DE102010037558A1

DE102010037558A1 - Verfahren und System zur Verringerung von Stromnetzstörungen in einem EKG-Signal

Info

Publication number: DE102010037558A1
Application number: DE102010037558A
Authority: DE
Inventors: Dinesh Leo Bangalore Mascarenhas
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2011-03-17
Also published as: US20110066052A1; CN102018510B; US8761867B2; CN102018510A

Abstract

Geschaffen ist ein Verfahren und System zum Korrigieren von Stromnetzstörungen in einem Elektrokardiogramm-(EKG)-Signal. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: Ausgeben eines Eingangssignals (310), das ein EKG-Signal gemeinsam mit Störsignalen aufweist, an ein digitales Filter, das in der Lage ist, bei einer vorgewählten Frequenz zu filtern; und Identifizieren einer aktuellen Stromnetzfrequenz (320), falls vorhanden, anhand des gefilterten Eingangssignals. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt des Bereitstellens einer Nachschlagetabelle (330), die eine Indexzahl für einen Satz von Frequenzpegeln und entsprechende Filterkoeffizienten aufweist, wobei der Satz von Frequenzen inkrementelle Stufen im Bereich möglicher Abweichungen der Stromnetzfrequenz beinhaltet. Der Filterkoeffizient, der einer aktuellen Stromnetzfrequenz entspricht, wird anhand der Nachschlagetabelle identifiziert (340). Das digitale Filter wird mittels des identifizierten Filterkoeffizienten konfiguriert (350), und das Eingangssignal wird mittels des rekonfigurierten digitalen Filters gefiltert (360).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein Rauschunterdrückungstechniken in einer EKG-Vorrichtung und spezieller ein Verfahren und System zur Verringerung von Stromnetzstörungen in einem EKG-Signal.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die Störung durch ein Rauschsignal in einem EKG-Signal ist von Bedeutung, da sie die Qualität des Signals beeinträchtigen und zu einer fehlerhaften klinischen Interpretation führen kann. Eine der Quellen des Rauschens in dem EKG-Signal sind die Stromschwankungen und die von der Leistungsübertragungsleitung ausgehenden Interferenzen/Störungen. In vielen Entwicklungsländern, in denen EKG-Produkte für diagnostische Zwecke eingesetzt werden, treten häufig Netzfrequenzschwankungen auf. Allgemein ist davon auszugehen, dass die Stromnetzfrequenz 50 Hz oder 60 Hz beträgt, und dieser Wert ist landesspezifisch. An manchen Orten weicht die Frequenz von dem festgelegten Wert ab.
Einige der Lösungen schlagen vor, das Rauschen in EKG-Signalen zu eliminieren, jedoch wird bei der Entfernung des Rauschens auch das EKG-Signal zumindest teilweise entfernt. Folglich verliert das EKG-Signal maßgebende klinische Information. Existierende Netzfrequenzfilter eliminieren die Netzfrequenz tatsächlich gut, solange letztere nicht abweicht. In einem Beispiel ist die Wirksamkeit des Filters deutlich reduziert, wenn die Abweichung ±0,5 Hz überschreitet.
Einige der Techniken zum Beseitigen von Rauschen beinhalten eine Bandbeschränkung des Signals bis unterhalb der Stromnetzfrequenz mittels Tiefpassfilter; allerdings führt dies zu einem Datenverlust, da sämtliche Frequenzen oberhalb von 50/60 Hz gedämpft werden.
Zur Beseitigung des Rauschens wird ein Bandpassfilter bei 50 Hz/60 Hz verwendet. Im Ergebnis wird dadurch die Stromnetzstörung eliminiert, jedoch wird auch die in dem EKG-Signal vorhandene 50 Hz/60 Hz-Komponente entfernt. Obwohl dies die bessere Wahl sein kann, kann der Einsatz von Bandpassfiltern ein Überschwingen in dem EKG-Kurvenverlauf hervorrufen, was zu einer fehlerhaften Interpretation und Analyse des Signals führen kann.
Einige Beispiele untersuchter adaptiver Filter filtern die Stromnetzfrequenz in der Regel zwar ohne Beeinträchtigung des EKG-Signals, sind jedoch mit Blick auf Frequenzabweichungen nicht wirkungsvoll.
Es wird daher von Vorteil sein, über ein verbessertes Verfahren zum Beseitigen von Stromnetzstörungen in einem EKG-Signal zu verfügen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Auf die oben erwähnten Mängel, Nachteile und Probleme wird hier eingegangen, die nach dem Lesen und Verstehen der folgenden Beschreibung verständlich werden.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schafft ein Verfahren zum Korrigieren von Stromnetzstörungen in einem Elektrokardiogramm-(EKG)-Signal. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: Ausgeben eines Eingangssignals, das ein EKG-Signal gemeinsam mit Störsignalen aufweist, an ein digitales Filter, das in der Lage ist, bei einer vorgewählten Frequenz zu filtern; Identifizieren einer aktuellen Stromnetzfrequenz anhand des gefilterten Eingangssignals; Bereitstellen von Nachschlagetabellen, die eine Indexzahl für einen Satz von Frequenzpegeln und entsprechende Filterkoeffizienten aufweisen, wobei die Indexzahl inkrementelle Stufen im Bereich möglicher Abweichungen der Stromnetzfrequenz beinhaltet; Identifizieren eines einer aktuellen Stromnetzfrequenz entsprechenden Filterkoeffizienten anhand der Nachschlagetabelle; Konfigurieren des digitalen Filters mittels des identifizierten Filterkoeffizienten; und Filtern des Eingangssignals mittels des digitalen Filters, wobei das digitale Filter mittels des identifizierten Filterkoeffizienten rekonfiguriert ist.
