阅读说明：本技术 信号数据提取方法及设备 (Signal data extraction method and device ) 是由 劳里·A·科克斯 于 2013-07-22 设计创作，主要内容包括：一种用于提取重要信号信息的方法和系统被公开。该方法检查一组从患者神经系统测试获得的信号,并且找出关注的信号区域。一旦找出所有具有关注区域的信号组集,系统得出关注区域被定位且有效的结论。拒绝不在组集内的信号,并且在组集内的信号被信号平均以生成信号平均波形。信号平均波形代表测试的结果。(A method and system for extracting important signal information is disclosed. The method examines a set of signals obtained from a patient's nervous system test and finds a signal region of interest. Once all the sets of signal groups with regions of interest are found, the system concludes that the regions of interest are located and valid. Signals that are not within the group set are rejected and the signals within the group set are averaged by the signals to generate a signal average waveform. The signal average waveform represents the results of the test.)

信号数据提取方法及设备

本申请为申请号为201380038587.9，发明名称为“信号数据提取方法及设备”的分案申请。

相关申请

本申请要求了提交于2012年7月20日的美国临时专利申请第61/674,052号的优先权，其内容通过引入被包含到这里。

技术领域

本发明涉及信号数据提取领域，更具体地，涉及一种用于从通过视觉路径测试获得的多个信号中提取信号信息的改良设备和方法。

背景技术

早期疾病监测在改进治疗的成功率方面有极大的重要性。然而，一旦患者显现出疾病症状，通常，该疾病某种程度上已恶化或成立。为了在更早的阶段真正地发现潜在问题，无症状患者应针对疾病的早期信号作检查。

青光眼以及其他眼部和神经相关的疾病均为在较早阶段可能被检测出的疾病。在本技术领域，存在多种能够检测青光眼和其他神经系统疾病的早期发作的测试。

图形VEP在青光眼和其他神经相关疾病的检测中是有名的诊断辅助。在该测试中，患者观察到显示于屏幕上的翻转的图案以及由视觉诱发电位(VEPs)引起的视野内感官刺激。在被测者的头皮上放置电极以检测VEPs。

在使用VEP技术对患者的诊断和/或检查中，临床医生在合成波形图中观察N75P100N135复合组。N75P100N135复合组传递关于传导神经冲动的神经细胞的状态的重要信息。

图形视网膜电图(PERG)是相似于VEP的眼部疾病的诊断工具。然而，和使用VEP不同，VEP的出自视觉皮层的信号从颅骨后方获得，使用PERG，信号直接通过放置传感器于患者眼下的方法从视网膜收集信号。使用PERG测试，诊断的重要波形图具有N35-P50-N95复合组。

通常地，每当显示在屏幕上的图案翻转时，信号产生。在获得特定数量的信号后，根据具体情况，软件程序信号平均多个所获取的信号，并且生成一个表示N75P100N135复合组或N35-P50-N95复合组的波形图。

该生成信号平均信号的方法的一个问题是，与N75P100N135复合组或N35-P50-N95复合组不相关的信号可能包括进信号平均波形图。例如，由患者眨眼或移动引起的信号振荡可能错误地包括进信号平均波形图。结果是，VEP或PERG测试的灵敏度和专一性可能降低或削弱。

发明内容

本发明旨在提供一种用于提高源于多个信号的信号平均波形图的精确度的新方法以及设备。该系统识别时帧，在该时帧内关注区域被期望在信号中出现(“关注区域”为波峰或波谷)。然后，系统检查多个信号以判断目前关注区域是否在多个信号的各个中。一旦在期望时帧内在各个多个信号中检测到关注区域，那么该关注区域为有效的。例如，如果关注区域是为波峰并且期望时帧为在90和120毫秒之间，那么当在90到120毫秒的时帧内检测到预定数量的波峰(例如5个波峰)或预定百分比的波峰时，则系统会判断出关注区域被定位且关注区域有效。一旦做出该判断，将忽略出现于给出时帧外的波峰(即早于90毫秒或晚于120毫秒)。

于是，系统鉴别出所关注波形支持的信号和所关注波形不支持的信号。所关注波形不支持的信号不包括在平均信号测试结果中。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的系统架构的原理图。

图2示出了根据本发明的实施方式的低对比度棋盘格图案。

图3示出了根据本发明的实施方式的高对比度棋盘格图案。

图4示出了根据本发明的实施方式的从患者的左右眼分别获得的两个信号平均波形的读出。

图5示出了在根据本发明的实施方式的PERG测试期间从患者获得的信号平均波形的读出。

具体实施方式

参考以上描述的附图，下面将描述本发明的实施方式。然而，本发明的附图和其描述不旨在限制本发明的范围。可以理解的是，本发明的各种改变能够不脱离本发明的实质。而且，在此描述的特征可忽略，附加特征可被包括，并且/或者在都不脱离本发明的实质的条件下，在此描述的特征可用不同于在此陈述的具体组合的方式来组合。

