DE69937789T2

DE69937789T2 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des rhythmus bei auskultationssignalen

Info

Publication number: DE69937789T2
Application number: DE69937789T
Authority: DE
Inventors: Torben Naurbo Dalgaard; Lars Arknaes-Pedersen
Original assignee: Bang and Olufsen Medicom AS
Current assignee: Phillips Medisize AS
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: JP4389239B2; WO1999052435A1; DE69937789D1; AU3026599A; ATE381286T1; JP2002511295A; DK1069860T3; EP1069860B1; ES2301237T3; US7130429B1; EP1069860A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verarbeiten von Auskultationssignalen, umfassend: Verarbeitungsmittel zum Empfangen eines Auskultationssignals und Bereitstellen eines Hüllsignals, das die Hülle des Auskultationssignals darstellt; und eine Schätzvorrichtung zum Berechnen eines Signals, das einen geschätzten Rhythmus des Auskultationssignals darstellt.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verarbeiten von Auskultationssignalen, ein computerlesbares Medium und insbesondere ein elektronisches Stethoskop, das zur Verwendung in der Kardiologie geeignet ist.
In den vergangenen Jahren verfügten Ärzte über ein beeindruckendes Arsenal an Instrumenten zur Diagnose kardiovaskulärer Erkrankungen. Ein solches Instrument ist das gut bekannte Stethoskop, das verwendet wird, um Töne zu erfassen, die vom Herzen und von benachbarten großen Gefäßen stammen. Mit der Einführung des Stethoskops wurde die Auskultation zu einer Spezialtechnik, die den Klinker mit wertvollen Informationen über die Funktionsintegrität des Herzens versorgte. Heutzutage ist es möglich, die in dem Auskultationssignal vorhandenen Informationen elektronisch mittels eingebetteten Wissens, das durch die Klinikforschung erhalten wurde, zu verarbeiten. Daher ist es möglich, den Kliniker von trivialen Aufgaben zu entlasten. Eine solche Aufgabe kann es sein, die Herzfrequenz eines schlagenden Herzens basierend auf dem Auskultationssignal zu schätzen.
Das Auskultationssignal umfasst charakteristische Töne, die von der Konzentration und Ausweitung des Herzens beim Prozess des Blutpumpens stammen, das heißt Töne, die durch Vibrationen von der Beschleunigung und Verlangsamung des Bluts verursacht werden. Wenn ein schlagendes Herz auskultiert wird, hört man nicht die Herzschlagfrequenz, sondern eher die charakteristischen Töne. Überdies werden bei gesunden Personen mittleren Alters unter normalen Bedingungen die charakteristischen Töne, die häufig mit S1 und S2 bezeichnet sind, die sich jeweils auf eine Kontraktion und Expansion des Herzens beziehen, rechtzeitig durch ein ausreichend großes Intervall getrennt, das die Wahrnehmung der charakteristischen Töne als einzelne Töne ermöglicht, dass heißt die charakteristischen Töne sind typischerweise um mehr als 150 bis 200 ms bei Erwachsenen und ungefähr 50 ms bei Kindern getrennt. Typischerweise weisen die charakteristischen Töne ein durchgängiges Frequenzspektrum auf, das zwischen ungefähr 15 Hz und 100 Hz verteilt ist und bei 30 bis 40 Hz seine Spitze aufweist.
Die charakteristischen Töne können jedoch durch Töne überlagert werden, die von unterschiedlichen Arten von Vibrationen im Herzen herrühren. Diese Töne sind die so genannten Geräusche, die durch Mechanismen wie Blutturbulenz oder Flattern von Strukturen verursacht werden können. Die Geräusche können in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden: eine erste Gruppe, die willkürliche „laute" Töne umfasst, und eine zweite Gruppe, die „musikalische" Töne mit einem durchgängigen Schmalband-Frequenzspektrum umfasst. Die Erfahrung hat gezeigt, dass in einem Menschen die „musikalischen" Töne typischerweise auf die Herzschlagfrequenz bezogen sind. Das Frequenzspektrum von Geräuschen kann auf bis zu 500 bis 2000 Hz verteilt sein.
Die charakteristischen Töne können auch durch Pseudokontraktionen des Herzens gestört werden, die zu gewissen oder willkürlichen Zeitpunkten auftreten. Außerdem können die charakteristischen Töne auch zu willkürlichen Zeitpunkten auftreten. Dieses Phänomen ist als Arhythmie bekannt.
