EA039701B1 - Method for adaptive filtering of electrocardiosignal - Google Patents

Method for adaptive filtering of electrocardiosignal Download PDF

Info

Publication number
EA039701B1
EA039701B1 EA202191166A EA202191166A EA039701B1 EA 039701 B1 EA039701 B1 EA 039701B1 EA 202191166 A EA202191166 A EA 202191166A EA 202191166 A EA202191166 A EA 202191166A EA 039701 B1 EA039701 B1 EA 039701B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
pitch
mhz
steps
electrocardiosignal
bioimpedance
Prior art date
Application number
EA202191166A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA202191166A1 (en
Inventor
Касымбек Адильбекович Ожикенов
Олег Николаевич Бодин
Максим Игоревич Сафронов
Бекнур Оразгалиулы Омарбеков
Айман Касымбековна Ожикенова
Чингиз Абдраимович Алимбаев
Жадыра Нурдаулетовна Алимбаева
Нурлан Амангелдиевич Баянбай
Original Assignee
Некоммерческое Акционерное Общество "Казахский Национальный Исследовательский Технический Университет Имени К.И. Сатпаева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Некоммерческое Акционерное Общество "Казахский Национальный Исследовательский Технический Университет Имени К.И. Сатпаева" filed Critical Некоммерческое Акционерное Общество "Казахский Национальный Исследовательский Технический Университет Имени К.И. Сатпаева"
Publication of EA202191166A1 publication Critical patent/EA202191166A1/en
Publication of EA039701B1 publication Critical patent/EA039701B1/en

Links

Landscapes

  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

The invention relates to medicine, in particular to cardiology, and can be used for adaptive interference suppression in an electrocardiosignal (ECS). Development of methods and algorithms for filtering the ECS, providing significant interference suppression with minimal distortion of the shape of the useful signal is carried out by expanding the functionality of a method for adaptive filtering of electrocardiosignal, adding additional functions: decomposition of the ECS on harmonics by means of Fourier transformation in the range of from 100 mHz to 1 Hz at a pitch of 100 mHz, from 1 to 10 Hz at a pitch of 1 Hz, from 10 to 100 Hz at a pitch of 10 Hz and from 100 Hz to 1 kHz at a pitch of 100 Hz, measurement of instantaneous values of the bioimpedance Zx(t) by direct measurement of electric dipole parameters on alternating current in the frequency range of from 100 mHz to 1 Hz at a pitch of 100 mHz, from 1 to 10 Hz at a pitch of 1 Hz, from 10 to 100 Hz at a pitch of 10 Hz and from 100 Hz to 1 kHz at a pitch of 100 Hz, measurement of the bioimpedance reference value Z0 by direct measurement of the AC impedance in the range of from 100 mHz to 1 Hz at a pitch of 100 mHz, from 1 to 10 Hz at a pitch of 1 Hz, from 10 to 100 Hz at a pitch of 10 Hz and from 100 Hz to 1 kHz at a pitch of 100 Hz in stationary conditions, namely in conditions of absence of electrical and mechanical interferences, determination of bias of instantaneous values of bioimpedance Zbias(t) by the formula Zbias(t)=Zx(t)-Z0, calculation of the equalization coefficient K for each harmonic determined in the range of from 100 mHz to 1 Hz at a pitch of 100 mHz, from 1 to 10 Hz at a pitch of 1 Hz, from 10 to 100 Hz at a pitch of 10 Hz and from 100 Hz to 1 kHz at a pitch of 100 Hz by the formula equalization of the ECS by multiplying each harmonic by the corresponding equalization coefficient. Electrocardiosignal adaptive filtering makes it possible to minimize the effect of random error component arising from changing the conductivity of tissues of a patient at the moment of registration in conditions of free locomotor activity.

Description

эквализацию ЭКС путём умножения каждой гармоники на соответствующий ей коэффициент эквализации. Адаптивная фильтрация электрокардиосигнала позволяет минимизировать влияние случайной составляющей погрешности, возникающей при изменении проводимости тканей пациента в момент регистрации в условиях свободной двигательной активности.equalization of the EKS by multiplying each harmonic by the equalization coefficient corresponding to it. Adaptive filtering of the electrocardiosignal allows minimizing the influence of the random component of the error that occurs when the conductivity of the patient's tissues changes at the time of registration in conditions of free motor activity.

Изобретение относится к медицине, в частности к кардиологии, и может быть использовано для адаптивного подавления помех в электрокардиосигнале (ЭКС).The invention relates to medicine, in particular to cardiology, and can be used for adaptive interference suppression in an electrocardiosignal (ECS).

В настоящее время большую популярность получили методы амбулаторного мониторинга ЭКС пациента, обеспечивающие регистрацию, хранение и обработку ЭКС в условиях свободной двигательной активности (СДА) пациента. Ранние реализации этих методов в устройствах Холтеровского мониторинга сердца второго поколения привели к возникновению проблем высокой зашумленности зарегистрированного ЭКС. Без непосредственного определения характера помех в зарегистрированном сигнале принято говорить об их случайном характере, что не позволяет эффективно применять традиционные методы фильтрации цифровых сигналов.Currently, methods of outpatient monitoring of the patient's pacemaker, which provide registration, storage and processing of the pacemaker in conditions of free motor activity (SMA) of the patient, have gained great popularity. Early implementations of these methods in second-generation Holter heart monitoring devices led to problems with high recorded pacemaker noise. Without a direct determination of the nature of interference in the recorded signal, it is customary to speak of their random nature, which does not allow the effective use of traditional methods of filtering digital signals.

