DE102009003317A1

DE102009003317A1 - Verfahren zur EKG-Identifikation von Fötus und Mutter über mehrere Epochen

Info

Publication number: DE102009003317A1
Application number: DE102009003317A
Authority: DE
Inventors: Lawrence T. Tampa Hersh; Sai Tampa Kolluri; Bruce A. Tampa Friedman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2029-01-08
Also published as: US8064991B2; JP5271718B2; DE102009003317B4; US20090177101A1; GB2456375B; JP2009160410A; GB2456375A; GB0823016D0

Abstract

Es wird ein Verfahren unter Nutzung eines mütterlichen/fötalen Überwachungssystems zum Überwachen der physiologischen Eigenschaften sowohl einer Mutter (10) als auch eines Fötus bereitgestellt. Das Verfahren platziert eine Reihe von EKG-Elektroden (18) über dem Abdomen (20) der Mutter und empfängt EKG-Eingangswellenformen über mehrere getrennte Kanäle. Das Verfahren verarbeitet die Kanäle unter Verwendung eines ICA-Algorithmus (30), um eine Reihe von ICA-Ausgangswellenformen (36) zu erzeugen. Die ICA-Ausgangswellenformen (36) werden für jede einzelne Epoche analysiert, um zu bestimmen, welcher von den Kanälen ein mütterliches Signal (46) oder ein fötales Signal (42) enthält. Auf der Basis der Bestimmung, welcher Kanal die fötalen und mütterlichen Signale enthält, wird eine Weiterverarbeitung an der ICA-Ausgangswellenform (36) auf dem identifizierten Kanal durchgeführt, um physiologische Eigenschaften für die Patientin und den Fötus zu gewinnen. Während der nächsten Epoche erfolgt dieselbe Verarbeitung so, dass das System die fötalen und mütterlichen Signale selbst dann identifizieren kann, wenn die fötalen und mütterlichen Signale von einem Kanal auf einen anderen springen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum nicht-invasiven Überwachen des Herzschlages und des EKG's eines ungeborenen Fötus. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Bestimmen mütterlicher und fötalen Herzfrequenzen und zum Auswählen mütterlicher und fötaler EKG-Signale aus einem von einer Mutter während einer Dauerüberwachung der Mutter abgeleiteten Elektrokardiogramms (EKG).
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Elektrokardiogramm (EKG) ist ein sehr wichtiges Werkzeug in der Diagnose von Herzerkrankungen und Anomalitäten sowohl bei Kindern als auch Erwachsenen. Die durch die jüngsten Fortschritte in der Signalverarbeitung zur Verfügung gestellten neuen Detektionsmöglichkeiten lassen die Möglichkeit, wertvolle Information aus der elektrischen Aktivität des fötalen Herzens zu gewinnen, zu. Die Nutzung eines fötalen EKG's (fEKG's) könnte zu einer frühzeitigen Erkennung und Überwachung von Herzanomalitäten führen, was bessere Information während der gesamten Schwangerschaft und insbesondere perinatal zur Verfügung stellt.
Jedoch ist die Erzielung eines genauen fötalen EKG's aufgrund der schwächeren fötalen Information, die von dem Abdomen der Mutter erhalten werden, schwierig. Insbesondere tre ten, wenn mehrere EKG-Elektroden auf dem Abdomen der Mutter platziert werden, um die erforderliche EKG-Information zu gewinnen, verschiedene offensichtliche Probleme auf. Das erste besteht darin, dass das EKG der Mutter vorhanden ist und üblicherweise deutlich größer als das EKG des Fötus ist. Ferner können, wenn eine Überwachung in der späten Schwangerschaft durchgeführt wird, Uteruskontraktionen vorliegen, welche zu großen elektrischen Artefakten führen, welche das fötale Signal verdecken oder maskieren. Drittens kann sich in vielen Fällen die Mutter unwohl fühlen und ist nicht in der Lage, ruhig zu liegen, was große elektrische Muskelartefakte erzeugt.
Derzeit existieren Signalverarbeitungstechniken, welche die Nutzung von Algorithmen zur Analyse unabhängiger Komponenten (ICA) beinhalten, die auf die von der Mutter gewonnenen Eingangs-EKG-Signale angewendet werden, um saubere Wellenformen zu erzeugen, die weiterverarbeitet werden können. In vielen Fällen kann das Ausgangsignal aus dem ICA-Algorithmus verwendet werden, um ein Signal zum Suchen der fötalen Herzfrequenz bereitzustellen. Typischerweise wird ein Kanal von den mehrkanaligen abdominalen EKG-Ableitungen von der Mutter verwendet, um die fötale Herzfrequenz zu bestimmen. Der ICA-Algorithmus wird an einem Satz von Wellenformen über einer Epoche mit einer vorbestimmten Länge wie zum Beispiel 4 bis 5 Sekunden durchgeführt. Obwohl ein spezieller Kanal aus dem Ausgangssignal des ICA-Algorithmus dazu genutzt werden kann, eine fötale Herzfrequenz für die spezifische Epoche zu identifizieren, wechseln die fötalen und mütterlichen EKG-Signale oft die Kanäle von einer Epoche zu der nächsten. Für die Zwecke der Bestimmung der fötalen Herzfrequenz ist das Kanalspringen des ICA-Ausgangssignals ein Problem, das sich kein getrenntes fEKG-Signal in derselben Wellenformposition von Epoche zu Epoche befinden kann. Zusätzlich werden automatische Techniken für die Identifizierung und Überwachung des fötalen EKG's ferner durch Verändern der Kanäle sowohl der fötalen als auch mütterlichen Signale über mehrere Epochen hinweg komplizierter. Daher wird es erforderlich, über ein Verfahren und Mittel zu verfügen, um zu erkennen, welche von den vermischten mehreren ICA-Ausgangswellenformen aus irgendeiner Epoche ein fötales EKG, ein mütterliches EKG, eine Uteruskontraktion oder lediglich eine Störung ist. Es besteht ein Bedarf diese Bestimmung für jede Epoche einer Reihenfolge von Epochen durchzuführen, so dass das fötale EKG und das mütterliche EKG über eine längere Zeitdauer überwacht werden können.
KURZBESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Wesentlichen ein Verfahren zum Überwachen von mütterlichen und fötalen Vitalzeichen, einschließlich von einer Mutter abgeleiteter EKG- und Herzfrequenzinformation. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Identifizieren, welche aus EKG-Signalen der Mutter abgeleitete ICA-Kanäle durch fötale und mütterliche EKG-Quellen erzeugt werden, sobald sich der Algorithmus durch eine Reihenfolge aufeinander folgender Epochen bewegt.
Zu Beginn werden mehrere EKG-Elektroden auf dem Abdomen der Mutter platziert, um EKG-Signale von dem mütterlichen Patienten abzuleiten. Die Elektroden sind so mit einem Erfassungssystem verbunden, dass Eingangs-EKG-Wellenformen detektiert und zur Überwachung der Herzfrequenz oder anderer EKG-Eigenschaften empfangen werden.
Sobald die Eingangswellenformen an dem EKG-Überwachungsgerät empfangen werden, wird ein Algorithmus zur Analyse unabhängiger Komponenten (ICA) auf jede von den Wellenformen getrennt über eine definierte Epoche angewendet. Typischerweise ist die definierte Epoche zwischen etwa 4 und 5 Sekunden lang, so dass der ICA-Algorithmus über die gesamte Dauer der Epoche auf die Wellenform angewendet wird. Die ICA-Algorithmen sind eine Gruppe allgemein bekannter und allgemein verfügbarer Verarbeitungsalgorithmen.