参照图1，示出了根据本发明的实施方式的由硬件组件构成的系统。如所示，显示设备102，或刺激显示器设置以向观看者104显示图案。传感器10、12和14，例如一次性电极，非侵入性地附接于患者的头皮或患者的眼下，检测分别由视神经或视网膜产生的对刺激的响应。通过数据获取组件107放大、数字化、记录和分析该响应。导体116、118和120分别收集来自传感器10、14和12的信息，传感器10、14和12分别位于患者104视觉皮层、额叶皮层和顶叶皮层周围的头皮上。导体116、118和120连接到VEP记录测量设备。导体121位于患者眼下且连接到PERG测量设备。

VEP或PERG记录和测量设备(或数据获取组件)107，获取大脑或视网膜对刺激的响应。数据获取组件包含放大器106，其接收来自传感器116、118、120和/或121的信号，并且放大VEP/PERG信号。该放大信号接着被提供给用于将模拟的VEP/PERG信号转换为数字形式的模数转换器108。数据获取组件被连接到用于控制VEP/PERG记录和测量设备的操作和功能的计算机的中央处理器110。该计算机具有和/或连接到用于存储信号数据和其他所需信息的数字存储介质。CPU连接到图形用户界面(GUI)或显示器112，其显示通过VEP/PERG记录和测量设备获取的数据，并且显示关于由操作员执行测试的操作的信息。连接到CPU110的键盘114容许操作员输入信息给涉及要测试项目的计算机。同时连接到CPU的打印机124容许打印出测试结果。诸如显卡的视觉刺激生成设备122也连接到CPU且被其控制。刺激生成设备122在显示器102上生成被患者感知的图案。刺激生成设备102经由同步卡(Sync card)126连接到数据获取组件107。同步卡126，使周期性的视觉刺激与记录VEP/PERG信号响应的采样率同步。运行在计算机上的软件被编程以运行在此所述的处理步骤。

图2和图3示出了为刺激视网膜和视觉路径而显示给患者的图案的两个例子。图2示出了低对比度的棋盘格图案，而图3示出了高对比度的图案。在其中任一例子中，“图案翻转”通过颠倒棋盘格上的亮暗块进行。可以被本领域的技术人员理解的是，其他图案是可行的且在本发明的范围内。

在使用VEP技术对患者的诊断和或检查中，N75-P100-N135复合组传递关于视网膜的神经节细胞和传导神经冲动的视神经的状态的重要信息。在VEP技术领域有名的N75-P100-N135复合组大致对应动作电位的去极化和复极化阶段。N75-P100-N135响应的潜伏期或振幅减小可表示，例如，由髓鞘不足引起的，诸如失去传导性的神经损坏。从而，N75-P100-N135复合组为VEP测试的焦点。与N75-P100-N135复合组无关的信号部分，大多在诊断上不关注。

如所述，为了仅包括与N75-P100-N135复合组有关的信号，软件被设计为忽略与N75-P100-N135复合组不相关的效应和信号。在一个实施方式中，软件被设计为同时分析两个或多个时帧且信号平均它们。自动光标位置程序为每个信号平均的成对时帧定位P100波峰。使用柱状图评估P100。识别在所期望的P100的范围内找出的组集。如果组集包含有来自整个测试的足够的百分比的帧，则P100被识别。所述组集外的帧不包括在信号平均测试结果内。由于与P100无关的信号不包括在最终信号平均波形图中，致使VEP响应更清晰且更准确。

例如，给出特定对比度的图案，P100峰预计大约在93到118毫秒间出现。在该测试环境中，软件被设计为生成柱状图或类似的标图用以识别在93到118毫秒内出现的波峰的组集。如果预定数量的波峰在预期时间被识别出，则软件得出P100波峰被定位且有效的结论。任何预期时帧外的峰值都被拒绝且不包括进信号平均波形图。在本发明的一个实施方式中，P100峰的期望时帧是80到140毫秒的范围。可以被本领域的技术人员理解的是，在不同的本发明的实施方式中任何不同的范围都是可能的，其都在本发明的教导内。

在本发明的一个实施方式中，位于两个或者三个(或更多)连续位的信号组集被用于识别N75-P100复合组。任何位于特定三个(或更多)位之前或之后的波峰都被识别为离群值，并且因此不被包括于信号平均波形图内。可以理解的是，连续位的数量可不同，在本发明的不同的实施方式中其能多于或少于三个。

如果组集中找出数量不足的时帧，则P100不被识别出。这很重要，因为神经噪音能单独地趋向于制造波峰，该波峰会被误认为P100响应。由于反复测试时不受旨在或多或少的移动实际P100的随机帧的影响，其结果为更稳定的P100响应。

可以理解的是，在本发明的不同实施方式中，可用任何不同的方法来获得响应的潜伏期。例如，不同于检验单个帧来检测P100潜伏期，系统相反地信号平均两个或多个响应帧(各不同刺激的结果)，并且它包括信号平均波形的潜伏期，该信号平均波形的潜伏期作为在具有相对应的潜伏期范围的位中的一个帧。更具体地，假定信号在每次图案翻转时产生，系统不分析每个产生的信号以检测P100峰，相反，系统产生复合信号平均波形，并且它分析该信号平均波形以判断P100峰是否出现。当信号平均P100峰的组集被识别，系统得出P100已经被定位的结论。可以被本领域的技术人员理解的是，对于P100峰，单个帧可以被分析，并且不是必须分析两个或多个帧的组合。可进一步理解的是，本发明的不同实施方式可能分析多于两个的信号的组合。

