-
Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Gerät zum Entfernen von falschen
Daten ("Daten-Ausreißern") gerichtet, die
hervorgerufen werden durch extern verursachte elektromagnetische
Interferenzen (EMI) eines, einer implantierten medizinischen Vorrichtung,
wie einem Herzstimulator, zugeführten
abgefühlten
Signals.
-
Beschreibung
des Standes der Technik
-
Wie
bekannt, verwenden implantierte medizinische Vorrichtungen, wie
Herzstimulatoren (Schrittmacher, Defibrillatoren, etc.) im Allgemeinen eine
Elektrodenleitung, die sich von einer implantierten elektronischen
Einheit aus erstreckt, um eine elektrische Aktivität in dem
Subjekt abzufühlen,
so dass die Elektrotherapie (Stimulation, Defibrillation, Antitachykardieroutine,
etc.) gesteuert wird, die durch den implantierten Stimulator dem
Subjekt verabreicht wird. Die Elektrodenleitung ist typischerweise
an einem Ende in die implantierte Elektronikeinheit eingesteckt
und weist ein entgegengesetztes Ende auf, das benachbart zum Gewebe
oder im Blutstrom oder an irgendeiner anderen geeigneten Stelle angeordnet
ist, die vom Typ der elektrischen Aktivität oder des physiologischen
Parameters abhängig
ist, der abgefühlt
wird. Da diese Elektrodenleitung einen oder mehrere Leiter enthält, die
sich von der implantierten Vorrichtung zum Sensor oder zur Elektrode
an der Spitze der Leitung ausdehnen, wirkt die Leitung selbst als
eine Antenne und ist damit gegenüber Empfangssignalen,
wie einer elektromagnetischen Interferenz (EMI) empfindlich, die
aus externen Quellen stammt. Eine derartige Interferenz (Störung) verzerrt
die "wahre" Wellenform, die
von der abgefühlten elektrischen
Aktivität
herrührt
und wenn deshalb das verzerrte, abgefühlte Signal innerhalb der implantierten
Vorrichtung analysiert wird, um ein Steuersignal für die Therapieanwendung
zu erzeugen, kann die Analyse verfälscht werden, weil die Störung falsche Datenpunkte
(Datenausreißer)
in den analysierten Daten erzeugen kann.
-
Ein
solcher Typ einer externen Interferenz, der gegenwärtig untersucht
wird, um seinen Einfluss auf implantierbare medizinische Vorrichtungen
zu ermitteln, ist der, der durch Funktelefone erzeugt wird. Funktelefone übertragen
Sprachnachrichten durch Emittieren von Signalen aus einer Antenne
unter Verwendung von Radiowellen bei Frequenzen zwischen 824 und
894 MHz. Bei dem derzeit im weiten Umfang in den Vereinigten Staaten
benutzen System verwenden digitale in der Hand gehaltene Funktelefone
ein Maximum von 0,6 Watt Leistung um Nachrichten zu einem Funksendeturm
auszusenden. Der durch das Funktelefon benutzte Leistungspegel schwankt
während
der Dauer eines Anrufes. In großer
Distanz vom Turm kann das Handgerät die vollen 0,6 Watt benutzen.
Falls sich der Anrufer näher
am Turm befindet, kann das Handtele fon beispielsweise nur 0,05 Watt benötigen, um
das Signal effektiv zu senden. Die Anzahl der in einer vorgegebenen
Zeit in einem System benutzten Handtelefone kann auch die Sendeleistung
beeinflussen.
-
Funktelefone
können
entweder analoge oder digitale Sprachnachrichten übertragen,
abhängig vom
Typ des Handgerätes
und vom Typ des verfügbaren
Dienstes. In analogen Systemen werden die Nachrichten durch Modulieren
oder Variieren entweder der Amplitude des Signals oder der Frequenz
des Signals übertragen.
In digitalen Systemen werden die Nachrichten in einer Reihe von
schnellen Bursts oder Impulsen übertragen.
Ein Vorteil der digitalen Übertragung,
von der erwartet wird, dass sie zunehmend eingesetzt wird, ist der,
dass sie die Kanalkapazität
dadurch vergrößert, dass
sie es mehreren Benutzern erlaubt, Nachrichten mit der gleichen
Frequenz zur gleichen Zeit zu übertragen.
-
Für das Ergebnis
der Wechselwirkung zwischen implantiertem Stimulator und Telefon
sind zwei Typen von digitaler Technologie, die derzeit in den Vereinigten
Staaten in Gebrauch sind, relevant. Dieses sind das Code-Multiplex-Verfahren
(CDMA) und das Zeit-Multiplex-Verfahren (TDMA). Im CDMA werden die
Nachrichten als verschiedene Sequenzen von Einsen und Nullen mit
einem speziellen angehängten
Code übertragen,
so dass nur der gewünschte
Empfänger
in der Lage ist die Nachricht zu dekodieren. Im TDMA werden die
Daten in Bursts übertragen,
indem das Signal 50mal pro Sekunde ein- und ausgeschaltet wird,
wodurch das Signal veranlasst wird das Aussehen eines gepulsten
Signals zu haben. Diese Technik wird deshalb manchmal als "pulsmodulierte" Radiofrequenzausstrahlung
bezeichnet.