Wenn die Töne eines schlagenden Herzens einschließlich Geräusche, wenn vorhanden, mittels eines Transducers, der beispielsweise auf der Brust eines Patienten platziert ist, auskultiert werden, so wird niederfrequentes grollendes Rauschen von dem Transducer aufgenommen. Dieses grollende Rauschen kann einen Frequenzgehalt aufweisen, der in erster Linie von direkt unterhalb der Frequenz der Herzfrequenz bis zu Gleichstrom verteilt ist.
In ernsten Fällen können diese Störungen die charakteristischen Töne in dem Auskultationssignal vollständig zerstören oder mindestens das Auskultationssignal in solchem Maße stören, dass es unmöglich sein kann, selbst eine angenäherte Herzfrequenz mittels der Technologie des Stands der Technik zu schätzen.
Für eine geschulte Person, die ein nicht elektronisches Stethoskop verwendet, sind jedoch die Informationen in Form der charakteristischen Herztöne verhältnismäßig einfach von Wiederholung zu Wiederholung erkennbar und daher verhältnismäßig einfach zu zählen.
Dies beruht auf der Tatsache, dass die menschliche Wahrnehmung des Auskultationssignals sehr gut die Störungen oder Artefakte vermindern kann und auf die Merkmale in dem Auskultationssignal achten kann, das Informationen zum Schätzen der Herzfrequenz bereitstellt.
Die US-Patentschrift 4,972,841 offenbart ein elektronisches Stethoskop mit einer Pulsfrequenzanzeige zum Anzeigen einer geschätzten Pulsfrequenz. In dem Stethoskop wandelt ein Transducer so genannte Korotkoff-Töne in elektrische Signale um. Korotkoff-Töne sind Töne, die durch vibrierende Wände zusammengefallener Gefäße erzeugt werden, wenn Blut gerade erlaubt wird, durch das Gefäß zu fließen. Die elektrischen Signale werden verstärkt und in eine Zählvorrichtung eingespeist, in der die erfasste Pulsfrequenz pro Zeiteinheit berechnet und das Ergebnis als digitale Pulsfrequenz angezeigt wird.
Diese Patentschrift betrifft jedoch nicht die Schätzung von Herzfrequenzen, die von Menschen herrühren, bei denen die gemessenen Töne von den erwarteten normalen Herztönen sehr unterschiedlich sein können. Die Patentschrift offenbart keine Mittel, die angepasst sind, um Artefakte zu unterdrücken, die mit den Informationen in dem Auskultationssignal, das die Herzfrequenz betrifft, verwechselt oder vermischt werden können.
Die US-Patentschrift 4,436,096 offenbart ein digitales Herzfrequenz-Stethoskop. Ein Transducer erzeugt elektrische Signale, die den Herzton eines menschlichen Patienten darstellen, wobei ein Filter angeschlossen ist, um die elektrischen Signale zu empfangen. Das Filter ist ein Schmalband-Bandpassfilter, dessen Durchlassbereich auf einer charakteristischen Herztonfrequenz von beispielsweise 33 Hz zentriert ist. Das Filter wird dabei angepasst, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern und ermöglicht, dass der Transducer über der Kleidung eines Patienten verwendet werden kann. Das gefilterte Signal wird in Pulse umgewandelt, die in einer Zählvorrichtung gezählt und als digitale Herzfrequenzanzeige angezeigt werden.
Es sei noch einmal gesagt, dass diese Patentschrift nicht die Schätzung von Herzfrequenzen betrifft, die von Menschen herrühren, bei denen die gemessenen Töne sehr unterschiedlich von den erwarteten normalen Herztönen sind. Diese Patentschrift offenbart weder irgendwelche Mittel, die angepasst sind, um Artefakte zu unterdrücken, die mit den Informationen in dem Auskultationssignal, das die Herzfrequenz betrifft, verwechselt oder gemischt werden können.
Die internationale Anmeldung WO 97/00045 offenbart ein Stethoskop zum Untersuchen der Charakteristik von Tonwellen, die durch ein schlagendes Herz erzeugt werden. Das Stethoskop umfasst Mittel zum Einrichten einer Schwellenwellenform, außerhalb der zyklische Referenzkomplexe erscheinen und bestimmt werden, und eine Zeitmesseinrichtung zum Messen der Zeit, die zwischen ähnlichen Momenten an benachbarten Referenzkomplexen abgelaufen ist, als Anzeige der Frequenz des Herzschlags.
In diesem Stethoskop wird die Herzfrequenz basierend auf der Annahme geschätzt, dass es im Wesentlichen kein Rauschen zwischen den Herztönen gibt, das von der Kontraktion und Expansion des Herzens herrührt. Das Stethoskop ist daher nicht für die Verwendung zum Schätzen der Herzfrequenz von Personen geeignet, die an Herzgeräuschen oder Arhythmie leiden.