Если в результате подавления помех происходят искажения формы информативных участков ЭКС, то это может привести к ошибочным или неточным диагностическим заключениям. В этой связи актуальна разработка способов и алгоритмов фильтрации ЭКС, обеспечивающих значительное подавление помех при минимальном искажении формы полезного сигнала [Дроздов Д.В. Влияние фильтрации на диагностические свойства биосигналов. / Функциональная диагностика. 2011, № 3. С. 75-78]. Таким образом, чем лучше фильтр устраняет помехи и чем меньше искажает полезный сигнал, тем более эффективным он будет.If, as a result of interference suppression, distortions of the form of the informative sections of the ECS occur, this can lead to erroneous or inaccurate diagnostic conclusions. In this regard, it is relevant to develop methods and algorithms for filtering the ECS, which provide significant interference suppression with minimal distortion of the useful signal shape [Drozdov D.V. Effect of filtration on the diagnostic properties of biosignals. / Functional diagnostics. 2011, No. 3. S. 75-78]. Thus, the better the filter eliminates interference and the less it distorts the useful signal, the more effective it will be.

Известен способ подавления аддитивных помех [Рангайян P.M. Анализ биомедицинских сигналов. // М.: Физматлит, 2007. С. 109-111], заключающийся в том, что осуществляют фильтрацию ЭКС линейным фильтром нижних частот (ФНЧ).A known method of suppressing additive interference [Rangaiyan P.M. Analysis of biomedical signals. // M.: Fizmatlit, 2007. S. 109-111], which consists in the fact that the ECS is filtered with a linear low-pass filter (LPF).

Недостатком данного способа является то, что вместе с аддитивной помехой из смеси ЭКС и помехи удаляется часть спектральных составляющих полезного сигнала. При этом острые зубцы Q, R, S и другие высокочастотные компоненты полезного сигнала сглаживаются. При расширении полосы пропускания ФНЧ частотный спектр части помех окажется в полосе пропускания фильтра и соответственно такие помехи не будут устранены.The disadvantage of this method is that together with the additive interference from the mixture of EKS and interference is removed part of the spectral components of the useful signal. In this case, the sharp teeth Q, R, S and other high-frequency components of the useful signal are smoothed out. When the bandwidth of the LPF is expanded, the frequency spectrum of some of the interference will be in the filter's bandwidth and, accordingly, such interference will not be eliminated.

Еще одним известным аналогом снижения влияния аддитивной составляющей помех является способ подавления влияния аддитивной помехи на электрокардиосигнал [патент РФ 2428107 С1, опубл. 20.11.2015. Бюл. № 32, МПК А61В 5/0402], заключающийся в том, что в каждом кардиоцикле из аддитивной смеси электрокардиосигнала и помехи осуществляют выделение участка, соответствующего ТРсегменту электрокардиосигнала, выделение помехи на этом участке электрокардиосигнала и формирование электрокардиосигнала без помех.Another well-known analogue of reducing the influence of the additive component of interference is a method of suppressing the influence of additive interference on the electrocardiogram [RF patent 2428107 C1, publ. 11/20/2015. Bull. No. 32, IPC A61B 5/0402], which consists in the fact that in each cardiocycle from an additive mixture of an electrocardiosignal and interference, a section corresponding to the TR segment of the electrocardiosignal is selected, interference is isolated in this section of the electrocardiosignal and the formation of an electrocardiosignal without interference.

Недостатком известного способа подавления влияния аддитивной помехи на электрокардиосигнал является то, что он позволяет устранять только основную гармонику наводки питающей сети.The disadvantage of the known method of suppressing the influence of additive noise on the electrocardiogram is that it allows you to eliminate only the fundamental harmonic of the pickup of the power supply.

Для описания нелинейных зависимостей влияния биоимпеданса тканей на проводимость тока предлагаются многочисленные эквивалентные схемы, позволяющие проводить измерения импеданса на физических моделях [Белик Д.В. Импедансная электрохирургия - Новосибирск: Наука, 2000. - 237 с.]. На предлагаемых схемах R1, R2 - активные сопротивления измерительных электродов; Rp, Ср - реактивные составляющие импеданса; Ri - сопротивление цитоплазмы; Rm - сопротивление межклеточной жидкости.To describe the nonlinear dependencies of the effect of tissue bioimpedance on current conductivity, numerous equivalent circuits are proposed that allow measurements of impedance on physical models [Belik D.V. Impedance electrosurgery - Novosibirsk: Nauka, 2000. - 237 p.]. In the proposed schemes R 1 , R 2 - active resistance of the measuring electrodes; Rp, C p - reactive components of the impedance; Ri is the resistance of the cytoplasm; Rm is the resistance of the intercellular fluid.

Различия импеданса разных тканей у одного и того же организма или у организмов разных видов связаны с тканевыми и клеточными структурно-функциональными особенностями. Даже при близкой по характеру частотной зависимости абсолютные значения поляризационного сопротивления Rp и поляризационной емкости Ср, как будет показано далее в настоящей работе, для разных тканей могут различаться на порядок. Большие объем и плотность клеточных элементов соответствуют более высоким значениям импеданса.Differences in the impedance of different tissues in the same organism or in organisms of different species are associated with tissue and cellular structural and functional features. Even if the frequency dependence is close in nature, the absolute values of the polarization resistance Rp and polarization capacitance Cp , as will be shown later in this work, can differ by an order of magnitude for different tissues. Larger volume and density of cellular elements correspond to higher impedance values.