-
Der
gegenwärtige
Standard für
die Anwendung in Europa ist der globale Standard für die Funkverbindungstechnologie
(GSM). Die GSM-Technologie verwendet die TDMA-Technologie und arbeitet
in einem Frequenzbereich zwischen 890 und 960 MHz. Die GSM-Technologie
verwendet eine 217 Hz Impulsfrequenz. Die durch ein tragbares GSM-Telefon erzeugte
Leistung liegt im Bereich von 0,02 Watt bis 2 Watt. Im Allgemeinen
ist die durch ein für
den Gebrauch in Europa entworfenes Gerät erzeugte Leistung höher als
für ein
für den
Gebrauch in den Vereinigten Staaten entworfenes Gerät, wegen
der größeren Entfernung, über die
das europäische
Gerät das Signal übertragen
muss, um eine Basisstation zu erreichen. Die Dichte der Basisstationen
in Europa ist niedriger in den Vereinigten Staaten.
-
Wegen
der weit verbreiteten Benutzung von Funktelefonen tritt ein Träger eines
Schrittmachers nahezu mit Sicherheit zufällig in die Übertragungsfelder
einer Anzahl derartiger Funktelefone im Laufe des Tages ein und
verlässt
sie wieder. Selbstverständlich
ist das Potential für
das Signal aus dem Telefon, das mit abgefühlten Signalen interferiert,
die zur Steuerung der Arbeitsweise des Schrittmachers benutzt werden,
am größten, falls
der Träger
des Schrittmachers selbst oder sie selbst ein solches Funktelefon
benutzt. Es ist selbstverständlich
in der Schrittmachertechnologie bekannt, intern erhaltene abgefühlte Signale
auszufiltern, um aus ihnen Störungen
zu entfernen, wie Störungen,
die durch Atmen oder andere interne Quellen verursacht wird. Die konventionelle
Technik zum Entfernen von Störungen
verwendet im Allgemeinen eine Art der Filterung, deren Absicht es
ist, den Anteil der Störungen
so weit wie möglich
aus dem Gesamtsignal zu entfernen, wodurch ein gefiltertes Signal
verbleibt, das eine "saubere" Darstellung der
abgefühlten
Aktivität
oder des abgefühlten
Parameters ist.
-
Im
Falle einer durch ein Funktelefon, insbesondere ein Funktelefon
unter Verwendung der GSM-Technologie
erzeugten Interferenz, erzeugen die Impulse des GSM-Signals relativ
ausgeprägte Spikes,
die dem intern abgefühlten
Signal überlagert sind
(oder sein können).
Die Amplitude dieser Spikes überschreitet
gewöhnlich
die erwartete Amplitude jeglichen Teils des abgefühlten Signals.
Darüber
hinaus sind die Spikes von extrem kurzer Dauer. Der Versuch die
Auswirkungen einer derartigen Funktelefoninterferenz mittels konventioneller
Filterung (wie einer Tiefpass-Filterung, einer Bandpassfilterung oder
einer Hochpassfilterung) auszufiltern, führt unvermeidbar auch zur Beseitigung
eines großen
Anteils des abgefühlten
Signals selbst, wodurch eine unakzeptierbare hohe Datenmenge entfernt
wird. Da der Dateninhalt des abgefühlten Signals benutzt wird,
um die implantierte Vorrichtung zu steuern, bedeutet dies, dass
die Steuerung der Vorrichtung inhärent weniger genau wird. Eine
Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise in der Europäischen Anmeldung
0 713 714 beschrieben, die auch die Identifikation einer Störsignalgrenze
lehrt, welche, wenn sie überschritten
wird, veranlasst, dass eine oder mehrere Abhilfemaßnahmen
ausgewählt
werden.
-
Eine
Median-Filterung ist auf dem Gebiet der Signalverarbeitung allgemein
als eine Art von Filter bekannt, die einen mittleren Signalwert
für eine
begrenzte Nachbarschaft um jeden Eingabedatenpunkt bestimmt. Beispiele
von Median-Filtern, die für
eine allgemeine Signalverarbeitungsanwendung beschrieben sind, sind
im US-Patent 5,114,568 und im US-Patent 5,138,567 zu finden. Auf
dem Gebiet der medizinischen Technologie ist die Verwendung der Median-Filterung im Allgemeinen
für die
Verarbeitung von ECG-Signalen bekannt, wie im US-Patent 5,343,870
beschrieben. Die Verwendung eines Median-Filters zur Unterstützung bei
der Analyse eines eintreffenden atrialen Signals zur Identifizierung
des Vorhandenseins einer atrialen Fibrillation ist im US-Patent
5,527,344 beschrieben.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zu schaffen, zum Entfernen
falscher Daten aus intern abgefühlten
Signalen, die zur Steuerung eines implantierten Stimulators benutzt
werden und die einer elektromagnetischen Interferenz mit externem Ursprung
unterworfen sind, ohne gleichzeitig eine signifikante Menge an Daten,
die im abgefühlten
Signal selbst enthalten sind, zu entfernen.
