DE69635763T2 - System und Verfahren zum Komprimieren digitalisierter Signale bei implantierbaren und batteriebetriebenen Vorrichtungen - Google Patents

System und Verfahren zum Komprimieren digitalisierter Signale bei implantierbaren und batteriebetriebenen Vorrichtungen Download PDF

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    • A61B5/0031Implanted circuitry

Description

  • Diese Erfindung betrifft Verfahren zum Komprimieren digitalisierter Signale und insbesondere zum Komprimieren und Entkomprimieren digitaler Daten, die physiologische Signale darstellen, welche von implantierbaren oder batteriebetriebenen Vorrichtungen erhalten werden, um eine wirksame Kompression bei einer verhältnismäßig geringen Datenverarbeitung zu erreichen.
  • Bei vielen medizinischen Anwendungen gibt es eine Notwendigkeit, fortlaufend Signale zu überwachen und diese Signale zu digitalisieren und die sich ergebenden Daten zur späteren Verwendung zu speichern. Insbesondere dann, wenn eine implantierbare oder batteriebetriebene Vorrichtung verwendet wird, wird diese Aufgabe schwierig, weil es erforderlich ist, Energie und Speicher zu sparen. Beispielsweise hat ein implantierbarer Schrittmacher eine begrenzte Batterielebensdauer und kann dementsprechend nicht große Speichermengen für das Speichern von Daten aufwenden oder umfangreiche Verarbeitungstechniken für komplizierte Kompressionsschemata verwenden. Wenn eine Aufgabe des Schrittmachers darin besteht, intrakardiale Signale zu erfassen, zu digitalisieren und zum späteren Hochladen zu einer externen Vorrichtung zu speichern, ist es erforderlich, dies mit einem Minimum an Speicher und Verarbeitungsaufwand vorzunehmen. Dies führt zur Anforderung einer wirksamen Datenkompression, welche eine erhebliche Reduktion der zu speichernden Bits bereitstellt, während die Zeit minimiert wird, die für das Übertragen von Daten zur externen Vorrichtung, um sie zu verarbeiten und anzuzeigen, aufgewendet wird. Bei einem solchen Kompressionsschema kann jedoch, sowohl aus Energieerwägungen als auch wegen der Speichermenge, die der Softwareroutine zugewiesen werden müsste, keine sehr komplizierte Verarbeitung notwendig sein.
  • In all den voranstehend erwähnten Anwendungen, in denen die Leistung und der verfügbare Speicher Faktoren sind, ist eine verhältnismäßig einfache Technik erforderlich, um das Meiste aus der verfügbaren Datenkompression zu machen, dies jedoch, ohne auf eine komplexe Datenverarbeitung zurückzugreifen. Diese Erfindung erreicht das Ziel des Bereitstellens einer Kompression von mehr als 50 %, während sie den für das Speichern erforderlichen Speicher und die Zeit zum Transportieren der Daten verringert. Zusätzlich zur Ausführungsform des implantierbaren Schrittmachers umfassen andere Anwendungen solche, an denen digitalisierte physiologische Signale, wie EKG, EGM, Atmung, Blutdruck usw., beteiligt sind.
  • In der US-A-4 870 685 ist ein Sprachsignal-Kompressionssystem dargelegt, bei dem eine differenzielle Verarbeitung verwendet wird. In der US-A-4 503 510 ist ein EKG-Kompressionsprozess offenbart, bei dem eine Huffman-Codierung verwendet wird. In der JP 59182639 ist auch ein Datenkompressionsschema offenbart.
  • Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfaches, jedoch wirksames Mittel und Verfahren zur Kompression von Signalen, insbesondere von Signalen, welche physiologische Parameter darstellen, zur Verwendung mit medizinischen und anderen Vorrichtungen, bei denen die verfügbare Energie begrenzt ist, wie es bei implantierbaren Stimulatoren und anderen batteriebetriebenen Vorrichtungen der Fall ist, zu erreichen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Datenkompression vorgesehen, das dazu ausgelegt ist, bei der Speicherung von Daten in und Übertragung von Daten aus einer implantierbaren und/oder batteriebetriebenen medizinischen Vorrichtung verwendet zu werden, mit den folgenden Schritten:
    Einholen eines physiologischen Signals von einem Patienten,
    Bilden einer Probe des Signals, um Proben in der Form digitaler Daten zu erhalten,
    Auswählen einer Blockgröße, die einer ausgewählten Anzahl von Proben per Block entspricht, und,
    für jeden Block, Vergleichen jeder Probe in dem Block mit der unmittelbar vorausgehenden Probe und Ermitteln eines die Differenz zwischen jeder Probe und der vorausgehenden Probe wiedergebenden Delta-Werts und Speichern jedes Delta-Werts, und Untersuchen der Delta-Werte und Ermitteln des größten absoluten Delta-Werts,
    gekennzeichnet durch das Ermitteln der Anzahl von Bits, die benötigt werden, um den größten absoluten Delta-Wert zu speichern, und Speichern der Anzahl von Bits, und Speichern jedes Delta-Werts für den Block, wobei die Delta-Werte die Anzahl von Bits enthalten.
  • Gemäß einem anderen Aspekt ist eine batteriebetriebene Vorrichtung mit Mitteln vorgesehen, die dazu ausgelegt sind, physiologische Signale von einem Patienten einzuholen, einem Speicher zum Speichern von die Signale wiedergebenden Daten und Mitteln zum Übertragen der Daten in eine andere Vorrichtung, wobei die Vorrichtung des weiteren folgendes umfasst:
    Probenbildungsmittel bzw. Abtastmittel zum Probenbilden bzw. Abtasten der Signale in zeitlicher Abfolge,
    Mittel zum Halten von Blockdaten, die eine ausgewählte Anzahl von einen Block bildenden Proben wiedergeben, und
    Deltamittel, die operationsfähig sind, einen Delta-Wert für jede Probe zu ermitteln, wobei der Delta-Wert die Differenz zwischen jeder Probe und der unmittelbar vorausgehenden Probe wiedergibt, gekennzeichnet durch
    Max-Bit-Mittel zum Ermitteln der maximalen Anzahl von Bits für jeden Block, die zum Speichern des größten Delta-Werts des Blocks benötigt werden, und zum Speichern von diese Anzahl wiedergebenden Max-Bit-Daten für jeden Block,
    Blockmittel zum Speichern von Deltadaten für jeden Delta-Wert eines Blocks in dem Speicher, wobei jede der Deltadaten die maximale Anzahl von Bits umfasst, und wobei die Deltadaten für einen Block zusammen mit den Max-Bit-Daten für diesen Block abgespeichert werden, und
    Wiederholungsmittel zum Wiederholen der Funktionen des Ermittelns der Max-Bit-Daten und Speichern der Max-Bit- Daten und der Deltadaten für jeden Block des Signals, und dadurch Speichern von das Signal wiedergebenden komprimierten Daten.
  • Demgemäß ist eine Datenkompressions- und -dekompressionstechnik vorgesehen, die darauf beruht, die zeitliche Ableitung zwischen aufeinander folgenden Proben eines Signals zu bilden.
  • Gemäß bevorzugten Ausführungsformen werden die Digitaldaten für einen vorgegebenen Block aufeinanderfolgender Proben, beispielsweise von 5 bis 12, verarbeitet, um die Differenz zwischen der Probe und der unmittelbar vorhergehenden Probe zu bestimmen, welche als Delta-Wert bezeichnet wird. Wenn die Delta-Werte für einen Block alle zusammengestellt wurden, wird der Delta-Wert mit dem größten Absolutwert gefunden, und es wird bestimmt, wie viele Bits (BitAnzahl) für diesen maximalen Delta-Wert erforderlich sind. Dann werden der Wert von BitAnzahl und die Bits für jedes Delta in dem Block nacheinander gespeichert, woraufhin die Technik für jeden Block wiederholt wird. Eine Entkompression wird ausgeführt, indem BitAnzahl für jeden Block bestimmt wird und das Signal durch Addieren (oder Subtrahieren) des Delta-Werts zum bzw. vom Wert jeder Probe integriert wird. Der Anfangswert (Integrationskonstante), welcher bei der Kompression und bei der Entkompression verwendet wird, wird als ein Festwert festgelegt, beispielsweise als der Wert, der eine Basisspannung von Null darstellt.
