DE69724286T2

DE69724286T2 - Vorrichtung zur trennung kardialer störsignale von eeg-signalen

Info

Publication number: DE69724286T2
Application number: DE69724286T
Authority: DE
Inventors: D. Scott GREENWALD; P. Charles SMITH
Original assignee: Aspect Medical Systems LLC
Current assignee: Aspect Medical Systems LLC
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2017-12-20
Also published as: EP0957761A1; CA2275901A1; JP4025926B2; ATE247419T1; JP2001506905A; DE69724286D1; AU732539B2; WO1998027864A1; CA2275901C; EP0957761B1; US5792069A; AU5615098A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten Filter zum Filtern von Gehirnaktivität repräsentierenden Signalen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Filter zum Entfernen von kardialen oder anderen Artefakten aus EEG-Signalen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Neurologen und andere Gesundheitsexperten verwenden elektroenzephalografische (EEG-) Studien seit vielen Jahren, um Gehirnfunktionen zu studieren, und ein reiches Angebot an Geräten zum Verarbeiten und Analysieren der EEG-Signale ist entwickelt worden. Beispielhalber beschreibt U.S.Patent Nr. 5,458,117 mit dem Titel CEREBRAL BIOPOTENTIAL ANALYSIS SYSTEM AND METHOD, erteilt an Chamoun et al. am 17. Oktober 1996, welches dem Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen wurde, ein System und Verfahren zur Erzeugung eines bispektralen Index aus EEG-Signalen. Der in diesem Patent erläuterte bispektrale Index ist eine einzelne zeitvariable Zahl, die generell den anästhetischen Zustand eines Patienten anzeigt. Der bispektrale Index kann verwendet werden, um effektiv den anästhetischen Zustand eines Patienten während eines chiurgischen Vorgangs zu überwachen.
Das U.S.Patent Nr. 4,716,907 offenbart ein Gerät zum Erfassen eines Elektroenzephalogramms (EEG) und eines Elektrokardiogramms (EKG). Das EEG-Signal wird gleichzeitig mit dem EKG-Signal in Abschnitte unterteilt, wobei die in Abschnitte unterteilten EEG-Signale gemittelt werden. Von einem EKG stammende, als solche hervorgebrachte Geräusche werden vom EEG-Signal subtrahiert, wobei ein tatsächliches EEG-Signal deriviert wird. Das resultierende tatsächliche EEG-Signal wird gleichzeitig mit einem Stimulationssignal in Abschnitte unterteilt, und die in Abschnitte unterteilten tatsächlichen EEG-Signale werden gemittelt, um ein evoziertes Reaktionssignal zu verstärken.
Ein Problem mit Geräten, die EEG-Signale (wie das Gerät, das in U.S.Patent Nr. 5,458,177 offenbart ist) verarbeiten, bezieht sich auf die Artefakte, die in EEG-Signalen häufig gegenwärtig sind. Zum Beispiel beinhalten EEG-Signale häufig Artefakte, die als Folge eines kardialen QRS-Komplexes oder einer Operation eines Schrittmachers erzeugt werden. Die Gegenwart solcher Artefakte kann den Arbeitsvorgang eines jeden Gerätes, das verwendet wird, um EEG-Signale zu verarbeiten, nachteilig beeinflussen. Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Filter zum Entfernen solcher Artefakte aus EEG-Signalen zur Verfügung zu stellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese und andere Ziele sind durch einen verbesserten Filter vorgesehen. Der Filter empfängt ein Gehirnaktivität repräsentierendes Eingangssignal (z. B. ein EEG-Signal) eines Patienten und erzeugt daraus ein artefakffreies oder ein mit reduziertem Artefakt gefiltertes Signal. Der Filter entfernt Artefakte aus dem Eingangssignal und ersetzt die entfernten Teile (die das Artefakt beinhalten) durch artefaktfreie Teile des Eingangssignals, das zu den entfernten Teilen zeitlich benachbart ist.
Noch andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung leicht ersichtlich, wobei verschiedene Ausführungen gezeigt und beschrieben werden, einfach durch Veranschaulichung der besten Ausführungsform der Erfindung. Wie ersichtlich werden wird, ist die Erfindung für andere und unterschiedliche Ausführungen geeignet, und deren verschiedene Details sind für Modifikationen in vieler Hinsicht geeignet, ohne dass all diese von der Endung abweichen. Dementsprechend sind die Zeichnungen und die Beschreibung naturgemäß als veranschaulichend zu betrachten und nicht in einem restriktiven oder einschränkenden Sinn, im Rahmen der Anmeldung, auf die in den Ansprüchen hingewiesen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Für ein besseres Verständnis der Wesensart und der Ziele der vorliegenden Erfindung soll auf die folgende, detaillierte Beschreibung verwiesen werden, die in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gegeben wird, in denen dieselben Bezugszeichen verwendet werden, um auf dieselben oder ähnliche Teile zu verweisen, wobei:
1 ein Blockdiagramm eines EKG- und eines Schrittmacherartefakt-Filters, der gemäß der Erfindung gebaut ist, zeigt;
2 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführung des EKG- und Schrittmacherartefakt-Filters, der in 1 dargestellt ist, zeigt;
3A–F grafische Darstellungen der Zeitabhängigkeit der Amplitude von Signalen zeigen, welche die Arbeitsweise des Filters, der in 2 dargestellt ist, veranschaulichen;
4 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführung des Ausreißerverstärkers, der in 2 dargestellt ist, zeigt;
5A–F grafische Darstellungen der Zeitabhängigkeit der Amplitude von Signalen zeigen, welche die Arbeitsweise des Filters, der in 2 dargestellt ist, veranschaulichen;
6 ein Flussdiagramm ist, welches das Vertahren veranschaulicht, das vom Zacken-Entferner, der in 2 dargestellt ist, verwendet wird, um EKG- und Schrittmacherartefakte aus dem EEG-Signal zu entfernen.
7A–H grafische Darstellungen der Zeitabhängigkeit der Amplitude von Signalen zeigen, welche die Arbeitsweise des Zacken-Entferners, der in 2 dargestellt ist, zeigen; und
8 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführung eines Filters zeigt, der gemäß der Erfindung gebaut ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Filters 120, der gemäß der Erfindung gebaut ist. Filter 120 empfängt ein Gehirnaktivität repräsentierendes Eingangssignal 110 eines Patienten (nicht gezeigt) und erzeugt draus ein gefiltertes Signal 112. Das Eingangssignal 110 kann zum Beispiel ein EEG-Signal sein, das auf bekannte Art von einer oder mehreren Elektroden oder alternativ von einem Verstärker oder anderen bekannten EEG-Verarbeitungskomponenten erzeugt wurde. Das gefilterte Signal 112, das von Filter 120 erzeugt wurde, kann auf jedes Gerät übertragen werden, das verwendet wird, um EEG-Signale (wie beispielsweise ein bispektraler Index-Generator des Typs, der im oben erwähnten U.S.-Patent 5,458,117 offenbart ist) zu verarbeiten. Wie unten ausführlicher erläutert werden wird, kann das Filtern, das durch den Filter 120 gewährleistet ist, die Qualität eines jeden Gerätes verbessern, das verwendet wird, um Gehirnaktivität repräsentierende Signale zu verarbeiten.