Andere Vorrichtungen zum Schätzen der Herzfrequenz verwenden Mittel zum Bestimmen der Hülle des Auskultationssignals. Die Hülle wird bestimmt, indem der Absolutwert des Auskultationssignals genommen wird und das Absolutwertsignal mittels eines Bandpassfilters gefiltert wird.
Folglich bringt der Stand der Technik das Problem mit sich, dass die Herzfrequenz fehlerhaft geschätzt wird, wenn ein gewisses Maß an Geräuschen und/oder Arhythmie in dem Auskultationssignal vorhanden ist.
Somit ist es die Hauptaufgabe der Erfindung, eine präzisere und robuste Herzfrequenzschätzung bereitzustellen, wobei die Herzfrequenz geschätzt wird, die von einer echten und Blut-pumpenden Kontraktion und Expansion des Herzens herrührt.
Dies wird erreicht, wenn die in dem ersten Paragraphen erwähnte Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schätzvorrichtung Mittel umfasst, die angeordnet sind, um einen Teil des Hüllsignals auszuwählen, wobei der Teil mindestens einen von einer Aufeinanderfolge von Zyklen in dem Hüllsignal als ein erstes Signal umfasst; und um die Konformität zwischen dem ersten Signal und dem Hüllsignal zu berechnen.
Folglich ist es möglich, Artefakte und willkürliches Rauschen in dem Auskultationssignal zu unterdrücken, die mit den Informationen, die sich auf die Herzfrequenz beziehen, verwechselt oder vermischt werden können. Dadurch wird ein Signal erhalten, in dem die Herzfrequenz sehr gut definiert ist.
In einer zweckmäßigen Vorrichtung zum Verarbeiten von Auskultationssignalen berechnet die Schätzvorrichtung eine Kreuz-Korrelationsfunktion. Diese Kreuz-Korrelationsfunktion liefert ein gut definiertes Signal, das bei guter Konformität große Signalwerte und bei schlechter Konformität kleine Signalwerte aufweist.
Wenn der Teil des Hüllsignals einen einer Aufeinanderfolge von Zyklen des angesteuerten Auskultationssignals darstellt, kann der Teil einen Referenzzyklus darstellen, der in einigen Aspekten als ideal befunden wird.
In einer anderen zweckmäßigen Vorrichtung zum Verarbeiten von Auskultationssignalen berechnet die Schätzvorrichtung eine Autokorrelationsfunktion. Die Autokorrelationsfunktion ist insbesondere zweckmäßig, wenn die Herzfrequenz über ein gegebenes Zeitintervall verhältnismäßig stabil ist.
Die Qualität des Auskultationssignals kann validiert werden, indem mindestens einer der folgenden drei Punkte in einem Signal überprüft wird, das die Konformität des Auskultationssignals darstellt:

a) Zeitdifferenzen zwischen ermittelten Extremwerten müssen innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen;
b) minimale und maximale Zeitdifferenzen proportional zum Mittel der Zeitdifferenzen müssen innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen;
c) die Größe der Ergebnisse der Korrelation an der Extremwertstelle muss innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen.

Dann kann eine bevorzugte Qualitätsebene mittels der bevorzugten Grenzen definiert werden, die sich direkt auf die Statistik der Rhythmusschätzung beziehen.
Der Prozessor kann ein Filter zum Berechnen einer A-gewichteten Version des Auskultationssignals oder einer angenäherten A-gewichteten Version des Auskultationssignals umfassen. Simulationen haben gezeigt, dass eine A-gewichtete Version des Auskultationssignals ausreichende Informationen umfasst, um die Herzfrequenz auf konsistente Weise in einer Vielzahl von Situationen zu schätzen.
Wenn eine A-gewichtete Version des Auskultationssignals mittels einer Annäherung berechnet wird, die einer doppelten Differenzierung des Auskultationssignals in einem vorbestimmten Frequenzbereich entspricht, erfordert der Filterprozess ein Minimum an Berechnungsaufwand.
Der Prozessor kann einen adaptiven Bandpassfilter zum Filtern des Hüllsignals umfassen, wobei der Bandpassfilter mindestens auswählbare obere und untere Durchgangsbereiche aufweist und eine Steuerung zum Berechnen des Verhältnisses des Hüllsignalgehalts in einem ersten Frequenzband zum Hüllsignalgehalt in einem zweiten Frequenzband und zum Auswählen eines Durchgangsbereichs in Abhängigkeit von dem berechneten Verhältnis umfasst. Somit ist es möglich, den Rhythmus in dem Auskultationssignal über einen verhältnismäßig breiten Frequenzbereich zu schätzen, während vermieden wird, dass das Signal-Rausch-Verhältnis zerstört wird, das heißt, es ist möglich, einen verhältnismäßig schmalen Durchgangsbereich des Bandpassfilters beizubehalten.