Наоборот, увеличение количества межтканевой жидкости, кровенаполнения и т.п. снижают импеданс ткани.On the contrary, an increase in the amount of interstitial fluid, blood supply, etc. reduce tissue impedance.

Имеют значение также форма, размеры клеток, их электролитный и биохимический состав [Жчуков А.В. Об исследовании электропроводности биологических систем. // Успехи современной биологии. 1982. - Т. 94. - Вып. 3(6). - С. 404-420; Ибрагимов Р.Ш. О соотношении емкостных и резистивных свойств биологических тканей и жидкостей. // Бюлл. СО АМН СССР. - 1990. - № 2. - С. 84-88]. Но главная особенность плотных клеточных тканей состоит в наличии полупроницаемых клеточных и внутриклеточных мембран, создающих препятствие для свободного распространения тока.The shape, size of cells, their electrolyte and biochemical composition are also important [Zhchukov A.V. On the study of the electrical conductivity of biological systems. // Successes of modern biology. 1982. - T. 94. - Issue. 3(6). - S. 404-420; Ibragimov R.Sh. On the ratio of capacitive and resistive properties of biological tissues and liquids. // Bull. SO AMS USSR. - 1990. - No. 2. - S. 84-88]. But the main feature of dense cellular tissues is the presence of semi-permeable cellular and intracellular membranes that create an obstacle to the free flow of current.

Известно, что изменение проводимости тканей влияет на форму ЭКС [ссылка]. Если рассматривать кожный покров пациента как активную нагрузку (сопротивление), то погрешность, порождаемая влиянием кожного покрова, будет иметь вид линейной аддитивной погрешности. Однако известно, что кожный покров имеет не только активную, но и реактивную составляющую. Из этого следует, что минимизация линейной аддитивной погрешности без учета изменения проводимости кожного покрова (биоимпеданса тканей) в момент регистрации ЭКС может привести к нежелательному сглаживанию острых зубцов Q, R, S и других высокочастотных компонентов полезного сигнала.It is known that changes in tissue conductivity affect the shape of the pacemaker [link]. If we consider the patient's skin as an active load (resistance), then the error generated by the influence of the skin will have the form of a linear additive error. However, it is known that the skin has not only an active, but also a reactive component. From this it follows that the minimization of the linear additive error without taking into account the change in the conductivity of the skin (bioimpedance of tissues) at the time of registration of the pacemaker can lead to undesirable smoothing of sharp Q, R, S waves and other high-frequency components of the useful signal.

Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является способ адаптивной фильтрации электрокардиосигнала [патент РФ № 2568817, опубл. 10.09.2011. Бюл. № 25, МПК А61В 5/04, А61В 5/0402], заключающийся в том, что в каждом кардиоцикле из аддитивной смеси зарегистрированных электрокардиосигнала и помехи осуществляют выделение участков, соответствующих ТР-сегменту иClosest to the proposed method (prototype) is a method of adaptive filtering electrocardiosignal [RF patent №2568817, publ. 09/10/2011. Bull. No. 25, IPC A61V 5/04, A61V 5/0402], which consists in the fact that in each cardiocycle from an additive mixture of registered electrocardiosignal and interference, sections corresponding to the TR segment and

- 1 039701- 1 039701

PQRST-комплексу электрокардиосигнала, определение типа помехи для каждого участка, выбор соответствующего фильтра и фильтрацию выделенных участков электрокардиосигнала в соответствии с типом выделенных помех.PQRST-complex of the electrocardiosignal, determining the type of interference for each section, selecting the appropriate filter and filtering the selected sections of the electrocardiosignal in accordance with the type of selected interference.

Недостатком данного способа является тот факт, что учет нелинейного влияния помехи на ЭКС происходит путем разделения кардиоцикла на низкочастотную (ТР-сегмент) и высокочастотную (PQRST-комплекс) составляющие с последующей индивидуальной фильтрацией каждой составляющей отдельно, что не позволяет в полной мере снизить влияние нелинейных погрешностей, вызванных, например, изменением биоимпеданса тканей пациента в условиях свободной двигательной активности (СДА) пациента в момент регистрации ЭКС.The disadvantage of this method is the fact that the non-linear effect of interference on the ECS is taken into account by dividing the cardiocycle into low-frequency (TP-segment) and high-frequency (PQRST-complex) components, followed by individual filtering of each component separately, which does not allow to fully reduce the effect of nonlinear errors caused, for example, by a change in the bioimpedance of the patient's tissues in the conditions of free motor activity (SMA) of the patient at the time of registration of the pacemaker.

Как следует из анализа описания прототипа, адаптивной фильтрации ЭКС, влияние изменения проводимости тканей в момент регистрации ЭКС учитывается как случайная составляющая, минимизация которой производится одним из предлагаемых известных фильтров, не предназначенных для эффективного снижения случайной составляющей погрешности.As follows from the analysis of the description of the prototype, adaptive filtering of the pacemaker, the effect of changes in tissue conductivity at the time of registration of the pacemaker is taken into account as a random component, the minimization of which is carried out by one of the proposed known filters that are not designed to effectively reduce the random component of the error.

Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей способа адаптивной фильтрации электрокардиосигнала.The invention is aimed at expanding the functionality of the method for adaptive filtering of an electrocardiosignal.

Адаптивная фильтрация электрокардиосигнала позволяет минимизировать влияние случайной составляющей погрешности, возникающей при изменении проводимости тканей пациента в момент регистрации в условиях свободной двигательной активности.Adaptive filtering of the electrocardiosignal allows minimizing the influence of the random component of the error that occurs when the conductivity of the patient's tissues changes at the time of registration in conditions of free motor activity.