In seiner üblichen Form umfasst der Filter 120 einen Zackendetektor 130 und einen Zackenentferner 140. Das Eingangssignal 110 wird an den Zackendetektor 130 und den Zackenentferner 140 übertragen. Der Zackendetektor 130 erzeugt ein Ausgangssignal 150, das an den Zackenentferner 140 übertragen wird. Letzterer erzeugt das gefilterte Signal 112 in Reaktion auf das Eingangssignal 110 und das Ausgangssignal 150.
In Betrieb erfasst der Zackendetektor 130 die Gegenwart von Artefakten im Eingangssignal 110 und erzeugt das Ausgangssignal 150, so dass es die zeitliche Position der Artefakte im Eingangssignal 110 repräsentiert. Wenn das Eingangssignal 110 kein Artefakt beinhaltet (wie durch das Ausgangssignal 150 angezeigt wird), erzeugt der Zackenentferner 140 das gefilterte Signal 112, so dass es im Wesentlichen gleich dem Eingangssignal 110 ist. Falls jedoch das Eingangssignal 110 ein Artefakt beinhaltet (wie durch das Ausgangssignal 150 angezeigt wird), erzeugt der Zackenentferner 140 den entsprechenden Teil des gefilterten Signals 112, in dem er diesen Teil einem artefakttreien Teil des Eingangssignals 110 gleichsetzt, der zeitlich an den Teil des Eingangssignals 110 anschließt, welches das Artefakt beinhaltet.
Wie unten ausführlicher erläutert wird, ist der Filter 120 vorzugsweise als digitaler Filter implementiert. Da die meisten Frequenz-Komponente von Interesse bezüglich EEG-Signalen unter sechzig Hertz (Hz) liegen, erfüllen Abtastraten über 120 Hz das Nyquist Kriterium, und eine bevorzugte Abtastrate zur Verwendung mit Filter 120 liegt bei 128 Hz. Die meisten Komponente von Filter 120 verarbeiten vorzugsweise ihre relevanten Signale in aufeinander folgenden, zeitlichen Abschnitten, die als Epochen bezeichnet werden. Eine Epoche eines einzelnen Signals enthält eine Gruppe von N-Datenpunkten x_i für alle ganzen Zahlen i von eins bis N. Verschiedene Komponente innerhalb des Filters 120 können Epochen mit verschiedenen Längen (z. B. eine Sekunde- oder zwei Sekunden-Epochen) verwenden. Bei der bevorzugten Abtastrate von 128 Hz umfasst jede einzelne Sekunden-Datenepoche 128 Datenpunkte.
In einer bevorzugten Ausführung ist Filter 120 als ein EKG- und Schrittmacherartefakt-Filter implementiert. In dieser Ausführung ist das Eingangssignal 110 ein EEG-Signal, und Filter 120 verarbeitet das EEG-Signal 110, um EKG- und Schrittmacherartefakte aus dem gefilterten Signal 112 zu entfernen. EKG- und Schrittmacherartefakte sind insofern kardiale Artefakte, da sie das Herz betreffen. EKG-Artefakte sind Artefakte, die naturgemäß aus der Tätigkeit des Herzmuskels (d. h. der Elektrokardiogramm-QRS-Komplex) entstehen. Schrittmacherartefakte sind auf elektrische Geräte zurückzuführen, die verwendet werden, um den Herzrhythmus (z. B. Schrittmacher) zu steuern. Bekanntermaßen bewirkt die Leitfähigkeit des Körpers sehr oft, dass diese kardialen Artefakte in gemessenen EEG-Signalen aufscheinen. Die Gegenwart dieser Artefakte in EEG-Signalen kann den Ablauf der Verarbeitungskomponente, wie beispielsweise eines bispektralen Indexgenerators, behindern, daher erfasst und entfernt Filter 120 diese Artefakte.
Da EKG- und Schrittmacherartefakte oft bei einer solchen hohen Frequenz (z. B. 120 Schläge pro Minute) vorkommen, kann einfaches Erfassen und Entfernen der Teile des EEG-Signals, einschließlich jener Artefakte, ungenaue Daten für Verarbeitungskomponente, wie beispielsweise einen bispektralen Index-Generator zum Verarbeiten, hinterlassen. Daher erzeugt Filter 120 vorzugsweise das gefilterte Signal durch (1) Entfernen der Teile des EEG-Signals 110, die EKG- oder Schrittmacherartefakte enthalten und durch (2) Ersetzen der entfernten Datenteile mit originalen (artefaktfreien) Daten in Teilen des EEG-Signals 110, das zeitlich zu den entfernten Teilen benachbart ist. Das Ersetzen der entfernten Datenteile auf diese Art gewährleistet, dass die resultierenden, gefilterten Signale ausreichend Daten für Verarbeitungskomponente, wie beispielsweise einen bispektralen Indexgenerator, zum genauen Verarbeiten umfassen. Da der spektrale Inhalt von zeitlich benachbarten Teilen eines EEG-Signals dazu tendiert, ähnlich zu sein, verändert das Ersetzen von entfernten Teilen eines EEG-Signals durch zeitlich benachbarte (artefaktfreie) Teile nicht wesentlich den spektralen Inhalt des gefilterten Signals und daher beeinflusst es nicht nachteilig die Verarbeitung, die durch die anschließenden Verarbeitungskomponenten vorgesehen ist.
2 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführung des EKG- und Schrittmacherartefakt-Filters 120, der gemäß der Erfindung gebaut wurde. Der Filter 120 umfasst zwei Hochpassfilter 210, 212; zwei Bandpassfilter 214, 216; einen Ausreißerverstärker 218; einen EKG-Zacken-Detektor 220; einen Schrittmacher-Zacken-Detektor 222 und einen Zackenentferner 224. Das EEG-Signal 110 wird an Hochpassfilter 210, 212 und an einen Zackenentferner 224 übertragen. Die Hochpassfilter 210 und 212 filtern das EEG-Signal 110 und erzeugen dadurch Ausgangssignale, die an die Bandpassfilter 214 bzw. 216 übertragen werden. Die Bandpassfilter 214 bzw. 216 filtern die Signale, die von den Hochpassfilter 210 bzw. 212 empfangen wurden und übertragen die resultierenden Signale an den Ausreißerverstärker 218 bzw. an den Schrittmacher-Zacken-Detektor 222. Der Ausreißerverstärker 218 empfängt das Signal vom Bandpassfilter 214 und erzeugt daraus ein Signal, das an einen EKG-Zacken-Detektor 220 übertragen wird. Der EKG-Zacken-Detektor 220 und Schrittmacher-Zacken-Detektor 222 erzeugen jeweils ein Ausgangssignal, und diese Signale werden beide an den Zacken-Entferner 224 übertragen. Letzterer erzeugt das gefilterte Signal 112.
