体感诱发电位波形的分类器制作方法

胡勇, 陆瓞骥

2012年10月24日

2010年10月29日

2009年10月30日

香港大学

A61B5/04GK102753090SQ201080049651

分类器 诱发电位 体感 波形

1.一种方法，包括 至少部分基于至少一个诱发电位记录的中频和测量到的所述至少一个诱发电位记录的过零率来分类所述至少一个诱发电位记录；以及 至少部分基于大致在特定范围之内的所述中频和所述过零率来剔除所述至少一个诱发电位记录2.如权利要求I所述的方法，还包括响应一个或更多的体感刺激而记录所述至少一个诱发电位记录3.如权利要求I所述的方法，其中，所述至少一个诱发电位记录从人或动物体得到4.如权利要求I所述的方法，还包括对至少两个可接受的诱发电位记录求平均以生成合成诱发电位记录5.如权利要求I所述的方法，其中，所述中频被计算为6.如权利要求5所述的方法，其中，阈值中频大致在IOHz与150Hz之间的范围之内7.如权利要求6所述的方法，其中，所述阈值中频是用户可选择的8.如权利要求6所述的方法，其中，如果所述中频基本上等于或高于所述阈值中频，则所述至少一个诱发电位记录被分类为被剔除9.如权利要求I所述的方法，还包括在显示装置上呈现所述中频10.如权利要求I所述的方法，其中，所述过零率被计算为11.如权利要求10所述的方法，其中，阈值过零率大致在I至100的范围之内12.如权利要求11所述的方法，其中，所述阈值过零率是用户可选择的13.如权利要求11所述的方法，其中，如果测量到的过零率基本上等于或高于所述阈值过零率，则至少一个诱发电位记录被分类为被剔除14.如权利要求I所述的方法，还包括在显示装置上呈现所述测量到的过零率15.如权利要求I所述的方法，其中，所述诱发电位记录包括体感诱发电位(SEP)记录16.如权利要求I所述的方法，其中，所述诱发电位记录包括下列至少一个脑电图、神经传导记录、视觉诱发电位、音频诱发电位或者它们的任何组合17.如权利要求I所述的方法，还包括接收表示所述至少一个诱发电位记录的一个或更多的二进制数字信号18.—种设备,包括 计算平台； 所述计算平台至少部分基于至少一个诱发电位记录的中频和测量到的所述至少一个诱发电位记录的过零率来分类所述至少一个诱发电位记录；以及 至少部分基于大致在特定范围之内的所述中频和所述过零率来剔除所述至少一个诱发电位记录19.如权利要求18所述的设备， 其中，所述计算平台能够对至少两个可接受的诱发电位记录求平均以生成合成诱发电位记录20.如权利要求18所述的设备，其中，所述诱发电位记录包括体感诱发电位(SEP)记录21.如权利要求18所述的设备，其中，所述计算平台能够计算所述中频为22.如权利要求18所述的设备，其中，所述计算平台能够计算所述过零率为23.一种制品，包括存储介质，其上存储了由处理器可执行的指令以 至少部分基于至少一个诱发电位记录的中频和测量到的所述至少一个诱发电位记录的过零率来分类所述至少一个诱发电位记录；以及 至少部分基于大致在特定范围之内的所述中频和所述过零率来剔除所述至少一个诱发电位记录24.如权利要求23所述的制品，其中，所述指令还是所述处理器可执行的，以对至少两个可接受的诱发电位记录求平均，从而生成合成诱发电位记录25.如权利要求23所述的制品，其中，所述指令还是所述处理器可执行的，以响应一个或更多的体感刺激而记录所述至少一个诱发电位记录26.如权利要求23所述的制品，其中，所述指令还是所述处理器可执行的，以计算所述中频为27.如权利要求23所述的制品，其中，所述指令还是所述处理器可执行的，以计算所述过零率为