-
Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ein solches Gerät vorzusehen,
bei dem das abgefühlte
Signal gefiltert wird, so dass Rauschen mit externem Ursprung hieraus
entfernt wird, während
eine Datenunversehrtheit des Ursprungssignals so weit wie möglich gewahrt
bleibt.
-
Die
obigen Ziele werden gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung in einem Gerät erreicht, in dem das abgefühlte Signal,
dem eine extern verursachte elektromagnetische Interferenz überlagert
ist, einer Median-Filterung unterworfen wird, bevor hieraus ein
Steuersignal abgeleitet wird, das zur Steuerung der Arbeitsweise
des implantierten Stimulators benutzt wird. Durch die Median-Filterung
wird nicht versucht die Störung
zu "entfernen", die dem Ursprungssignal überlagert
ist, und deshalb ist die Verwendung der Median-Filterung nicht mit
dem Risiko behaftet, dass ein Teil der abgefühlten oder gemessenen Daten
zusammen mit den Störungen
entfernt wird. Statt dessen wirkt die Median-Filterung so, dass
sie die Auswirkung von unerwünschten
Daten innerhalb des Gesamtsignals verhindert oder minimiert.
-
Die
Median-Filterung ist eine bekannte nicht lineare Filtertechnik,
die allgemein in der Signalverarbeitungstechnologie zur Beseitigung
von Störsignal-Spikes
eingesetzt wird, die aber bisher noch nicht innerhalb einer implantierbaren
medizinischen Vorrichtung, mit dem Ziel benutzt worden ist, spikeartige extern
verursachte Störungen
zu entfernen, die einem intern abgefühlten oder gemessenen Signal überlagert
sind.
-
Im
Allgemeinen sortiert ein Median-Filter eine Anzahl von eintreffenden
Signalen hinsichtlich der Amplitude aus und ersetzt die Stromwerte
eines Signals durch den Median-Wert der sortier ten Signalfolge.
Die Länge
oder Tiefe eines Median-Filters ist durch die Anzahl der Male definiert,
die ein solcher Median gebildet und während der Sortierung angewandt
wird. Der Median, der in jedem Element eines Median-Filters berechnet
wird, ist der Wert (Amplitude) für
den eine gleiche Anzahl von Werten oberhalb und unterhalb existiert.
Die absoluten Werte der Amplitude sind somit nicht für die Filterung
relevant, die in einem Median-Filter stattfindet; es wird nur berücksichtigt,
ob die Amplituden über
oder unter einen bestimmten Wert fallen. Zum Beispiel ist der Median
der Folge 24, 19, 16, 18, 20 der
Wert 19, weil zwei Werte in der Folge unter den Wert 19 fallen
und zwei Werte in der Folge über
den Wert 19. Dieses würde
sich nicht ändern,
selbst wenn die erste Zahl, zum Beispiel 34 anstelle von 24 wäre. Falls
die Zahlen in dieser Folge Amplituden der eintreffenden Signale
repräsentieren
und falls die ungewöhnlich
hohe Zahl 34 einen Signal-Spike repräsentiert, wie er durch ein Funktelefonsignal
einer GSM-Technologie erzeugt wird, würde das Median-Filter (bei
diesem einfachen Beispiel) den selben Median aufrechterhalten, selbst bei
Vorhandensein dieses Spikes. Es ist deshalb nicht erforderlich in
Verbindung mit der Median-Filterung den Spike selbst "zu entfernen", sondern das Vorhandensein
des Spikes beeinflusst den Wert des Ausgangssignals des Median-Filters
nicht wesentlich.
-
Die
Verwendung der Median-Filterung stellt somit ein verschiedenes Konzept
gegenüber
der Art der Filterung dar, wie es konventionell eingesetzt wird,
um Störungen
aus den eintreffenden abgefühlten
Signalen in einem implantierten Stimulator zu entfernen. Die Störung (d.h.
der Spike) darf bei der Median-Filterung im Signal verbleiben, seine
Auswirkung auf das Median-gefilterte Ausgangssignal ist aber vernachlässigbar
oder es liegt überhaupt
keine Auswirkung vor. Da es nicht erforderlich ist, zu versuchen,
den Spike zu entfernen, besteht kein Risiko, zusammen mit der Störung gültige Daten
zu entfernen und somit bleibt die Datenunversehrtheit des "richtigen", abgefühlten oder
gemessenen Signals erhalten bzw. bewahrt.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
eines gemäß dem Verfahren
und der Vorrichtung der Erfindung aufgebauten und arbeitenden implantierbaren
Herzstimulators wird ein eintreffendes abgefühltes oder gemessenes Signal,
dem eine Störung überlagert
ist, zuerst einer Signalbearbeitung, wie einer Verstärkung und
Tiefpass-Filterung unterworfen und dann wird das bearbeitete Signal
einem Analog/Digital-Umsetzer zugeführt. Das digitale Ausgangssignal
dieses Umsetzers wird dann einem Median-Filter zugeführt. Das
Ausgangssignal des Median-Filters kann, falls erwünscht, einer
Nach-Filterung, wie einer Bandpass-Filterung unterworfen werden.