In Betrieb arbeiten Hochpassfilter 210, Bandpassfilter 214, Ausreißerverstärker 218 und EKG-Zacken-Detektor 220 zusammen, um EKG-Artefakte im EEG-Signal 110 zu lokalisieren. Die 3A–3E zeigen grafische Darstellungen der Zeitabhängigkeit der Amplitude von Signalen, welche den Arbeitsablauf der Filter 210, 214, des Ausreißerverstärkers 218 und des EKG-Zacken-Detektors 220 veranschaulichen. 3A zeigt ein Beispiel eines EEG-Signals 110, das von einem Hochpassfilter 210 empfangen wurde und regelmäßig auftretende EKG-Artefakte beinhaltet, wovon einige in 310 angezeigt sind. Der Hochpassfilter 210 filtert dieses EEG-Signal, um niederfrequentes EEG und Artefakt zu entfernen, wie "Baseline Wander", das zum Beispiel aus dem langsamen Variieren von Elektroden-Interface-Eigenschaften oder aus Atemzyklus bedingten Bewegungen entstehen kann. 3B zeigt eine grafische Darstellung des Ausgangssignals, das vom Hochpassfilter 210 erzeugt wurde und an den Bandpassfilter 214 in Reaktion auf das Signal, das in 3A gezeigt wird, übertragen wurde. Der Hochpassfilter 210 ist vorzugsweise durch eine Hochpass-Grenzfrequenz gekennzeichnet, die hoch genug ausgewählt ist, um effektiv "Baseline Wander" zu entfernen, und niedrig genug ist, um die EKG-Artefakte durchzulassen. Ein bevorzugter Wert für die Hochpass-Grenzfrequenz ist 5 Hz. Der Filter 210 kann zum Beispiel als ein autoregressiver, gleitender Durchschnitts[ARMA(1,1)]Filter erster Ordnung implementiert werden. In einer bevorzugten Ausführung ist Filter 210 ein digitaler Filter, der durch eine Übertragungsfunktion gekennzeichnet ist, die in der folgenden Gleichung (1) gezeigt wird:
In Gleichung (1) repräsentiert x_i die aktuelle, ungefilterte Abtastung des EEG-Signals, das an die Eingabe des Filters 210 übertragen wurde und y₁ und y_i–1 repäsentieren die aktuelle Abtastung und vorherige Abtastungen des Ausgangssignals, das von Filter 210 erzeugt wurde. In einer bevorzugten Ausführung sind die Filterkoeffizienten a₁, b₀ und b₁ gleich 0,72338247, 1,0 bzw. –1,0.
3C zeigt eine grafische Darstellung eines Ausgangssignals, das vom Bandpassfilter 214 in Reaktion auf das Signal, das in 3B gezeigt wird, erzeugt wurde. Der Bandpassfilter 214 ist durch einen Durchlassbereich gekennzeichnet, der vorzugsweise so ausgewählt ist, um „zackige" Teile der EKG-Artefakte (wie in 3C gezeigt ist) hervorzuheben und dadurch ihre anschließende Erfassung zu erleichtern. Ein bevorzugter Bereich für den Durchlassbereich des Filters 214 liegt bei 18–42 Hz. In einer bevorzugten Ausführung ist der Bandpassfilter 214 als ein digitaler pseudo-angepasster Filter (FIR) mit begrenztem Impulsansprechverhalten (d. h. stückweise linearer „Komplex") implementiert und ist durch eine Übertragungsfunktion gekennzeichnet, die in der folgenden Gleichung (2) gegeben ist:
In einer bevorzugten Ausführung, sind die Filterkoeffizienten b₀ bis b₈ wie folgt ausgewählt:
b₀ = –0,00151596411
b₁ = –0,15759821
b₂ = –1,1960189
b₃ = 0,086164385
b₄ = 2,5379448
b₅ = 0, 086164385
b₆ = –1,1960189
b₇ = –0,15759821
b₈ = –0,00151596411
3D zeigt eine grafische Darstellung eines Ausgangssignals, das von einem Ausreißerverstärker 218 in Reaktion auf das Signal, das in 3C gezeigt wird, erzeugt wurde. Wie in 3D gezeigt wird, hebt der Ausreißerverstärker 218 das EKG-Artefakt hervor und unterdrückt den Rest des Signals. Ausreißer im Signal, die vom Bandpassfilter 214 erzeugt wurden (z. B. Datenpunkte, die signifikant vom Mittelwert des Signals abweichen), sind generell Teil des EKG-Artefakts. Der Ausreißerverstärker 218 erhöht vorzugsweise den Wert der stark abweichenden Datenpunkte und reduziert den Wert anderer Datenpunkte, um die anschließende Artefakterfassung zu erleichtern. Der Ausreißerverstärker 218 verwendet vorzugsweise Verfahren zur Entfernung von Ausreißern, die unten und bei L. H. Larson und P. N. Prinz, „EKG Artifacts Suppression from the EEG", Electroenceph. Clin. Neurophys. 79 (1991), S 241–244 beschrieben sind.
Der Ausreißerverstärker 218 verarbeitet vorzugsweise das Signal, das vom Bandpassfilter 214 in einzelnen Sekundenepochen empfangen wurde. Der Ausreißerverstärker 218 verarbeitet die N-Datenpunkte x_i in einer Epoche und verarbeitet dann die N-Datenpunkte in der nächsten Datenepoche. In einer bevorzugten Ausführung verarbeitet der Ausreißerverstärker 218 jede Datenepoche zuerst durch Anpassen der Daten, so dass sie eine durchschnittliche Nulleinstellung aufweisen. Um dieses Anpassen an eine Nulleinstellung auszuführen, erzeugt der Ausreißerverstärker 218 zuerst den Durchschnitt der Daten in der Epoche gemäß der folgenden Gleichung (3).
Der Ausreißerverstärker 218 subtrahiert dann den Durchschnitt von jedem Datenpunkt in der Epoche, um eine Gruppe von „Datenpunkten mit Durchschnitt Null" x ^ _i gemäß der folgenden Gleichung (4) zu erzeugen: x ^i = xi – X (4)
Der Ausreißerverstärker 218 erzeugt dann die Standardabweichung (oder den RMS-Einfluss) aller Datenpunkte mit Durchschnitt Null in der Epoche gemäß der folgenden Gleichung (5).
Der Ausreißerverstärker 218 erzeugt dann Datenpunkte x'_i für eine Kurve, welche die „kleinste mittlere quadratische Abweichung" den Datenpunkten x ^ _i mit Durchschnitt Null repräsentiert. Die Datenpunkte x'_i können gemäß der folgenden Gleichung (6) erzeugt werden.
