用于从肌电图信号检测吸入和提取神经呼吸驱动的量度的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于检测用户的神经呼吸驱动量度的方法。所述方法包括获得EMG信号和处理所述EMG信号以产生代用呼吸信号和经处理的EMG信号。然后基于所述代用呼吸信号来检测所述用户的吸入。然后将检测到的吸气与经处理的EMG信号结合使用，以确定所述用户的神经呼吸驱动量度。

Methods and systems for detecting inhalation and extraction of neurorespiratory drive measurements from EMG signals

The invention provides a method for detecting the neurorespiratory driving measurement of a user. The method comprises obtaining an EMG signal and processing the EMG signal to generate a substitute breath signal and a processed EMG signal. Then, the user's inhalation is detected based on the substitute breath signal. The detected inspiratory air is then used in combination with the processed EMG signal to determine the user's neurorespiratory drive metric.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从肌电图信号检测吸入和提取神经呼吸驱动的量度的方法和系统
本专利技术涉及信号处理领域，更具体地涉及肌电图(EMG)信号处理领域。
技术介绍
在患有慢性阻塞性肺病(COPD)和其他呼吸系统疾病的患者中，从表面肌电图测量的胸骨旁和/或膈膜肌肉活动的评估可用于估计患者呼吸努力的强度、定时和持续时间。这可以作为呼吸肌负荷与呼吸肌能力之间平衡的指标。吸入期间的EMG信号与神经呼吸驱动(NRD)有关。在肺过度充气期间，如在COPD患者急性发作期间观察到的，呼吸肌负荷与容量之间的平衡发生变化，这反映在神经呼吸驱动中。较低的能力和较高的负载导致增加的NRD。在吸入期间经由EMG电极从呼吸肌测量的EMG信号，例如来自第二肋间隙的胸骨旁肌肉或来自腹部膈膜，可以用作患者恶化或改善的指示。这也可以用作出院后再入院的预测因子。为了评估吸入期间的呼吸肌活动，需要确定与吸入相对应的时间间隔。通常，使用鼻导管测量的信号来确定吸入间隔。例如，可以将鼻插管连接至压差传感器以识别吸气和呼气阶段(随着空气分别流入和流出)，从而引导NRD手动分析。然而，在实践中，来自鼻插管的信号通常是不可靠的和/或被信号伪迹污染。对于因急性加重入院的COPD患者，这种情况尤其常见，他们经常会经历鼻子呼吸和/或呼吸不稳定的困难。鼻插管信号质量低通常会导致算法无法计算NRD值，因为无法从鼻插管信号可靠地检测到吸入阶段。此外，如果正在计算NRD值，则可能是由于从鼻插管信号中检测到错误的吸入阶段而导致的NRD值不正确，从而可能导致对患者状况的误解读。另外，戴鼻导管对患者可能不舒服，尤其是在长期连续记录期间。鼻插管信号质量不良的原因有多种。首先，鼻插管可能没有正确插入鼻孔，或者在测量时段期间可能变松。另外，信号伪迹可能是由插管在鼻孔内部的运动引起的，这种运动可能在患者移动或咳嗽时发生。另一个常见的问题是患者可能部分地或全部地通过嘴呼吸，在这种情况下，鼻插管信号可能非常微弱并且有噪声。最后，在鼻插管信号中可能存在较大的基线偏移，这可能导致错误的吸入识别。因此，需要一种更可靠的方法来确定EMG信号中的吸气阶段，而不需要大量的额外硬件。
技术实现思路
本专利技术由权利要求来限定。根据本专利技术的一个方面的示例，提供了一种用于提取用户的神经呼吸驱动量度的方法，所述方法包括：获得EMG信号；处理所述EMG信号以产生经处理的EMG信号；处理所述EMG信号以产生代用呼吸信号；基于所述代用呼吸信号来检测所述用户的吸气；以及根据检测到的吸气和经处理的EMG信号来确定神经呼吸驱动量度。该方法仅从用户的EMG信号来导出所述用户的吸气。吸入检测通常通过鼻插管来进行；然而，这对于用户而言可能是不准确且不舒服的。通过使用仅从EMG信号导出的代用呼吸信号来检测用户的吸气，可以获得更准确的测量结果。这是因为EMG信号测量的是肌肉活动而不是气流，这意味着用户可以通过鼻子或嘴巴呼吸而不会干扰EMG信号。另外，由于通过外部电极来测量EMG信号，因此对于用户而言该测量更加舒适。EMG信号也被处理以产生经处理的EMG信号，例如EMG信号的RMS或EMG信号的平均绝对值。通过从代用呼吸信号来检测用户的吸气并将吸气与经处理的EMG信号进行时间对齐，可以识别用户的神经呼吸驱动量度。时间对齐是指对齐两个信号而使得它们示出相同的时间窗口的过程。用户的神经呼吸驱动量度，例如峰值吸气RMSEMG值，可以构成用户的许多临床参数(例如NRD)的基础。直接从用户获得的原始EMG信号通常包含大量噪声和ECG信号。通过处理EMG信号以产生代用呼吸信号，可以提高信噪比，从而提高吸入检测的准确性。可以通过简单的阈值来从代用呼吸信号中检测吸入。换句话说，如果信号上升到预定值以上，则检测到吸气。替代地，可以使用依赖于信号的阈值。