Технический результат достигается путем выделения участков, соответствующих ТР-сегменту и PQRST-комплексу электрокардиосигнала, определение типа помехи для каждого участка, выбор соответствующего фильтра и фильтрацию выделенных участков электрокардиосигнала в соответствии с типом выделенных помех, отличающимся тем, что дополнительно осуществляют разложение ЭКС на гармоники с помощью преобразования Фурье в диапазоне от 100 мГц до 1 Гц с шагом 100 мГц, от 1 до 10 Гц с шагом 1 Гц, от 10 до 100 Гц с шагом 10 Гц и от 100 Гц до 1 кГц с шагом 100 Гц, измерение мгновенных значений биоимпеданса Zx(t) путем прямого измерения электрических параметров двухполюсников на переменном токе в диапазоне частот от 100 мГц до 1 Гц с шагом 100 мГц, от 1 до 10 Гц с шагом 1 Гц, от 10 до 100 Гц с шагом 10 Гц и от 100 Гц до 1 кГц с шагом 100 Гц, измерение опорного значения биоимпеданса Z0 путем прямого измерения импеданса на переменном токе в диапазоне от 100 мГц до 1 Гц с шагом 100 мГц, от 1 до 10 Гц с шагом 1 Гц, от 10 до 100 Гц с шагом 10 Гц и от 100 Гц до 1 кГц с шагом 100 Гц в стационарных условиях, а именно в условиях отсутствия электрических и механических помех, определение смещения мгновенных значений биоимпеданса Zсмещ(t) по формуле ^смещСО = ζχ^ расчет коэффициента эквализации K для каждой гармоники, определенной в диапазоне от 100 мГц до 1 Гц с шагом 100 мГц, от 1 до 10 Гц с шагом 1 Гц, от 10 до 100 Гц с шагом 10 Гц и от 100 Гц до 1 кГц с шагом 100 Гц по формуле „ Е /(^о±^СМещ(О)\ (Zo±ZCMe4(t)^ (ZO±(Z-ZOJ) к ~ — · I-----------I =-----------—----------,The technical result is achieved by selecting sections corresponding to the TR-segment and PQRST-complex of the electrocardiosignal, determining the type of interference for each section, selecting the appropriate filter and filtering the selected sections of the electrocardiosignal in accordance with the type of selected interference, characterized in that the ECS is additionally decomposed into harmonics with Fourier transform from 100 MHz to 1 Hz in 100 MHz steps, 1 to 10 Hz in 1 Hz steps, 10 to 100 Hz in 10 Hz steps, and 100 Hz to 1 kHz in 100 Hz steps, measurement of instantaneous values bioimpedance Zx(t) by direct measurement of the electrical parameters of two-terminal alternating current in the frequency range from 100 mHz to 1 Hz in steps of 100 mHz, from 1 to 10 Hz in steps of 1 Hz, from 10 to 100 Hz in steps of 10 Hz and from 100 Hz to 1 kHz in 100 Hz steps, bioimpedance reference Z 0 measurement by direct AC impedance measurement from 100 mHz to 1 Hz in 100 mHz steps, 1 to 10 Hz in steps 1 Hz, from 10 to 100 Hz in steps of 10 Hz and from 100 Hz to 1 kHz in steps of 100 Hz in stationary conditions, namely in the absence of electrical and mechanical interference, determining the offset of instantaneous bioimpedance values Z shift (t) using the formula ^ offset CO = ζ χ^ calculation of the equalization factor K for each harmonic defined in the range from 100 MHz to 1 Hz in 100 MHz steps, from 1 to 10 Hz in 1 Hz steps, from 10 to 100 Hz in 10 Hz steps and from 100 Hz up to 1 kHz with a step of 100 Hz according to the formula -------I=----------------------,

Zq у е у ζ0 ζϋ эквализацию ЭКС путём умножения каждой гармоники на соответствующий ей коэффициент эквализации.Zq y y ζ 0 ζ ϋ equalization of the EKS by multiplying each harmonic by the equalization coefficient corresponding to it.

Способ поясняется фигурами.The method is illustrated by the figures.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого способа адаптивной фильтрации электрокардиосигнала.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed method for adaptive filtering of the electrocardiosignal.

На фиг. 2 приведена расширенная схема дополнительных действий способа адаптивной фильтрации электрокардиосигнала.In FIG. 2 shows an extended scheme of additional steps of the method for adaptive filtering of the electrocardiosignal.

На фиг. 3 приведена измерительная схема для косвенного измерения биоимпеданса на переменном токе.In FIG. 3 shows a measuring circuit for indirect measurement of bioimpedance on alternating current.

На фиг. 4 приведено графическое изображение, иллюстрирующее изменение биоимпеданса кожного покрова во времени.In FIG. 4 is a graphical representation illustrating the change in skin bioimpedance over time.

На фиг. 5 приведено графическое изображение, иллюстрирующее влияние изменения биоимпеданса кожного покрова на амплитуды информативных участков (Р-зубца, QRS-комплекса и ST-сегмента) кардиоцикла ЭКС.In FIG. Figure 5 shows a graphic image illustrating the effect of changes in the bioimpedance of the skin on the amplitudes of informative sections (P-wave, QRS complex and ST-segment) of the ECS cardiocycle.