  • Es wurde herausgefunden, dass die Technik gemäß dieser Erfindung für die meisten medizinischen Signale, wie EKGs, eine wirksame Kompression von mehr als 50 % bereitstellt.
  • Dies ergibt eine ähnliche Reduktion des erforderlichen Speichers und der Übertragungszeit. Wenngleich viel aufwendigere Kompressionsverfahren verfügbar sind, ist es schwierig, eine um mehr als etwa 5 % höhere Kompression zu erreichen, wobei dies auf Kosten eines erheblichen Speicher- und Verarbeitungsaufwands geht. Überdies ist das Kompressionsverfahren gemäß dieser Erfindung in der Hinsicht verlustfrei, dass das ursprüngliche Digitalsignal vollständig rekonstruiert werden kann. Dies steht zu anderen Verfahren, wie einer adaptiven Delta-Impulscodemodulation, in Gegensatz, wodurch ein größeres Kompressionsverhältnis bereitgestellt wird, jedoch auf Kosten einer gewissen Signalverzerrung. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß dieser Erfindung bieten demgemäß einen sehr notwendigen Kompromiss für viele Anwendungen, einschließlich insbesondere der vorstehend erwähnten medizinischen Anwendungen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur als Beispiel mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben.
  • 1 ist ein Diagramm, in dem zwei Formen von Vorrichtungen dargestellt sind, auf die die Erfindung anwendbar ist, nämlich eine implantierbare Vorrichtung in der Art eines Schrittmachers und eine außen an einem Patienten getragene batteriebetriebene Vorrichtung.
  • 2A ist ein einfaches Blockdiagramm, in dem die wesentlichen Elemente einer implantierbaren oder tragbaren Vorrichtung gemäß dieser Erfindung dargestellt sind,
  • 2B ist ein einfaches Flussdiagramm, in dem die wesentlichen Schritte dargestellt sind, die beim Komprimieren, Über tragen und Entkomprimieren von Daten gemäß dieser Erfindung ausgeführt werden.
  • 3A ist ein Flussdiagramm, in dem die grundlegenden Schritte dargestellt sind, die bei der Datenkompression gemäß dieser Erfindung ausgeführt werden, die 3B und 3C Flussdiagramme, in denen in weiteren Einzelheiten die Schritte dargestellt sind, die gemäß dieser Erfindung zum Komprimieren von Daten ausgeführt werden.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, in dem die Schritte dargestellt sind, die gemäß dieser Erfindung ausgeführt werden, um Daten zu entkomprimieren.
  • 5 ist eine Reihe von Graphen, in denen ein Beispiel eines analogen physiologischen Signals, der Delta-Rekonstruktion (zeitlichen Ableitung) des Signals und der für das ursprüngliche Signal und das komprimierte Signal erforderlichen Bits dargestellt ist.
  • In 1 ist ein Diagramm dargestellt, das die Umgebung der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß dieser Erfindung zeigt. Die Erfindung kann mit einer implantierbaren Vorrichtung in der Art eines Schrittmachers 30 verwendet werden, der als in einen Patienten implantiert dargestellt ist. Mit dem Schrittmacher ist eine Leitung 31 verbunden, die sich in das Herz des Patienten erstreckt und an ihrem distalen Ende eine oder mehrere Elektroden aufweist, welche Stimulationsimpulse abgeben und auch intrakardiale oder epikardiale Signale erfassen. Wie auf dem Gebiet der Schrittmacher wohlbekannt ist, können die Erfassungssignale vom Schrittmacher empfangen, digitalisiert und im Speicher gespeichert werden, um sie später zu einer externen Vorrichtung 37 zu übertragen. Wie dargestellt ist, kann der Transceiver 37 eine herkömmliche Programmiereinrichtung sein, wie sie auf dem Gebiet der Schrittmacher verwendet wird. Wenn die Programmiereinrichtung Daten vom Schrittmacher empfangen hat, kann sie diese zu einem Prozessor 38 übertragen, der wiederum Daten an eine Ein-/Ausgabevorrichtung 39 ausgeben kann, was alles in wohlbekannter Weise geschieht. Wie wohlbekannt ist, können implantierbare Vorrichtungen, wie Schrittmacher, wegen offensichtlicher Beschränkungen in Bezug auf die Leistung und die Speicherkapazität keine großen Datenmengen behandeln.