就特定设备或者专用计算装置或平台的存储器中存储的二进制数字信号上的操作的算法或符号表示提供了细节描述的一些部分在这个具体说明书的上下文中，术语特定设备等包括通用计算机或其它计算装置，一旦其被编程为按照来自程序软件的指令来执行特定功能算法描述或符号表示是由信号处理或相关领域的技术人员用于向本领域的其它技术人员传达其工作内容的技术的示例算法在这里以及一般地是被认为是指向预期结果的有条理的操作序列或类似的信号处理在上下文中，操作或处理涉及物理量的物理操纵虽然并非必须，但这类量通常采取能够被存储、传递、组合、比较或者操纵的电或磁信号的形式将这类信号称作位、数据、值、元素、符号、字符、项、号码、数字等，已经被证明有时是便利的，主要是由于通常使用的原因但是应当理解，所有这些或类似的术语要与适当的物理量关联，并且只是便捷的标签除非另加具体说明，正如从以下论述中显而易见的那样，应当理解，在本说明书通篇中，利用诸如“处理”、“计算”、“推算”、“确定”之类术语的讨论表示诸如专用计算机或类似专用电子计算装置之类的特定设备的动作或过程因此，在本说明书的上下文中，专用计算机或者类似专用电子计算装置能够操纵或变换信号，其典型地在专用计算机或类似专用电子计算装置的存储器、寄存器或者其它信息存储装置、传输装置或者显示装置中表示为物理电子或磁量例如，特定计算设备可包括以执行一个或更多的特定功能的指令编程的一个或更多的处理器提供一种用于分类SEP波形的体感诱发电位(SEP)记录的方法或系统这里所使用的“SEP波形”可表示可指示沿体感通路的神经结构的依次激活的一系列电波这类体感通路可位于例如人体脊髓中通常，SEP记录可表示包含一个或更多的SEP信号波形和一个或更多的噪声信号波形的组合的一个或更多的所记录的信号因此，例如，SEP记录以数字格式存储在，例如，存储器装置中在至少一些实施例中，如前面所示，可在也可带来一个或更多的噪声信号波形连同一个或更多的SEP信号波形的环境中创建记录如前面所述，SEP记录可从个人的体感通路来得到在按照要求保护的主题的实施例中，如下面更详细描述的那样，SEP记录可至少部分基于某些特性来分类这类特性的示例非限制性地可包括基于时间(时间的)或者基于频率的特性例如，这类特性可被用于作出与例如要被用于评估个人的体感通路的充分质量的SEP记录有关的确定在一些情况下，SEP记录可充分地受到对于丢弃特定记录更有效的环境噪声信号的影响例如，在一些实施例中，SEP合成记录可通过对充分适当的SEP记录进行平均或者滤波或处理来得到但是，充分受到噪声影响以保证丢弃的SEP记录可甚至例如降级SEP合成记录因此，例如通过忽略这类SEP记录,SEP合成记录可通过例如对于比如果包括这类SEP记录更少数量的适当SEP记录求平均来得到这里所使用的“伪影”可表示可影响SEP记录的一个或更多的噪声信号波形例如，伪影可包括来自生理或非生理源的瞬变现象例如，包含充分的伪影以影响个人的体感通路的评估的SEP记录可被检测并且可能被忽略，如果需要的话例如，具有这种能力可准许在这种SEP记录没有被SEP记录中的噪声信号的存在过度影响或改变的时期上来获得SEP记录 例如，一些情况中的SEP记录可包括在一等级上的信号幅度或者足够的伪影，使得SEP记录的降级可能难以通过信号处理来补偿或调整例如，通常采用信号平均或信号滤波的形式的信号处理表示用于区别SEP信号波形和噪声信号波形的技术例如，噪声信号波形可至少部分通过由记录电极所拾取的寄生或背景电信号来产生例如，如果发生这种情况，这类噪声信号通常与SEP信号波形相结合作为产生SEP记录的记录过程的一部分在上下文中的伪影剔除表示检测和忽略如果SEP合成记录将包括那些SEP记录则难以通过对于SEP合成记录