Die meisten Datenpunkte x ^ _i mit Durchschnitt Null weichen nicht signifikant von den Datenpunkten x'_i mit der kleinsten mittleren quadratischen Abweichung ab, wenn der Datenpunkt x ^ _i mit Durchschnitt Null kein Ausreißer (oder Teil eines EKG-Artefaktes) ist. Die Datenpunkte x'_i können daher als „vorhergesagte Datenpunkte" bezeichnet werden. Die vorhergesagten Datenpunkte x'_i, die Datenpunkte x ^ _i mit Durchschnitt Null und der RMS-Wert können dann verwendet werden, um eine Gruppe von Datenpunkten x_out_i gemäß der folgenden Gleichung (7) zu erzeugen.
wobei f(z) = z(1 – z2)(1 – z2) wenn|z| < 1f(z) = 0 in allen anderen Fällen
Die Funktion f(Z) wird ausgewählt, so dass die Ausführung der Gleichung (7) dazu tendiert, den Wert der Datenpunkte x_out_i auf den vorhergesagten Wert x'_i plus einer skalierten Differenz der vorhergesagten Werte und der Werte mit Durchschnitt Null zu setzen. Wenn jedoch der ursprüngliche Datenpunkt x_i ein Ausreißer war, werden die entsprechenden Datenpunkte x_out_i den vorhergesagten Werten x'_i (siehe die obige Gleichung) gleichgesetzt. Der Ausreißerverstärker 218 erzeugt dann seine endgültigen Ausgangs-Datenpunkte durch Subtrahieren der Datenpunkte, die vom Bandpassfilter 214 empfangen wurden, von den entsprechenden Datenpunkten x_out_i.
4 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführung eines Ausreißerverstärkers 218, der eine Kaskade von drei Ausreißerentfernungsfilter 410a, 410b und 410c und einen Subtrahierer 420 umfasst. Das Ausgangssignal, das vom Bandpassfilter 214 erzeugt wurde, wird an Filter 410a und an die positive Eingabe des Subtrahierers 420 übertragen. Filter 410a empfängt das Signal vom Bandpassfilter 214 und erzeugt daraus ein Ausgangssignal, das an Filter 410b übertragen wird, der wiederum ein Ausgangssignal erzeugt, das an Filter 410c übertragen wird. Letzterer erzeugt ein Ausgangssignal, das an eine negative Eingabe des Subtrahierers 420 übertragen wird, der wiederum das Ausgangssignal des Ausreißerverstärkers 218 erzeugt, das an den EKG-Zacken-Detektor 220 (gezeigt in 2) übertragen wird. 4 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm des Ausreißerentfernungsfilter 410a, und die Filter 410b und 410c sind auf eine im Wesentlichen ähnliche Art gebaut. Filter 410a umfasst einen Mittelwert-Generator 412, einen Subtrahierer 414, einen Generator zur Erzeugung der besten Kurve mit der kleinsten mittleren quadratischen Abweichung 416 und einen Generator zur Erzeugung von Datenpunkten, in denen die Ausreißer unterdrückt sind 418.
In Betrieb erzeugt der Mittelwertgenerator 412 den Mittelwert aller Datenpunkte in einer Epoche nach der obigen Gleichung (3) und überträgt den Mittelwert an eine negative Eingabe des Subtrahierers 414. Der Subtrahieren 414 erzeugt dann die Datenpunkte x ^ _i mit Durchschnitt Null gemäß der obigen Gleichung (4) durch Subtrahieren des Mittelwertes von den ursprünglichen Datenpunkten und überträgt die Datenpunkte mit Durchschnitt Null an den Generator zur Erzeugung der besten Kurve mit der kleinsten mittleren quadratischen Abweichung 416. Der Generator zur Erzeugung der besten Kurve mit der kleinsten mittleren quadratischen Abweichung 416 erzeugt dann die Datenpunkte x'_i der Kurven mit der kleinsten mittleren quadratischen Abweichung gemäß der obigen Gleichung (6). Der Generator zur Erzeugung von Datenpunkten, in denen die Ausreißer unterdrückt sind 418 erzeugt dann die Ausreißer-unterdrückten Datenpunkte x_out_i gemäß den obigen Gleichungen (5) und (7). Die Ausreißerfilter 410b und 410c wiederholen dann jeweils nacheinander die Schritte der Erzeugung des Durchschnitts Null , der Kurven mit der kleinsten quadratischen Abweichung und die Erzeugung des Datenpunktes, in dem die Ausreißer unterdrückt sind, so dass die Datenpunkte, die von Filter 410c erzeugt wurden, signifikant die EKG-Artefakte unterdrücken. Der Subtrahierer 420 verstärkt dann die EKG-Artefakte durch Subtrahieren der Datenpunkte, die von Filter 410c erzeugt wurden, von den Datenpunkten, die vom Bandpassfilter 214 erzeugt wurden. Andere Ausführungen des Ausreißerverstärkers 218 können selbstverständlich mehr als oder weniger als drei Ausreißer-Entfernungsfilter umfassen.
3E zeigt eine grafische Darstellung des Ausgangssignals, das vom EKG-Zacken-Detektor 220 erzeugt wurde, in Reaktion auf das Signal, das vom Ausreißerverstärker 218 empfangen wurde und in 3D veranschaulicht ist. Das Ausgangssignal, das vom EKG-Zacken-Detektor 220 erzeugt und an den Zackenentferner 224 übertragen wurde, zeigt die Position der EKG-Artefakte im EEG-Signal an. Im Signal, das in 3E veranschaulicht ist, zeigt ein niedriger Wert das Fehlen eines EKG-Artefaktes an und ein hoher Wert die Position eines EKG-Artefaktes an.
Gefilterte EKG-Artefakte zeichnen sich generell durch relativ große, steile Abschnitte aus, die innerhalb einer vorherbestimmten Zeitspanne alternieren (d. h. steigen und fallen). EKG-Artefakt 312 (gezeigt in 3D) umfasst beispielsweise einen steilen negativen Übergang von einem Wert nahe Null zum negativen Datenpunkt 314, gefolgt von einem steilen positiven Übergang (über Null) zum positiven Datenpunkt 316, gefolgt von einem steilen negativen Übergang (über Null) zum negativen Datenpunkt 318 und schließlich gefolgt von einem steilen positiven Übergang zu einem Wert nahe Null. Der EKG-Zacken-Detektor 220 erfasst vorzugsweise die Gegenwart und Positionen von EKG-Artefakten durch Identifizieren von Null-Durchgängen (d. h. Positionen, wo die Signalübertragungen von einem negativen Wert „über Null " zu einem positiven Wert oder Übertragungen von einem positiven Wert „über Null " zu einem negativen Wert erfolgen).
In einer Ausführung erzeugt der EKG-Zacken-Detektor 220 ein Ausgangssignal, das die Gegenwart eines EKG-Artefaktes anzeigt, sobald der Detektor M Nulldurchgänge im Signal ortet, das vom Ausreißerverstärkers 218 in einem Zeitintervall der Dauer T, erzeugt wurde, wobei M größer als oder gleich zwei und weniger als oder gleich vier ist und T, gleich ca. 200 ms ist. Der EKG-Zacken-Detektor 220 verwendet vorzugsweise einen Grenzwert-ZCTR₁, um zu ermitteln, wenn Nulldurchgänge auftreten. Das ist – Detektor 220 berücksichtigt jeden Übergang von -ZCTR₁ bis ZCTR₁ oder von ZCTR₁ bis -ZCTR₁ – im Signal, das vom Ausreißerverstärker 218 als ein Nulldurchgang empfangen wurde. Das Erfordernis, dass die Zahl der Nulldurchgänge größer als ein Grenzwert zu sein hat, verhindert, dass Nulldurchgänge, die von geringen Mengen an Zufallsgeräuschen erzeugt wurden, als EKG-Artefakte berücksichtigt werden. Ein bevorzugter Wert für den Grenzwert ZCTR₁ ist 8,032 μV, jedoch ist dieser Grenzwert, wie der Fachmann erkennen wird, vorzugsweise passend variiert, was vom Typ der verwendeten EEG-Elektroden sowie von anderen bekannten Faktoren abhängig ist. Bei jeder einzelnen Implementierung des Filters 120 ist der Grenzwert ZCTR₁ vorzugsweise empirisch ausgewählt, so dass. er zuverlässig tatsächliche EKG-Artefakte von Rauschen unterscheidet.