Das endgültige,
gefilterte Signal, wird dann einem Detektor oder einem Analysator
zugeführt,
der abhängig
von den Merkmalen, die zur Steuerung des implantierten Stimulators
aus dem Signal herausgezogen werden sollen, irgendeine geeignete
Analyse des Signals vornimmt. Das Ausgangssignal des Detektors wird
dann einer oder mehreren Steuerstufen der Vorrichtung zugeführt und
die durch die Vorrichtung verabreichte Therapie hierdurch geeignet
gesteuert.
-
Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Herzstimulators, in dem Beispiel
eines Schrittmachers, der gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und arbeitet.
-
2 ist
ein Spannungs/Zeit-Diagramm eines typischen intrinsischen Ablenkungssignals.
-
3 ist
ein Spannungs/Zeit-Diagramm eines typischen Störsignals, das durch eine GSM-Übertragung erzeugt ist.
-
4 ist
ein Spannungs/Zeit-Diagramm des Signals, das aus der Beaufschlagung
des intrinsischen Ablenkungssignals von 2 mit dem
Störsignal
von 3 resultiert.
-
5 ist
ein Spannungs/Zeit-Diagramm, das die Arbeitsweise des gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung aufgebauten und arbeitenden Detektors
darstellt.
-
6 ist
ein Spannungs/Zeit-Diagramm, das die Signale zum Vergleichen des
Detektionspunktes von 5 mit und ohne Median-Filterung
für ein
reines intrinsisches Ablenkungssignal ohne externe Störung zeigt.
-
7 ist
ein Spannungs/Zeit-Diagramm, das das intrinsische Ablenkungssignal
und ein unverarbeitetes (nicht Median-gefiltertes und nicht nachgefiltertes)
Signal zeigt.
-
8 ist
ein Spannungs/Zeit-Diagramm, das das intrinsische Ablenkungssignal
und das mit einer Median-Filterung und einer Nach-Filterung bearbeitete
Detektionssignal zeigt.
-
9 ist
ein Spannungs/Zeit-Diagramm, das die Signale zeigt, die im Falle
eines intrinsischen Ablenkungssignals mit einer GSM-Störung entstehen.
-
10 ist
ein Spannungs/Zeit-Diagramm, das ein nicht gestörtes intrinsisches Ablenkungssignal
und ein durch eine GSM-Störung
gestörtes
intrinsisches Ablenkungssignal zeigt.
-
11 ist
ein Spannungs/Zeit-Diagramm für den
Vergleich des Detektionspunktes für ein nicht gestörtes Signal
und das Signal von 10, bearbeitet (gefiltert) in Übereinstimmung
mit der Erfindung.
-
Die 12A, 12B bzw. 12C zeigen eine symbolische Bezeichnung für die verschiedenen Typen
der Sortierknoten, die in einem Netzwerk für die Median-Filterung gemäß der Erfindung
eingesetzt sind.
-
13 ist
eine schematische Darstellung eines Netzwerkes für eine Median-Filterung aus
einer Dreipunkt-Eingabe.
-
14 ist
eine schematische Darstellung eines Netzwerkes für eine Median-Filterung aus
einer Fünfpunkt-Eingabe.
-
15A zeigt einen Datenselektor/Multiplexer, der
als Komponente in einem Sortierknoten in einem Median-Filter, das
gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist, eingesetzt werden kann und 15B zeigt die zugehörige logische Funktionstabelle.
-
16A zeigt einen Größenkomparator, der eine Komponente
in einem Sortierknoten in einem erfindungsgemäßen Median-Filter sein kann
und 16B zeigt die zugehörige logische
Funktionstabelle.
-
17A ist ein Blockdiagramm eines Zweielement-Sortierknotens,
der in einem Netzwerk zur Median-Filterung gemäß dieser Erfindung eingesetzt ist
und 17B zeigt die zugehörige logische
Funktionstabelle.
-
18 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Dreipunkt-Median-Filters,
das gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
-
Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
-
1 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm der Grundkomponenten eines implantierbaren
Herzstimulators, der eine Median-Filterung verwendet, um Datenausreißer aus
einem gemessenen Signal gemäß der Erfindung
zu entfernen. Das in 1 gezeigte Beispiel ist ein
implantierbarer Schrittmacher, die Erfindung ist aber auf jeden
Typ einer implantierbaren Vorrichtung für die Verabreichung einer medizinischen
Therapie anwendbar, die einer extern verursachten (extrakorporal
erzeugten) Störung
unterliegt, welche einem intern gemessenen (intrakorporal erzeugten)
Signal überlagert
ist.