的降级的信号处理来补偿或调整的具有充分等级的噪声信号的那些SEP记录因此，伪影检测和忽略可包括用于为SEP合成记录选择SEP记录的有效工具SEP记录可受到一个或更多的噪声信号波形的存在的影响在一个具体实施例中，SEP合成记录可通过对若干单独SEP记录求平均来生成但是，在上下文中，术语求平均包括加权平均或者其它类型的信号滤波方式，例如高通滤波、低通滤波、FIR滤波或者IIR滤波，这里仅提供几个示例通过对若干SEP记录求平均，可降低特定噪声信号波形存在的影响例如，可评估可产生的SEP合成记录，以至少部分确定沿个人的体感通路的神经结构的可手术性或健康状态图IA-C示出从SEP记录所提取的噪声信号的示例图IA-C的图100、105和110示出在一时间间隔上的电压信号的测量结果的示例在这些示例中，以毫伏的增量来示出电压信号电平，并且以毫秒来示出时间如图所示，图100、105和110示出在较短时间增量上可以波动的电压信号电平测量结果，例如大约0. 05-0. 20mV，从而导致看来与“平滑”相反的“起伏”的图图2A-C示出从SEP记录所提取的SEP波形的示例图2A-C的图200、205和210示出在一时间间隔上的电压信号的测量结果的示例在这些示例中，以毫伏的增量来示出电压信号电平，并且以毫秒来示出时间如图所示，例如，图200、205和210示出在短时间增量上一般没有如图IA-C所示的噪声信号快地改变幅度的电压信号电平测量结果在这里，这类时间增量可以大约在0. 1-0. 2ms的量级上因此，图200、205和210示出看来与如图IA-C的图100、105和110中所示的具有起伏的噪声信号的图相反的比较平滑的图例如，在特定时间，可存在伪影，如噪声瞬变，其具有足够的幅度，使得SEP记录的信噪比(SNR)可被降低，在一些情况下降低很多求平均可用于解决诸如此类的问题例如，在一些实施例中，排除包含大于特定阈值的信号值级别的任何记录信息也许是有可能的另一种技术可涉及评估SEP记录中的频率例如，可执行SEP记录的快速傅立叶变换(FFT)，以确定SEP记录的频率可至少部分基于对于SEP记录的FFT结果来应用频率或幅度标准例如，如果在例如SEP记录的大约30至大约70Hz的频带中测量到的电压信号电平超过大约IOOuV,则如前面所述可剔除或忽略SEP记录用大约IOOuV阈值可忽略一些SEP记录，带来有益效果；但是，这只是一个示例，并且要求保护的主题并不旨在局限于这个方面然而，适当电压信号电平阈值的选择可能是具有挑战性的例如，适当电压信号电平阈值可随不同的人改变较高阈值可收集可使用的SEP记录，但是信号质量可能被降级相反，较低阈值可剔除更有噪的SEP记录，并且因此可呈现具有较高质量的SEP记录但是，较低阈值的使用可能延长记录时间，从而花费较长时间为神经生理学家或临床医生提供SEP合成记录以评估个人的体感通路 但是，至少部分基于电压信号电平阈值的伪影剔除或忽略的方法在检测相对来说具有低幅度的，与具有低幅度的SEP波形相结合的噪声信号可能不是特别有效的另一种方法可应用幅度辨别，由此，评估所产生的电压信号电平是否在预定义时期，如信号出现期间的峰值电压信号电平值小于所选电压信号电平，如下面针对图3所述在这类方式中，至少部分基于SEP记录中的幅度范围或者两个连续信号样本值之间的差的参数可用作伪影剔除或忽略的阈值但是，存在与选择适当阈值信号电平值相关的挑战如前面所述的方式还可产生通过求平均所得到的SEP合成记录中的小偏移例如，在给定时间点的噪声信号可以是独立的，并且特征在于具有接近零的最高概率密度的对称连续分布函数但是，如果分布函数在较高幅度噪声信号值级别具有窄峰，并且所采用的阈值比较接近噪声幅度信号值级别，则偏移可能发生例如