EKG-Zacken-Detektor 220 verwendet vorzugsweise auch andere Kriterien, um das Erfassen eines EKG-Artefakts zu verhindern, auch wenn M Nulldurchgänge größer als ZCTR₁ in einem Intervall der Dauer T₁ gegenwärtig sind. Diese zusätzlichen Kriterien werden ausgewählt, um zu verhindern, dass Rauschen als ein EKG-Artefakt erfasst wird. Wenn zum Beispiel der EKG-Zacken-Detektor 220 fünf oder mehr Nulldurchgänge, die größer als ein zweiter Grenzwert ZCTR₂ (d. h. Übertragungen von -ZCTR₂ bis ZCTR₂ oder von ZCTR₂ bis -ZCTR₂) sind, im Signal erfasst, das vom Ausreißerverstärker 218 in einem Intervall der Dauer T₂ erzeugt wurde, dann erzeugt der Zacken-Detektor 220 ein Ausgangssignal, welches das Fehlen eines EKG-Artefaktes anzeigt. Vorzugsweise ist der zweite Grenzwert ZCTR₂ kleiner als der erste Grenzwert ZCTR₁, und ein bevorzugter Wert für den zweiten Grenzwert ist gleich ca. 3,02727 μV. Die zweite Dauer T₂ ist vorzugsweise länger als die erste Dauer T₁, und ein bevorzugter Wert für die zweite Dauer beträgt ca. eine halbe Sekunde. Der EKG-Zacken-Detektor 220 erzeugt vorzugsweise auch ein Ausgangssignal, welches das Fehlen eines EKG-Artefakts anzeigt, wenn es eine sehr große Auslenkung (z. B. größer als 100 μV) des Signals, das vom Ausreißerverstärker 218 innerhalb eines Intervalls von ca. einer halben Sekunde erzeugt wurde, gibt. Das verhindert, dass elektro-chiurgische Geräusche als EKG-Artefakte erfasst werden.
Wie oben erläutert wurde, arbeiten Hochpassfilter 210, Bandpassfilter 214, Ausreißerverstärker 218 und EKG-Zacken-Detektor 220 zusammen, um EKG-Artefakte im EEG-Signal 110 zu lokalisieren. Auf ähnliche Weise arbeiten Hochpassfilter 212, Bandpassfilter 216 und Schrittmacher-Zacken-Detektor 222 zusammen, um Schrittmacherartefakte im EEG-Signal 110 zu lokalisieren. Die 5A–5D zeigen grafische Darstellungen der Zeitabhängigkeit der Amplitude von Signalen, welche den Arbeitsablauf der Filter 212, 216 und des Schrittmacher-Zacken-Detektors 222 veranschaulichen. 5A zeigt ein Beispiel eines EEG-Signals 110, das vom Hochpassfilter 212 empfangen wurde und regulär auftretende Schrittmacherartefakte umfasst, wovon einige bei 510 angezeigt sind. Der Hochpassfilter 212 filtert vorzugsweise dieses EEG-Signal, um niederfrequentes "Baseline-Wander" zu entfernen. 5B zeigt eine grafische Darstellung des Ausgangssignals, das vom Hochpassfilter 212 erzeugt und an den Bandpassfilter 216 übertragen wurde, in Reaktion auf das Signal, das in 5A veranschaulicht ist. Der Hochpassfilter 212 ist vorzugsweise durch eine Hochpass-Grenzfrequenz gekennzeichnet, die hoch genug ausgewählt ist, um effektiv "Baseline-Wander" zu entfernen, und niedrig genug ist, um die Schrittmacherartefakte durchzulassen. Ein bevorzugter Wert für die Hochpassgrenzfrequenz für Filter 212 liegt bei 20 Hz. Filter 212 kann als ein ARMA (1,1)-Filter implementiert werden, der durch die Übertragungsfunktion, die in der obigen Gleichung (1) gezeigt ist, gekennzeichnet ist, wobei die Filterkoeffizienten a₁, b₀ und b, mit –0,48672403, 1,0 bzw. –1,0 angegeben sind.
Der Bandpassfilter 216 ist vorzugsweise ausgewählt, um die zackigen Teile der Schrittmacherartefakte hervorzuheben. Der Bandpassfilter 216 kann unter Anwendung eines Filters, der gleich dem oben erläuterten Bandpassfilter 214 ist, implementiert werden. 5C zeigt ein Ausgangssignal, das vom Bandpassfilter 216 erzeugt wurde, in Reaktion auf das Signal, das vom Hochpassfilter 212 empfangen wurde und in 5B veranschaulicht ist.
Der Schrittmacher-Zacken-Detektor 222 erzeugt ein Ausgangssignal, das die Gegenwart oder das Fehlen von Schrittmacherartefakten im EEG-Signal 110 veranschaulicht. 5D zeigt das Ausgangssignal, das vom Schrittmacher-Zacken-Detektor 222 erzeugt wurde, in Reaktion auf das Signal, das vom Bandpassfilter 216 empfangen wurde und in 5C veranschaulicht ist. Im veranschaulichten Signal zeigen hohe Werte die Position der Schrittmacherartefakte und niedrige Werte das Fehlen von Schrittmacherartefakten an.
Der Schrittmacher-Zacken-Detektor 222 erzeugt vorzugsweise sein Ausgangssignal durch Kreuzkorrelieren des Signals, das vom Bandpassfilter 216 mit vorherbestimmten Vorgaben empfangen wurde. Sobald irgendeine der Kreuzkorrelationen einen vorherbestimmten Grenzwert übersteigt, erzeugt der Zacken-Detektor 222 ein Ausgangssignal, das die Gegenwart eines Schrittmacherartefaktes anzeigt, und sonst erzeugt der Zacken-Detektor 222 ein Ausgangssignal, welches das Fehlen eines Schrittmacherartefaktes anzeigt.
VORGABE1 = 1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,–5,0,11,0,–5,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1
VORGABE2 = 1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,-5,11,0,–5,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1
VORGABE3 = 1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,–5,0,11,–5,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1
Der Schrittmacher-Zacken-Detektor 222 erzeugt vorzugsweise Kreuzkorrelationsfunktionen für jede der drei Vorgaben, die oben gezeigt sind, gemäß einer Funktion der „Verzögerung" oder Zeitverschiebung zwischen der Vorgabe und den Daten in der Epoche. Die Kreuzkorrelationsfunktion ρ(r) wird vorzugsweise gemäß der folgenden Gleichung (8) erzeugt:
In der obigen Gleichung (8) repräsentiert x_i Datenpunkte im Signal, das vom Bandpassfilter 216 empfangen wurde, und y_i repräsentiert Datenpunkte in einer der drei Vorgaben, die oben gezeigt sind, und N ist die Anzahl der Datenpunkte in einer Epoche.