Способ адаптивной фильтрации ЭКС осуществляется следующим образом. Регистрация ЭКС - это процесс измерения потенциалов на торсе пациента. Эти потенциалы характеризуют электрическую активность в различных участках сердца и позволяют определить нарушения проводимости определенных отделов сердца (эндокарда, миокарда и т.д.). В стационарных условиях регистрации ЭКС пациент находится либо полностью без движения, либо с минимальным движением тела (сокращение грудной клетки во время дыхания) в процессе записи. Так как физические нагрузки отсутствуют и тело находится неподвижно, то биоимпеданс кожного покрова изменяется несущественно. В каждом кардиоцикле из аддитивной смеси зарегистрированных электрокардиосигнала и помехи осуществляют выделение участков, соответствующих ТР-сегменту и PQRST-комплексу электрокардиосигнала, определение типа помехи для каждого участка, выбор соответствующего фильтра и фильтрацию выделенных участков электрокардиосигнала в соответствии с типом выделенных помех, отличающимся тем, что дополнительно осуществляют разложение ЭКС на гармоники с помощью преобразования Фурье в диапазоне от 100 мГц до 1 Гц с шагом 100 мГц, от 1 до 10 Гц с шагом 1 Гц, от 10 до 100 Гц с шагом 10 Гц и от 100 Гц до 1 кГц с шагомThe method of adaptive filtering EX is as follows. EKS registration is the process of measuring potentials on the patient's torso. These potentials characterize the electrical activity in various parts of the heart and make it possible to determine conduction disturbances in certain parts of the heart (endocardium, myocardium, etc.). In the stationary conditions of registration of the EKS, the patient is either completely motionless or with minimal body movement (thoracic contraction during breathing) during the recording process. Since there is no physical activity and the body is motionless, the bioimpedance of the skin does not change significantly. In each cardiocycle, from the additive mixture of the registered electrocardiosignal and interference, sections corresponding to the TP-segment and PQRST-complex of the electrocardiosignal are selected, the type of interference for each section is determined, the corresponding filter is selected, and the selected sections of the electrocardiosignal are filtered in accordance with the type of selected interference, characterized in that additionally, the ECS is decomposed into harmonics using the Fourier transform in the range from 100 MHz to 1 Hz in 100 MHz steps, from 1 to 10 Hz in 1 Hz steps, from 10 to 100 Hz in 10 Hz steps and from 100 Hz to 1 kHz with step

- 2 039701- 2 039701

100 Гц, измерение мгновенных значений биоимпеданса Zx(t) путем прямого измерения электрических параметров двухполюсников на переменном токе в диапазоне частот от 100 мГц до 1 Гц с шагом 100 мГц, от 1 до 10 Гц с шагом 1 Гц, от 10 до 100 Гц с шагом 10 Гц и от 100 Гц до 1 кГц с шагом 100 Гц, измерение опорного значения биоимпеданса Z0 путем прямого измерения импеданса на переменном токе в диапазоне от 100 мГц до 1 Гц с шагом 100 мГц, от 1 до 10 Гц с шагом 1 Гц, от 10 до 100 Гц с шагом 10 Гц и от 100 Гц до 1 кГц с шагом 100 Гц в стационарных условиях, а именно в условиях отсутствия электрических и механических помех, определение смещения мгновенных значений биоимпеданса Zсмещ(t) по формуле ^смещ(0 “ Zq, расчет коэффициента эквализации K для каждой гармоники, определенной в диапазоне от 100 мГц до 1 Гц с шагом 100 мГц, от 1 до 10 Гц с шагом 1 Гц, от 10 до 100 Гц с шагом 10 Гц и от 100 Гц до 1 кГц с шагом 100 Гц по формуле „ Е / (z0±ZCMeUj(t))\ (^о±^смещЦ)) (Z0±(Z-Z0)) к ~ — · I-----------I =-----------=----------,100 Hz, measurement of instantaneous values of bioimpedance Z x (t) by direct measurement of the electrical parameters of two-terminal networks on alternating current in the frequency range from 100 mHz to 1 Hz in steps of 100 mHz, from 1 to 10 Hz in steps of 1 Hz, from 10 to 100 Hz in steps of 10 Hz and from 100 Hz to 1 kHz in steps of 100 Hz, measurement of the bioimpedance reference value Z 0 by direct measurement of the impedance on AC in the range from 100 mHz to 1 Hz in steps of 100 mHz, from 1 to 10 Hz in steps of 1 Hz, from 10 to 100 Hz in steps of 10 Hz and from 100 Hz to 1 kHz in steps of 100 Hz in stationary conditions, namely in the absence of electrical and mechanical interference, determining the offset of instantaneous bioimpedance values Zshift (t) using the formula ^shift (0 “ Zq, calculation of the equalization factor K for each harmonic, defined in the range from 100 MHz to 1 Hz in 100 MHz steps, from 1 to 10 Hz in 1 Hz steps, from 10 to 100 Hz in 10 Hz steps, and from 100 Hz up to 1 kHz with a step of 100 Hz according to the formula „ E / (z 0 ± Z CMeU j (t)) \ (^ o ± ^ shift C)) (Z 0 ± (ZZ 0 )) to ~ - I- ----------I=-----------=----------,

Zq у Е у Zq Zq эквализацию ЭКС путём умножения каждой гармоники на соответствующий ей коэффициент эква лизации.Zq y E y Zq Zq equalization of the ECS by multiplying each harmonic by the equalization coefficient corresponding to it.

