出现的位置。