Das Auskultationssignal kann Abtastwerte umfassen, die bei einer Abtastgeschwindigkeit eingehen, und die Vorrichtung kann einen synchronen Prozessor umfassen, der bei einer Geschwindigkeit entsprechend der Abtastgeschwindigkeit arbeitet, die der Abtastgeschwindigkeit entspricht, und überdies einen asynchronen Prozessor umfassen, der bei Zeitintervallen arbeitet, die auf Anfrage ausgelöst werden. Hierbei ist es möglich, neue Abtastwerte des Auskultationssignals in Echtzeit zu erwerben, während eine Korrelationsfunktion berechnet wird, die an vorherigen Abtastwerten des Auskultationssignals arbeitet.
Alternativ wird die Aufgabe der Erfindung erfüllt, wenn die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verarbeitungsmittel ein Filter mit einem Frequenzgang entsprechend einer A-Gewichtung oder einer angenäherten A-Gewichtung umfasst, wobei das Filter als berechnete Doppeldifferenzierung mindestens für einen Frequenzbereich von Interesse berechnet wird.
Folglich ist es möglich, die Herzfrequenz eines schlagenden Herzens basierend auf den charakteristischen Tönen des schlagenden Herzens und den auf die Herzfrequenz bezogenen Geräuschen zu schätzen. Somit kann die Herzfrequenz basierend auf Geräuschen geschätzt werden, die auf die Herzfrequenz bezogen sind, wenn die charakteristischen Töne nicht ausreichend Informationen zum Schätzen der Herzfrequenz bereitstellen. Überdies wird niederfrequentes grollendes Rauschen vermindert und die Hochfrequenzkomponenten werden verbessert, wodurch gut definierte Informationen der jeweiligen Stelle der charakteristischen Töne in Bezug auf die Zeit bereitgestellt werden. Diese gut definierten Informationen sind geeignet, um die Herzfrequenz elektronisch zu schätzen.
Der Frequenzbereich von Interesse kann den Frequenzbereich unter 2000 Hz umfassen. Die charakteristischen Herztöne und die auf die Herzfrequenz bezogenen Geräusche umfassen Frequenzkomponenten, die sich in diesem Frequenzbereich befinden und ausreichend Informationen in diesem Bereich bieten, um den Rhythmus eines schlagenden Herzens zu schätzen.
Die Erfindung wird nachfolgend ausführlicher in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform und mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Prozessors zum Verarbeiten von Auskultationssignalen mittels eines Biasfilters, das ein angenähertes A-gewichtetes Auskultationssignal berechnet;
2 das erwartete Frequenzspektrum der charakteristischen Herztöne, ein Geräusch und ein grollendes Rauschen;
3 ein Blockdiagramm eines Prozessors zum Berechnen der Herzschlagfrequenz eines Auskultationssignals mittels eines Korrelators;
4 ein Blockdiagramm eines Prozessors zum Berechnen der Herzschlagfrequenz eines Auskultationssignals mittels eines Korrelators und eines Biasfilters, umfassend eine A-Gewichtung;
5 einen adaptiven Bandpassfilter;
6 Signale, die auf eine Ausführungsform bezogen sind, die einen Korrelator und ein Biasfilter verwenden, umfassend eine A-Gewichtung;
7 ein Beispiel, wenn die Informationen in der Hülle des Auskultationssignals unzureichend sind;
8 ein Beispiel, wenn die Informationen in der Hülle des A-gewichteten Auskultationssignals unzureichend sind;
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Prozessors zum Verarbeiten von Auskultationssignalen mittels eines Biasfilters, der ein angenähertes A-gewichtetes Auskultationssignal berechnet. Ein Auskultationssignal ist ein Signal, das das akustische Signal darstellt, das von einer Art von Transducer aufgenommen werden kann, der angebracht wird, um ein Auskultationssignal bereitzustellen, das den Ton eines schlagenden Herzens darstellt. Das Auskultationssignal wird nachfolgend mit VCG bezeichnet und kann ein digitales oder analoges Signal sein.