Nach der Verarbeitung durch den ICA-Algorithmus wird eine ICA-Ausgangswellenform erzeugt und jedem von den mehreren Kanälen zugeordnet. Der ICA-Algorithmus wirkt als ein Filterungs- und Reinigungs-Algorithmus, der verborgene unabhängige Quellen aus den ursprünglichen Eingangswellenformen von den EKG-Elektroden verstärkt und identifiziert und nützlichere Ausgangswellenformen erzeugt. Üblicherweise erzeugt, da das System und das Verfahren eine vorgegebene Anzahl von Kanälen benutzen, der ICA-Algorithmus dieselbe Anazahl von getrennten individuellen ICA-Ausgangswellenformen.
Obwohl ICA-Algorithmen leicht für die Verarbeitung von Eingangswellenformen aus jedem Kanal einer von einem Patienten abgeleiteten EKG-Messung zur Verfügung stehen, stellt die vorliegende Offenbarung verbesserte Verarbeitungstechniken zur Identifizierung bereit, welche Kanäle von den mehreren ICA-Ausgangskanälen fötale oder mütterliche Signalquellen für die aktuelle Epoche sind. Da die mütterlichen und fötalen ICA-Ausgangssignale die Kanäle von einer Epoche zur nächsten wechseln können, arbeitet das System und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung so, dass sie die Kanäle identifizieren, die entweder das mütterliche Signal oder das fötale Signal für jede einzelne Epoche sind.
Gemäß einem ersten Verfahren wird eine diskrete Fourier-Transformierte (DFT) unter Verwendung einer Einrichtung für schnelle Fourier-Transformation (FFT) für jede ICA-Ausgangswellenform berechnet. Der FFT-Algorithmus ist allgemein bekannt und wird jedes Mal verwendet, wenn eine DFT für die im Nachfolgenden offenbarten Verfahren benötigt wird. Die DFT für jede von den ICA-Ausgangswellenformen wird klassifiziert, und die signifikanten Frequenzspitzen und die Lage derartiger Spitzen werden für die ICA-Ausgangswellenform für jeden von den mehreren Kanälen bestimmt.
Sobald alle von den DFT's für die ICA-Ausgangswellenformen ermittelt und die Frequenzspitzen bestimmt worden sind, vergleicht das System die Spitzen der DFT für jede von den ICA-Ausgangswellenformen mit einem bekannten, typischen mütterlichen Signal, das aus einer vorhergehenden Epoche ermittelt wurde. Wenn Frequenzspitzen mit dem mütterlichen Signal aus der vorhergehenden Epoche übereinstimmen, wird die ICA-Ausgangswellenform als ein mütterliches Signal klassifiziert und zur Weiterverarbeitung gespeichert.
Wenn das System bestimmt, dass die gerade analysierte ICA-Ausgangswellenform nicht mit dem bekannten mütterlichen Signal übereinstimmt, bestimmt dann das System, ob die DFT für die ICA-Ausgangswellenform mit einem bekannten fötalen Signal aus einer vorhergehenden Epoche übereinstimmt. Wenn das Signal mit dem bekannten fötalen Signal aus einer vorhergehenden Epoche übereinstimmt, wird die ICA-Ausgangswellenform als ein fötales Signal klassifiziert und im Speicher zur Weiterverarbeitung gespeichert.
Wenn das System bestimmt, dass eine spezielle ICA-Ausgangswellenform weder mit einem bekannten mütterlichen Signal noch einem bekannten fötalen Signal übereinstimmt, kann das System die DFT für die ICA-Ausgangswellenform mit einem bekannten Uterussignal vergleichen. Wenn die DFT für die ICA-Ausgangswellenform mit dem bekannten Uterussignal übereinstimmt, wird die Wellenform als eine eine Uterusaktivität repräsentierende Wellenform gespeichert.
Wenn die ICA-Ausgangswellenform nicht mit dem bekannten mütterlichen Signal, dem bekannten fötalen Signal oder bekannten Uterussignal übereinstimmt, wird die ICA-Ausgangswellenform als Störung klassifiziert.
Sobald das System bestimmt, welche Kanäle von fötaler und mütterlicher Charakteristik sind, werden die Wellenformen aus diesen Kanälen getrennten fötalen und mütterlichen EKG-Prozessoren zur Analyse in einer bekannten Weise zugeführt. Dieses Verfahren wird während jeder Epoche so durchgeführt, dass das System und Verfahren identifiziert, welche ICA-Ausgangswellenformen für jede Epoche fötal oder mütterlich sind.
In einem alternativen Verfahren nutzen das System und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung eine Korrelationsfunktion, um zu bestimmen, welche ICA-Ausgangssignale die fötalen oder mütterlichen Quellensignale sind. In diesem alternativen Lösungsansatz gewinnt das System zuerst ein fötales QRS-Muster aus einer gewissen vorhergehenden Zeit, wie zum Beispiel einer vorhergehenden Epoche. Da ein gegebenes fötales QRS-Muster höchstwahrscheinlich mit der QRS-Struktur für ein fötales Quellensignal aus einer ICA-Ausgangswellenform der vorliegenden Epoche übereinstimmen wird, berechnet das System eine Korrelation des bekannten fötalen QRS-Musters über die Zeit über die Wellenformen der momentanen Epoche. Da erwartet wird, dass wenigstens ein Kanal ein fötales Quellensignal ist, führt die Korrelation des die fötalen Eigenschaften enthaltenden Kanals zu einer hohen Korrelation, sobald das Muster mit dem QRS-Signal der ICA-Ausgangswellenform übereinstimmt, was impliziert, dass hier hohe Korrelationsspitzen in Abstand in einem regelmäßigen Muster vorliegen, wenn die spezielle ICA-Wellenform ein fötales Quellensignal ist. Auf der Basis des ICA-Ausgangssignals, das die beste Korrelation erzeugt, wird diese ICA-Ausgangswellenform als die das fötale Signal enthaltende identifiziert. Wenn die restliche ICA-Ausgangswellenformkanäle nicht das fötale Quellensignal sind, haben diese Signale ein niedrigeres stärker verteiltes Korrelationssignal und werden nicht als ein fötales Quellensignal klassifiziert.
Zusätzlich zur Verwendung eines fötalen QRS-Musters können das System und Verfahren ein mütterliches QRS-Muster verwenden, das ebenfalls aus einer bestimmten vorherigen Zeitperiode wie zum Beispiel einer vorhergehenden Epoche abgeleitet wurde. Wie bei den zum Identifizieren einer fötalen Signalquelle erforderlichen Schritten berechnet das System eine Korrelation für jede von den ICA-Ausgangswellenformen und bestimmt auf der Basis der Korrelation, welche von den ICA-Ausgangswellenformen ein mütterliches Quellensignal ist.