Wenn sie nach der Gleichung (8) erzeugt wird, weist die Zahl der Kreuzkorrelationsfunktion ρ(r) Werte auf, die im Bereich zwischen Null und eins liegen. Der Schrittmacher-Zacken-Detektor 222 erzeugt vorzugsweise ein Ausgangssignal, das die Position eines Schrittmacherartefaktes anzeigt, immer wenn die Kreuzkorrelationsfunktion p(r) für die VORGABE1 größer als ein erster Grenzwert THR₁ ist, und erzeugt vorzugsweise auch ein Ausgangssignal, das die Position eines Schrittmacherartefaktes anzeigt, immer wenn die Kreuzkorrelationsfunktion p(r) für VORGABE2 oder VORGABE3 größer als ein Sekundengrenzwert THR₂ ist. Bevorzugte Werte für THR₁ und THR₂ sind 0,85 bzw. 0,75, obwohl der Fachmann erkennen wird, dass andere Werte für den Grenzwert und andere Vorgaben auch verwendet werden können.
Zusammenfassend arbeiten Hochpassfilter 210, Bandpassfilter 214, Ausreißerverstärker 218 und EKG-Zacken-Detektor 220 zusammen, um die Position von EKG-Artefakten im EEG-Signal 110 zu identifizieren und Hochpassfilter 212, Bandpassfilter 216 und Schrittmacher-Zacken-Detektor 222 arbeiten zusammen, um die Position von Schrittmacherartefakten im EEG-Signal 110 zu identifizieren. Diese Komponente (d.h. Hochpassfilter 210, 212, Bandpassfilter 214, 216, Ausreißerverstärker 218, EKG-Zacken-Detektor 220 und Schrittmacher-Zacken-Detektor 222) repräsentieren eine bevorzugte Ausführung des Zackendetektors 130 (gezeigt in 1) des Filters 120. Der Zacken-Entferner 224 verwendet dann die Signale, die vom EKG-Zacken-Detektor 220 und vom Schrittmacher-Zacken-Detektor 222 erzeugt wurden, um die EKG- und Schrittmacherartefakte aus dem EEG-Signal 110 zu entfernen. Während Hochpassfilter 210, 212, Bandpassfilter 214, 216, Ausreißerverstärker 218 und EKG- und Schrittmacher-Zacken-Detektor 220, 222 eine bevorzugte Ausführung zum Erfassen der Gegenwart und Position von EKG- und Schrittmacherartefakten darstellen, wird der Fachmann erkennen, dass der Zacken-Entferner 224 mit anderen Filtern verwendet werden kann, welche die Gegenwart von EKG- und Schrittmacherartefakten oder von anderen Artefakten erfassen. Während beispielsweise der Schrittmacher-Zacken-Detektor 222 in Zusammenhang mit Vorgaben und Korrelationsfunktionen erklärt wurde, wird der Fachmann erkennen, dass der Zacken-Detektor 222 auch unter Anwendung von Nulldurchgangs-Detektionsschemata arbeiten kann, ähnlich jenem, das oben in Zusammenhang mit dem EKG-Zacken-Detektor 220 erläutert wurde, und eingestellt ist, um Schrittmacherartefakte zu erfassen. Ebenso kann der EKG-Zacken-Detektor 220 besser unter Verwendung von geeigneten Vorgaben und Korrelationsfunktionen als durch Erfassen von Nulldurchgängen arbeiten.
Das EEG-Signal 110 und die Signale, die vom EKG-Zacken-Detektor 220 und vom Schrittmacher-Zacken-Detektor 222 erzeugt wurden, werden vom Zacken-Entferner 224 empfangen. Der Zacken-Entferner 224 erzeugt das gefilterte Signal, so dass es gleich dem EEG-Signal 110 ist, wenn die Ausgangssignale von den Zacken-Detektoren 220 und 222 das Fehlen von EKG- und Schrittmacherartefakten anzeigen. Wenn die Zacken-Detektoren 220 und 222 die Gegenwart eines EKG- oder Schrittmacherartefaktes anzeigen, erzeugt der Zacken-Entferner224 das gefilterte Signal durch Ersetzen des Teiles des EEG-Signals einschließlich des Artefaktes mit artefaktfreien Daten im EEG-Signal, die zeitlich zum Teil, der das Artefakt beinhaltet, benachbart sind. Der Zacken-Entferner 224 filtert vorzugsweise auch das Signal, so dass die ersetzten Teile glatt in die originalen, artefaktfreien Teile hineinpassen.
6 zeigt ein Flussdiagramm 600, das ein bevorzugtes Verfahren veranschaulicht, welches der Zacken-Entferner 224 verwenden kann, um Teile des gefilterten Signals entsprechend den Teilen des EEG-Signals 100 zu erzeugen, einschließlich der EKG- oder Schrittmacherartefakte. In Schritt 610 ermittelt der Zackenentterner 224 die Größe SZ einer Entfernungsregion des EEG-Signals, welche das Artefakt beinhaltet. 7A zeigt einen Teil des EEG-Signals 700, das ein EKG-Artefakt 710 beinhaltet. Wie oben erläutert wurde, informiert der EKG-Zackendetektor 220 (oder Schrittmacher-Zacken-Detektor 222 im Falle eines Schrittmacherartefakts) den Zackenentferner 224 bezüglich der zeitlichen Position des EKG-Artefaktes. Der Zackenentferner 224 wählt dann eine Entfernungsregion 712, die vorzugsweise um das Artefakt zentriert ist und das Artefakt 710 vollständig umgibt (d.h. sich davor und danach ausdehnt). In einer bevorzugten Ausführung, wählt der Zackenentferner 224 die Größe SZ der Entfernungsregion 712, um dreizehn Abtastungen zu entsprechen, wenn das Artefakt ein EKG-Artefakt ist und wählt die Größe SZ, um siebzehn Abtastungen zu entsprechen, wenn das Artefakt ein Schrittmacher-Artefakt ist. Diese Werte von dreizehn und siebzehn Abtastungen entsprechen der durchschnittlichen Länge von EKG- und Schrittmacherartefakten (101,6 ms bzw. 132,8 ms) und einer Abtastrate von einhundertachtundzwanzig Abtastungen pro Sekunde.