In noch einem Ausführungsbeispiel ist ein System zum Korrigieren von Stromnetzstörungen in einem EKG-Signal offenbart. Zu dem System gehören: ein konfigurierbares adaptives digitales Filter, das dazu eingerichtet ist, ein Eingangssignal bei einer vorgewählten Frequenz zu filtern, wobei das Eingangssignal ein EKG-Signal enthält, das ein Stromnetzstörsignal aufweist; ein Netzfrequenzidentifizierer, der dazu eingerichtet ist, eine aktuelle Stromnetzfrequenz anhand des Eingangssignals zu identifizieren, das durch das digitale Filter gefiltert ist; ein Speicher, der eine Frequenztabelle einer Indexzahl für einen Satz von Frequenzpegeln, die den Bereich möglicher Stromnetzfrequenzabweichungen abdeckt, und eine Koeffiziententabelle mit Filterkoeffizienten enthält, die jedem Pegel in der Frequenztabelle entsprechen; eine Regelungs-/Steuerungseinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Filterkoeffizienten zu identifizieren, der der aktuellen Netzfrequenz entspricht, die durch den Netzfrequenzidentifizierer identifiziert ist; wobei die Regelungs-/Steuerungseinheit dazu eingerichtet ist, das adaptive Filter mittels des identifizierten Filterkoeffizienten dynamisch zu konfigurieren, um das Eingangssignal zu filtern.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel gehören zu einer EKG-Vorrichtung: ein Monitor; eine Hauptkabelanordnung zum Aufnehmen eines EKG-Signals, wobei das EKG-Signal ein Stromnetzstörsignal aufweist; ein Prozessor zum Verarbeiten des EKG-Signals; und ein Speicher; wobei der Prozessor dazu eingerichtet ist, das EKG-Signal zu filtern, wobei das Filtern auf der Grundlage eines Filterkoeffizienten durchgeführt wird, der in Entsprechung zu einer aktuellen Stromnetzfrequenz in Echtzeit identifiziert wird.
Vielfältige weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann anhand der beigefügten Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung der Erfindung verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockschaltbild zur Verringerung von Stromnetzstörungen, wie in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben;
2 zeigt in einem Blockschaltbild ein System zur Verringerung von Stromnetzstörungen, wie in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben;
3 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein Verfahren zum Korrigieren von Stromnetzstörungen in einem EKG-Signal, wie in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben; und
4 zeigt in einem Blockschaltbild eine EKG-Vorrichtung mit einem Rauschunterdrückungssystem, wie in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Bestandteil der vorliegenden Erfindung bilden, und in denen spezielle verwirklichbare Ausführungsbeispiele zur Veranschaulichung gezeigt werden. Diese Ausführungsbeispiele sind im Einzelnen ausreichend beschrieben, um dem Fachmann eine Verwirklichung der Ausführungsbeispiele zu ermöglichen, und es ist klar, dass weitere Ausführungsbeispiele verwendet werden können, und dass logische, mechanische, elektrische und sonstige Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gegenstand der Ausführungsbeispiele abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung sollte daher nicht als den Schutzumfang der Erfindung beschränkend bewertet werden. Soweit die Figuren Diagramme der funktionalen Blöcke vielfältiger Ausführungsbeispiele veranschaulichen, kennzeichnen die funktionalen Blöcke nicht notwendig die Aufteilung der Hardwareschaltung. Folglich können beispielsweise ein oder mehrere funktionale Blöcke (z. B. Prozessoren oder Speicher) in einer einzigen Hardwarekomponente verwirklicht sein (z. B. in einem Universalsignalprozessor oder in einem Block eines Direktzugriffsspeichers, auf einer Festplatte, oder dgl.). In ähnlicher Weise können die Programme auf eigenständigen Programmen basieren, können als Unterprogramme in einem Betriebssystem verwendet werden, können Funktionen in einem installierten Softwarepaket sein, und dergleichen. Es ist selbstverständlich, dass die vielfältigen Ausführungsbeispiele nicht auf die in den Figuren gezeigten Anordnungen und Funktionalitäten beschränkt sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schafft ein Verfahren und System zum Reduzieren der Stromnetzstörung in einem Eingangssignal, beispielsweise in einem EKG-Signal. Ein dynamisch konfigurierbares adaptives digitales Filter ist dazu eingerichtet, das Eingangssignal zu filtern, wobei die Filterkoeffizienten des digitalen Filters in Echtzeit auf der Grundlage der Filterkoeffizienten konfiguriert werden, die mit Bezug auf die aktuelle Stromnetzfrequenz aus einer Nachschlagetabelle ausgewählt sind. Das Störsignal ist ein sinusförmiges Signal wie das Netz- oder Stromversorgungssignal mit unbekannter Frequenz.