Sobald das System bestimmt hat, welche Kanäle mütterliche Signale und fötale Signale sind, werden die Wellenformen von diesen Signalen einem Prozessor für fötale EKG's und einem Prozessor für mütterliche EKG's zur Weiterverarbeitung und Darstellung des EKG-Signals sowohl für die Patientin als auch den Fötus weitergeleitet. Die zwei diskutierten Verfahren, nämlich die FFT- und Korrelationsverfahren haben jeweils ihre eigenen Vorteile und Nachteile. Die FFT-Technik erfordert kein Muster, ist in der Lage sofort die fötalen und mütterlichen Herzfrequenzen zu identifizieren, indem die Position der Grund- und Oberwellenspitzen in den DFT's der entsprechenden Signalwellenformen erkannt wird, und ermöglicht eine leichte Frequenzbereichsfilterung, um das System bei den Herzfrequenzberechnungen zu unterstützen. Andererseits unterstützt die Korrelationstechnik bei den Herzfrequenzberechnungen, durch die Erzeugung deutlicher Korrelationsspitzen mit der erforderlichen Periode, erfordert aber ein Muster, das nicht immer leicht verfügbar ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen ist:
1 eine Darstellung eines Satzes von EKG-Elektroden, die auf dem Abdomen einer Mutter gemäß der vorliegenden Offenbarung positioniert sind;
2 ist ein Datenflussdiagramm des Verfahrens der Offenbarung, das einen auf eine Extraktion eines fötalen EKG's angewendeten ICA-Algorithmus nutzt;
3 ein Beispiel von ICA-Ausgangswellenformen von auf einem Abdomen einer Mutter angebrachten Elektroden;
4 ein Beispiel des Frequenzinhalts einer fötalen Wellenform nach einer FFT;
5 ein Beispiel des Frequenzgehalts einer mütterlichen Wellenform nach einer FFT;
6 ein Beispiel eines fötalen QRS-Muster;
7 ein Beispiel eines Korrelationsausgangssignals unter Verwendung des fötalen QRS-Muster auf eine fötale ICA-Ausgangswellenform;
8 ein Beispiel eines Korrelationsausgangssignals unter Verwendung des fötalen QRS-Muster auf eine mütterliche ICA-Ausgangswellenform;
9 ein Beispiel eines Korrelationsausgangssignals unter Verwendung eines fötalen QRS-Muster auf eine als Störung abgetrennte Ausgangswellenform;
10 ein Flussdiagramm, das die Schritte zum Bestimmen, ob eine Wellenform das fötale Signal oder das mütterliche Signal enthält, unter Anwendung des Frequenzinhaltes darstellt; und
11 ein Flussdiagramm zum Entscheiden, ob eine Wellenform das fötale Signal enthält, unter Verwendung einer Korrelationsanalysetechnik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 stellt eine so mit einem EKG-Monitor 12 verbundene Mutter 10 dar, dass der EKG-Monitor 12 physiologische Daten sowohl von der Patientin 10 als auch einen von der Patientin 10 getragenen (nicht dargestellten) Fötus überwachen kann. Gemäß Darstellung in 1 nimmt der EKG-Monitor ein Sensorkabel 14 auf, das einzelne Kanäle oder Ableitungen 16 enthält, die jeweils mit einer an dem Abdomen 20 der Patientin 10 befestigten Elektrode 18 verbunden sind. In der in 1 dargestellten Ausführungsform enthält das Sensorkabel 14 sechzehn getrennte EKG-Elektroden 18, die in einer Matrix 22 in Abstand auf dem Abdomen der Mutter 20 positioniert sind. Zusätzlich zu den sechzehn EKG-Elektroden 18 kann das Sensorkabel 14 auch eine Masseelektrode und eine Bezugselektrode enthalten, wie es üblich ist, wenn EKG-Messungen von einer Patientin 10 aufgezeichnet werden. Obwohl die in 1 dargestellte Elektrodenplatzierung im Wesentlichen eine 4×4 Matrix ist, können verschiedene andere Elektrodenanordnungen angewendet und trotzdem innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung arbeiten.
Um eine gute Trennung zu erzielen, sollten die abdominalen EKG-Elektroden 18 nicht zu nahe aneinander platziert sein und sollten eine breite Überdeckung des Abdomens beinhalten. typischerweise sind die regulär beabstandeten sechzehn Elektroden über die gesamte Hautoberfläche der Patientin 10 verteilt. Jede von den EKG-Elektroden 18 detektiert auf der Haut der Patientin vorhandene elektrische Signale und führt die erfassten elektrischen Signale über die Reihe der getrennten Patientenableitungen 16 dem EKG-Monitor 12 zu.
Wie es nachstehend wesentlich detaillierter beschrieben wird, empfängt der EKG-Monitor 12 einen Satz mehrerer Eingangswellenformen von den EKG-Elektroden 18. Der EKG-Monitor 12 enthält nachstehend wesentlich detaillierter zu beschreibende Betriebsprogramme und Software, die so arbeiten, dass sie zur Mutter zugehörige EKG- und physiologische Information von EKG-Information und physiologischen Parametern trennen, die vom dem Fötus stammen. Wie durchgängig durch die restlichen Abschnitte dieser Offenbarung verwendet, kann die physiologische Information, die sowohl für die Mutter als auch den Fötus abgeleitet werden kann, wenigstens die mütterlichen und fötale Herzfrequenz enthalten und kann die mütterliche Atemfrequenz, weitere mütterliche und fötale EKG-Eigenschaften und das Elektrohistogramm (EHG) enthalten.
Gemäß 2 besteht der Anfangsschritt in dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung in der Vorbereitung des Abdomens einer schwangeren Patientin für die Aufbringung der Elektrodenmatrix gemäß Darstellung im Schritt 24. Diese Vorbereitung beinhaltet typischerweise die Entfernung der das Abdomen 20 bedeckenden Bekleidung und die Reinigung des Abdomens, um die Haut für einen guten Oberflächenkontakt mit den einzelnen EKG-Elektroden 18 gemäß Darstellung in 1 vorzubereiten. Gemäß nochmaligem Bezug auf 2 besteht der nächste Schritt in dem Verfahren in der Platzierung der sechzehn EKG-Elektroden, der einen Bezugs-EKG-Elektrode und der einen Masse-EKG-Elektrode auf der Patientin, wie es in 26 dargestellt ist. Typischerweise haftet jede von den Elektroden an dem Abdomen der Patientin an und erzeugt einen Haut/Elektroden-Kontakt niedriger Impedanz, um die auf der Oberfläche der Patientin aufgrund der elektrischen Aktivität sowohl in der Patientin als auch in dem Fötus vorhandenen elektrischen Signale zu messen.
Sobald die einzelnen Elektroden 18 auf dem Abdomen 20 der Patientin platziert sind, werden sechzehn getrennte individuelle Eingangswellenformen an dem EKG-Monitor über die in 1 dargestellten sechzehn Ableitungen 16 empfangen. Gemäß Darstellung im Schritt 28 von 2 enthält der EKG-Monitor 12 Eingangselektronik, Differentialverstärker, Isolationsvorrichtungen und Gleichtaktunterdrückungskomponenten, die die einzelnen Eingangswellenformen von den Elektroden empfangen und eine Anfangsverarbeitung der sechzehn getrennten Eingangswellenformen bereitstellen, die in den sechzehn getrenn ten Kanälen an dem EKG-Monitor 12 empfangen werden. Bevorzugt enthält der EKG-Monitor Berechnungs- und Speichermittel zum Empfangen der einzelnen Eingangswellenformen und zum Ausgeben von Überwachungsdaten zur Nutzung durch einen Arzt. Eine derartige digitale Messanordnung kann, wie es für den Fachmann allgemein bekannt ist, die Eingangswellenformen durch Anwenden von Algorithmen und Filterungsoperationen bearbeiten. Ferner können die Berechnungsmittel Speichermittel zum Aufzeichnen der Eingangswellenformen enthalten, wie es nachstehend im Detail beschrieben wird. In der Ausführungsform der dargestellten Offenbarung stellt der EKG-Monitor 12 eine Anfangsverarbeitung der über die sechzehn getrennten Kanäle empfangenen Eingangswellenformen bereit und zeichnet die Eingangswellenform in einem innerhalb des EKG-Monitors enthaltenen Speicher auf. Da die Wellenform für jeden Kanal kontinuierlich bei dem EKG-Monitor empfangen wird, speichert der EKG-Monitor 12 die Eingangswellenformen kontinuierlich in einer in dem EKG-Monitor enthaltenen Speichervorrichtung.