Im Anschluss an Schritt 610 bestimmt der Zackenentferner 224 in Schritt 612 die Parameter einer Kurve (d. h. die Steigung m und den Abstand b), welche den ersten und letzten Datenpunkt in der Entfernungsregion 712 verbindet. 7A zeigt die Kurve 714, welche die ersten und letzten Datenpunkte in der Entfernungsregion 712 verbindet. Die Epoche der Datenpunkte, welche das Artefakt 710 beinhalten, umfassen Datenpunkte x_i für alle ganzen Zahlen i von eins bis N, und das Artefakt 710 ist rund um einen Datenpunkt x_p zentriert. Der Zackenentferner 224 wählt die Entfernungsregion 712, so dass er rund um Datenpunkt x_p zentriert ist, und da die Entfernungsregion SZ-Abtastungen umfasst, erstreckt sich die Entfernungsregion von den Datenpunkten x_p__(SZ__1)/2 bis x_P+(SZ–1)/2. Der Zackenentterner 224 kann die Neigung m und den Abstand b der Kurve 714 gemäß der folgenden Gleichung (9) erzeugen:
Im Anschluss an Schritt 612 speichert der Zackenentferner 224 die ersten und letzten Datenpunkte in der Entfernungsregion 712 als x_first bzw. x_last und kopiert dann alle Datenpunkte aus einer Region 716, die vorangehen und zeitlich zur Entfernungsregion 712 benachbart sind, in die Ersetzungsregion. 7B veranschaulicht die Kopierergebnisse der Datenpunkte von der Region 716 in die Ersetzungsregion 712. Wie in 7B gezeigt wird, sind die Daten in der Ersetzungsregion 712 in Anschluss an Schritt 614 üblicherweise nicht kontinuierlich hinsichtlich der Daten in der Region 716, welche der Ersetzungsregion 712 vorangeht und hinsichtlich der Daten in einer Region 718, welcher der Entfernungsregion 712 folgt. Der Zackenentferner 224 kann Schritt 614 gemäß der folgenden Gleichung (10) ausführen:
In der obigen Gleichung 10 repräsentieren die Datenpunkte x_r_i die Datenpunkte, welche in die Ersetzungsregion 712 kopiert wurden. In Anschluss an Schritt 614 ersetzt der Zackenentferner 224 in Schritt 616 die Datenpunkte x_r_i welche in die Ersetzungsregion 712 kopiert wurden, durch Datenpunkte x ^ _i mit Durchschnitt Null , wie in 7C veranschaulicht ist. Der Zackenentferner 224 kann Schritt 616 durch Erzeugen des Mittelwertes x_rund durch anschließendes Subtrahieren des Mittelwertes von jedem Datenpunk x_r_i ausführen, um die Datenpunkte x ^ _i mit Durchschnitt Null gemäß der folgenden Gleichung (11) zu erzeugen:
Im Anschluss an Schritt 616 gleicht der Zackenentferner 224 die Ränder der Datenpunkte in der Ersetzungsregion 712 aus, vorzugsweise durch Multiplizieren der Datenpunkte x ^ _i mit Durchschnitt Null in der Ersetzungsregion 712 mit einem Hanning-Spektralfenster, wobei ein Beispiel für ein Hanning-Spektralfenster in 7D veranschaulicht ist. Das Hanning-Spektralfenster kann durch eine Gruppe von Datenpunkten w_han_j für alle ganzen Zahlen j von eins bis SZ definiert werden, wobei die Datenpunkte w_han_j durch die folgende Gleichung (12) gegeben sind:
Solche Hanning-Spektralfenster sind beispielsweise ausführlich bei W. H. Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, B. P. Flannery, Numerical Recipes in C, Cambridge University, New York, NY, 1992, S 554, ausführlich beschrieben. Der Zackenentferner 224 kann das Hanning-Spektralfenster mit den Datenpunkten mit Durchschnitt Null multiplizieren, um eine Gruppe von ausgeglichenen Datenpunkten x_taper_i gemäß der folgenden Gleichung (13) zu erzeugen, wobei die ausgeglichenen Datenpunkte x_taper_i in 7E veranschaulicht sind:
Im Anschluss an Schritt 618 verschiebt der Zackenentferner 224 die ausgeglichenen Datenpunkte x_taper_i linear in die Ersetzungsregion 712 mittels einer Menge, die durch den Kurvenabschnitt 714 (gezeigt in 7A) bestimmt wird, der während Schritt 612 gemessen wurde und dadurch eine Gruppe neuer Datenpunkte x_new_i erzeugt. Wie vorher beschrieben wurde, ersetzen die neuen EKG/Schrittmacher-artefaktfreien Datenpunkte x_new_i die originalen Datenpunkte x_i für alle i = p – (SZ – 1)/2 bis p + (SZ – 1)/2. Das Ergebnis dieser linearen Verschiebung der Ersetzungsregion 712 wird in 7F gezeigt. Der Zackenentferner 224 kann Schritt 620 gemäß der folgenden Gleichung (14) für alle i aus p – (SZ – 1)/2 bis p + (SZ – 1)/2 ausführen: x_newi = x_taperi + mi + b (14)
Wie in 7F gezeigt wird, sind die neuen Datenpunkte x_new_i in der Ersetzungsregion 712 kontinuierlich hinsichtlich der Daten in den Regionen 716 und 718, die unmittelbar der Ersetzungsregion vorangehen bzw. folgen.
Jedoch sind die Übertragungen zwischen den Regionen 716 und 712 und zwischen den Regionen 712 und 718 nicht glatt.
In Anschluss an Schritt 620 gleicht der Zackenentferner 224 in Schritt 622 die Daten am rechten Ende der Region 716 und am linken Ende der Region 718 aus, so dass die Übertragungen zwischen diesen Regionen und der Entfernungsregion 712 sowohl glatt als auch kontinuierlich sind. Die Ergebnisse dieses Ausgleichungsvorganges werden in 7H gezeigt. Eine Möglichkeit, dieses Ausgleichen durchzuführen, besteht darin, die Datenpunkte in der rechten Hälfte der Region 716 mit der rechten Hälfte eines Hanning-Fensters zu multiplizieren und die Datenpunkte in der linken Hälfte der Region 718 mit der linken Hälfte eines Hanning-Fensters zu multiplizieren, wie in 7G gezeigt wird. Der Zacken-Entferner 224 kann diesen Ausgleichungsvorgang gemäß der folgenden Gleichung (15) durchführen:
Für den linken Rand:
Für den rechten Rand:
Die Datenpunkte x_left_i und x_right_i ersetzen die originalen Datenpunkte x_i, wobei i wie oben in Gleichung (15) definiert ist.
Zusammenfassend entfernt der EKG- und Schrittmacherfilter 120 (gezeigt in 2) Daten in Regionen des EEG-Signals 110, die EKG- oder Schrittmacherartefakte beinhalten, und ersetzt die Daten in jenen entfernten Regionen mit Daten aus einer Region, die zur entfernten Region zeitlich benachbart (und vorzugsweise vorangehend) ist. Filter 120 gleicht vorzugsweise auch die Daten am Anfang und am Ende der entfernten Bereiche und ebenfalls die Daten an den Enden der Regionen aus, die den entfernten Regionen vorangehen und gleicht auch die Daten am Beginn der Regionen, welche auf die entfernten Regionen folgen aus, so dass die Daten in den entfernten Regionen glatt an die Daten in den Regionen, die den entfernten Regionen vorangehen und folgen, anschließen. 3F zeigt ein gefiltertes Signal, das vom Filter 120 erzeugt wurde, in Reaktion auf das EEG-Signal, das in 3A gezeigt ist. Wie gezeigt, wurden die EKG-Artefakte, die im Signal gegenwärtig sind, das in 3A gezeigt wird, glatt aus dem Signal entfernt, das in 3F gezeigt wird. Gleichermaßen zeigt 5E ein gefiltertes Signal, das vom Filter 120 erzeugt wurde, in Reaktion auf das EEG-Signal, das in 5A gezeigt ist. Wie gezeigt, wurden die Schrittmacher-Artefakte, die im Signal gegenwärtig sind, das in 5A gezeigt wird, glatt aus dem Signal entfernt, das in 5E gezeigt wird. Ein bevorzugtes Vertahren zum Ersetzen und Ausgleichen der Daten wurde oben in Zusammenhang mit den 6 und 7A–7H erklärt, obwohl für den Fachmann erkennbar ist, dass der Filter 120 auch auf andere Arten arbeiten kann. Zum Beispiel können die Daten, die in die Ersetzungsregion kopiert werden, von einem zweiten EEG-Signal kommen, das artefaktfrei ist. Der Filter 120 entfernt und gleicht vorzugsweise die Daten auf eine Art aus, die nicht signifikant den spektralen Inhalt des EEG-Signals verändert.