  • In 1 ist auch eine tragbare Vorrichtung 32 dargestellt, die als an den Arm eines Patienten angeschnallt dargestellt ist. Diese Vorrichtung 32 kann beispielsweise mit Elektroden 33 zusammenwirken, um ein Patienten-EKG zu bestimmen. Wie bei der implantierten Vorrichtung können in der batteriebetriebenen Vorrichtung 32 gesammelte Daten zur Weiterverarbeitung und Ausgabe zu einer anderen Vorrichtung heruntergeladen werden. Die gleichen Beschränkungen in Bezug auf die Verarbeitung und die Speicherverfügbarkeit können für eine solche batteriebetriebene, tragbare Vorrichtung gelten.
  • In 2A ist ein einfaches Blockdiagramm dargestellt, das die wesentlichen Elemente einer implantierbaren oder tragbaren Vorrichtung gemäß dieser Erfindung zeigt. Eine Batterie 25 versorgt einen Sensor oder Sensoren 26, welche Leitungen 31 oder 33 einschließen, mit Energie. Der Sensorblock kann auch eine Verstärkerstufe und eine Digitalisierungsschaltungsanordnung einer herkömmlichen Form aufweisen. Die digitalisierten Daten werden zu einem Prozessorblock 34 übertragen, der geeigneterweise einen Mikroprozessor enthält. Es sei bemerkt, dass die in dieser Erfindung enthaltenen Verarbeitungsschritte mit einer beliebigen Kombination zweckgebundener Hardware und/oder Software ausgeführt werden können. Der Mikroprozessor steht in Verbindung mit einem bei 35 dargestellten Speicher, welcher wiederum in Verbindung mit dem Transceiver 36 steht, um Daten von der Vorrichtung nach außen zu übertragen oder um Daten und/oder Befehle von dieser zu empfangen.
  • In 2B ist ein einfaches Flussdiagramm dargestellt, das die wesentlichen Schritte zeigt, welche beim Komprimieren, Übertragen und Entkomprimieren von Daten gemäß dieser Erfindung ausgeführt werden. Bei 40 werden die Signale, wie EKG-Signale, in analoger Form aufgenommen. Die analogen Signale werden bei 41 in digitale Daten umgeformt, und es können an diesem Punkt anfängliche Codierschritte ausgeführt werden. Die digitalen Daten werden in dem Pufferspeicher 42 gespeichert. In Block 44 werden die Daten nach der erfindungsgemäßen Technik komprimiert, und sie werden in Block 45 gespeichert. Bei 46 wird ein Befehl zum Übertragen der Daten von einer externen Quelle empfangen, wodurch die Verfügbarkeit für das Empfangen gespeicherter Daten angegeben wird. Die komprimierten Daten werden bei 47 in einer auf dem Gebiet der Schrittmacher wohlbekannten Weise übertragen. Bei 48 werden die Daten an der externen Vorrichtung entkomprimiert, um die ursprünglichen Signale in digitaler Form wiederherzustellen. Die Signaldaten werden dann bei 49 gespeichert oder angezeigt.