-
Sämtliche
Komponenten in dem in 1 dargestellten Schrittmacher
sind in einem implantierbaren Gehäuse 1 enthalten, das
eine hiermit verbundene Elektrodenleitung 2 aufweist, mit
einer Spitze 3, die, wenn sie implantiert ist, in Kontakt
mit dem Herzgewebe des Patienten steht, zur Lieferung von Stimulationsimpulsen
zum Gewebe und zum Messen (Abfühlen)
der kardialen elektrischen Aktivität. In dem in 1 gezeigten
Beispiel ist die Leitung eine unipolare Leitung und deshalb werden
Impulse gemessen und es findet ein Sensing statt in einer Schaltung,
die das Körpergewebe
zwischen der Spitzenelektrode 3 der Elektrodenleitung 2 und
dem Gehäuse 1 einschließt.
-
Das
abgefühlte
intrinsische Ablenkungssignal wird einem Eingangsverstärker 4 zugeführt, der auch
eine Tiefpass-Filterung durchführen
kann. Im Allgemeinen führt
der Verstärker 4 eine
Anti-Aliasing-Funktion durch. Wie oben erwähnt, bildet die Elektrodenleitung 2 im
Effekt eine Antenne, die empfindlich gegenüber Empfangsstörsignalen
ist, welche dem abgefühlten
Signal überlagert
werden. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel ist
das abgefühlte
Signal als ein intrinsisches Ablenkungssignal SI dargestellt und
dieses ist mit einer extern verursachten Störung überlagert. In dem Beispiel
von 1 ist diese Störung
eine GSM-Störung
SG. (Diese Überlagerung der
Störung
SG auf dem abgefühlten
Signal SI wird in 1 durch einen Addierer symbolisch
dargestellt, jedoch geschieht dies nur zu Illustrationszwecke und die
Hardwarekomponente, die diesem Addierer entspricht, existiert im
tatsächlichen
Schrittmacher nicht.) Das dem Eingangsverstärker 4 zugeführte Eingangssignal
SA ist deshalb die Summe SI+SG.
-
Das
Ausgangssignal des Eingangsverstärkers 4 wird
einem Analog/Digital-Umsetzer 5 zugeführt, der in bekannter Weise
ein dem Eingangs-Analog-Signal entsprechendes digitales Ausgangssignal erzeugt.
Dieses digitale Ausgangssignal wird vom Umsetzer 5 einem
Median-Filter 6 zugeführt,
dessen Arbeitsweise nachfolgend beschrieben wird. Im Allgemeinen
führt das
Median-Filter die Funktion aus, Ausreißerdaten zu entfernen, die
im vom Umsetzer gelieferten di gitalen Signal existieren, welches
durch das verstärkte
und Tiefpass-gefilterte Eingangssignal SA repräsentiert wird.
-
Das
Ausgangssignal des Median-Filters 6 wird einem Nachfilter 7 zugeführt. Das
Ausgangssignal des Nachfilters 7 stellt das verarbeitete
Signal dar, das einem Detektor 8 zugeführt wird. Dieses Nachfilter 7 kann
ein Glättungs-(Tiefpass)Filter
sein, bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist jedoch ein Bandpass-Filter benutzt. Ein solches Bandpass-Filter
kann einen Durchlassbereich zwischen 10 bis 100 Hz haben. Das Nachfilter 7 kann
alternativ ein einfaches Moving-Average-Filter sein.
-
Der
Detektor 8 kann abhängig
von dem Typ der Informationen, die aus dem verarbeiteten Signal extrahiert
werden sollen, irgendein bekannter Typ sein. Das Ausgangssignal
des Detektors 8 wird der Stimulationssteuerlogik 9 zugeführt, die
in bekannter Weise abhängig
von dem verarbeiteten Signal ein Stimulationssteuersignal bildet.
Das Stimulationssteuersignal wird einem Stimulationsimpulsgenerator 10 zugeführt, der
Stimulationsimpulse ausgibt, welche dem Patienten über die
Elektrode 2 zugeführt werden.
Das Stimulationssteuersignal kann zum Beispiel die Stimulationsfrequenz
und/oder die Amplitude der durch den Impulsgenerator 10 ausgegebenen Stimulationsimpulse
modifizieren.