Таким образом, изменение биоимпеданса во времени AZx(t) в стационарных условиях пренебрежи мо мало:Thus, the change in bioimpedance with time AZ x (t) under stationary conditions is negligibly small:

AZx(t) = Zx(t)-Zo-+O (1)AZ x (t) = Z x (t)-Z o -+O (1)

Из этого следует, что = (2)It follows from this that = (2)

В отличие от стационарных условий, в амбулаторных условиях регистрации ЭКС двигательная активность пациента ничем не ограничена, возможно выделение секрета (потовых выделений), что вызывает изменение собственного биоимпеданса кожи и, как показано на фиг. 4, негативно сказывается на форме зарегистрированного ЭКС.In contrast to inpatient conditions, in outpatient conditions for registration of the pacemaker, the patient's motor activity is not limited in any way, secretion (sweat secretions) is possible, which causes a change in the skin's own bioimpedance and, as shown in Fig. 4, negatively affects the form of the registered EX.

Из этого следует, что изменение биоимпеданса кожного покрова описывается следующей формулой:From this it follows that the change in the bioimpedance of the skin is described by the following formula:

(3)(3)

Поскольку Zx(t)^Z0, то влияние, оказываемое паразитным изменением биоимпеданса кожи во времени, будет иметь следующий вид:Since Z x (t) ^ Z 0 , then the influence exerted by a parasitic change in skin bioimpedance over time will have the following form:

(4) ιΛίω^ где υχ - паразитное напряжение, вызванное AZx(t) в амбулаторных условиях регистрации ЭКС.(4) ιΛίω^ where υ χ is a parasitic voltage caused by AZ x (t) in the outpatient setting of EKS registration.

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа адаптивной фильтрации электрокардиосигнала (см. фиг. 2).Consider the implementation of the proposed method for adaptive filtering of the electrocardiogram (see Fig. 2).

Учет изменения проводимости кожного покрова во времени позволит перевести помеху, главным компонентом которой является паразитное падение напряжение, вызванное изменением биоимпеданса тканей, из разряда случайных в разряд систематических. Это позволит более эффективно применять известные фильтры прототипа, предназначенные для работы с систематическими помехами.Taking into account the change in the conductivity of the skin over time will make it possible to transfer the interference, the main component of which is a parasitic voltage drop caused by a change in tissue bioimpedance, from the category of random to the category of systematic. This will allow more efficient use of known filters of the prototype, designed to work with systematic noise.

Этап измерение биоимпеданса. На частоте i-й гармоники, находящейся в диапазоне от 100 мГц до 1 Гц с шагом 100 мГц, от 1 до 10 Гц с шагом 1 Гц, от 10 до 100 Гц с шагом 10 Гц и от 100 Гц до 1 кГц с шагом 100 Гц, проводят измерение биоимпеданса, представляющее собой измерение падения напряжения на опорном резисторе R0, входящем в состав измерительной схемы, приведенной на фиг. 3.Stage measurement of bioimpedance. At the frequency of the i-th harmonic, which is in the range from 100 MHz to 1 Hz in steps of 100 MHz, from 1 to 10 Hz in steps of 1 Hz, from 10 to 100 Hz in steps of 10 Hz and from 100 Hz to 1 kHz in steps of 100 Hz, a bioimpedance measurement is performed, which is a measurement of the voltage drop across the reference resistor R 0 , which is part of the measuring circuit shown in FIG. 3.

Измерительная схема представляет собой генератор синусоидального напряжения, которое подается на измерительную схему, образованную объектом измерения с импедансом Z и опорным резистором R0, образующие делитель напряжения.The measuring circuit is a sinusoidal voltage generator, which is fed to the measuring circuit formed by the measurement object with the impedance Z and the reference resistor R 0 forming a voltage divider.

______ ._____ ... .. ... ___________ , В измерительной схеме возникает ток (z+«o) где UГ - напряжение генератора, Z - импеданс объекта измерений, a R0 - сопротивление опорного резистора. С помощью вольтметра переменного тока измеряется действующее значение напряжения на резисторе R0 (UR0), определяемое по формуле Ц — fio (Z+Roy______ ._____ ... .. ... ___________, In the measuring circuit, a current appears ( z + "o) where UГ is the generator voltage, Z is the impedance of the measurement object, and R0 is the resistance of the reference resistor. Using an AC voltmeter, the effective value of the voltage across the resistor R0 (UR0) is measured, determined by the formula C - fio (Z + Roy

Таким образом, биоимпеданс кожного покрова на частоте i-й моды определяется по следующей формуле:Thus, the bioimpedance of the skin at the frequency of the i-th mode is determined by the following formula:

(ur-uRQ) (5)(u r -u RQ ) (5)

Этап расчет параметров эквализационного фильтра. Для корректирования каждой моды ЭКС в соответствии с изменением биоимпеданса кожного покрова авторы предлагают вычислять коэффициент эквализации для i-й моды следующим образом. Допустим, что сердце можно представить в виде генератора с ЭДС, равной Е. Тогда на поверхности кожи будет протекать ток, равный отношению ЭДС генера_ (4ожи ” 7 ), тора и биоимпеданса кожного покрова где Zкожи - импеданс кожного покрова. Как упоминалось выше, в стационарных условиях импеданс Zкожи принимают за опорное значение импеданса в стационарных условиях Z0. В амбулаторных условиях, ввиду изменения биоимпеданса кожи в силу описанStage calculation of the parameters of the equalization filter. To correct each ECS mode in accordance with the change in the skin bioimpedance, the authors propose to calculate the equalization coefficient for the i-th mode as follows. Let us assume that the heart can be represented as a generator with an EMF equal to E. Then a current will flow on the skin surface equal to the ratio of the generator EMF_ (4oj ” 7 ), torus and bioimpedance of the skin where Z skin is the impedance of the skin. As mentioned above, in stationary conditions, the impedance Z of the skin is taken as the reference value of the impedance in stationary conditions Z 0 . On an outpatient basis, due to changes in skin bioimpedance, the effect is described