  • In 3A ist ein Flussdiagramm dargestellt, welches die grundlegenden Schritte zur Datenkompression gemäß dieser Erfindung zeigt. Bei 51 werden BlockGröße Daten bestimmt, die durch Programmierung in Daten gespeichert worden sind. Bei 52 wird das analoge Signal abgetastet. Jede solche Probe wird mit der letzten Probe verglichen, und es wird eine Differenz oder ein Delta-Wert bestimmt und gespeichert, wie bei 53 dargestellt ist. Hiernach wird bei 55 bestimmt, ob ein Probenblock verarbeitet worden ist. Ein solcher Block kann eine Größenordnung von 5-12 aufweisen, welche als ein optimaler Bereich für EKG- und ähnliche medizinische Signale bestimmt worden ist. Es ist zu verstehen, dass die Blockgröße entsprechend der Art der Anwendung zu bestimmen ist, weil die Blockgröße im Fall bestimmter Signale, welche geringere zeitliche Variationen aufweisen, größer sein kann. Falls der Block nicht abgeschlossen worden ist, springt die Routine zu 52 zurück und erhält die nächste Probe. Nur dann, wenn alle Proben erhalten worden sind und die jeder Probe entsprechenden Delta-Werte bestimmt und gespeichert worden sind, wird die Routine in Block 56 fortgesetzt. An diesem Punkt wird die größte Differenz oder der Delta-Wert mit der höchsten absoluten Amplitude bestimmt. Dann bestimmt die Routine bei 57 die Anzahl der zum Speichern des vorgegebenen maximalen Delta-Werts erforderlichen Bits. Dieser Wert, BitAnzahl, wird gespeichert, wie bei 58 dargestellt ist. Hiernach wird der ganze Block der Delta-Werte sequenziell im Speicher gespeichert, wobei nur eine Anzahl von Bits für jeden Delta-Wert verwendet wird, die BitAnzahl entspricht. Falls demgemäß BitAnzahl = 5 ist und der Block zehn Proben enthält, werden 50 Bits, entsprechend den zehn Delta-Werten, seriell im Speicher gespeichert. Danach wird der nächste Datenblock in der gleichen Weise verarbeitet, bis alle Signaldaten verarbeitet worden sind.
  • In den 3B und 3C ist ein Flussdiagramm dargestellt, das die gemäß dieser Erfindung zum Komprimieren von Daten ausgeführten Schritte in näheren Einzelheiten darstellt. Bei 65 wird eine als "LetzteProbe" bezeichnete Variable auf Null gesetzt, so dass der Wert der letzten Probe als ein Basiswert von Null angenommen wird. Danach wird bei 66 die Variable ProbenAnzahl auf Null gesetzt, und der Wert MaxDelta ist gleich –1. Die Routine geht dann zu 68, wo bestimmt wird, ob ProbenAnzahl BlockGröße gleicht, d.h. ob alle Proben in dem Block in dieser Schleife verarbeitet worden sind. Falls dies nicht der Fall ist, geht die Routine zu Block 70 und erhält und verarbeitet die nächste Probe. Wie bei 70 dargestellt ist, wird die neue Probe gleich "NächsteProbe" gesetzt, wird Delta als NeueProbe-LetzteProbe berechnet, wird LetzteProbe dann gleich NeueProbe gesetzt, ProbenAnzahl gleich ProbenAnzahl +1 gesetzt und wird der Delta-Wert in den Pufferspeicher eingegeben, der der Nummer der Probe entspricht. Anschließend wird bei 72 bestimmt, ob der existierende Wert von MaxDelta kleiner als der Absolutwert von Delta ist, der bisher erhalten worden ist. Falls dies nicht der Fall ist, kehrt die Routine zu Block 68 zurück. Falls die Antwort bei 72 jedoch Ja ist, bedeutet dies, dass der Absolutwert des letzten bestimmten Deltas größer ist als der zuvor gespeicherte Wert von MaxDelta, und MaxDelta wird bei 73 aktualisiert und gleich dem gerade erhaltenen Absolutwert von Delta gesetzt. Die Routine kehrt dann zu 68 zurück und iteriert, bis ProbenAnzahl gleich BlockGröße ist. An diesem Punkt wurden der Wert von MaxDelta und die Delta-Werte für alle Proben in dem Block berechnet, und die Routine geht zu (1), wie angegeben ist.