，如果噪声信号在时间点中的给定点不是独立地分布，则也可能发生偏移对于至少部分基于应用FFT的技术，在一个具体实施例中，可剔除或忽略具有超过频谱的给定范围中的给定阈值的幅度的SEP记录但是，假定手术室环境中的噪声信号源包括与SEP谱重叠的电力线如果这样的话，这种方法不会示出与至少部分基于幅度信号值级别的方法的显著差异但是，在一个实施例中，伪影剔除或忽略的方法可利用SEP波形和噪声信号分量的频率和时间性质作为分类标准来检测和剔除SEP记录至少部分基于频率和时间性质的方法可利用相当稳定的参数-例如，中频或过零率，下面会更详细地描述这里所使用的“中频”可表示SEP记录的功率谱的中点频率这里所使用的“过零率”可表示沿给定时期的SEP记录的曲线的符号变化率(例如在正与负电压信号值级别之间)例如，一个实施例可能具有的有益效果在于，例如前面所述的从采用较高幅度对较低幅度可能发生的在较大降级或者较长记录周期的方面的牺牲可以得到降低例如，下面所述的方法的实施例可提供用于伪影剔除的SEP记录分类器，但是要求保护的主题在范围上并不局限于这个具体实施例然而，通过使用SEP波形和噪声分量的频率和时间性质作为剔除SEP记录的分类标准，这种方法可提高信号质量，并且为了令人满意的结果减少SEP记录的数量当然，要求保护的主题在范围上并不局限于在硬件、软件或固件中的实现许多组合是可能的然而，要求保护的主题并不旨在针对软件本皇例如，如按照一个实施例所述的方法或系统可能能够检测包含例如可以是比较频繁或者可具有较大幅度的伪影的SEP记录如上所述，例如，SEP记录的信号平均可用于从噪声信号，例如由记录电极所拾取的电信号来提取SEP波形但是，伪影剔除可用于选择适当的SEP记录相应地，这种方法或系统可包括用于在具有噪声信号源存在的环境中，例如在医院或医疗中心的手术室中选择具有充分质量的SEP记录的有效工具图3是按照一个实现的用于伪影剔除的系统300的一实施例的示意图用于伪影剔除的这种系统300可利用若干标准，包括电压信号电平阈值标准例如，如果SEP记录的峰值信号值级别小于特定信号值级别，则可接收信号供评估例如，这种方法或系统可在SEP检测器或监视器中提供伪影剔除例如，在一个具体实施例中，可对未处理的信号应用这种方法，以便至少部分基于时间和频率参数，包括过零率和中频来剔除SEP记录最初可至少部分基于这类SEP记录中包含的阈值电压来剔除某些SEP记录还可执行SEP记录的附加分类在信号分类之后，SEP记录，如果确定为不是需要的，则可被剔除这种方法可提高用于平均到SEP合成记录中的信号质量，并且还可使用更少的SEP记录 参照图3，个人305可经受重复电刺激，这可从电刺激器310通过表面或针电极传递这种刺激可传递到末梢神经以引出体感诱发电位，其可部分通过使用放大器，例如放大器315而被记录滤波器320也可应用于对来自SEP记录的噪声信号进行滤波例如，可从SEP记录过滤可能是已知的包含与SEP波形不相关的信号的某些频率在滤波之后，可将经滤波的SEP记录提供给阈值剔除元件325阈值剔除元件325可以例如剔除具有大于上阈值信号值的一个或更多的峰值电压信号值的SEP记录标准调整元件330可提供由阈值剔除元件325所使用的这类阈值信号值级别标准调整元件330可以例如至少部分基于体感诱发电位的评估来动态调整给定个人的这类阈值信号值如果SEP记录具有大致低于阈值剔除元件的阈值信号值的峰值信号值级别，则SEP记录可由SEP分类器335来分类在这个具体实施例中，例如，SEP分类器335可包括中频(M. F.)剔除元件340和过零率(ZCR)剔除元件345M. F.剔除元件340可剔除具有不是大致在所选范围内的中频的SEP记录，如下面针对图4所述中频可计算为