Das Blockdiagramm umfasst einen Prozessor 106. Das VCG-Signal wird in dem Biasfilter 101 gefiltert. Der Frequenzgang des Filters entspricht einer angenäherten A-Gewichtung des VCG-Signals. Eine A-Gewichtung ist ein lineares Modell des menschlichen Ohres, das die menschliche Wahrnehmung von Signalamplituden in dem Audiofrequenzbereich von ungefähr 20 bis 20.000 Hz modelliert. Die A-Gewichtung wird typischerweise als Bandpassfilter zweiter Ordnung mit einer Mittenfrequenz von 2000 Hz modelliert.
Das A-Gewichtungsmodell wird als Doppeldifferenzierung des VCG-Signals in Bezug auf die Zeit angenähert, wodurch eine A-gewichtete Version, A-VCG, des VCG-Signals bereitgestellt wird. Die Annäherung ist für Frequenzen zwischen ungefähr 20 bis 200 Hz gültig. Das Biasfilter 101 kann somit als Hochpassfilterflanke zweiter Ordnung angesehen werden. Das Filter vermindert dabei niederfrequentes grollendes Rauschen, das in dem Auskultationssignal vorhanden sein kann. Überdies verbessert das Filter den oberen Teil des Frequenzspektrums der charakteristischen Herztöne und schließlich die Geräusche. Das A-gewichtete Signal A-VCG kann jedoch auch Rauschen verstärken, das von Quellen stammt, die nicht auf entweder die charakteristischen Herztöne oder schließlich Geräusche bezogen sind, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis zerstört wird. Das A-gewichtete Signal A-VCG wird dadurch mittels des Filters 102 Tiefpass-gefiltert. Das Tiefpass-gefilterte Signal wird dann als Eingangssignal dem Gleichrichter 102 zugeführt, der den Absolutwert des Eingangssignals berechnet und dadurch ein Ausgangssignal bereitstellt. Das Ausgangssignal von dem Gleichrichter 103 wird in dem Filter 104 Bandpass-gefiltert. Dieses Bandpass-gefilterte Signal bildet dadurch die Hülle des A-gewichteten Signals A-VCG. Das Bandpassfilter weist einen Durchgangsbereich entsprechend dem Bereich der erwarteten Herzfrequenz, zum Beispiel von 0,5 bis 3,3 Hz auf. Überdies vermindert das Stoppband des Bandpassfilters jegliche Gleichstromkomponenten und Frequenzkomponenten über der grundlegenden Herzschlagfrequenz, das heißt verhältnismäßig hohe Frequenzkomponenten.
Die Information in dem Bandpass-gefilterten Signal, die als sich wiederholende, gut definierte Zyklen vorhanden sind, ist dabei repräsentativ für die Herzfrequenz. Die Herzfrequenz kann mittels einer Schätzvorrichtung 105 geschätzt werden. Die Schätzvorrichtung kann in Form eines Spitzenlokalisierers vorliegen, der die Zeitgebung der gut definierten Extremwerte des Bandpass-gefilterten Signals bestimmt. Alternativ kann die Schätzvorrichtung in Form eines Schwellenwert- oder Nulldurchgang-Detektors vorliegen, wodurch ein rechteckförmiges Signal mit einer Frequenz erzeugt wird, die die geschätzte Herzfrequenz darstellt. Wenn die Schätzvorrichtung einen Schwellenwertdetektor umfasst, werden sowohl das verarbeitete Auskultationssignal als auch ein Schwellenwert in einen Komparator eingegeben. Der Schwellenwert kann in Form eines konstanten Werts oder eines adaptiven Schwellenwerts vorliegen. Der adaptive Schwellenwert kann durch ein Bandpassfilter bereitgestellt werden, der das angesteuerte Auskultationssignal filtert.
2 zeigt das erwartete Frequenzspektrum der charakteristischen Herztöne, ein Geräusch und ein grollendes Rauschen. Die Spektren sind grobe Annäherungen und dienen nur der Veranschaulichung. Die Größen-Amp. der Spektren liegen in willkürlichen Einheiten vor und sind als eine Funktion der Frequenz F [Hz] angezeigt. Das Frequenzspektrum 201 der charakteristischen Herztöne, die sich auf eine Kontraktion und eine Expansion eines schlagenden Herzens beziehen, ist grob veranschaulicht. In der Literatur werden die Töne, die sich auf eine Kontraktion beziehen, mit 51 bezeichnet und die Töne, die sich auf eine Expansion beziehen, mit S2 bezeichnet. Das Frequenzspektrum der Frequenzgehalte von S1 und S2 befindet sich in erster Linie zwischen 20 und 50 Hz, kann jedoch auf bis zu 100 bis 200 Hz und auf unterhalb von 10 Hz verteilt sein.