- 3 039701 ных ранее причин, справедливо следующее: ^кожи = zo ± ^смещСО, т.е. значение биоимпеданса кожи определяется как значение опорного биоимпеданса кожи Z0 плюс-минус смещение биоимпеданса от нормы Zсмeщ(t), определяемого как разность мгновенного значения биоимпеданса на частоте i-й моды (Z) и опорного значения импеданса в стационарных условиях Zq. Таким образом, реальный ток, возникающий на поверхности кожи, подчиняется формуле /кожи = = (ад(Гзд)’ (6) - 3 039701 earlier reasons, the following is true: the skin bioimpedance value is defined as the value of the reference skin bioimpedance Z 0 plus or minus the bioimpedance shift from the norm Z cm e w (t), defined as the difference between the instantaneous value of the bioimpedance at the frequency of the i-th mode (Z) and the reference impedance value in stationary conditions Zq. Thus, the real current arising on the surface of the skin obeys the formula

Для минимизации влияния Zсмeщ(t) необходимо умножить правую часть формулы (6) на безразмерный коэффициент K, учитывающий изменение Zсмещ(t) (). Формула (6) показывает вывод искомого коэффициента K, именуемого коэффициентом эквализации _ Е /(^о±^смещ(О)\ _ (z0±ZCMe4(t)) _ (ZO±(Z-ZO)) ~ То ’ у Е ) ” ζ ~ Tq ’To minimize the effect of Z cm e w (t), it is necessary to multiply the right side of formula (6) by the dimensionless coefficient K, which takes into account the change in Z shift (t) (). Formula ( 6 ) shows the output of the desired coefficient K , called the equalization coefficient ' y E ) ” ζ ~ Tq '

Этап эквализация ЭКС. Данный этап включает в себя умножение каждой моды ЭКС на соответствующий ей коэффициент эквализации с последующим синтезом сигнала с помощью обратного преобразования Фурье. Форма ЭКС, полученного после синтеза, будет изменена с учетом влияния изменяющегося во времени биоимпеданса кожного покрова пациента и пригодна для дальнейшей обработки и анализа.EQ stage. This stage includes the multiplication of each ECS mode by the equalization coefficient corresponding to it, followed by signal synthesis using the inverse Fourier transform. The form of the EKS obtained after synthesis will be changed taking into account the influence of the patient's skin bioimpedance changing over time and is suitable for further processing and analysis.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM

Claims (1)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Способ адаптивной фильтрации электрокардиосигнала (ЭКС), заключающийся в том, что в каждом кардиоцикле из аддитивной смеси зарегистрированных электрокардиосигнала и помехи осуществляют выделение участков, соответствующих ТР-сегменту и PQRST-комплексу электрокардиосигнала, определение типа помехи для каждого участка, выбор соответствующего фильтра и фильтрацию выделенных участков электрокардиосигнала в соответствии с типом выделенных помех, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют разложение ЭКС на гармоники с помощью преобразования Фурье в диапазоне от 100 мГц до 1 Гц с шагом 100 мГц, от 1 до 10 Гц с шагом 1 Гц, от 10 до 100 Гц с шагом 10 Гц и от 100 Гц до 1 кГц с шагом 100 Гц, измерение мгновенных значений биоимпеданса Zx(t) путем прямого измерения электрических параметров двухполюсников на переменном токе в диапазоне частот от 100 мГц до 1 Гц с шагом 100 мГц, от 1 до 10 Гц с шагом 1 Гц, от 10 до 100 Гц с шагом 10 Гц и от 100 Гц до 1 кГц с шагом 100 Гц, измерение опорного значения биоимпеданса Z0 путем прямого измерения импеданса на переменном токе в диапазоне от 100 мГц до 1 Гц с шагом 100 мГц, от 1 до 10 Гц с шагом 1 Гц, от 10 до 100 Гц с шагом 10 Гц и от 100 Гц до 1 кГц с шагом 100 Гц в стационарных условиях, а именно в условиях отсутствия электрических и механических помех, определение смещения мгновенных значений биоимпеданса Zсмещ(t) по формуле Zсмещ(t)=Zx(t)-ZQ, расчет коэффициента эквализации K для каждой гармоники, определенной в диапазоне от 100 мГц до 1 Гц с шагом 100 мГц, от 1 до 10 Гц с шагом 1 Гц, от 10 до 100 Гц с шагом 10 Гц и от 100 Гц до 1 кГц с шагом 100 Гц по формулеA method for adaptive filtering of an electrocardiosignal (ECS), which consists in the fact that in each cardiocycle, from an additive mixture of registered electrocardiosignal and interference, sections corresponding to the TP-segment and PQRST-complex of the electrocardiosignal are selected, the type of interference for each section is determined, the corresponding filter is selected, and the selected sections of the electrocardiosignal in accordance with the type of isolated interference, characterized in that the ECS is additionally decomposed into harmonics using the Fourier transform in the range from 100 MHz to 1 Hz in 100 MHz steps, from 1 to 10 Hz in 1 Hz steps, from 10 to 100 Hz in 10 Hz steps and from 100 Hz to 1 kHz in 100 Hz steps, measurement of instantaneous values of bioimpedance Z x (t) by direct measurement of the electrical parameters of two-terminal AC networks in the frequency range from 100 MHz to 1 Hz in 100 MHz steps, from 1 to 10 Hz in 1 Hz steps, 10 to 100 Hz in 10 Hz steps, and 100 Hz to 1 kHz in 100 Hz steps, reference measurement Z0 bioimpedance readings by direct AC impedance measurement from 100 mHz to 1 Hz in 100 mHz steps, from 1 to 10 Hz in 1 Hz steps, from 10 to 100 Hz in 10 Hz steps, and from 100 Hz to 1 kHz with in steps of 100 Hz in stationary conditions, namely in the absence of electrical and mechanical interference, determining the offset of instantaneous bioimpedance values Z shift (t) using the formula Z shift (t)=Z x (t)-Z Q , calculation of the equalization coefficient K for each harmonics defined in the range from 100 MHz to 1 Hz in 100 MHz steps, from 1 to 10 Hz in 1 Hz steps, from 10 to 100 Hz in 10 Hz steps and from 100 Hz to 1 kHz in 100 Hz steps using the formula
EA202191166A 2020-12-25 2021-04-30 Method for adaptive filtering of electrocardiosignal EA039701B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KZ20200891 2020-12-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA202191166A1 EA202191166A1 (en) 2022-02-28
EA039701B1 true EA039701B1 (en) 2022-03-01