1 zeigt ein Blockschaltbild zur Verringerung von Stromnetzstörungen in einem Eingangssignal, wie in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Anordnung beinhaltet die Bereitstellung eines adaptiven digitalen Netzfilters 110, das dazu eingerichtet ist, ein Eingangssignal bei einer eingestellten Frequenz zu filtern. Das Eingangssignal beinhaltet ein gewünschtes Signal, beispielsweise ein EKG-Signal, gemeinsam mit Rauschsignalen, beispielsweise Stromnetzstörungen. Das digitale Netzfilter 110 kann ein adaptierbares Filter sein, das durch Ändern der Filterkoeffizienten des Filters 110 progammierbar ist. Während des Anfangsstadiums der Signalverarbeitung ist das digitale Filter dazu eingerichtet, bei einer vorgewählten Frequenz zu filtern, beispielsweise bei einer erwarteten Stromnetzfrequenz von beispielsweise 50 Hz oder 60 Hz. Das digitale Filter filtert das Eingangssignal, und das gefilterte Eingangssignal wird von Stromnetzstörungen frei sein, falls der Filterkoeffizient der aktuellen Stromnetzfrequenz entspricht. Falls jedoch eine Abweichung der Netzfrequenz vorliegt, wird auch das gefilterte Signal das Störsignal aufweisen.
In einem Ausführungsbeispiel wird die aktuelle Netzfrequenz oder eine Schwankung der Stromnetzfrequenz identifiziert, und das digitale Filter wird in Echtzeit konfiguriert, um das identifizierte Störsignal zu eliminieren. Dies wird mittels eines Frequenzidentifizierer 120 durchgeführt, der gemeinsam mit Nachschlagetabellen 130, 140 vorgesehen ist. Ein Algorithmus oder eine Schaltung zur Frequenzberechnung kann verwendet werden, um die Frequenz eines Eingangssignals, beispielsweise eines EKG-Signals, zu identifizieren. Das Ausgabesignal des digitalen Filters 110 wird an den Frequenzidentifizierer 120 ausgegeben. Im Falle einer Frequenzschwankung wird das an den Frequenzidentifizierer 120 ausgegebene Eingangssignal, d. h. das gefilterte Signal 115, mit dem Eingangssignal 105 übereinstimmen, das an das digitale Filter 110 ausgegeben ist. Das gefilterte Signal 115 enthält das EKG-Signal und das Störsignal und wird an den Frequenzidentifizierer 120 ausgegeben, und der Frequenzidentifizierer 120 identifiziert die Frequenz des gefilterten Signals 115 oder des sinusförmigen Signals, d. h. die Frequenz des Störsignals oder die Stromnetzfrequenz.
Die Nachschlagetabellen 130, 140 enthalten eine Frequenztabelle 130 und eine Filterkoeffiziententabelle 140. Die Frequenztabelle 130 enthält eine Indexzahl, die inkrementelle Stufen im Bereich möglicher Abweichungen der Stromnetzfrequenz anzeigt. Unter Berücksichtigung des typischen Bereichs, in dem die Netzfrequenz von ihrem angstrebten voreingestellten Wert (±F) abweicht, und der Affektivität des Filters von seinem eingestellten Wert (±Df), sind N Pegel definiert, wobei N = (2 × F)/Df + 1 ist.
Nachdem die Frequenz des Störsignals oder der aktuellen Stromnetzfrequenz 125 identifiziert ist, wird die identifizierte Frequenz 125 an die Frequenztabelle ausgegeben. Die durch den Frequenzidentifizierer identifizierte Frequenz wird mittels unterschiedlicher Frequenzpegel approximiert, die in der Frequenztabelle 130 vorgesehen sind. Die identifizierte Netzfrequenz wird der am nächsten kommenden Frequenzkennzahl genähert, die in der Frequenztabelle als Frequ.-Kennzahl (n) 135 dargestellt ist. Das Verfahren nutzt ein optimiertes Verfahren, um mittels eines der N Pegel den am besten passende Wert für die identifizierte Frequenz zu finden. In Entsprechung zu jeder Indexzahl oder Frequ.-Kennzahl (n) in der Frequenztabelle 130 werden Filterkoeffizienten berechnet und in der Koeffiziententabelle 140 bereitgestellt. Der Wert des Filterkoeffizienten wird auf der Grundlage der Konstruktion des digitalen Filters, des Eingangssignals usw. berechnet. Es werden somit anhand der Koeffiziententabelle Filterkoeffizienten, die der ausgewählten Frequenzkennzahl 135 entsprechen, identifiziert, die als aktualisierte Filterkoeffizienten 145 dargestellt sind.
Nach dem Identifizieren eines sinusförmigen Störsignals, wird die Amplitude des Störsignals überprüft. Falls die Amplitude des Störsignals einen Schwellenwert überschreitet, wird die Frequenz des Störsignals mit der definierten Frequenztabelle verglichen, um die Frequenzkennzahl zu erhalten, die der identifizierten Frequenz am nächsten kommt. Falls kein passender Wert gefunden wird, erfolgt keine Aktion; andernfalls wird die Kennzahl verwendet, um den neuen Filterkoeffizienten zu finden, der der aktuellen Stromnetzfrequenz entspricht. Die aktualisierten Filterkoeffizienten 145 werden an das digitale Filter 110 ausgegeben. Der Schwellenwert der Amplitude kann auf der Grundlage der Anforderung an die Rauschunterdrückung definiert werden. In einem Beispiel ist der Amplitudenschwellwert mit 60 μV definiert.