Wie vorstehend beschrieben, enthalten die Eingangswellenformen, die aus den mit dem EKG-Monitor 12 verbundenen sechzehn Kanälen erhalten werden, eine große Menge an Störungen und unerwünschter Signalinformation. Um Artefakte zu entfernen und die gewünschte Information aus den mütterlichen und fötalen Quellen in den Eingangswellenformen abzutrennen, die direkt aus den EKG-Elektroden erhalten werden, verwendet das in 2 dargestellte System und Verfahren eine Blindquellentrennung (BSS – Blind Source Separation) unter Verwendung eines ICA-Algorithmus zur Analyse unabhängiger Komponenten, der auf die sechzehn getrennten Kanäle von den auf dem Abdomen der Patientin aufgebrachten einzelnen Elektroden angewendet wird. Um den in 30 dargestellten ICA-Algorithmus anzuwenden, speichert der EKG-Monitor die zusammenhängenden Eingangswellenformen von jedem von den sechzehn Kanälen über eine vorbestimmte Zeitdauer.
Die gespeicherten Eingangswellenformen für jeden von den sechzehn Kanälen, die mit den EKG-Elektroden verbunden sind, werden gespeichert und in individuelle Epochen segmentiert. Typischerweise besitzt eine Epoche eine feste Dauer dergestalt, dass Signalverarbeitungstechniken an jeder von den einzelnen Wellenformen über die Epoche hinweg durchgeführt werden können. In der in der vorliegenden Offenbarung dargestellten Ausführungsform hat eine Epoche typischerweise eine Dauer von angenähert vier bis fünf Sekunden, obwohl auch andere Dauern in Betracht gezogen werden. Es wird bevorzugt, dass jede Epoche eine Dauer hat, die größer als die Herzschlagperiode sowohl für die Patientin 10 als auch den Fötus ist. Eine Epochendauer von fünf Sekunden ist in der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gemäß Veranschaulichung durch die in 3 dargestellte Epochendauer 32 dargestellt.
Gemäß nochmaliger Bezugnahme auf 2 wird der ICA-Algorithmus auf den Satz der Eingangswellenformen bei dem Schritt 30 angewendet, um saubere und getrennte Signale zu erzeugen, die die elektrische Aktivität der Mutter, des Fötus und irgendwelcher anderer unabhängiger Quellen, die während der Erfassung der sechzehn EKG-Signale 18 vorhanden sein können, zu erzeugen. Die BSS/ICA-Datenverarbeitungstechniken des Schrittes 30 sind für den Fachmann auf dem Gebiet allgemein bekannt leicht von zahlreichen Abgabestellen beziehbar oder können für einen gewünschten Zweck entwickelt und optimiert werden. Der ICA-Algorithmus des Schrittes 30 ist bevorzugt in Echtzeit auf einem in dem EKG-Monitor enthaltenen Berechnungsmittel implementiert. Der ICA-Algorithmus filtert die direkt aus den EKG-Elektroden erhaltenen Eingangswellenformen so, dass die gefilterten Wellenformen leicht durch weitere Komponenten weiterverarbeitet werden können. Wie beschrieben, sind ICA-Algorithmen allgemein bekannt und wurden bereits für eine ziemliche Zeit eingesetzt. Als ein Beispiel könnte der ICA-Algorithmus jeder bekannte Algorithmus wie zum Beispiel FASTICA oder KUBICA sein, obwohl weitere Arten von ICA-Algorithmen als innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet werden.
Da jede von den Eingangswellenformen auf einem getrennten Kanal von einer getrennten EKG-Elektrode empfangen wird, erzeugt der ICA-Algorithmus 30 sechzehn getrennte Wellenformen, die mit getrennten unabhängigen Quellen, wie im Schritt 34 dargestellt, in Beziehung stehen. Da der ICA-Algorithmus 30 viel von den Störungen von den Eingangswellenformen ausfiltert und entfernt können die im Schritt 34 erzeugten sechzehn ICA-Ausgangswellenformen dazu genutzt werden, um zu bestimmen auf welchem Kanal die fötalen und mütterlichen Herzfrequenz- und EKG-Signale vorhanden sind. Sobald einer der Kanäle identifiziert wurde, kann eine Weiterverarbeitung an den mütterlichen und fötalen Signalen durchgeführt werden.
In 3 sind die ICA-Ausgangswellenformen 36 dargestellt, die von dem im Schritt 30 von 2 dargestellten ICA-Algorithmus erzeugt werden. Die ICA-Ausgangswellenformen 36 sind zusammen mit jedem von den sechzehn Kanälen 38 vorhanden, wobei jeder Kanal 38 eine von den mehreren Wellenformen repräsentiert, die von den auf dem Abdomen der Patientin platzierten Elektroden erhalten werden. Wie man in 3 sehen kann, enthalten viele von den in 3 dargestellten sechzehn Kanälen 38 ICA-Ausgangswellenformen, die scheinbar nur Störungen oder Signale präsentieren, welche nur geringen Nutzen in der Beobachtung der fötalen und mütterlichen EKG's und Herzfrequenzen haben. Jedoch enthält, wie es in der spezifischen Ausführungsform von 3 dargestellt ist, die ICA-Ausgangswellenform auf dem Kanal 8 eine Reihe von Signatur-QRS-Ereignissen 40, die den Herzschlag und das EKG-Signal aus dem Fötus repräsentieren. Somit kann man sagen, dass sich das fötale Signal 42 für die Epoche 32 auf dem Kanal 8 befindet.
Ebenso enthält der Kanal 15 eine Reihe von QRS-Ereignissen 42, die die Herzfrequenz und das EKG-Signal repräsentieren, das aus der Mutter empfangen wird. Somit enthält der Kanal 15 aus der Epoche 32 das mütterliche Signal 46. Zusätzlich zu den QRS-Ereignissen 44 enthält das mütterliche Signal 46 auch T-Wellen anschließend an die Anwendung des ICA-Algorithmus.
Wie man in den in 3 dargestellten mehreren ICA-Ausgangswellenformen erkennen kann, können die ICA-Ausgangswellenformen 36 genutzt werden, um signifikante physiologische Eigenschaften sowohl für die Patientin als auch den Fötus zu bestimmen. Insbesondere kann die auf dem Kanal 15 vorhandene ICA-Ausgangswellenform 16 zum Bestimmen physiologischer Eigenschaften der Mutter verwendet werden, während die auf dem Kanal 8 vorhandene ICA-Ausgangswellenform zum Bestimmen physiologischer Eigenschaften für den Fötus verwendet werden kann. Diese Verwendung des ICA-Algorithmus zum Erzeugen der in 3 dargestellten ICA-Ausgangswellenformen ist allgemein bekannt und im Stand der Technik definiert.