Family

ID=80631305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA202191166A EA039701B1 (en) 2020-12-25 2021-04-30 Method for adaptive filtering of electrocardiosignal

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA039701B1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009545345A (en) * 2006-08-04 2009-12-24 ヘム‐メド ソシエダード リミターダ ECG signal processing method and apparatus
US20140236030A1 (en) * 2004-05-12 2014-08-21 Zoll Medical Corporation ECG Rhythym Advisory Method
US20150068069A1 (en) * 2013-07-27 2015-03-12 Alexander Bach Tran Personally powered appliance
RU2568817C1 (en) * 2014-04-28 2015-11-20 Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Кардиовид" Method for adaptive filtration of electric cardiosignal
RU2016113329A (en) * 2013-09-09 2017-10-17 Конинклейке Филипс Н.В. Isolation of fetal heart rate from maternal abdominal ecg
CN111096740A (en) * 2018-10-25 2020-05-05 上海微创电生理医疗科技股份有限公司 Electrocardiosignal analysis method and device, signal recorder and three-dimensional mapping system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140236030A1 (en) * 2004-05-12 2014-08-21 Zoll Medical Corporation ECG Rhythym Advisory Method
JP2009545345A (en) * 2006-08-04 2009-12-24 ヘム‐メド ソシエダード リミターダ ECG signal processing method and apparatus
US20150068069A1 (en) * 2013-07-27 2015-03-12 Alexander Bach Tran Personally powered appliance
RU2016113329A (en) * 2013-09-09 2017-10-17 Конинклейке Филипс Н.В. Isolation of fetal heart rate from maternal abdominal ecg
RU2568817C1 (en) * 2014-04-28 2015-11-20 Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Кардиовид" Method for adaptive filtration of electric cardiosignal
CN111096740A (en) * 2018-10-25 2020-05-05 上海微创电生理医疗科技股份有限公司 Electrocardiosignal analysis method and device, signal recorder and three-dimensional mapping system

Also Published As

Publication number Publication date
EA202191166A1 (en) 2022-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lenis et al. Comparison of baseline wander removal techniques considering the preservation of ST changes in the ischemic ECG: a simulation study
Xiong et al. ECG signal enhancement based on improved denoising auto-encoder
US10987018B2 (en) Method and system for determining body impedance
US20160143543A1 (en) Patient Signal Filtering
CN111616697B (en) Electrocardiosignal denoising algorithm based on new threshold function wavelet transform
Ko et al. Motion artifact reduction in electrocardiogram using adaptive filtering based on half cell potential monitoring
Cui et al. Wrist pulse diagnosis of stable coronary heart disease based on acoustics waveforms
AU2016293382A1 (en) Fluid level determination
Chen et al. An ECG R-wave detection algorithm based on adaptive threshold
Zhang An improved QRS wave group detection algorithm and matlab implementation
EA039701B1 (en) Method for adaptive filtering of electrocardiosignal
CN110558974B (en) Electrocardiogram signal analysis method based on extreme value energy decomposition method
Stepanov et al. Beat-to-beat cardiovascular hemodynamic parameters based on wavelet spectrogram of impedance data
Durand et al. Modeling of the transfer function of the heart-thorax acoustic system in dogs
Salazar et al. System of heart and lung sounds separation for store-and-forward telemedicine applications
Levin et al. Application of an automated complex resistance and phase difference measuring method for rheographic studies of human cardiovascular system
CN111493821A (en) PPG signal real-time denoising method based on MODWT and median filtering
Shyu et al. The detection of impedance cardiogram characteristic points using wavelet transform
Ivanov et al. Convolutional autoencoder for filtering of power-line interference with variable amplitude and frequency: Study of 12-lead PTB-XL ECG database
Hung et al. A method for suppressing respiratory noise in impedance cardiography and comprehensive assessment of noise reduction performance
Plesnik et al. Improved removal of electrocardiogram baseline wandering
Kotas et al. ECG signals reconstruction in subbands for noise suppression
Tedner Automatic recording of biological impedances
Sulthana et al. Adaptive Signal Enhancement in clinical cardiac care Systems Using Normalized Median LMS Variants
CN115568863A (en) Denoising method, system and storage medium for cardiac impedance hemogram