In einem Ausführungsbeispiel ist das digitale Filter in der Lage, das Störsignal vollständig zu entfernen. In einem Ausführungsbeispiel wird das Störsignal mit einer Spitze-Spitze-Amplitude von 10 μV mittels des digitalen Filters entfernt.
Das digitale Filter 110 wird mittels der aktualisierten Filterkoeffizienten 145 konfiguriert. Das digitale Filter 110 wird somit konfiguriert, um bei einer aktualisierten Frequenz zu filtern. Diese aktualisierte Frequenz ist die aktuelle Netzfrequenz, und ein Filtern bei der aktuellen Netzfrequenz wird die Stromnetzstörung eliminieren, die die aktuelle Stromnetzfrequenz aufweist. Folglich wird sich das digitale Filter 110 dynamisch zu irgendeinem der N Frequenzpegel verschieben, so dass eine Eliminierung der Stromnetzinterferenzen in dem Band ±F sichergestellt ist.
2 zeigt ein Blockschaltbild eines Stromnetzstörungskorrektursystems 200, wie es in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist. Ein EKG-Signal wird von einer EKG-Vorrichtung an das Störungskorrektursystem ausgegeben. Das EKG-Signal enthält vielfältige Rauschstörsignale, einschließlich des Störsignals, das aufgrund der Schwankung der Stromnetzfrequenz hervorgerufen ist. Das Stromnetzstörsignal wird ein sinusförmiges Signal mit einer Frequenz nahe der Stromnetzfrequenz sein. Da die Stromschwankungen sehr häufig auftreten, muss die Korrektur der Störungen in Echtzeit durchgeführt werden. Das System 200 enthält ein adaptives digitales Netzfilter 210. Das Filter 210 lässt sich durch Aktualisieren von Filterkoeffizienten in Echtzeit dynamisch konfigurieren. Das Filter 210 wird konfiguriert, um das aufgrund der Stromnetzfrequenz hervorgerufene Störsignal aus dem EKG-Signal zu filtern. Allgemein ist das Filter 210 bei einer gewünschten Frequenz konfiguriert, voraussichtlich ist dies die Soll-Netzfrequenz d. h. 50 oder 60 Hz. Falls keine Änderung der Netzfrequenz vorliegt, wird das Filter das EKG-Signal filtern, und das Störsignal wird entfernt. Allerdings ändert sich aufgrund einer Stromnetzstörung die Netzfrequenz, und das digitale Filter 210, das bei einer vorgewählten Frequenz konfiguriert ist, wird folglich nicht in der Lage sein, das EKG-Signal effizient zu filtern.
Anhand des gefilterten EKG-Signals, in dem das Störsignal vorliegt, identifiziert ein Frequenzidentifizierer 220 die aktuelle Netzfrequenz. In einem Ausführungsbeispiel kann die aktuelle Netzfrequenz mittels eines Oszillators identifiziert werden. In einem Ausführungsbeispiel kann die Frequenz des Störsignals durch den Oszillator unter Verwendung des folgenden Verfahrens identifiziert werden. Das eingegebene EKG-Signal, das das von den Netzleitungen stammende Rauschen aufweist, wird abgetastet. Die Störsignale weisen eine unterschiedliche Amplitude und Frequenz auf, können jedoch mit dem EKG-Signal überlappt sein. Die Frequenz, Amplitude und Phase des Störsignals werden mittels des Oszillators und zusätzlicher Rückführungschaltkreise approximiert, und das. Störsignal kann danach von dem EKG-Signal getrennt werden.