  • Wie bei Block 75 in 3C dargestellt ist, wird BitAnzahl als das höchste in MaxDelta festgelegte Bit bestimmt. Dies kann auf eine Anzahl von Arten geschehen, beispielsweise unter Verwendung eines Prioritätsdecodierers, durch Berechnen von logMaxDelta oder durch Zählen der Anzahl der Rechtsverschiebungen von MaxDelta, bis MaxDelta null erreicht. Danach wird bei 76 der Wert von BitAnzahl für den aktuellen Block geschrieben. Wie bei 76 angegeben ist, kann dieser für jede Anwendung in der Art von Standardschrittmachern, welche mit Signalen arbeiten, die eine Auflösung von 8 Bits aufweisen, als ein 3-Bit-Wort geschrieben werden. Natürlich ist ein 4-Bit-Wort erforderlich, falls eine Auflösung von 16 Bits verwendet wird. Bei 78 wird die Variable ProbenAnzahl der äußeren Schleife auf Null initialisiert. Bei 80 wird bestimmt, ob ProbenAnzahl gleich BlockGröße ist. Unter der Annahme, dass die Antwort Nein ist, wird bei 82 ProbenAnzahl auf ProbenAnzahl +1 inkrementiert. Dann wird bei 83 die Variable BitNummer der inneren Schleife auf BitAnzahl +1 gesetzt. Dies gewährleistet, dass nicht nur die signifikante Anzahl von Bits gespeichert wird, sondern dass auch ein zusätzliches Bit gespeichert wird, das das Vorzeichen des aktuellen Delta-Werts angibt. Insbesondere wird das Vorzeichenbit für jeden Delta-Wert zuerst gespeichert, und es wird als nächstes der Absolutwert dieses Delta-Werts unter Verwendung nur der berechneten Anzahl von Bits gespeichert. Während der Entkompression wird dieses Vorzeichenbit vor dem Delta-Wert gelesen. Bei 85 wird bestimmt, ob BitNummer gleich null ist. Falls dies der Fall ist, springt die Routine zu 80 zurück. Falls dies nicht der Fall ist, geht die Routine zu 86 und schreibt das nächste Bit für den aktuellen Delta-Wert. Demgemäß wird für den ProbenAnzahl entsprechenden Delta-Wert die aktuelle Bitnummer genommen und in den Speicher geschrieben. Danach wird bei 88 BitAnzahl um 1 dekrementiert, und die Routine springt zu 85 zurück. Wenn BitAnzahl auf Null verringert wurde, springt die Routine zu Block 80 zurück, und unter der Annahme, dass ProbenAnzahl noch nicht gleich BlockGröße ist, werden ProbenAnzahl und BitNummer zurückgesetzt, und es wird wieder durch die innere Schleife 85, 86 und 88 zurückgesprungen. Wenn herausgefunden wird, dass ProbenAnzahl gleich BlockGröße ist, kehrt die Routine zu (2) aus 3A zurück und beginnt mit einem anderen Block erneut.
  • In 4 ist ein Flussdiagramm der Routine zum Entkomprimieren der Daten dargestellt. Wie bei 94 dargestellt ist, wird die Variable LetzteProbe auf Null initialisiert. Bei 95 wird BitAnzahl für den aktuellen Block gelesen, d.h. es wird jedes der 3 Bits gelesen, um die Anzahl der verwendeten Bits zu bestimmen. Danach wird bei 96 ProbenAnzahl auf Null initialisiert. Bei 98 wird bestimmt, ob ProbenAnzahl gleich BlockGröße ist. Falls dies der Fall ist, kehrt die Routine zu 95 zurück, um mit dem Entkomprimieren des nächsten Blocks zu beginnen. Falls dies jedoch nicht der Fall ist, geht die Routine zu 100 und setzt ProbenAnzahl gleich ProbenAnzahl +1 und den Delta-Wert auf Null. Bei 101 wird die Variable BitNummer der inneren Schleife auf BitAnzahl +1 initialisiert. Bei 102 wird bestimmt, ob BitNummer gleich null ist. Falls dies nicht der Fall ist, geht die Routine zu 106 und liest das nächste Bit für den aktuellen Delta-Wert. Dann wird bei 107 BitNummer gleich BitNummer –1 gesetzt, und die Routine springt zu 102 zurück. Wenn BitNummer auf Null verkleinert wurde, verzweigt die Routine von 102 zu 103 und erzeugt die nächste Probe. Dies erfolgt, indem zuerst eine Vorzeichenerweiterung des Vorzeichenbits von Delta vorgenommen wird, so dass, falls der anfängliche