8 zeigt ein Blockdiagramm einer anderen Ausführung des Filters 120. In dieser Ausführung empfängt Filter 120 zwei Gehirnaktivität repräsentierende Eingangssignale 110a, 110b und erzeugt daraus das gefilterte Signal 112. Die Eingangssignale 110a, 110b können zum Beispiel EEG-Signale aus zwei verschiedenen Kanälen eines EEG-Prozessors repräsentieren. In dieser Ausführung wird das erste Eingangssignal 110a sowohl an den Zacken-Detektor 130 als auch den Zacken-Entferner 140 übertragen und das zweite Eingangssignal 110b wird nur an den Zacken-Entferner 140 übertragen.
In Betrieb, wenn keine Artefakte im Eingangssignal 110a (wie durch das Ausgangssignal 150 des Zackendetektors 130 angezeigt wird) vorhanden sind, erzeugt der Filter 120 das gefilterte Signal 112, so dass es im Wesentlichen gleich dem ersten Eingangssignal 110a ist. Wenn ein Artefakt im ersten Eingangssignal 110a (wie durch das Ausgangssignal 150 angezeigt wird) vorhanden ist, erzeugt der Filter 120 den entsprechenden Teil des gefilterten Signals unter Anwendung von Daten aus dem zweiten (vorzugsweise artefaktfreien) Eingangssignal 110b. Diese Ausführung kann insbesondere für Systeme zweckmäßig sein, die normalerweise mehrere verschiedene Kanäle des EEG-Signals überwachen. Filter 120 kann zum Beispiel den Kanal auswählen, der die niedrigste Menge an Artefakten enthält, um ihn als Quelle des zweiten Eingangssignals 110b zu verwenden. Wie oben erläutert wurde, kann der Zackendetektor 130 konfiguriert werden, um kardiale Artefakte wie EKG- oder Schrittmacherartefakte zu erfassen. Alternativ kann der Zackendetektor 130 konfiguriert werden, um jegliche Art von Artefakten zu erfassen, die durch „Zacken"-ähnliche Formen gekennzeichnet sind.
Zusammenfassend erzeugen digitale Ausführungen des Filters 120 ein digital gefiltertes Signal entsprechend einem digitalen Eingangssignal. Wenn das Eingangssignal kein Artefakt enthält, erzeugt Filter 120 Datenpunkte des gefilterten Signals, so dass sie im Wesentlichen gleich den entsprechenden Datenpunkten des Eingangssignals sind. Wenn das Eingangssignal ein Artefakt beinhaltet, erzeugt Filter 120 Datenpunkte des gefilterten Signals, so dass sie im Wesentlichen gleich den Datenpunkten aus einem Teil des Eingangssignals sind, das zum Teil des Artefakt beinhaltenden Eingangssignals benachbart ist, oder so, dass sie im Wesentlichen den Datenpunkten aus einem anderen Signal entsprechen. Filter 120 wird natürlich verwendet, wie oben erläutert wurde, um Teile des gefilterten Signals zu glätten, entsprechend den Teilen des Eingangssignals, das ein Artefakt beinhaltet, so dass Daten in der Ersetzungsregion glatt an die benachbarten Teile des Signals anschließen.
Filter 120 (gezeigt in 2) wurde im Hinblick auf eine digitale Implementierung erläutert. Der Fachmann wird erkennen, dass verschiedene Komponente des Filters 120 (z. B. Hochpassfilter 210, wie in 2 gezeigt ist) unter Anwendung von einzelnen Hardware-Modulen oder alternativ unter Anwendung von Software, die von einem digitalen Computer ausgeführt wird, implementiert werden können. In anderen Ausführungen können einige Komponente des Filters 120 (z. B. Hochpassfilter 210) unter Anwendung von analogen Geräten implementiert werden. Weiters wurde Filter 120 hinsichtlich seines Komforts in Bezug auf seine Aufteilung in separate Module (z. B. Hochpassfilter 210 und Bandpassfilter 214) erläutert, jedoch wird der Fachmann erkennen, dass diese Unterteilungen lediglich aus Gründen der günstigen Darstellung präsentiert wurden und Filter 120 auf verschiedene Arten unterteilt werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, und der ganze Filter 120 als ein einzelnes Modul implementiert werden kann, das zum Beispiel als Software, die von einem digitalen Computer ausgeführt wird, implementiert werden kann.
Da gewisse Veränderungen am obigen Gerät ausgeführt werden können, ohne den Rahmen der gegenständlichen Erfindung zu verlassen, soll der gesamte Inhalt, der in der obigen Beschreibung enthalten oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, in einem veranschaulichenden und nicht einschränkenden Sinn interpretiert werden.

Claims

System zur Verarbeitung eines Gehirnaktivität repräsentierenden Signales, wobei das Signal wenigstens ein kardiales Artefakt beinhaltet und das System Mittel zur Identifizierung einer ersten (712) und einer zweiten Region (716) des besagten Signales umfasst, wobei die erste Region (712) des Signals eines der kardialen Artefakte beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Region (716) zeitlich benachbart zur ersten Region (712) ist und das System weiters Mittel zum Entfernen und Kopieren der zweiten Region (716) des Signals in die erste Region (712) des Signals umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die zweite Region (716) der ersten Region (712) vorangeht.
System nach Anspruch 1, welches weiters Mittel zur Unterdrückung von Unstetigkeiten zwischen der ersten (712) und der zweiten Region (716) beinhaltet.
System nach Anspruch 1, welches weiters Mittel zur glatten Verbindung der ersten (712) und der zweiten Region (716) beinhaltet.
System nach Anspruch 1, welches zur Verarbeitung eines Signals, welches ein EEG-Signal (700) ist, adaptiert ist.
System nach Anspruch 1, welches zur Verarbeitung eines Gehirnaktivität repräsentierenden Signals adaptiert ist, wobei das Signal wenigstens ein kardiales Artefakt in der ersten Region (712) beinhaltet, welches ein EKG-Artefakt (710) ist.
System nach Anspruch 1, welches zur Verarbeitung eines Gehirnaktivität repräsentierenden Signals adaptiert ist, wobei das Signal wenigstens ein kardiales Artefakt in der ersten Region (712) beinhaltet, welches ein Schrittmacher-Artefakt (510) ist.