Die durch den Frequenzidentifizierer 220 identifizierte aktuelle Stromnetzfrequenz wird an eine Regelungs-/Steuerungseinheit 230 ausgegeben. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 230 könnte ein Teil des Stromnetzstörungskorrektursystems 200 oder könnte ein Teil der EKG-Einrichtung sein. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 230 greift auf einen Speicher 240 zu, der dazu eingerichtet ist, Nachschlagetabellen zu speichern. Die Nachschlagetabelle umfasst eine Frequenznachschlagetabelle 242 und eine Koeffizientennachschlagetabelle 244. Die Frequenznachschlagetabelle 242 enthält einen Satz von Frequenzpegeln, die inkrementelle Stufen im Bereich möglicher Abweichungen der Stromnetzfrequenz beinhalten. Die Koeffizientennachschlagetabelle 244 enthält Filterkoeffizienten, die jedem Frequenzpegel in der Frequenztabelle entsprechen. Die Frequenzpegel und die entsprechenden Filterkoeffizienten können auf der Grundlage der erwarteten Frequenzschwankung definiert werden, und der Wert der inkrementellen Stufe hängt in der Regel von der Charakteristik des für das Filtern verwendeten digitalen Filters ab. Diese Nachschlagetabellen sind programmierbar, und die Pegel oder entsprechenden Koeffizienten können auf der Grundlage der erwarteten Frequenzschwankungen programmiert werden. Das Störungskorrektursystem 200 kann einen unabhängigen Speicher aufweisen, oder der Speicher kann Teil der EKG-Einrichtung sein.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 230 überprüft als erstes die Amplitude des Störsignals, und falls die Amplitude einen Schwellwert überschreitet, greift die Regelungs-/Steuerungseinheit 230 auf die Frequenzpegel zu, die der identifizierten oder der aktuellen Stromnetzfrequenz aus der Frequenztabelle 242 in dem Speicher 240 entsprechen. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 230 wendet das Näherungsverfahren an und identifiziert den Frequenzpegel Frequ.-Kennzahl F(n), der der identifizierten Stromnetzfrequenz entspricht. Nachdem der Frequenzpegel identifiziert ist, wird der entsprechende Filterkoeffizient Filterkoeff. F(n) anhand der in dem Speicher 240 vorliegenden Koeffiziententabelle 244 identifiziert. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 230 übermittelt die ausgewählten Koeffizienten an das digitale Filter 210. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 230 konfiguriert das Filter 210 auf der Grundlage der ausgewählten Koeffizienten dynamisch. Da der ausgewählte Filterkoeffizient der aktuellen Stromnetzfrequenz entspricht, ist das Filter 210 konfiguriert, um das Signal bei der aktuellen Netzfrequenz zu filtern. Folglich wird ein störungsfreies EKG-Signal erzeugt. Dieses Verfahren wird schrittweise und in Echtzeit durchgeführt.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 230 kann auf einer speziell konstruierten Hardware, Software und/oder Firmware, die zur Durchführung von Datenverarbeitung dient, oder auf einer Kombination von speziell konstruierter Hardware und Software, oder auf Software in Verbindung mit einem Universalprozessor, oder auf einem digitalen Signalverarbeitungsprozessor basieren. Nachdem die Anforderungen für eine derartige Software und/oder Hardware und/oder für eine speziell konstruierte Hardware anhand eines Verständnisses der hierin enthaltenen Beschreibungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung erkannt sind, kann die Wahl einer beliebigen speziellen Durchführung einem Hardwaretechniker und/oder einem Softwaretechniker überlassen werden. Allerdings wird jede speziell konstruierte und/oder speziellen Zwecken dienende Hardware bzw. Spezialprozessor als in dem mit Regelungs-/Steuerungseinheit 230 bezeichneten Block erfasst erachtet. Der Speicher 240 kann beispielsweise auf einem Direktzugriffsspeicher (RAM), Flashmemory, oder Nur-Lese-Speicher basieren. Für Zwecke der Vereinfachung sind auch Vorrichtungen, die in der Lage sind, Medien auszulesen und/oder zu beschreiben, auf denen Computerprogramme protokolliert sind, von der Bedeutung des Begriffs ”Speicher” abgedeckt.
3 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein Verfahren zum Korrigieren von Stromnetzstörungen in einem EKG-Signal, wie in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In Schritt 310 wird ein Eingangssignal, das ein EKG-Signal gemeinsam mit einem von dem Stromnetzsignal erzeugten Störsignal aufweist, an ein digitales Filter ausgegeben, das in der Lage ist, das Eingangssignal bei einer vorgewählten Frequenz zu filtern. Allgemein ist das Filter konfiguriert, um das Eingangssignal bei der normalen, im Allgemeinen 50 Hz oder 60 Hz aufweisenden Stromnetzfrequenz zu filtern. In Schritt 320 wird die aktuelle Stromnetzfrequenz anhand des Eingangssignals identifiziert. Das Eingangssignal weist ein EKG-Signal gemeinsam mit den Stromnetzstörungen bei einer aktuellen Netzfrequenz auf. Anhand des Eingangssignals wird die aktuelle Stromnetzfrequenz identifiziert. In Schritt 330 wird eine Nachschlagetabelle bereitgestellt, die eine Indexzahl für einen Satz von Frequenzen und entsprechenden Filterkoeffizienten enthält. Die Indexzahl beinhaltet inkrementelle Stufen im Bereich möglicher Abweichungen der Stromnetzfrequenz. Die identifizierte Stromnetzfrequenz wird mit dem am nächsten kommenden Frequenzpegel in der Frequenztabelle abgeglichen. In der Filterkoeffiziententabelle sind Filterkoeffizienten bereitgestellt, die verschiedenen Pegeln in der Frequenztabelle entsprechen. In Schritt 340 wird anhand der Frequenztabelle ein Filterkoeffizient identifiziert, der der Netzfrequenz oder dem identifizierten Frequenzpegel entspricht. Der Filterkoeffizient wird an das digitale Filter ausgegeben. In Schritt 350 wird das digitale Filter mittels des identifizierten Filterkoeffizienten konfiguriert, und in Schritt 360 wird das Eingangssignal mittels des dynamisch konfigurierten digitalen Filters gefiltert.