Delta-Wert +7 war und BitAnzahl 3 war, der Code 0111 gespeichert wird, während, falls Delta –7 war, der Code 1001 gespeichert wird, wobei eine Zweierkomplementnotation verwendet wird. Eine Zweierkomplementnotation ist für negative Zahlen bevorzugt, jedoch nicht erforderlich. Einzelheiten der Verwendung von Zweierkomplementen sind wohlbekannt. Durch Ausführen der Vorzeichenerweiterung werden 8-Bit-Delta-Werte von 0000 0111 (binär +7) bzw. 1111 1001 (binär –7) erzeugt und demgemäß sichergestellt, dass die richtigen Delta-Werte, sowohl positive als auch negative, mit diesem rekonstruierten Delta-Wert wiederhergestellt werden, die nächste Probe wird durch Setzen von NeueProbe auf LetzteProbe + Delta erzeugt, und LetzteProbe wird gleich NeueProbe gesetzt. Dann wird bei 104 "NächsteProbe" als "NeueProbe" geschrieben. Danach kehrt die Routine zu Block 98 zurück und verarbeitet die nächste Probe. Dies wird wiederholt, bis bei 98 festgestellt wird, dass die Anzahl der Proben gleich BlockGröße ist, und die Routine kehrt an diesem Punkt zur Verarbeitung des nächsten Blocks zu 95 zurück.
  • In 5 sind drei Graphen dargestellt, welche die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Kompressionstechnik zeigen. Der obere Graph zeigt ein analoges Signal, das ein von einer medizinischen Vorrichtung erhaltenes Signal darstellt. Der mittlere Graph zeigt Delta-Werte für das analoge Signal, und es wird gezeigt, dass für viele medizinische Anwendungen die Amplitudenschwankungen der Delta-Signale stark verkleinert sind. Der untere Graph aus 5 zeigt die kumulative Anzahl der zum Speichern des Signals erforderlichen Bits für das ursprüngliche Signal (obere Kurve) und das komprimierte Signal (untere Kurve). Wie dargestellt ist, erzielt die Datenkompression gemäß dieser Erfindung eine Bitreduktion von etwa 50 %. Dies wird mit einem verhältnismäßig geringen Verarbeitungsaufwand erreicht, so dass sie eine sehr vorteilhafte Technik für Anwendungen ist, bei denen es erhebliche Einschränkungen für den verfügbaren Speicher und die Batterieenergie gibt.
  • Demgemäß sind ein Verfahren und ein System zum Bereitstellen einer Datenkompression in Umgebungen mit einer niedrigen Leistungsaufnahme, d.h. Anwendungen in der Art implantierbarer Stimulatoren oder batteriebetriebener Vorrichtungen, offenbart. Die bereitgestellten Vorteile sind eine gute Kompression, minimale Verarbeitungsanforderungen und eine vollständige Wiederherstellung des ursprünglichen Signals zur Zeit der Entkomprimierung.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Datenkompression, das dazu ausgelegt ist, bei der Speicherung von Daten in und Übertragung von Daten aus einer implantierbaren und/oder batteriebetriebenen medizinischen Vorrichtung verwendet zu werden, mit: Einholen eines physiologischen Signals von einem Patienten, Bilden einer Probe des Signals, um Proben in der Form digitaler Daten zu erhalten, Auswählen einer Blockgröße, die einer ausgewählten Anzahl von Proben per Block entspricht, und, für jeden Block, Vergleichen jeder Probe in dem Block mit der unmittelbar vorausgehenden Probe und Ermitteln eines die Differenz zwischen jeder Probe und der vorausgehenden Probe wiedergebenden Deltawerts und Speichern jedes Deltawertes, und Untersuchen der Deltawerte und Ermitteln des größten absoluten Deltawertes, gekennzeichnet durch das Ermitteln der Anzahl von Bits, die benötigt werden, um den größten absoluten Deltawert zu speichern, und Speichern der Anzahl von Bits, und Speichern jedes Deltawertes für den Block, wobei die Deltawerte die Anzahl von Bits enthalten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt des Verwendens des Verfahrens, um physiologische Signale von einem Patienten wiedergebende Daten zu verarbeiten und zu speichern, und dem Schritt des Auswählens der Blockgröße, um in dem Bereich von 5 bis 12 Proben zu liegen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit dem Schritt des Initialisierens bevor die Kompression eines Signals gestartet wird, durch Setzen eines Nullwertes für eine angenommene letzte Probe vor der ersten Probe des Signals.