[发明专利]电岛记录的频率估计

说明书

本发明一般涉及一种用来处理电生理信号的方法和系统，更具体地说，涉及与血糖浓度有关的电活动的检测和分析。

血糖水平监视对于糖尿病患者很重要。葡萄糖水平的连续监视能大大地减少由代谢失衡引起的医学并发症。

胰岛(胰岛)位于胰腺内，并且负责人体中胰岛素的制造。岛是一个多细胞串。在岛内的β细胞响应电活动冲击中的葡萄糖。在血糖监视器中由供给动物的胰腺导出的这种岛的使用，公开在美国专利5,101,814中。电岛记录(EIG)是胰岛电活动的测量。本发明利用EIG提供一种连续的血糖水平传感器。

研究证明在EIG信号的基本频率、与在围绕岛的介质中的葡萄糖水平之间的清楚相关。因此，电岛记录的基本频率的估计是有意义的实际值。

基本频率定义为EIG的“事件”的频率。认为“事件”代表在岛中细胞的同步电活动。通过模拟ECG，在EIG中的“事件”可与心脏周期(PQRST复合波)相比较。

尽管相信EIG处理不能由任何实物进行，但本专利申请的所有者试图直接检测事件，并且然后计算基本频率。与该手段有关的问题是，EIG“事件”的形状和尺寸变化很大，并因此难以实现可靠和健全的事件检测。

按照本发明，直接确定EIG事件的基本频率，而不首先检测各个事件本身。所有这些算法必须使用包含多于一个事件的分析窗口。本发明利用与用来检测和估计语音处理中音调的那些类似的技术。

本发明基于两个重要的生物学发现。第一个是EIG由功能步产生器产生。第二个是EIG信号在大多数时间是准周期的。因为EIG信号的基本准周期特性，使用音调检测算法。用准周期我们指，(1)在连续事件之间的间隔不是准确相同，而是稍微改变；(2)连续事件的振幅和形状也可以呈现某些变化。

试验了几种音调检测算法。他们中的三种达到了良好结果：自相关、分段自相关及谐波波峰分析。本发明的最佳实施例集中在基于自相关方法的算法上。

算法的最佳形式包括如下步骤：

●非EIG信号的检测。该信号可以包括非EIG段，如人为段和无声段。扫描该信号，并且标记和忽略非EIG段。

●把信号划分成重叠分析窗口，每个窗口四秒长，并且与相邻窗口具有75％的重叠。分析窗口包含多于一个事件。

●把用于在语音处理中的音调检测的类型的自相关变换的改进形式应用于单个分析窗口。对于每个分析窗口重复该步骤。

●由分析窗口的自相关值导出基本频率。通常基本频率由最大自相关值指示。对于每个分析窗口重复该步骤。

●后处理器用来“滤除”所有各个分析窗口的结果。在该阶段添加以前标记的非EIG段(人为段和无声段)。

为了产生修改的自相关转换，基于算法的现存自相关按如下方式适合于EIG：

●改进算法设计成用来由自相关值确定音调。算法通常选择最高的自相关波峰(值)。在EIG中我们发现，有时真正的音调不由波峰代表，而由在几个相邻波峰之间的波谷代表。一种算法设计成确定这些情形，并且正确地估计音调。我们称这种现象为“火山”形自相关曲线，因为发现“山”的中心在较低的地面上。

●来自语音处理的一种发声/不发声决定机构是适用的。把“不发声”EIG段定义为非信号(未决定段)。一个后处理器用来决定这些未决定段的音调。尽管不发声语音段的确存在，但“不发声”EIG段是一种虚拟的非信号，而不真正存在。

●设计一种专用预处理算法。信号经受卷积以便增大事件的宽度。这不象目的在于增大高振幅部分和/或滤除共振峰的语音预处理。这种预处理技术称作“变肥”。

●使用4秒非常长的分析窗口，以便找到在从0.25 Hz至5 Hz范围的频率。在语音中，习惯使用约30毫秒的窗口，以便找到在从80 Hz至300 Hz范围的频率。

本发明也考虑了分段自相关算法的使用。这认为是用于EIG的最好方法，但其他的方法也是适用的。分段自相关在“使用分段自相关的语音信号的音调检测(Pitch detection of speech signals usingSegmented Autocorrelation)”/I.A.Atkinson,A.M.Kondoz,B.G.Evans/Electronics Letters Vol.31 No.7 pp.533-535/1995年3月中描述。

参照附图由当前最佳实施例的如下详细描述，将更完整地理解以上简要描述以及本发明的进一步目的、特征、及优点，在附图中：

图1是功能方块图，表示最佳实施例的过程的概要；