-
In 2 ist
ein detaillierteres und vergrößertes Spannungs/Zeit-Diagramm
des intrinsischen Ablenkungssignals SI gezeigt, das durch unipolares
Abfühlen
erhalten wird. Wie für
den Fachmann auf dem betreffenden Gebiet bekannt, variieren die
Amplituden und die Zeitdauern in dieser Figur und in anderen Spannungs/Zeit-Diagrammen,
die hier gezeigt werden, abhängig
von der Elektrodenplatzierung und dem Patienten. Typische Werte
sind, wie in 2 dargestellt, dass das Signal
SI eine positive Neigung nach oben von einer Dauer zwischen 2 und
20 ms aufweist, eine negative Neigung nach unten von einer Dauer
von annähernd
4 bis 10 ms und eine Spitzen-zu-Spitzen-Spannung zwischen annähernd 4 und
20 mV. Bei diesem Beispiel repräsentiert
das Signal SI eine mit der im Atrium angeordneten Elektrodenspitze 3 gemessenen
P-Welle. Die Spitzen-zu-Spitzen-Amplitude kann dann in Extremfällen 10
mV betragen. Falls die Elektrode floatet liegt die Amplitude zwischen
0,2 und 0,3 mV.
-
3 zeigt
ein Beispiel eines typischen GSM-Übertragungssignals, das das
Störsignal
in dem diskutierten Beispiel bildet. Die in 3 gezeigte
Darstellung ist ein Beispiel einer Impulsfolge in einem GSM-System,
das mit einer diskontinuierlichen Übertragung (DTX) arbeitet.
Der erste Impuls in der Folge wird in der GSM-Übertragungs-Terminologie als "Idle"-Impuls bezeichnet
und die folgenden sieben Impulse enthalten den "Silence-Descriptor" (SID).
-
4 zeigt
im gleichen Schaubild, wie das intrinsische Abweichungssignal SI
das Signal, welches als Folge der GSM-Störung auf dem Leiter innerhalb
der Elektrodenleitung 2 entsteht, so dass ein Vergleich
der Amplituden und Zeitdauern ersichtlich ist. 4 stellt
nicht die tatsächliche Überlagerung des
Störsignals
SG auf dem abgefühlten
Signal SI dar (diese ist nachfolgend in 10 gezeigt).
Es soll bemerkt werden, dass bei diesem Beispiel eine positive GSM-Störung benutzt
wurde, um das Störsignal SG
zu veranschaulichen. Es treten auch negative GSM-Störungen
auf, die in der gleichen Weise, wie die in 3 gezeigte
positive GSM-Störung
erscheinen, aber mit negativer Amplitude. Die hier beschriebenen
Prinzipien sind die gleichen, unabhängig davon, ob das Störsignal
als ein positives oder als ein negatives gekennzeichnet ist.
-
5 ist
ein Spannungs/Zeit-Diagramm zum Beschreiben der durch den Detektor 8 durchgeführten Detektionsfunktion.
Dem Fachmann auf dem betreffenden Gebiet sind viele Detektionstechniken
und Algorithmen bekannt, und es können andere Techniken neben
oder zusätzlich
zu dem hier beschrieben exemplarischen Detektionsvorgang eingesetzt
werden. Bei der in 5 veranschaulichten Detektionstechnik
wird angenommen, dass ein Herzereignis zu detektieren ist, wenn
das Signal zum ersten Mal eine Amplitudengrenze passiert, die typischerweise auf
den halben Wert eines programmierten Amplitudenminimums gesetzt
ist. Unter Verwendung einer Abtastfrequenz von beispielsweise 1024
Hz, sind die Zeitpunkte, in denen durch den Umsetzer 5 ein
digitales Signal (Impuls) erzeugt wird, basierend auf der Amplitude
des analogen Signals, jeweils durch ein X dargestellt. Der zuerst
auftretende digitale Impuls mit einer Amplitude unterhalb der Amplitudengrenze
ist in 5 eingekreist und diese Stelle wird als Detektionspunkt
genommen.
-
6 zeigt
für ein "reines" intrinsisches Ablenkungssignal
SI, ohne jegliche äußere Störung einen
Satz von zueinander in Beziehung stehenden Kurven zum Vergleichen
des Detektionspunktes mit und ohne ein Median-Filter 6 plus
dem Nachfilter 7. Das Signal „Postfilt" ist das Eingangssignal für den Detektor 8,
d.h. das "glatte" Ausgangssignal aus
dem Nachfilter 7. Das mit „Intr-Defl+GSM, Lp filt+Medfilt (5)" bezeichnete Signal
ist das Ausgangssignal aus dem Median-Filter 6 (d.h. unmittelbar
vor dem Nachfilter 7), wobei die Angabe (5) anzeigt,
dass ein Fünf-Punkt-Median-Filter
benutzt worden ist. Das Signal „Intrinsic-Defl" ist das "reine" unipolare intrinsische
Ablenkungssignal SI ohne hinzugefügte Störung. Das mit „Intr Defl+GSM,
Lp filt" bezeichnete
Signal ist das (mit dem Verstärkungsfaktor
= 1) verstärkte
und Tiefpassgefilterte Signal, das am Ausgang des Eingangsverstärkers 4 geliefert
wird. Da in diesem Fall keine Störung
vorhanden ist, ist der GSM-Beitrag zu diesem Signal gleich 0. Das
Signal „Intr
Defl+GSM" ist das
Eingangssignal SA für
den Eingangsverstärker 4.