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit dem Schritt des Speicherns der Anzahl von Bits, wobei die Bits jeden Deltawert seriell in der Speicherablage wiedergeben, um eine ununterbrochene Verwendung des Speichers vorzusehen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, des weiteren in Kombination mit einem Entkomprimieren der gespeicherten Daten, wobei das Entkomprimieren die folgenden Schritte umfasst: Lesen der Anzahl von Bits, Ermitteln jedes gespeicherten Deltawertes und algebraisches Addieren jedes Deltawertes zu dem Wert der vorangegangenen Probe, um die Proben und das Signal wiederherzustellen bzw. nachzubilden.
  6. Batteriebetriebene Vorrichtung mit Mitteln, die dazu ausgelegt sind, physiologische Signale von einem Patienten einzuholen, einem Speicher zum Speichern von die Signale wiedergebenden Daten und Mitteln zum Übertragen der Daten in eine andere Vorrichtung, wobei die Vorrichtung des weiteren folgendes umfasst: Probenbildungsmittel zum Probenbilden der Signale in zeitlicher Abfolge, Mittel (34) zum Halten von Blockdaten, die eine ausgewählte Anzahl von einen Block bildenden Proben wiedergeben, und Deltamittel, die operationsfähig sind, einen Deltawert für jede Probe zu ermitteln, wobei der Deltawert die Differenz zwischen jeder Probe und der unmittelbar vorausgehenden Probe wiedergibt, gekennzeichnet durch Max-Bit-Mittel zum Ermitteln der maximalen Anzahl von Bits für jeden Block, die zum Speichern des größten Deltawertes des Blocks benötigt werden, und zum Speichern von diese Anzahl wiedergebenden Max-Bit-Daten für jeden Block, Blockmittel (35) zum Speichern von Deltadaten für jeden Deltawert eines Blockes in dem Speicher, wobei jede der Deltadaten die maximale Anzahl von Bits umfasst, und wobei die Deltadaten für einen Block zusammen mit den Max-Bit-Daten für diesen Block abgespeichert werden, und Wiederholungsmittel zum Wiederholen der Funktionen des Ermittelns der Max-Bit-Daten und Speichern der Max-Bit-Daten und der Deltadaten für jeden Block des Signals, und dadurch Speichern von das Signal wiedergebenden komprimierten Daten.
  7. Batteriegetriebene Vorrichtung nach Anspruch 6 in Kombination mit einer externen Vorrichtung, wobei die batteriegetriebene Vorrichtung des weiteren Empfangsmittel (36) zum Empfangen eines Übermittlungsbefehls von der externen Vorrichtung und Übertragungsmittel zum Übertragen der komprimierten Daten an die externe Vorrichtung in Reaktion auf den Übertragungsbefehl umfasst.
  8. Batteriebetriebene Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, mit Blockempfangsmitteln zum Empfangen der Blockdaten.
  9. Batteriegetriebene Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei die Max-Bit-Mittel Mittel zum Speichern der Max-Bit in einer vorgegebenen Anzahl von Bits entsprechend der Signalauflösung der Vorrichtung umfasst.
  10. Batteriegetriebene Vorrichtung nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, wobei die Blockmittel Mittel zum kontinuierlichen Speichern der Daten in dem Speicher umfassen.
DE69635763T 1995-11-22 1996-11-22 System und Verfahren zum Komprimieren digitalisierter Signale bei implantierbaren und batteriebetriebenen Vorrichtungen Expired - Lifetime DE69635763T2 (de)

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