Die Frequenzgehalte von Geräuschen sind jedoch typischerweise bei höheren Frequenzen verteilt. Dies ist durch den Frequenzgang 202 gezeigt. Die Frequenzgehalte von Geräuschen, die „musikalische" Töne umfassen, sind über einen verhältnismäßig schmalbandigen Frequenzbereich 206 verteilt. Dieses verhältnismäßig schmale Band umfasst Informationen, die zum Schätzen der Herzfrequenz verwendet werden können. Typischerweise sind Geräusche auch einem verhältnismäßig breiten Band 205 zugeordnet, das keine Informationen in Bezug auf die Herzfrequenz umfasst. Eine absolute numerische Definition dieser Frequenzbänder und die Größenordnungen des Auskultationssignals in diesen Bändern hängen von dem betreffenden Geräusch ab.
Das Frequenzspektrum 204 von niederfrequentem grollendem Rauschen überlappt typischerweise das Frequenzspektrum 201 der charakteristischen Herztöne.
Die Transferfunktion 203 zeigt eine bevorzugte Transferfunktion für ein Filter zum Berechnen eines verzerrten Auskultationssignals. Das Filter ist dadurch in der Lage, die Amplitude der Frequenzkomponenten des oberen Teils des Frequenzspektrums der charakteristischen Herztöne und die Amplitude der Frequenzkomponenten des Frequenzspektrums von Geräuschen zu verbessern. Außerdem wird niederfrequentes grollendes Rauschen vermindert, das in dem Auskultationssignal vorhanden sein kann. Die Transferfunktion 203 umfasst einen Hochpass 40 dB pro Dekadenflanke. Die Flanke kann ein Teil einer angenäherten A-Gewichtungsfunktion sein, bei der die Annäherung als ein Bandpassfilter zweiter Ordnung mit einer Mittenfrequenz von 2000 Hz implementiert ist.
3 zeigt ein Blockdiagramm eines Prozessors zum Berechnen der Herzschlagfrequenz eines Auskultationssignals mittels eines Korrelators. In dieser Ausführungsform ist das empfangene Auskultationssignal VCG ein digitales Signal, das digitale Abtastwerte umfasst, die bei einer Abtastfrequenz fs eintreffen, z. B. fs gleich 4000 Hz.
Die Ausführungsform umfasst einen Prozessor 301, der die VCG-Abtastwerte bei einer Geschwindigkeit verarbeitet, die synchron mit der Abtastfrequenz ist, und eine Schatzvorrichtung 302, die asynchron in Bezug auf den Prozessor arbeiten kann und ein Signal HR bereitstellt, das repräsentativ für die Herzfrequenz ist, wenn sie angefragt wird. Die Schatzvorrichtung 302 empfängt Daten in Form von Abtastwerten von dem Prozessor 301 über den Puffer 303. Der Puffer 303 kann in Form eines Rundpuffers oder in Form eines First-In-First-Out (FIFO)-Speichers vorliegen.
In dem Prozessor 301 wird das digitale Auskultationssignal VCG empfangen und die jeweiligen Absolutwerte des VCG-Signals werden mittels des Gleichrichters 304 berechnet. Dann werden die Absolutwerte mittels des Filters 305 Bandpass-gefiltert, um die Hülle des Auskultationssignals zu berechnen. Der Bandpassfilter weist einen Bandpass entsprechend dem Bereich der erwarteten Herzfrequenzen auf, beispielsweise von 0,5 bis 3,3 Hz. Außerdem vermindert das Sperrband des Bandpassfilters jegliche Gleichstromkomponente und Frequenzkomponenten über der grundlegenden Herzschlagfrequenz, das heißt verhältnismäßig hohe Frequenzkomponenten.
Die Abtastwerte von dem Bandpassfilter werden dem Puffer 303 zu gleichen Zeitpunkten zugeführt. Die Puffer können beispielsweise Rundpuffer sein, die eine Kapazität für eine Anzahl von Abtastpunkten aufweisen, beispielsweise entsprechend einer Signalfrequenz von 5 Sekunden. Der älteste Abtastwert im Puffer wird überschrieben, wenn ein neuer Abtastwert vom Bandpassfilter eingeht. Abtastwerte werden aus dem Puffer genommen, wenn die Schätzvorrichtung 302 initialisiert wird. Die Schätzvorrichtung kann an bestimmten regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitpunkten initialisiert werden, beispielsweise um Informationen zur Aktualisierung einer digitalen Anzeige bereitzustellen.