Jedoch können, wie vorstehend beschrieben, das fötale Signal 42 und das mütterliche Signal 46 von einer Epoche zur nächsten von Kanal zu Kanal springen und tun dies typischer weise auch, so dass, obwohl die mütterlichen und fötalen Signale für eine erste Epoche bestimmt werden können, die mütterlichen und fötalen Signale für die nächste Epoche auf anderen Kanälen lokalisiert werden können. Somit müssen, wenn eine automatische Technik für die Bestimmung physiologischer Parameter aus der Patientin auf der Basis der EKG-Information verwendet wird, der sowohl das fötale Signal 42 als auch das mütterliche Signal 46 enthaltende Kanal bekannt sein, was eine erhebliche durch die vorliegende Offenbarung angegangene Herausforderung darstellt.
Gemäß nochmaliger Bezugnahme auf 2 besteht der nächste Schritt in dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung in der Verwendung einer bestimmten Art von Wellenform-Sortierungsalgorithmus 48, um zu identifizieren, welche Kanäle das mütterliche Quellensignal und das fötale Quellensignal enthalten. Sobald der Wellenform-Sortierungsalgorithmus 48 bestimmt, welche Kanäle die mütterlichen und fötalen Signale enthalten, wird die Information aus diesen Signalen entweder einem Prozessor 50 für mütterliche EKG's oder einem Prozessor 52 für fötale EKG's zur Weiterverarbeitung zugeführt. Der Prozessor 50 für mütterliche EKG's kann physiologische Eigenschaften für die Mutter auf der Basis der Analyse der ICA-Ausgangswellenform die das mütterliche Signal enthält bestimmen, während der Prozessor 52 für fötale EKG's Verarbeitungstechniken durchführen kann, um physiologische Daten für den Fötus zu erzeugen. Zusätzlich zu den Prozessoren 50, 52 für mütterliche und für fötale EKG's kann das System auch einen Prozessor 54 für Uterusaktivitäten enthalten, der zum Überwachen der Uterusaktivitäten der Patientin, wie zum Beispiel Kontraktionsstärke, Kontraktionsintervalle oder anderer relevanter Information der Mutter während der der Geburt des Fötus vorhergehenden Kontraktionen verwendet werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, besteht ein erhebliches Problem, das durch die Verwendung nur eines ICA-Algorithmus 30 zur Bestimmung, welcher Kanal ein fötales Signal und ein mütterliches Signal enthält, entsteht, darin, dass, obwohl die Lage dieser Signale für eine ausgewählte Epoche bestimmt werden kann, die Lage dieser Signale sich von einer Epoche zur nächsten ändern kann. Somit wurden wenigstens zwei alternative Entscheidungsarten, welche Signale sich auf welchen Kanälen befinden, gemäß der vorliegenden Offenbarung entwickelt.
Das erste Verfahren zum Entscheiden, welche Signale das mütterliche Signal und das fötale Signal enthalten, ist im Wesentlichen in dem Flussdiagramm von 10 dargestellt und beschrieben. Wie in 10 dargestellt, beginnt, sobald die sechzehn getrennten, unabhängigen ICA-Ausgangswellenformen erzeugt worden sind, das System mit dem Prozess der Identifizierung der Wellenformen im Schritt 51. Sobald der Quellenidentifizierungsprozess begonnen hat, berechnet das Verfahren zuerst eine schnelle Fourier-Transformierte (FFT) für jede von den ICA-Ausgangswellenformen gemäß Darstellung im Schritt 53. In dem in 10 dargestellten Prozess berechnet das Verfahren jede von den ICA-Wellenformen sequentiell vom Kanal 1 bis zum Kanal 16, wie es beschrieben wird.
Sobald die FFT für jede von den ICA-Ausgangswellenformen berechnet worden ist, identifiziert das System signifikante Frequenzspitzen für jede Wellenform im Schritt 55. 4 und 5 stellen die FFT einer fötalen Wellenform 56 und eine FFT für eine mütterliche Wellenform 58 dar. Obwohl 4 und 5 die FFT für die fötale Wellenform und die mütterliche Wellenform darstellen, dürfte es sich verstehen, dass die FFT für ICA-Ausgangswellenformen, die weder die fötale Wellenform noch die mütterliche Wellenform enthalten, ein andere Energiecharakteristik als die in den 4 und 5 dargestellte enthalten.
Gemäß Darstellung in 4 repräsentiert die erste Spitze 60 für die fötale Wellenform die fötale Herzfrequenz für den Fötus. In der in 4 dargestellten Ausführungsform erscheint die Spitze 40 angenähert bei 2,5 Hz, was für die Herzfrequenz des Fötus repräsentativ ist. Ebenso enthält die in 5 dargestellte mütterliche Wellenform 58 eine Spitze 62, die die mütterlich Herzfrequenz repräsentiert. In der in 5 dargestellten Ausführungsform erscheint die Spitze 62 angenähert bei 1,5 Hz, was für die Grundherzfrequenz der Mutter repräsentativ ist.
Gemäß nochmaliger Bezugnahme auf 10 bestimmt, sobald die signifikanten Frequenzspitzen für jede Wellenform im Schritt 54 identifiziert worden sind, das System, ob alle ICA-Ausgangswellenformen im Schritt 64 sortiert werden sind. Wenn nicht alle ICA-Ausgangswellenformen sortiert worden sind, geht das System zu dem Schritt 66 über und versucht die FFT auf der Basis der ICA-Ausgangswellenform von dem gerade analysierten Kanal zu klassifizieren. Im Schritt 66 vergleicht das System die im Schritt 55 identifizierten Energiespitzen mit Spitzen, die in einem typischen mütterlichen Signal vorhanden sind, das aus einer vorhergehenden Epoche berechnet oder zuvor an einer Speicherstelle gespeichert wurde. Wenn das System im Schritt 68 bestimmt, dass die Frequenzspitzen der gerade analysierten FFT-Wellenform einem mütterlichen Signal entsprechen, platziert das System die Wellenform an einer Speicherstelle für mütterliche Signale zur Weiterverarbeitung, wie es im Schritt 70 dargestellt wird.
Gemäß nochmaliger Bezugnahme auf 5 tritt für eine mütterliche Wellenform eine deutliche Anzahl von Energiespitzen in dem Frequenzbereich 72 auf, welcher sich in der dargestellten Ausführungsform zwischen angenähert 10 bis 20 Hz befindet. Da die Wellenform 58 eine erhebliche Menge an Energie und Spitzen in dem Frequenzbereich 72 enthält, wird die in 5 dargestellte Wellenform 58 durch das vorliegende Verfahren als eine mütterliche Wellenform klassifiziert. Im Gegensatz zu der in 5 dargestellten Wellenform enthält die in 4 dargestellte Wellenform 56 nicht viele Spitzen in dem Frequenzbereich von 10 bis 20 Hz. Somit ist die in 4 dargestellte Wellenform 56 deutlich keine mütterliche Wellenform. Man beachte, dass erwartet wird, dass ein fötales EKG-Signal schnellere Komponenten enthält, das heißt, eine höhere Energie bei höheren harmonischen Frequenzen als das mütterliche EKG-Signal.
Gemäß nochmaliger Bezugnahme auf 10, vergleicht, wenn das System im Schritt 68 bestimmt, dass die Frequenzspitzen keine mütterlichen sind, das System die Frequenzspitzen mit einem typischen aus einer vorherigen Epoche bestimmten fötalen Signal im Schritt 74. Auf der Basis des Vergleichs im Schritt 74 bestimmt das System im Schritt 76, ob die Frequenzspitzen dem typischen fötalen Signal entsprechen. Wenn die Frequenzspitzen dem typischen fötalen Signal entsprechen platziert das System die Wellenform in einem Speicher zur Weiterverarbeitung, wie es im Schritt 78 dargestellt ist.