在一个实施例中，处理EMG信号以产生代用呼吸信号包括对EMG信号执行尖峰去除。出于多种原因，例如用户的起搏器，瞬态尖峰可能会出现在EMG信号中。这些尖峰信号可能是非生理性的，这意味着它们不表示肌肉活动，因此不会为EMG信号提供有用的信息。瞬时尖峰也可以是生理性的，例如由于ECG信号。通过去除EMG信号中的尖峰，可以提高信噪比。在一些实施例中，处理EMG信号以产生代用呼吸信号包括将第一高通滤波器应用于EMG信号。在另外的实施例中，第一高通滤波器具有大于或等于150Hz的截止频率。通常，选择200Hz作为截止频率。EMG信号通常会包含ECG信号污染。通过将第一高通滤波器应用于EMG信号，可以减少和/或消除ECG信号污染。另外，应用第一高通滤波器还可以减少EMG信号中的各种低频伪迹和噪声。在一种布置中，对EMG信号进行处理以产生代用呼吸信号包括对EMG信号执行包络检测，其中，所述包络检测包括：对所述EMG信号应用整流算子，以生成第二EMG信号；以及将低通滤波器应用于所述第二EMG信号。所述包络检测计算高频EMG信号的低频包络量度，其表示用户的呼吸。通过将整流算子应用于EMG信号，可以防止信号平均到零。然后将低通滤波器应用于第二EMG信号，从而产生EMG包络信号，然后将其用作吸入检测的基础。低通滤波器还充当信号的最终平滑阶段，以减少EMG信号中的噪声。在另一种布置中，第二EMG信号包括EMG信号的类似能量的量度。在又一布置中，EMG信号的所述类似能量的量度包括Teager-Kaiser能量和常规能量中的至少一个。Teager-Kaiser能量算子高效且易于实施，这意味着可以在不负面影响系统性能的情况下计算EMG信号的所述类似能量的量度。常规能量仅仅是多个平方信号值的总和。在一个实施例中，整流算子包括绝对值算子和平方算子中的至少一个。通过对EMG信号应用整流算子，例如绝对或平方算子，可以对EMG信号进行整流，并通过低通滤波器来执行信号包络检测。在一些设计中，处理EMG信号以产生代用呼吸信号包括对EMG信号进行下采样。下采样是降低信号采样率的过程，所述过程用于减小信号数据集的大小。这样，可以减少用于处理EMG信号的存储器和处理要求。在一个实施例中，处理EMG信号以产生代用呼吸信号包括将中值滤波器应用于EMG信号。通过使用中值滤波器，可以从EMG信号中去除任何剩余的残留的尖峰信号，这些残留的尖峰信号没有被初始尖峰去除或第一高通滤波器所去除。在一种布置中，处理EMG信号以产生代用呼吸信号包括将第二高通滤波器应用于所述EMG信号。通过将第二高通滤波器应用于EMG信号，可以去除信号的基线分量。以此方式，可以去除与从EMG信号确定吸入阶段无关的潜在信号趋势。这可能会导致更准确的代用呼吸信号，并且因此更准确地吸入检测。在一些布置中，所述方法还包括基于神经呼吸驱动量度来计算用户的神经呼吸驱动。通过计算用户的神经呼吸驱动，可以监视用户的呼吸功能和健康。根据本专利技术的一个方面的示例，提供了一种包括计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提取用户的神经呼吸驱动量度的方法(10)，所述方法包括：/n获得EMG信号(100)；/n处理所述EMG信号以产生经处理的EMG信号(280)；/n处理所述EMG信号以产生代用呼吸信号(200)；/n基于所述代用呼吸信号来检测所述用户的吸气(300)；以及/n根据检测到的吸气和经处理的EMG信号来确定神经呼吸驱动量度(400)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170420 EP 17167319.71.一种用于提取用户的神经呼吸驱动量度的方法(10)，所述方法包括：
获得EMG信号(100)；
处理所述EMG信号以产生经处理的EMG信号(280)；
处理所述EMG信号以产生代用呼吸信号(200)；
基于所述代用呼吸信号来检测所述用户的吸气(300)；以及
根据检测到的吸气和经处理的EMG信号来确定神经呼吸驱动量度(400)。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，处理所述EMG信号以产生代用呼吸信号包括在所述EMG信号上执行尖峰去除(210)。


3.根据权利要求1至2中的任一项所述的设备，其中，处理所述EMG信号以产生代用呼吸信号包括将第一高通滤波器应用于所述EMG信号(220)。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一高通滤波器的截止频率大于或等于150Hz，例如为200Hz。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，处理所述EMG信号以产生代用呼吸信号包括在所述EMG信号上执行包络检测，其中，所述包络检测包括：
对所述EMG信号应用整流算子，以生成第二EMG信号(230)；以及
将低通滤波器应用于所述第二EMG信号(260)。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二EMG信号包括所述EMG信号的类似能量的量度。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述EMG信号的所述类似能量的量度包括Teager-Kaiser能量和常规能量中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·范德拉尔，S·M·L·德沃特，R·M·M·德尔克斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL