DE10358397A1

DE10358397A1 - Verfahren zur Qualitätsanalyse von Meßsignalen

Info

Publication number: DE10358397A1
Application number: DE10358397A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schwaibold; Bernd Schöller
Original assignee: MCC GES fur DIAGNOSESYSTEME I; Mcc Gesellschaft fur Diagnosesysteme In Medizin und Technik & Co KG GmbH
Current assignee: MCC GES fur DIAGNOSESYSTEME I; Mcc Gesellschaft fur Diagnosesysteme In Medizin und Technik & Co KG GmbH
Priority date: 2003-12-13
Filing date: 2003-12-13
Publication date: 2005-07-14

Abstract

Das Verfahren dient zur automatischen Bewertung der Qualität eines Meßsignals. Das Meßsignal wird über mindestens eine Elektrode erfaßt und das Meßsignal wird in mindestens einen hochfrequenten Signalanteil und mindestens einen niederfrequenten Signalanteil aufgeteilt. Der hochfrequente Signalanteil wird hinsichtlich einer im Meßsignal enthaltenen Rauschleistung ausgewertet. Ein ermittelter Wert der Rauschleistung wird mit einem vorgebbaren Rauschleistungsschwellwert verglichen. Der niederfrequente Signalanteil wird hinsichtlich einer im Meßsignal enthaltenen Signalleistung ausgewertet. Ein ermittelter Wert der Signalleistung wird mit einem vorgebbaren Signalleistungsschwellwert verglichen. Bei einer Rauschleistung oberhalb des Rauschleistungsschwellwertes und/oder einer Signalleistung unterhalb des Signalleistungsschwellwertes für eine jeweils vorgebbare Zeitspanne wird eine Signalisierung einer schlechten Signalqualität generiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Bewertung der Qualität eines Meßsignales, bei dem das Meßsignal über mindestens eine Elektrode erfaßt wird sowie bei dem das Meßsignal in mindestens einen hochfrequenten Signalanteil und mindestens einen niederfrequenten Signalanteil aufgeteilt wird.
In der PCT-WO 01/76466 wird bereits die Analyse eines Meßsignales beschrieben, das unter Verwendung von Meßelektroden gewonnen wird. Unter Verwendung einer Spektralschätzung wird hierbei eine hochfrequente Rauschleistung ermittelt und einem Schwellwertvergleich unterzogen. Bei Überschreiten des Schwellwertes liegt eine ungenügende Signalqualität vor.
Die bislang bekannten verfahren zur automatischen Bewertung der Qualität von Meßsignalen sind nicht in ausreichender Weise dafür geeignet, eine zuverlässige Funktionsüberwachung insbesondere im medizintechnischen Bereich der Erfassung von elektrophysiologischen Signalen durchzuführen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß die Analysequalität verbessert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der hochfrequente Signalanteil hinsichtlich einer im Meßsignal enthaltenen Rauschleistung ausgewertet sowie ein ermittelter wert der Rauschleistung mit einem vorgebbaren Rauschleistungsschwellwert verglichen wird und daß der niederfrequente Signalanteil hinsichtlich einer im Meßsignal enthaltenen Signalleistung ausgewertet sowie ein ermittelter Wert der Signalleistung mit einem vorgebbaren Signalleistungsschwellwert verglichen wird und daß bei einer Rauschleistung oberhalb des Rauschleistungsschwellwertes und/oder einer Signalleistung unterhalb des Signalleistungsschwellwertes für eine jeweils vorgebbare Zeitspanne eine Signalisierung einer schlechten Signalqualität generiert wird.
Durch die getrennte Auswertung des Meßsignals über eine Hochpaßfilterung sowie eine Tiefpaßfilterung und die Vorgabe von Mindestzeiten, während derer eine Qualifizierung des Meßsignales als schlecht erfolgen muß, wird zum einen eine sehr zuverlässige Meßsignalauswertung ermöglicht und andererseits eine falsche Signalisierung aufgrund nur kurzzeitiger Störungen vermieden. Dies ist insbesondere bei der Durchführung von Messungen an lebenden Personen vorteilhaft, da durch Eigenbewegungen kurzfristige Signalstörungen auftreten können, auch wenn die Elektroden und die sonstige Meßanordnung voll funktionsfähig sind.
Bei der Erkennung eines Fehlers in der Meßanordnung kann eine rechtzeitige Signalisierung erfolgen, so daß der Benutzer der Vorrichtung oder Bedienpersonal die erforderlichen Schritte einleiten können, um die Meßanordnung wieder in Funktion zu setzen. Bei einer durchgeführten Signalaufzeichnung ist es insbesondere auch möglich, durch die Signalisierung einer schlechten Meßsignalqualität zum einen eine kurzfristige Fehlerbeseitigung zu erreichen, darüber hinaus ist es aber unter Einbeziehung einer speziellen Gerätesteuerung auch möglich, bei einer Signalaufzeichnung eine Aufzeichnung entsprechender fehlerhafter Signale zu unterbinden oder zusätzlich auch eine Kennung für die betreffende schlechte Signalqualität abzuspeichern, so daß bei einer nachfolgenden automatischen Meßauswertung nur die korrekten Signalverläufe berücksichtigt werden.
Ein typisches Anwendungsgebiet wird dadurch definiert, daß ein elektrophysiologisches Meßsignal verarbeitet wird.
Insbesondere ist daran gedacht, daß ein EEG-Signal verarbeitet wird.
Darüber hinaus ist es möglich, daß ein EOG-Signal verarbeitet wird.
Eine weitere Anwendung besteht darin, daß ein EMG-Signal verarbeitet wird.
Eine weitere Signalbereitstellung kann dadurch erfolgen, daß ein EKG-Signal verarbeitet wird.
Bei einer analogen Signalverarbeitung erweist es sich als zweckmäßig, daß die Signalauswertung kontinuierlich durchgeführt wird.
Eine digitale Signalverarbeitung wird dadurch unterstützt, daß die Signalauswertung periodisch durchgeführt wird.
Eine weitere Auswertungsvariante besteht darin, daß die Signalauswertung ereignisgesteuert durchgeführt wird.
Zur Aufteilung des Meßsignales in höherfrequente und niederfrequente Anteile erweist es sich als vorteilhaft, daß mindestens eine Hochpaßfilterung durchgeführt wird.
Darüber hinaus ist auch daran gedacht, daß mindestens eine Tiefpaßfilterung durchgeführt wird.
Eine weitere Variante zur Frequenzauswertung besteht darin, daß mindestens eine Spektralschätzung durchgeführt wird.
Bei der Auswertung von elektrophysiologischen Meßgrößen erweist es sich als vorteilhaft, daß als hochfrequenter Signalanteil ein Frequenzbereich oberhalb von 20 Hz ausgewertet wird.
Darüber hinaus ist es zweckmäßig, daß als niederfrequenter Signalanteil ein Frequenzbereich unterhalb von 20 Hz ausgewertet wird.
Ein erweitertes Anwendungsgebiet wird dadurch erschlossen, daß statt einer direkten Auswertung der Rauschleistung ein zur Rauschleistung proportionaler Kennwert ausgewertet wird.
Eine vereinfachte Signalauswertung wird dadurch erreicht, daß als proportionaler Kennwert eine Signalamplitude ausgewertet wird.
Insbesondere ist daran gedacht, daß eine mittlere Signalamplitude ausgewertet wird.
Ebenfalls ist es möglich, daß eine maximale Signalamplitude ausgewertet wird.
Eine weitere Ausführungsvariante besteht darin, daß ein Median der Signalamplitude ausgewertet wird.
Eine Anpassung der Signalverarbeitung an sich ändernde Randbedingungen kann dadurch erreicht werden, daß mindestens ein variabler Schwellwert verwendet wird.
Eine besonders gute Systemqualität wird dadurch unterstützt, daß der Schwellwert adaptiv in Abhängigkeit von mindestens einer erfaßten Signaleigenschaft verändert wird.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Verfahrensdurchführung und
2 ein Blockschaltbild zur gerätetechnischen Realisierung des Verfahrens.
1 zeigt den schematischen Verarbeitungsablauf bei einer Durchführung des Verfahrens. In einem ersten Filtermodul (1) erfolgt eine Berechnung der hochfrequenten Rauschleistung durch Subtraktion der Leistung des tiefpaßgefil terten Signalanteiles von der Leistung der hochfrequenten Signalanteile. Es erfolgt vorab eine Summation der einzelnen Signalkomponenten. In einem ersten Schwellwertvergleich (2) wird ermittelt, ob die hochfrequente Rauschleistung einen vorgebbaren Schwellwert übersteigt. Ist dies der Fall, so wird ein zugehöriger Zählerstand eines Zählers (3) erhöht, ist dies nicht der Fall, so wird der Zählerstand des ersten Zählers (3) zurückgesetzt. Übersteigt der Zählerstand des ersten Zählers (3) einen vorgebbaren Grenzwert, so wurde ermittelt, daß die hochfrequente Rauschleistung für eine vorgegebene Zeitspanne den vorgegebenen Schwellwert überschritten hat. Der Vergleich des Zählerstandes sowie des zugehörigen Grenzwertes erfolgt im Bereich einer ersten Grenzwertüberwachung (4).
Im Bereich eines zweiten Filtermoduls (5) erfolgt eine Tiefpaßfilterung des Meßsignals und eine entsprechende Ermittlung der niederfrequenten Signalleistung. Im Bereich eines zweiten Schwellwertvergleiches (6) wird ermittelt, ob die niederfrequente Signalleistung einen vorgebbaren Schwellwert unterschreitet. Ist dies der Fall, so wird der Zählerstand eines zweiten Zählers (7) erhöht, ist dies nicht der Fall, so wird der zweite Zähler zurückgesetzt. Übersteigt der Zählerstand des zweiten Zählers (7) einen vorgebbaren Grenzwert, so wird von einer zweiten Grenzwertüberwachung (8) ein entsprechendes Signal generiert.
Eine aufgrund der hochfrequenten Rauschleistung detektierte schlechte Signalqualität kann beispielsweise durch einen schlechten Elektrodenkontakt, einen Abfall der Elektrode oder durch eine schlechte Elektrodenkabelführung verursacht werden. Bei medizintechnischen Messungen im Bereich eines Patienten kann eine große hochfrequente Rauschleistung auch durch eine ungünstige Positionierung des Patienten oder ei ne veränderte Haut- und/oder Körperimpedanz verursacht werden.
Eine schlechte Signalqualität aufgrund einer zu geringen niederfrequenten Signalleistung kann durch eine Kabelabtrennung, einen Kabelbruch, einen Ausfall der Verstärkerelektronik, einen Abfall der Elektroden oder eine falsche Positionierung der Elektroden verursacht werden.
2 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens am Beispiel einer medizintechnischen Anwendung im Bereich eines Patienten (9). Die Elektroden (10, 11) sind hierbei über Verbindungskabel (12, 13) an eine Signalerfassung (14) angeschlossen. Die Signalerfassung (14) übermittelt die Meßsignale an eine Signalauswertung (15), die die in 1 dargestellte Signalverarbeitung vornimmt. Die Signalauswertung (15) ist an eine Signalausgabe (16) sowie eine Anzeigeeinrichtung (17) zur Signalisierung einer möglichen schlechten Signalqualität angeschlossen. Alternativ oder ergänzend zur Anzeigeeinrichtung (17) können auch Ausgabeeinrichtungen verwendet werden, die beispielsweise über eine Sprachausgabe oder eine Displayanzeige eine Benutzerführung unterstützen.
Die in 1 und 2 veranschaulichte Verfahrensdurchführung kann beispielsweise kontinuierlich oder mit einem festen oder variablen Zeittakt erfolgen. Ebenfalls ist es möglich, die Meßwertverarbeitung ereignisorientiert auszulösen. Insbesondere ist daran gedacht, bei einer Verwendung von zwei oder mehr Elektroden (10, 11) für jedes Elektrodensignal einzeln die in 1 veranschaulichte Meßwertverarbeitung durchzuführen. Bei einem Fehler, der auf eine einzelne Elektrode (10, 11) oder ein Verbindungskabel (12, 13) zurückzuführen ist, ist somit eine genaue Fehlerlokalisierung möglich.
Alternativ zur in 1 dargestellten Signalverarbeitung im Bereich des ersten Filtermoduls (1) ist es auch möglich, statt der Subtraktion der Leistung des tiefpaßgefilterten Signals von der Leistung des Originalsignals eine Hochpaßfilterung durchzuführen. Alternativ zur Signalverarbeitung im zweiten Filtermodul(5) ist es möglich, hier statt der Tiefpaßfilterung eine Hochpaßfilterung zu realisieren und die Leistung des hochpaßgefilterten Signals von der Leistung des Originalsignals abzuziehen. Die jeweils vorteilhafte technische Realisierung kann in Abhängigkeit von den konkreten Randbedingungen ausgewählt werden.
Alternativ zu der in 1 veranschaulichten Verwendung von festen Schwellwerten ist es auch möglich, zeitlich veränderliche Schwellwerte zu verwenden, die beispielsweise in Abhängigkeit von der Signalverarbeitung zu anderen Signalkanälen oder in Abhängigkeit von der zurückliegenden Signalauswertung verändert werden.
Alternativ zu einer separaten Schwellwertkontrolle ist es auch möglich, eine Verknüpfung der beiden Schwellwertkontrollen zu realisieren. Ein hierbei zu realisierendes Auswertungsverfahren kann darauf gerichtet sein, bei der Erkennung einer hohen Rauschleistung bei gleichzeitig niedriger Signalleistung beispielsweise die Schwellwerte zu verändern oder die Wartezeiträume bis zu einer Fehlererkennung zu reduzieren.

Claims

Verfahren zur automatischen Bewertung der Qualität eines Meßsignales, bei dem das Meßsignal über mindestens eine Elektrode erfaßt wird sowie bei dem das Meßsignal in mindestens einen hochfrequenten Signalanteil und mindestens einen niederfrequenten Signalanteil aufgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der hochfrequente Signalanteil hinsichtlich einer im Meßsignal enthaltenen Rauschleistung ausgewertet sowie ein ermittelter Wert der Rauschleistung mit einem vorgebbaren Rauschleistungsschwellwert verglichen wird und daß der niederfrequente Signalanteil hinsichtlich einer im Meßsignal enthaltenen Signalleistung ausgewertet sowie ein ermittelter Wert der Signalleistung mit einem vorgebbaren Signalleistungsschwellwert verglichen wird und daß bei einer Rauschleistung oberhalb des Rausch leistungsschwellwertes und/oder einer Signalleistung unterhalb des Signalleistungsschwellwertes für eine jeweils vorgebbare Zeitspanne eine Signalisierung einer schlechten Signalqualität generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrophysiologisches Meßsignal verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein EEG-Signal verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein EOG-Signal verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein EMG-Signal verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein EKG-Signal verarbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswertung kontinuierlich durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswertung periodisch durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswertung ereignisgesteuert durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Hochpaßfilterung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Tiefpaßfilterung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Spektralschätzung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als hochfrequenter Signalanteil ein Frequenzbereich oberhalb von 20 Hz ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als niederfrequenter Signalanteil ein Frequenzbereich unterhalb von 20 Hz ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß statt einer direkten Auswertung der Rauschleistung ein zur Rauschleistung proportionaler Kennwert ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als proportionaler Kennwert eine Signalamplitude ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere Signalamplitude ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine maximale Signalamplitude ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Median der Signalamplitude ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein variabler Schwellwert verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert adaptiv in Abhängigkeit von mindestens einer erfaßten Signaleigenschaft verändert wird.