Obgleich das von dem Bandpassfilter über den Puffer 303 bereitgestellte Hüllsignal glatt ist und sich wiederholende Zyklen aufweist, kann es schwierig sein, zu bestimmen, ob ein Zyklus oder mehrere Zyklen während eines spezifischen Zeitintervalls vorhanden ist. Der Informationsgehalt in dem Hüllsignal kann jedoch insoweit verbessert werden, dass die exakte Anzahl von Zyklen in einem spezifischen Zeitintervall bestimmt wird. Dies erfolgt durch Berechnen der Konformität des Hüllsignals in Bezug auf das Hüllsignal selbst. Dies basiert auf der Annahme, dass die große Mehrheit von Zyklen in dem Hüllsignal eine tatsächliche zusammenhängende Kontraktion und Expansion eines Herzens beim Prozess des Blutpumpens darstellt. Die Konformität des Hüllsignals wird mittels des Korrelators 306 berechnet, der die Autokorrelation des Hüllsignals berechnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Korrelator Mittel zum Auswählen des Zyklus' in dem Hüllsignal, der die größte Amplitude aufweist. Dies erfolgt unter der begründeten Annahme, dass die größte Amplitude in dem Hüllsignal von einer normalen Kontraktion/Expansion des Herzens verursacht wird, bei der es am wenigsten wahrscheinlich ist, dass sie irgendwelche Artefakte umfasst. Die Spanne des ausgewählten Zyklus' wird mittels Suchen nach dem nächsten lokalen Minimum ermittelt, das weniger als null beträgt. Dadurch wird das Fallen in lokale Minima mit einer Größe, die größer als null ist, vermieden. Die Suche nach einem Miminum wird sowohl vorwärts als auch rückwärts in Bezug auf die Position der größten Amplitude angewandt. Der ausgewählte Zyklus wird gespeichert und mit dem Rest des Hüllsignals kreuzkorreliert. Alternativ kann Faltung oder eine beliebige andere Funktion verwendet werden, die in der Lage ist, die Konformität eines Signals in Bezug auf das Signal selbst zu berechnen.
4 zeigt ein Blockdiagramm eines Prozessors zum Berechnen der Schwebungsfrequenz eines Auskultationssignals mittels eines Korrelators und eines Biasfilters, umfassend A-Gewichtung. In dieser bevorzugten Ausführungsform sind das Biasfilter, das eine A-Gewichtung umfasst, und der Korrelator kombiniert, um eine verbesserte Gesamtleistung zu erhalten, das heißt es ist möglich, den Rhythmus eines schlagenden Herzens zu schätzen, selbst wenn die charakteristischen Töne des Herzens schwer verzerrt sind.
Das Auskultationssignal VCG liegt in Form eines digitalen Signals vor, umfassend Abtastwerte, die bei einer gleichen Abtastfrequenz fs eingehen, z. B. fs = 4000 Hz. Das Auskultationssignal ist verzweigt. Ein erster Zweig führt das Auskultationssignal einem Gleichrichter oder einem Absolutwert-Detektor ABS 406 zu. Die Absolutwerte des Auskultationssignals werden überdies dem Tiefpassfilter 407 zugeführt, der eine Grenzfrequenz von ungefähr 3 Hz aufweist, so dass Frequenzkomponenten über 100 Hz vermindert werden. Ein zweiter Zweig führt das Auskultationssignal dem Filter 401 zu, in dem die doppelte Ableitung des Auskultationssignals berechnet wird. Der Frequenzgang des Filters 401 entspricht einer Hochpassflanke zweiter Ordnung oder einer A-Gewichtungs-Annäherung im Frequenzbereich unterhalb von 2000 Hz. Die doppelte Ableitung des Auskultationssignals wird einem Tiefpassfilter 402 zugeführt, in dem die verhältnismäßig hohen Frequenzrauschkomponenten, die durch die Differenzierung in dem Filter 401 verstärkt werden, gedämpft werden. Das Filter 402 kann eine Grenzfrequenz von ungefähr 100 Hz aufweisen. Das Signal, das von dem Filter 402 Tiefpass-gefiltert wird, wird einem Gleichrichter oder einem Absolutwert-Detektor ABS 403 zugeführt. Der Absolutwert des Auskultationssignals wird überdies dem Tiefpassfilter 404 zugeführt, der Frequenzkomponenten über 100 Hz vermindert.
Die Dezimatoren DEC 405 und 408 erzeugen eine reduzierte Abtastrate fs_R, die zum Beispiel 200 Hz betragen kann, da Frequenzkomponenten über 100 Hz vermindert werden. Dadurch kann der Berechnungsaufwand vermindert werden, der in der nachfolgenden Signalverarbeitung des Auskultationssignals erforderlich ist.