4 zeigt in einem Blockschaltbild eine EKG-Vorrichtung mit einem Rauschunterdrückungssystem, wie in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Vorrichtung 400 enthält einen Monitor 410, eine Hauptkabelanordnung 420 und einen Prozessor 430. Die Hauptkabelanordnung 420 ist dazu eingerichtet, von den Patienten stammende Daten zu sammeln, und der Prozessor 430 verarbeitet diese Daten, die über den Monitor 410 angezeigt werden oder ausgedruckt werden. In einem Ausführungsbeispiel weist der Prozessor 430 ein adaptives digitales Filter auf, das dazu eingerichtet ist, das Stromnetzstörsignal zu filtern. Das Filter wird mittels Filterkoeffizienten in Echtzeit konfiguriert, die auf der Grundlage der aktuellen Stromnetzfrequenz abgeleitet sind. Die aktuelle Stromnetzfrequenz wird identifiziert, und das Filter wird anhand derselben konfiguriert, um das Störsignal bei der aktuellen Stromnetzfrequenz zu eliminieren. Der Prozessor 430 kann ferner dazu eingerichtet sein, die aktuelle Stromnetzfrequenz zu identifizieren, und auf der Grundlage derselben den Filterkoeffizienten zu erzeugen, der ihr entspricht. In dieser Hinsicht wirkt der Prozessor 430 interaktiv mit einem Speicher 440 zusammen. Der Speicher 440 ist dazu eingerichtet, verschiedene Frequenzpegel gemeinsam mit den entsprechenden Filterkoeffizienten zu speichern. Der Prozessor 430 greift auf den Speicher 440 zu, und auf der Grundlage der aktuellen Netzfrequenz wird ein passender Frequenzpegel und ein entsprechender Filterkoeffizient ausgewählt, und das digitale Filter wird unter Verwendung derselben konfiguriert.
Die Vorrichtung ist ein geregeltes System, bei dem das Ausgabesignal eines Filters, der für eine eingestellte Frequenz Störungen entfernt, als Eingangssignal an einen Frequenzidentifizierer ausgegeben wird, der mittels eines Verfahrens zum Aktualisieren der aktuellen Stromnetzfrequenz durch ein iteratives Verfahren arbeitet. Der Wert der aktuellen Stromnetzfrequenz wird anschließend mit einer Nachschlagetabelle von N Frequenzpegeln hinsichtlich eines Abgleichs mit der Frequenz in einem interessierenden Bereich verglichen. Falls ein passender Wert gefunden wird, wird eine weitere Tabelle herangezogen, und ein neuer Koeffizient für das Filter wird gewonnen, der dem abgeglichenen Wert der Frequenz entspricht.
Somit ist hierin ein Verfahren und System zur Reduzierung von Rauschen in einem EKG-Signal offenbart. Die durch die Netzfrequenz hervorgerufene Störung wird identifiziert. Das Verfahren beinhaltet den Schritt, die Stromnetzstörung bei einer eingestellten Frequenz aus dem EKG-Signal herauszufiltern. Die Amplitude und Frequenz der Stromnetzfrequenz wird gemessen. Falls eine Stromnetzstörung vorliegt, werden Filterkoeffizienten für einen neuen Frequenzwert bzw. aktuelle Stromnetzfrequenz identifiziert, und das Filter führt mittels der Koeffizienten die Filteroption durch. Dies geschieht in Echtzeit.
Diese Erfindung soll die Stromnetzstörung aus einem EKG-Signal eliminieren, ohne dieselbe Frequenzkomponente, die möglicherweise eine Komponente des EKG-Signals ist, zu entfernen. Es wird davon ausgegangen, dass die Stromnetzfrequenz 50 Hz oder 60 Hz beträgt, und dieser Wert ist landesspezifisch. Das durchgeführte System zur Eliminierung von Stromnetzstörungen ist in der Lage, die Netzfrequenzabweichung zu verfolgen und dieselbe zu eliminieren. Das Filter wird verwendet, um Daten in Echtzeit zu verarbeiten, ohne dass eine Zwischenspeicherung der Daten erforderlich ist. Durch die Einführung des Merkmals des adaptiven Filters ist die Erfindung in der Lage, wirkungsvoll Netzrauschen von 47 Hz bis 53 Hz, wenn das Netzfilter auf 50 Hz eingestellt ist, und von 57 Hz bis 63 Hz zu eliminieren, wenn es auf 60 Hz eingestellt ist. Falls die Abweichung vorhanden ist, werden die Störungen gewöhnlich in diesem Band liegen. Der Bereich kann nach Bedarf ohne weiteres erweitert werden.
Da Stromnetzstörungen eine der häufigsten Quellen für Rauschen in einem EKG sind, und Abweichungen der Stromnetzfrequenz in vielen Entwicklungsländern häufig sind, stellt das beschriebene Verfahren ein EKG mit besserer Qualität sicher und ermöglicht es, eine Interpretation des Schwingungsverlaufs manuell oder durch Interpretationsalgorithmen besser durchzuführen.
Um Stromnetzstörungen durch Aufrechterhaltung der vollen Zuverlässigkeit der EKG-Daten effektiv zu entfernen, erfordert das System eine sehr wirkungsvolle Verwendung von adaptiven Filtern, die gut in die Signalkette passen, um einen Echtzeitbetrieb zu ermöglichen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können Software oder Firmware enthalten, die einen Computer veranlasst, gewisse Schritte durchzuführen. Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weisen eigenständige Workstation-Computer auf, die einen Speicher, ein Display und einen Prozessor sowie den Mobilfunkanbieter umfassen. Unabhängig davon, ob eine eigenständige Workstation oder eine Gesundheitsfürsorgeverwaltungssystem verwendet wird, kann (nachstehend allgemein als ”Software” bezeichnete) Software und/oder Firmware genutzt werden, um den Computer zu veranlassen, die erfindungsgemäße Kombination von hierin beschriebenen Schritten durchzuführen. Abschnitte der Software können spezielle Funktionen beinhalten, und diese Abschnitte sind hierin als ”Module” bezeichnet. Allerdings können diese Module in einigen Ausführungsbeispielen ein oder mehrere elektronische Hardwarekomponenten oder für spezielle Zwecke konstruierte Hardwarekomponenten aufweisen, die dazu eingerichtet sein können, dieselbe Aufgabe wie das Softwaremodul zu erfüllen, oder den Betrieb des Softwaremoduls zu unterstützen. Somit kann der Begriff ”Modul sich auch auf Hardware oder auf eine Kombination von Hardware und Software beziehen, die eine Funktion ausführen.
In dem hier verwendeten Sinne sollte die Erwähnung eines Elements oder Schrittes im Singular bzw. in Verbindung mit dem unbestimmten Artikel die Mehrzahl des Elements oder Schritts nicht ausschließen, es sei denn ein derartiger Ausschluss ist ausdrücklich erwähnt. Ferner soll die Bezugnahme auf ”ein Ausführungsbeispiel” der vorliegenden Erfindung nicht als Ausschluss der Existenz zusätzlicher Ausführungsbeispiele interpretiert werden, die ebenfalls die aufgeführten Merkmale verkörpern. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele, die ein oder mehrere Elemente mit einer speziellen Eigenschaft ”aufweisen” oder ”enthalten”, wenn nicht ausdrücklich anders lautend festgestellt, weitere derartige Elemente beinhalten, die diese Eigenschaft nicht aufweisen. Darüber hinaus sind die Begriffe ”Computer” und ”Prozessor” hierin untereinander austauschbar verwendet, um sich entweder auf eine spezialisierte Hardware, die dazu dient, digitale Signalverarbeitung, Steuerung, Datenverwaltung und/oder Berechnungen durchzuführen, oder auf einen Universalrechner zu beziehen, der programmiert werden kann, um dieselben Funktionen durchzuführen und/oder angepasst werden kann, um über eine Schnittstelle externe digitale Signale aufzunehmen.
Ausführungsbeispiele sind im Vorausgehenden im Einzelnen beschrieben. Die Anordnungen und Verfahren sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr können Komponenten jeder Anordnung und/oder jedes Verfahrens unabhängig und getrennt von anderen hierin beschriebenen Komponenten verwendet werden. Weiter brauchen die in dem Arbeitsablauf verwendeten Schritte nicht in der in den Figuren veranschaulichten Reihenfolge abgearbeitet werden, und es müssen nicht unbedingt sämtliche Schritte in dem Arbeitsablauf ausgeführt werden, um das Verfahren zu beenden.
Während die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, wird dem Fachmann einleuchten, dass an den Ausführungsbeispielen gewisse Substitutionen, Abänderungen und Auslassungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist die vorausgehende Beschreibung lediglich als exemplarisch anzusehen und sollte den Schutzumfang der Erfindung, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt ist, nicht beschränken.
Geschaffen ist ein Verfahren und System zum Korrigieren von Stromnetzstörungen in einem Elektrokardiogramm(EKG)-Signal. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: Ausgeben eines Eingangssignals 310, das ein EKG-Signal gemeinsam mit Störsignalen aufweist, an ein digitales Filter, das in der Lage ist, bei einer vorgewählten Frequenz zu filtern; und Identifizieren einer aktuellen Stromnetzfrequenz 320, falls vorhanden, anhand des gefilterten Eingangssignals. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt des Bereitstellens einer Nachschlagetabelle 330, die eine Indexzahl für einen Satz von Frequenzpegeln und entsprechende Filterkoeffizienten aufweist, wobei der Satz von Frequenzen inkrementelle Stufen im Bereich möglicher Abweichungen der Stromnetzfrequenz beinhaltet. Der Filterkoeffizient, der einer aktuellen Stromnetzfrequenz entspricht, wird anhand der Nachschlagetabelle identifiziert 340. Das digitale Filter wird mittels des identifizierten Filterkoeffizienten konfiguriert 350, und das Eingangssignal wird mittels des rekonfigurierten digitalen Filters gefiltert 360.