如所述，系统识别P100峰的组集旨在得出P100被定位且有效的结论。组集可以用任何不同的方法来建立。在本发明的一个实施方式中，系统判断有效信号与无效信号的比率，并且使用该比率判断是否获得足够数量的有效信号。如果足够大百分比的响应信号是有效的，则建立组集。例如，如果所关注波形在时帧80到140毫秒间时包含P100峰，则在给出时帧具有该波峰的信号为“有效信号”。落于80到140毫秒时帧之外的波峰被称为“无效”。在来自整个测试的所有信号都被获取且存储后，系统判断有效信号的百分比是多少。如果百分比在预定的百分比值之上，则建立P100峰的组集，并且P100被定位且有效。如果有效信号的百分比低于预定的百分比，则不建立组集,并且P100无效。在本发明的一个实施方式中，预定百分比值的范围从30-50％，但在本发明的不同实施方式中可能使用不同的范围和不同的百分比值。

本发明的软件被编程以为每个测试运行多个主要功能。源于神经刺激的所有信号存储在数字存储介质上。软件则分析存储的信号数据以判断所得到的信号的组集是否与特殊波形(例如P100潜伏期)相关。软件然后取两个独立的信号且将它们信号平均为信号平均波形。该信号平均波形则接着被分析以检测在给出时帧内的P100峰。软件继续该程序直到所有或预定数量的所获信号都被分析以识别P100(或其他关注的领域)。软件然后计算从给出的测试获得的信号的总量中识别出的P100的信号的数量。软件然后判断识别出P100的信号百分比是否在预定的百分比值之上。如果数量在预定的百分比值之上，则软件得出P100或其他关注领域的信号被定位且有效的结论。软件然后信号平均所有在给出的时帧内检测到P100的信号，以生成代表测试结果的最终信号平均波形。任何离群信号都被忽略且不合并进最终信号平均波形中。

结果是，本发明的系统识别出与VEP N75P100复合组无关的帧，并且将其从信号平均结果中移除。响应结果具有若干益处：无论具有期望的P100潜伏期还是具有延迟的P100潜伏期的良好的响应都趋向于低噪音(使得P100更容易识别)，并且在反复测试中P100潜伏期趋向于更稳定。不良的响应(无论由病理还是患者不专注还是不良的患者连接引起)能就此被识别，以便不计算错误的P100潜伏期。

图4示出了两个分别从患者右眼和左眼获得的信号平均波形。显示P100峰大约出现在85和120毫秒间(时帧B)。在该例中，识别出现在时帧B中的波峰的组集，并且将其包括进信号平均波形。一旦在时帧B内检测到临界数量的信号，则P100被建立。任何出现在时帧B外的波峰(例如时帧A和C)，都被忽略并且不包括进最终结果信号平均波形中。

图形视网膜电图(PERG)是用于青光眼的检测的另一诊断方式。PERG在通过由患者观察在屏幕上的翻转图案引起的刺激产生信号方面与VEP相似。然而，该信号通过位于患者眼下的特定传感器获取。在PERG测试中，诊断的重要波形具有N35-P50-N95复合组。除了在振幅上通常更小且在时间上向左位移之外，N35-P50-N95复合组与VEP的期望波形相似。因为PERG传感器直接从视网膜接收刺激(与VEP相反，VEP获取在颅骨后方的信号)，与VEP相比，信号在时间方面获取的更早，并且结果是N35-P50-N95复合组左移。因此，当VEP信号波峰在或大约在100毫秒时，PERG信号波峰大约在50毫秒。

在本发明的实施方式中，系统被编程以识别PERG信号中的P50峰。在与所描述的VEP方法的相似的方法中，识别P50被期望发生于其间的时帧。一旦在所期望时帧中检测到预定数量的波峰，则软件得出P50被定位且有效的结论。例如，在本发明的一个实施方式中，软件设置以识别进入40和60毫秒之间的波峰为P50峰。一旦在该时帧检测到波峰的组集，则P50峰被定位。任何在时帧(例如早于40或晚于60毫秒)外的波峰都被忽略，并且不包括进最终信号平均波形。

图5示出了在PERG测试期间获得自患者的信号平均波形。显示P50峰大约出现在48到52毫秒之间(时帧E)。在该例中，识别出现在时帧E中的波峰的组集，并且将其包括进信号平均波形。一旦在时帧E内检测到临界数量的信号，P50峰被建立并且有效。任何出现在时帧B(例如时帧D和F)外的波峰都被忽略，并且不包括进代表测试结果的信号平均波形。

可以理解的是，在此描述的方法和系统可以使用于任何不同测试环境下获得的多个信号，且VEP和PERG仅为示例。

就特定实施方式而言描述的本发明，可以理解的是，由于进一步的改变和变形对本领域的技术人员可以显而易见或可以被诠释，该描述不意为限制。其意图为本申请涵盖所有改进和变形。