Gemäß 4 besitzt die in 4 dargestellte Wellenform 56 eine signifikante Energiemenge und Spitzen in dem Frequenzbereich 80, welcher typischerweise für eine fötale Wellenform repräsentativ ist. In der dargestellten Ausfüh rungsform ist der Frequenzbereich 80 angenähert 20 bis 50 Hz. Zum Vergleich enthält die in 5 dargestellte Wellenform 58 eine sehr kleine Energiemenge in dem Frequenzbereich zwischen 20 bis 50 Hz, was anzeigt, dass die Wellenform 58 keine fötale Wellenform ist, sondern wie vorstehend beschrieben, die Wellenform 58 einer mütterlichen Wellenform entspricht.
Wenn das System im Schritt 76 bestimmt, dass die Frequenzspitzen nicht fötal sind, vergleicht dann das System die Spitzen mit typischen Uterussignalen, die aus einer vorhergehenden Epoche bestimmt wurden, wie es im Schritt 82 dargestellt ist. Die typischen Uterussignale aus der vorhergehenden Epoche beruhen auf Kontraktionen der Abdominalmuskeln der Patientin, wie zum Beispiel während einer Kontraktion. Wenn die Frequenzspitze im Schritt 84 als uterusartig klassifiziert werden, platziert das System die Wellenform im Speicher zur Weiterverarbeitung im Schritt 86. Wenn jedoch das System bestimmt, dass die Frequenzspitzen nicht mütterlich, fötal oder uterusartig sind, klassifiziert das System die Wellenform als Störung, wie es im Schritt 88 dargestellt ist. Sobald die FFT für die ICA-Ausgangswellenform auf dem spezifischen Kanal klassifiziert ist, kehrt das System zum Schritt 54 zurück, um die signifikanten Frequenzspitzen für die nächste Wellenform auf dem nächsten Kanal zu identifizieren. Sobald alle ICA-Wellenformen sortiert worden sind, geht das System zu dem Schritt 90 über und bestimmt die fötale oder mütterliche Herzfrequenzinformation auf der Basis der Kenntnis welcher Kanal ein fötales Signal ist und welcher Kanal ein mütterliches Signal ist, wie es in der vorhergehenden Analyse bestimmt wurde.
Wie vorstehend diskutiert, werden, sobald das System bestimmt, welche Kanäle von den mehreren Kanälen fötal und wel che mütterlich sind, die fötalen und mütterlichen Signale an ihre entsprechenden Prozessor 52 für fötale EKG's und Prozessor 50 für mütterliche EKG's gemäß Darstellung in 2 gesendet. Das in 10 dargestellte Verfahren ermöglicht dem System zu bestimmen, welche Kanäle von der fötaler oder mütterlicher Charakteristik sind, so dass eine zusätzliche Verarbeitung in einer dem Fachmann auf diesem Gebiet gut bekannten Weise durchgeführt werden kann.
Wie man aus der vorstehenden Offenbarung erkennen kann, bestimmt das System, welche Kanäle fötale und mütterliche Signale sind, auf der Basis einer Analyse und eines Vergleichs einer FFT für jede ICA-Ausgangswellenform. Beispielsweise wird erwartet, dass die Spitzen in der FFT, die aus der vorhergehenden Epoche für ein mütterliches Signal und ein fötales Signal bekannt sind, auch in einer neu erfassten Epoche vorhanden sind. Zusätzlich wird eine FFT-Spitze in der Nachbarschaft der bekannten Herzfrequenz entweder für ein mütterlicher oder fötales Signal erwartet, welche zur korrekten Klassifizierung von Signalen beitragen kann. Sobald die Wellenformen für die momentane Epoche analysiert sind, speichert das System die Wellenform für die mütterlichen und fötalen Signale im Speicher so, dass die gespeicherten Signale verwendet werden können, wenn die ICA-Ausgangswellenformen für die nächste Epoche analysiert werden. Auf diese Weise nutzt das System und Verfahren der vorliegenden Offenbarung Information aus der jüngsten Epoche, um Signale für die aktuelle Epoche zu klassifizieren.
Als ein alternatives Verfahren zu dem Verfahren der Nutzung einer FFT für jede vorstehend beschriebene Wellenform kann das System auch ein Korrelationsverfahren zur Klassifizierung anwenden, welche Kanäle von den ICA-Ausgangswellen formen die fötalen Quellensignale oder die mütterlichen Quellensignale sind. Algorithmen zum Berechnen von Korrelationen sind dem Fachmann auf diesem Gebiet allgemein bekannt und sind im Wesentlichen ein Maß für die Übereinstimmung des Wellenformmusters zwischen zwei Eingangssignalen. Für die hierin beschriebenen Zwecke benötigt der Korrelationsalgorithmus ein bekanntes Muster als eines der Eingangssignale. Die Verwendung eines Zeitintervalls um ein bestimmtes Bewertungs-Ereignis herum, wie zum Beispiel ein QRS-Ereignis oder ein Uteruskontraktionsereignis, kann das Muster zur Verwendung in der Korrelationsberechnung spezifizieren, aber weitere Mittel können zum Finden eines geeigneten Musters verwendet werden. Das Verfahren zum Bestimmen, welche Kanäle die fötalen und mütterlichen Signale enthalten, wird nun unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 11 beschrieben. Zu Beginn startet das System den Identifikationsprozess im Schritt 92. Nach dem Start des Prozesses im Schritt 92 gewinnt das System ein fötales QRS-Muster aus einer vorhergehenden Zeitperiode oder einer vorhergehenden Epoche, wie es im Schritt 93 dargestellt ist. Wie es in 6 dargestellt ist, definiert das fötale QRS-Muster 94 eine QRS-Episode, die eine Q-Spitze 96 und eine R-Spitze 98 über eine Zeitdauer 100 enthält. Bevorzugt wird das QRS-Muster 94 während einer vorhergehenden Epoche auf der Basis der Identifikation bestimmt, welche ICA-Ausgangswellenform das fötale Signal enthält.
Gemäß nochmaliger Bezugnahme auf 11 berechnet, sobald das QRS-Muster bestimmt worden ist, das System eine Korrelation für jede von den ICA-Ausgangswellenformen auf der Basis des QRS-Musters 94, wie es im Schritt 102 dargestellt ist. Die Korrelation der ICA-Ausgangswellenform auf jedem Kanal von den mehreren Kanälen mit dem fötalen QRS-Muster 94 aus einer vorhergehenden Epoche führt zu einer Wellenform oh ne hohe Korrelation, wenn die Wellenform das fötale Signal nicht enthält, während das QRS-Muster, wenn es über eine Wellenform mit dem fötalen Signal läuft, große Korrelationsspitzen mit der Periode der fötalen Herzfrequenz ergibt. Somit ist die Wellenform, die hohe Korrelationsspitzen erzeugt, die Wellenform, die ein fötales Quellensignal ist, während diejenigen Wellenformen, die zu einer geringern Korrelation führen, die Wellenformen sind, die keine fötalen Komponenten enthalten.