Da für
diesen Anfangsfall erneut die Abwesenheit einer Störung angenommen wird,
ist der GSM-Beitrag zu diesem Signal Null, d.h. SA = SI.
-
Das
mit „GSM
Only" bezeichnete
Signal stellt das Störsignal
(in der nachfolgenden Diskussion) dar, da in diesem Fall jedoch
keine Störung
vorliegt, hat dieses Signal den konstanten Wert Null.
-
7 zeigt
das nicht verarbeitete Detektionssignal „Unprocessed Detect" für den in 6 dargestellten
Fall. Da die Störung
Null ist, stimmen das Signal „Intr-Defl+GSM" und das Signal „Intrinsic
Defl Only" überein.
Der Ausdruck "Unprocessed" im Zusammenhang
mit 7 bedeutet, dass keine Median-Filterung und keine
Nachfilterung vorgenommen worden sind. Dieser Fall kann so gesehen
werden, als ob das Eingangssignal des Detektors 8 direkt
mit dem Ausgang des Umsetzers 5 verbunden wäre. Dies
ist für
den Zweck der Identifizierung ein "idealer" Detektionspunkt für den Verwendung als Richtwert
in den folgenden Vergleichen. Wie in 7 gezeigt,
befindet sich der ideale Detektionspunkt in diesem Fall der Stelle 60,55 ms.
-
8 zeigt
das verarbeitete Detektionssignal „Processed Detect", das die Detektionszeit
repräsentiert,
wenn eine Median-Filterung und eine Nachfilterung benutzt werden,
d.h. alle Komponenten sind geschaltet, wie in 1 dargestellt.
Erneut ist das Eingangssignal das "reine" intrinsische Ablenkungssignal SI, das
in 6 dargestellt ist. Als Folge der Verarbeitung,
die im Median-Filter 6 und im Nachfilter 7 stattfindet,
liegt der Detektionspunkt jetzt bei 61,52 ms. Dies stellt eine kurze
Verzögerung
von annähernd
1 ms gegenüber
dem in 7 dargestellten Fall dar. Wie oben bemerkt, gibt
die Bezeichnung (5) an, dass ein Fünf-Punkt-Median-Filter benutzt
worden ist.
-
9 zeigt
den gleichen Kurvensatz, wie in Verbindung mit 6 beschrieben,
dieses Mal bei Vorhandensein einer GSM-Störung SG, die das in 9 gezeigte,
mit „GSM
Only" bezeichnete
Signal erzeugt. Diese Störung
ist in 9 in dem mit „Intr-Defl+GSM" bezeichneten Signal
als dem intrinsischen Ablenkungssignal überlagert dargestellt. Ein "Zoom" dieses Signals ist
in 10 gezeigt. Die Auswirkung der Median-Filterung
und Nachfilterung gemäß der Erfindung
auf die Herzereignisdetektion ist in 11 dargestellt,
worin ersichtlich ist, dass verglichen zum Detektionspunkt, der
dem ungestörten,
Signal zugeordnet ist, der Detektionspunkt unverändert ist.
-
Wie
oben erwähnt,
ist die Median-Filterung im Allgemeinen eine Technik, die bisher
in der Signalverarbeitung eingesetzt worden ist, jedoch nicht für den speziellen
Zweck oder zur Erreichung der speziellen Ergebnisse, wie sie hier
beschrieben werden. Die folgende Diskussion stellt bekannte Beispiele
einer Median-Filter-Hardware dar, die zur Ausführung der Median-Filterung
benutzt werden kann und welche hier einsetzbar ist.
-
Wie
oben bemerkt ist ein Median-Filter grundsätzlich ein Sortiernetzwerk,
wobei eine Sortierung sukzessive an einer Anzahl von Knoten stattfindet.
Die symbolischen Notationen für
die drei grundsätzlichen
Arten von Knoten, die in einem Median-Filter verwendet werden, sind
jeweils in den 12A, 12B und 12C dargestellt. Jeder Knoten hat jeweils zwei
Eingänge,
die in der symbolischen Notation als A und B bezeichnet sind. Der
Knoten in 12A erzeugt zwei Ausgänge, von
denen der eine als niedriger Ausgang bezeichnet ist und das Minimum
von A und B bildet. Der andere Ausgang ist der hohe Ausgang, der
das Maximum von A und B bildet. Der Knoten, der symbolisch in 12B dargestellt ist, erzeugt nur einen niedrigen
Ausgang und der Knoten, der symbolisch in 12C dargestellt
ist, erzeugt nur einen hohen Ausgang.
-
13 zeigt
die Basisstruktur unter Verwendung der Symbolik aus den 12A, 12B und 12C, für
ein Netzwerk (Median-Filter), das einen Median aus einem Drei-Punkt-Eingang
erzeugt, wobei die Eingänge
X1, X2 bzw. X3 sind. Der resultierende Ausgang ist der Median aus
den drei Eingangswerten. 14 zeigt
die Basisstruktur eines Netzwerkes (Median-Filter) zum Erzeugen
des Medians aus einem Fünf-Punkt-Eingang,
wobei die Eingänge
X1, X2, X3, X4 und X5 sind. Filter höherer Ordnung (Netzwerke) können nach
dem gleichen Prinzip entworfen werden.