Bezugszeichenliste
Fig. 1

105: Eingangssignal
110: Digitales Netzfilter
115: Gefiltertes Signal
120: Frequenzidentifizierer
125: Aktuelle Netzfrequenz
130: Nachschlagetabelle für Frequenz
135: Frequ.-Kennzahl F(n)
140: Nachschlagetabelle für Koeffizienten
145: Aktualisierte Koeffizienten für F(n)

210: Digitales Netzfilter
220: Frequenzidentifizierer
230: Regelungs-/Steuerungseinheit
240: Speicher
242: Frequenznachschlagetabelle
244: Koeffizientennachschlagetabelle

310: Schritt des Ausgebens des Eingangssignals an das Filter
320: Schritt des Identifizierens einer Stromnetzfrequenz
330: Schritt des Bereitstellens einer Frequenznachschlagetabelle
340: Schritt des Identifizierens von Filterkoeffizienten
350: Schritt des Konfigurierens des Filters
360: Schritt des Filterns des Eingangssignals

410: Monitor
420: Hauptkabelanordnung
430: Prozessor
440: Speicher

Claims

Verfahren zum Korrigieren von Stromnetzstörungen in einem Elektrokardiogramm-(EKG)-Signal, mit den Schritten: Ausgeben eines Eingangssignals, das ein EKG-Signal gemeinsam mit Störsignalen aufweist, an ein digitales Filter, das in der Lage ist, bei einer vorgewählten Frequenz zu filtern (310); Identifizieren einer aktuellen Stromnetzfrequenz, falls vorhanden, anhand des gefilterten Eingangssignals (320); Bereitstellen einer Nachschlagetabelle, die eine Kennzahl für einen Satz von Frequenzpegeln und entsprechende Filterkoeffizienten enthält, wobei die Indexzahl inkrementelle Stufen im Bereich möglicher Abweichungen der Stromnetzfrequenz beinhaltet (330); Identifizieren eines Filterkoeffizienten in Entsprechung zu einer aktuellen Stromnetzfrequenz anhand der Nachschlagetabelle (340); Konfigurieren des digitalen Filters unter Verwendung des identifizierten Frequenzkoeffizienten (350); und Filtern des Eingangssignals mittels des digitalen Filters, wobei das digitale Filter mittels des identifizierten Filterkoeffizienten rekonfiguriert ist (360).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Störsignal ein sinusförmiges Signal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Filterns (360) des Eingangssignals mittels des konfigurierten digitalen Filters beinhaltet: Gewinnen eines störungsfreien EKG-Signals nach einem Abgleichen des Filterkoeffizienten des Filters mit der aktuellen Netzfrequenz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das digitale Filter auf der Grundlage der anhand des Eingangssignals gewonnenen aktuellen Netzfrequenz dynamisch in Echtzeit konfiguriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner den Schritt beinhaltet: Eliminieren des Störsignals, falls die Amplitude des Störsignals einen Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bereitstellens einer Nachschlagetabelle (330) beinhaltet: Bereitstellen eines Frequenzbereichs von N diskreten Pegeln und Filterkoeffizienten, die jedem Pegel entsprechen, wobei N = (2 × F)/Df + 1, +/–F der Bereich ausgehend von der vorgewählten Frequenz ist, und Df die Schrittweite für eine Quantisierung des Frequenzbereichs in Abhängigkeit von den Filtereigenschaften ist.
System zum Korrigieren von Stromnetzstörungen in einem EKG-Signal, zu dem gehören: ein konfigurierbares adaptives digitales Filter (210), das dazu eingerichtet ist, ein Eingangssignal bei einer vorgewählten Frequenz zu filtern, wobei das Eingangssignal ein EKG-Signal enthält, das ein Stromnetzstörsignal aufweist; ein Netzfrequenzidentifizierer (220), der dazu eingerichtet ist, eine aktuelle Stromnetzfrequenz, falls vorhanden, anhand des Eingangssignals zu identifizieren, das durch das digitale Filter gefiltert ist; ein Speicher (240), der eine Frequenztabelle (242) mit einer Indexzahl für einen Satz von Frequenzpegeln, die den Bereich möglicher Stromnetzfrequenzabweichungen abdeckt, und eine Koeffiziententabelle (244) mit Filterkoeffizienten enthält, die jedem Pegel in der Frequenztabelle entsprechen; und eine Regelungs-/Steuerungseinheit (230), die dazu eingerichtet ist, einen Koeffizienten zu identifizieren, der der aktuellen Netzfrequenz entspricht, die durch den Netzfrequenzidentifizierer identifiziert ist; wobei die Regelungs-/Steuerungseinheit (230) dazu eingerichtet ist, das adaptive Filter (210) mittels des identifizierten Koeffizienten dynamisch zu konfigurieren, um das Eingangssignal zu filtern.
System nach Anspruch 7, wobei die Frequenztabelle (242) enthält: einen Frequenzbereich von N Pegeln und Frequenzkoeffizienten, die jedem Pegel entsprechen, wobei N = (2 × F)/Df + 1, +/–F der von der vorgewählten Frequenz ausgehende Bereich ist, und Df die Schrittweite für die Quantisierung des Frequenzbereichs in Abhängigkeit von den Filtereigenschaften ist.
System nach Anspruch 8, wobei das adaptive digitale Filter (210) mit Blick auf einen Frequenzwert rekonfiguriert wird, wobei der Frequenzwert mittels eines Filterkoeffizienten aktualisiert ist, der der aktuellen Netzfrequenz entspricht, die aus der Koeffiziententabelle (244) ausgewählt ist.
EKG-Vorrichtung (400), zu der gehören: ein Monitor (410); eine Hauptkabelanordnung (420) zum Aufnehmen eines EKG-Signals, wobei das EKG-Signal ein Stromnetzstörsignal enthält; ein Prozessor (430) zum Verarbeiten des EKG-Signals; und ein Speicher (440); wobei der Prozessor (430) dazu eingerichtet ist, das EKG-Signal zu filtern, wobei das Filtern auf der Grundlage eines Filterkoeffizienten durchgeführt wird, der in Entsprechung zu einer aktuellen Stromnetzfrequenz in Echtzeit identifiziert wird.