In 7 ist die Korrelation des fötalen QRS-Musters mit einer ICA-Ausgangswellenform dargestellt, die, auf der Basis der Korrelationsergebnisse, das fötale Signal enthält. Gemäß Darstellung in 7 enthält das Korrelationssignal 104 eine Anzahl von Spitzen 106, die sich über einer Korrelationsbasislinie 108 hinaus erstrecken. Bekanntermaßen liegt, wenn sich die Korrelationswellenform 1 annähert, nahezu eine identische Korrelation zwischen dem QRS-Muster und dem gerade analysierten Signal vor. In der in 7 dargestellten Ausführungsform ist der Schwellenwert 108 bei einer Korrelation von 0,8 positioniert, was einen hohen Grad an Korrelation zwischen dem Muster und dem analysierten Signal anzeigt. Gemäß Anzeige in 7 enthält das Korrelationssignal 104 zahlreiche periodische Spitzen 106, die sich über den Schwellenwert 108 hinaus erstrecken. Somit hat das in 7 dargestellte Korrelationssignal 104 eine sehr hohe Korrelation, was anzeigt, dass der analysierte Kanal in seinen Eigenschaften fötal ist.
In 8 ist ein Korrelationssignal 110 für einen anderen als den in 7 gezeigten Kanal dargestellt. Wie in 8 dargestellt, erstrecken sich nur wenige Spitzen 106 über den Schwellenwert 108 hinaus, und von diesen Spitzen, die sich über den Schwellenwert hinaus erstrecken, erstreckt sich jede Spitze 106 nur leicht über den Schwellenwert. Somit zeigt, wenn die zwei Korrelationssignale 104 und 110 verglichen werden, das Korrelationssignal 104 eindeutig ein fötales Signal, während das in 8 dargestellte Korrelationssignal 110 das fötale Signal nicht enthält. Auf der Basis einer weiteren Signalverarbeitung wurde die ICA-Ausgangswellenform auf dem in 8 dargestellten Kanal als ein mütterliches Signal bestimmt. Somit repräsentiert das in 8 dargestellte Korrelationssignal 110 nicht das fötale Signal sondern repräsentiert stattdessen das mütterliche Signal.
9 stellt das Korrelationssignal 112 für eine ICA-Ausgangswellenform auf noch einem weiteren Kanal dar, das eine Störung repräsentiert. Wie es deutlich dargestellt ist, erreicht keine von den Spitzen 106 den Schwellenwert 108, so dass die ICA-Ausgangswellenform des gerade analysierten Kanals deutlich das fötale Signal nicht enthält.
Gemäß nochmaliger Bezugnahme auf 11 bestimmt das System im Schritt 114, ob alle Wellenformen auf allen Kanälen bewertet wurden. Wenn nicht alle Wellenformen bewertet worden sind, nimmt das System einen Kanal im Schritt 116 auf und bewertet die Wellenformkorrelation. Wenn das Korrelationssignal für den Kanal die höchsten geeignet beabstandeten Spitzen enthält, wie im Schritt 118 bestimmt, enthält, bestimmt das System, dass der Kanal das fötale Signal enthält und platziert die ICA-Ausgangswellenform im Speicher zur Weiterverarbeitung, wie es im Schritt 120 dargestellt wird. Wenn jedoch die Wellenform nicht die geeignet in Abstand angeordneten Spitzen enthält, kehrt das System zu dem Schritt 114 zurück und fährt mit der Analyse jedes Kanals fort, um zu bestimmen welcher von den Kanälen das fötale Signal enthält. Das in 11 dargestellte Verfahren kann so ausgeführt werden, dass es auf der Basis einer Korrelation zwischen den ICA-Ausgangswellenformen und dem in 6 dargestellten fötalen QRS-Muster bestimmt, welcher von den Kanälen das fötale Signal enthält.
Obwohl das Korrelationsverfahren als eines beschrieben wurde, welches den Kanal identifiziert, der das fötale Signal enthält, wird ein ähnliches Verfahren durchgeführt, das eine mütterliches QRS-Muster verwendet, um zu bestimmen, welcher von den Kanälen das mütterliche Signal enthält. In einer derartigen Prozedur erzeugt das System eine Korrelation der ICA-Ausgangswellenform für jeden Kanal in Bezug auf das mütterliche QRS-Muster. Auf der Basis, welcher Kanal die höchsten und geeignet in Abstand angeordneten Spitzen enthält, bestimmt das System, welcher Kanal das mütterliche Signal enthält. Ähnliche Schritte können zur Bestimmung durchgeführt werden, welcher Kanal auf eine Uterusaktivität bezogene Signale enthält.
Sobald das System und das Verfahren bestimmen, welche Kanäle das mütterliche Signal, das fötale Signal und das uterusbedingte Signal enthalten, geht das System zu dem Schritt 122 über. Bei dem Schritt 122, welcher dem Schritt 48 in 2 entspricht, überträgt dann das System die ICA-Ausgangswellenformen aus den erforderlichen Kanälen an den Prozessor 52 für fötale EKG's, den Prozessor 50 für mütterliche EKG's und den Prozessor 54 für Uterusaktivitäten zur zusätzlichen Analyse.
Wie man aus der vorstehenden Beschreibung erkennen kann, beruht das Verfahren in 11 auf einem fötalen QRS-Muster, das aus einer vorhergehenden Epoche erhalten wurde. Ebenso wird ein mütterliches QRS-Muster aus einer vorhergehenden Epoche genutzt, um zu identifizieren, welcher Verarbeitungskanal den mütterlichen Kanal enthält. Wie man durch die vorstehende Beschreibung erkennen kann, entsteht ein Problem, wenn die erste Epoche durch das System und Verfahren der vorliegenden Offenbarung analysiert wird. Bei der ersten Epoche muss eine Entscheidung getroffen werden, welche Wellenformen fötal, mütterlich, uterusbedingt, Muskelartefakte oder irgendwelche anderen Artefakte sind, da das QRS-Muster aus einer vergangenen Epoche noch nicht verfügbar ist. Sobald diese Bestimmung erfolgte, kann das System das QRS-Muster aus der letzten Epoche verwenden, um das vorstehend beschriebene Verfahren auszuführen. Die Anfangsentscheidung, welcher Kanal die verschiedenen Signale enthält, kann auf anderen Kriterien, wie zum Beispiel der Rate mit welcher die QRS's auftreten, dem Frequenzgehalt des QRS-Komplexes, der Amplitude des Signals und des allgemeinen Frequenzgehaltes des Signals, basieren. Beispielsweise weiß man, dass ein fötaler QRS-Komplex typischerweise einen leicht höheren Frequenzanteil als der mütterliche QRS-Komplex enthält und die fötalen Herzfrequenzen sind höher als die mütterlichen Herzfrequenzen. Es dürfte sich verstehen, dass verschiedenen Verfahren zum Erzeugen der ersten Bestimmung, welcher von den Kanälen die mütterlichen und fötalen Signale enthält, genutzt werden können, während man noch gleichzeitig innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung arbeitet. Sobald die ersten fötalen und mütterlichen Signale ermittelt wurden, kann das System die vorstehend beschriebenen Verfahren zum Überwachen verwenden, welcher Kanal das mütterliche Signal und das fötale Signal enthält.
Diese Beschreibung verwendet Beispiele zum Offenbaren der Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart und um auch einem Fachmann auf diesem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung auszuführen und zu nutzen. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele beinhalten, die dem Fachmann auf diesem Gebiet möglich erscheinen. Derartige weitere Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs des Ansprüche enthalten sein, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich nicht von der wörtlichen Beschreibung der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden von der wörtlichen Beschreibung enthalten.
Es wird ein Verfahren unter Nutzung eines mütterlichen/fötalen Überwachungssystems zum Überwachen der physiologischen Eigenschaften sowohl einer Mutter 10 als auch eines Fötus bereitgestellt. Das Verfahren platziert eine Reihe von EKG-Elektroden 18 über dem Abdomen 20 der Mutter und empfängt EKG-Eingangswellenformen über mehrere getrennte Kanäle. Das Verfahren verarbeitet die Kanäle unter Verwendung eines ICA-Algorithmus 30, um eine Reihe von ICA-Ausgangswellenformen 36 zu erzeugen. Die ICA-Ausgangswellenformen 36 werden für jede einzelne Epoche analysiert, um zu bestimmen, welcher von den Kanälen ein mütterliches Signal 46 oder ein fötales Signal 42 enthält. Auf der Basis der Bestimmung, welcher Kanal die fötalen und mütterlichen Signale enthält wird eine Weiterverarbeitung an der ICA-Ausgangswellenform 36 auf dem identifizierten Kanal durchgeführt, um physiologische Eigenschaften für die Patientin und den Fötus zu gewinnen. Während der nächsten Epoche erfolgt dieselbe Verarbeitung so, dass das System die fötalen und mütterlichen Signale selbst dann identifizieren kann, wenn die fötalen und mütterlichen Signale von einem Kanal auf einen anderen springen.

10: Patient
12: EKG-Monitor
14: Sensorkabel
16: Ableitungen
18: Elektroden
20: Abdomen
22: Matrix
24: Schritt
26: Schritt
28: Schritt
30: ICA-Algorithmus
32: Epochendauer
34: Schritt
36: ICA-Ausgangswellenform
38: Kanäle
40: QRS-Ereignisse
42: fötales Signal
44: QRS-Ereignis
46: mütterliches Signal
48: Wellenform-Sortierungsalgorithmus
50: Prozessor für mütterliche EKG's
51: Schritt
52: Prozessor für fötale EKG's
53: Schritt
54: Prozessor für Uterusaktivitäten
55: Schritt
56: fötale Wellenform
58: mütterliche Wellenform
70: Spitze
62: Spitze
64: Schritt
66: Schritt
68: Schritt
70: Schritt
72: Frequenzbereich
74: Schritt
76: Schritt
78: Schritt
80: Frequenzbereich
82: Schritt
84: Schritt
86: Schritt
88: Schritt
92: Schritt
93: Schritt
94: QRS-Muster
96: Q-Spitze
98: R-Spitze
100: Dauer
102: Schritt
104: Korrelationssignal
106: Spitzen
108: Grundlinie
110: Korrelationssignal
112: Korrelationssignal
114: Schritt
116: Schritt
118: Schritt
120: Schritt
122: Schritt

Claims

Verfahren zum Überwachen von mütterlichen und fötalen Vitalzeichen einer Mutter (10) und eines Fötus, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: das Platzieren mehrerer Elektroden (18) auf dem Abdomen (20) der Mutter (10); das Gewinnen mehrerer getrennter Eingangswellenformen von der Mutter durch die mehreren Elektroden über eine vorbestimmte Epoche (32); das Durchführen einer Analyse unabhängiger Komponenten (ICA) (30) an den Eingangswellenformen über die Epoche, um mehrere ICA-Ausgangswellenformen (36) zu erzeugen; das Bestimmen, welche von den ICA-Ausgangswellenformen (36) von einer mütterlichen Signalquelle erzeugt wird und welche von den ICA-Ausgangswellenformen (36) von einer fötalen Signalquelle erzeugt wird; das Verarbeiten der ICA-Ausgangswellenform (36), die ein mütterliches EKG-Signal (46) enthält, um physiologische Information für die Mutter (10) zu erzeugen; und das Verarbeiten der ICA-Ausgangswellenform (36), die ein fötales EKG-Signal (42) enthält, um physiologische Information für den Fötus zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit den Schritten: das Durchführen der ICA (30) an den Eingangswellenformen für jede Epoche (32) einer Reihenfolge aufeinander folgender Epochen; und das Bestimmen, welche von den ICA-Ausgangswellenformen (36) von der mütterlichen Signalquelle erzeugt wird, und welche von den ICA-Ausgangswellenformen (36) von der fötalen Signalquelle erzeugt wird, unabhängig für jede einzelne Epoche (32) der Reihenfolge aufeinander folgender Epochen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bestimmung, welche ICA-Ausgangswellenform (36) ein mütterliches EKG-Signal (46) enthält, und welche ICA-Ausgangswellenform (36) ein fötales EKG-Signal (42) enthält, aufweist: das Berechnen einer diskreten Fourier-Transformierten (DFT) (52) für jede von den ICA-Ausgangswellenformen (36); das Identifizieren von Energiespitzen (60, 62) in jeder von den DFT's; das Vergleichen der Energiespitzen (60, 62) in jeder von den DFT's mit einem typischen Profil für das mütterliche Signal und einem typischen Profil für das fötale Signal; und das Auswählen der ICA-Ausgangswellenform (36), die am besten dem typischen Profil für das mütterliche EKG-Signal (46) und das fötale EKG-Signal (42) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das typische Profil für das mütterliche EKG-Signal (46) und das typische Profil für das fötale EKG-Signal (42) auf DFT's für das mütter liche EKG-Signal (46) und das fötale EKG-Signal (42) aus einer vorhergehenden Epoche basieren.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit den Schritten: das Speichern der ICA-Wellenform (36), die am besten dem typischen Profil für das mütterliche EKG-Signal entspricht, im Speicher; das Speichern der ICA-Wellenform (36), die am besten dem typischen Profil für das fötale EKG-Signal entspricht, im Speicher; und das Verwenden der gespeicherten ICA-Wellenformen zum Erzeugen der physiologischen Information der Patientin und des Fötus.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Epoche (32) eine Dauer aufweist, die länger als eine Dauer zwischen mütterlichen Herzschlägen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die von der Mutter und dem Fötus abgeleitete physiologische Information wenigstens Herzfrequenzen enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit den Schritten: Detektieren, welche von den ICA-Ausgangswellenformen ein Uterusaktivitätssignal enthält; und Verarbeiten der ICA-Ausgangswellenform (36), die das Uterusaktivitätssignal enthält, um Information über Uteruskontraktion zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt der Bestimmung, welche ICA-Ausgangswellenform (36) das Uterusaktivitätssignal enthält, beinhaltet: das Vergleichen von Energiespitzen für die DFT für jede ICA-Ausgangswellenform mit Energiespitzen, die aus dem Uterusaktivitätssignal aus einer vorhergehenden Epoche ermittelt wurden; und das Auswählen der ICA-Ausgangswellenform, die am besten dem bekannten Uterusaktivitätssignal entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit den Schritten: das Bestimmen eines Musters (94) auf der Basis eines Bewertungs-Ereignisses aus einer der vorhergehenden Epochen; das Bestimmen, welche von den ICA-Ausgangswellenformen (36) ein fötales EKG-Signal (42) enthält, auf der Basis eines Vergleichs mit dem Muster; und das Verarbeiten der ICA-Ausgangswellenform (36), die das fötale EKG-Signal (42) enthält, um physiologische Information für den Fötus zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Muster (94) eine bekannte QRS-Episode aus der ICA-Ausgangswellenform auf weist, die das fötale EKG-Signal aus einer der vorstehenden Epochen enthält.