-
15A zeigt ein Blockdiagramm eines Datenselektors/Multiplexers 11,
der bei der beispielhaften Ausführungsform
der Hardwarerealisierung eines Sortierknotens im Median-Filter 6 verwendet
werden kann, das in der Erfindung eingesetzt ist. 16A zeigt ein Blockdiagramm eines Datengrößenkomparators 12,
der in Verbindung mit dem Datenselektor/Multiplexer 11 von 15A einsetzbar ist, um einen Sortierknoten zu
bilden. Die Darstellung dieser Komponenten als parallele 8-Bit-Eingangs-BUSSE unterstellt,
dass die Auflösung
des Analog/Digital-Umsetzers 5 8-Bit
beträgt,
und dass der Ausgang des Umsetzers 5 ebenfalls an einen
8-Bit-BUS geliefert wird. 15B zeigt
die logische Funktionstabelle für
den Datenselektor/Multiplexer 11 von 15A und 16B zeigt
die logische Funktionstabelle für den
Größenkomparator 12 von 16A.
-
In 17A ist eine beispielhafte Kombination dieser
Komponenten zur Darstellung eines Zwei-Element-Sortierknotens gezeigt, wobei
die logische Funktionstabelle hierfür in 17B dargestellt ist.
Das in 17A dargestellte Hardware-Ausführungsbeispiel
ist für
einen Sortierknoten gedacht, wie er in 12A gezeigt
ist, mit sowohl einem niedrigen Ausgang (in 17A mit
U bezeichnet) als auch einem hohen Ausgang (in 17A mit V bezeichnet). Zum Gestalten eines Sortierknotens,
wie er symbolisch in 12B dargestellt ist, mit nur
einem Minimumausgang, wird der Multiplexer M2 aus der in 17A gezeigten Schalturg weggelassen. Zum Gestalten
eines Sortierknotens, wie er symbolisch in 12C dargestellt
ist, mit nur einem Maximum-Ausgang,
wird aus der Schaltung von 17A der
Multiplexer M1 weggelassen.
-
18 ist
ein Blockdiagramm einer Hardware-Verwirklichung eines Drei-Punkt-Median-Filters,
als beispielhafte Ausführungsform
des Median-Filters 6 von 1. Bei der
in 18 gezeigten beispielhaften Ausführungsform
werden die jeweiligen Eingänge
X1, X2 und X3 durch Schieberegister 13, 14 und 15 erzeugt.
Diese Eingänge
werden, wie in Verbindung mit 13 beschrieben,
einem Drei-Punkt-Sortiernetzwerk 16 zugeführt. Jeder
Sortierknoten des Drei-Punkt-Sortiernetzwerkes 16 kann wie
in 17A gezeigt, ausgebildet werden. Der Analog/Digital-Umsetzer 5 und
die Schieberegister 13, 14 und 15 sind
in 18 so dargestellt, dass sie durch Taktsignale
aus der Steuerlogik 17 betrieben werden. Die Steuerlogik 17 muss
nicht eine getrennte Komponente sein, sondern sie kann in Form eines geeigneten
Mikroprozessors in die Gesamtschrittmachersteuerlogik 9 einbezogen
sein.
-
Die
Verwendung eines Median-Filters in der hierin beschriebenen Weise
liefert in Verbindung damit, dass sie eine genaue Erfassung erlaubt,
selbst bei Vorhandensein einer Störung, wie einer GSM-Störung auch
eine Vorrichtung für
eine einfache Feststellung, ob ein eintreffendes Signal einfach zu
störbehaftet
ist, um eine Erfassung zu zulassen. Durch Vergleichen des verarbeiteten
Signals (d.h. des Signals nach der Median-Filterung und der Nachfilterung),
mit dem unverarbeiteten Signal, ist es möglich, eine "strenge Störsignalschwelle" oder einen "Störsignaleinfangpegel" zu definieren, bevor
das verarbeitete Signal dem Detektor 8 zugeführt wird. Falls
diese Grenze überschritten
wird, wird das Signal einfach als Ausreißer zurückgewiesen, da angenom men wird,
dass der Störgehalt
des Signals so hoch ist, dass selbst, wenn es erfindungsgemäß verarbeitet
wird, eine auf dem Signal beruhende Detektion unakzeptierbar fehlerverdächtig wäre.
-
Selbst
wenn Modifikationen und Änderungen dem
Fachmann auf dem betreffenden Gebiet nahegelegt werden, ist es die
Absicht der Erfinder in das auf diese Anmeldung gewährte Patent
alle Änderungen
und Modifikationen einzubeziehen, die vernünftigerweise rechtens innerhalb
des Umfangs der beigefügten
Ansprüche
liegen.