Der Bandpassfilter 409, umfassend die Bandpassfilter BPF#1 und BPF#2, empfängt die dezimierten Auskultationssignale und berechnet Bandpass-gefilterte Signale. Der Bandpassfilter kann ein Bandpass entsprechend dem Bereich der erwarteten Herzfrequenzen aufweisen, beispielsweise von 0,5 bis 3,3 Hz.
Es ist zu beachten, dass Gleichstromkomponenten und Frequenzkomponenten über 25 Hz vermindert werden. Die Mittenfrequenz des Bandpassfilters kann adaptiv angepasst werden, um die Leistung der Rhythmus-Schätzvorrichtung zu verbessern. Dies wird später besprochen.
Die Bandpass-gefilterten Signale stellen somit die Hüllen des Auskultationssignals und das doppelt differenzierte Auskultationssignal bei einer verminderten Abtastrate dar.
Die Dezimatoren DEC 412 und 413 erzeugen eine weiter reduzierte Abtastrate, die beispielsweise 50 Hz betragen kann, da die Frequenzkomponenten über 25 Hz vermindert werden. Somit kann der Berechnungsaufwand in der nachfolgenden Signalverarbeitung des Auskultationssignals sogar noch weiter vermindert werden.
Die Abtastwerte von dem Bandpassfilter werden den Puffer 414 und 415 zu gleichen Zeitpunkten zugeführt. Die Puffer können beispielsweise Rundpuffer sein, die eine Kapazität für eine Anzahl von Abtastpunkten aufweisen, beispielsweise entsprechend einer Signalfolge von 5 Sekunden. Abtastwerte werden aus den Puffer genommen, wenn die Schätzvorrichtung 410 initialisiert wird. Die Schätzvorrichtung kann zu bestimmten regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitpunkten initialisiert werden, um Informationen für die Aktualisierung einer digitalen Anzeige bereitzustellen.
Die Abtastwerte, die aus den Puffern 414 und 415 genommen werden, werden mittels des Autoskalierungsmittels 416 beziehungsweise 417 skaliert. Das Autoskalierungsmittel kann die empfangenen Abtastwerte skalieren, indem gewährleistet wird, dass der Spitzenwert über eine Anzahl skalierter Abtastwerte den Wert 1,0 annimmt, beispielsweise kann die Anzahl der Abtastwerte der Signalfolge entsprechen, die in den Puffer 414 und 415 gespeichert sind, das heißt, die Signalfolge wird auf einen Spitzenwert gleich 1,0 normalisiert. Die skalierten Abtastwerte werden in der Addiervorrichtung 418 mit gleichen Gewichtungen addiert, da die Informationen in den zwei Signalen gleich wichtig sind, und das Ergebnis der Addition wird als Summensignal bereitgestellt. Alternativ können die zwei Signale mit unterschiedlichen Gewichtungen addiert werden.
Die Konformität des Summensignals wird mittels des Korrelators X-Corr 419 berechnet. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Korrelator Mittel zum Auswählen des Zyklus' in dem Hüllsignal, der die größte Amplitude aufweist. Die Zeitspanne des ausgewählten Zyklus' wird mittels Suchen nach dem nächsten lokalen Minimum ermittelt, das weniger als null beträgt. Dadurch wird das Fallen in lokale Minima mit einer Größe, die größer als null ist, vermieden. Die Suche nach einem Miminum wird sowohl vorwärts als auch rückwärts in Bezug auf die Position der größten Amplitude angewandt. Der ausgewählte Zyklus wird gespeichert und mit dem Rest des Hüllsignals kreuzkorreliert.
Der Spitzenlokalisierer 420 identifiziert die Extremwerte in einem Signal, das repräsentativ für das Ergebnis der Kreuzkorrelation ist. Dies kann beispielsweise ausgeführt werden, indem die erste Ableitung des Ergebnisses der Kreuzkorrelation berechnet wird und Wendungen identifiziert werden. Vorzugsweise identifiziert der Spitzenlokalisierer Maxima in dem Signal, die repräsentativ für das Ergebnis der Kreuzkorrelation sind.
Die Lokalisierungen der Extremwerte werden vorzugsweise in einer Qualitäts-Schätzvorrichtung 421 verarbeitet. Die Schätzvorrichtung entscheidet, ob das Ergebnis der Kreuzkorrelation qualifiziert ist, um den Rhythmus, wenn vorhanden, des Auskultationssignals zu schätzen. Die Qualitäts-Schätzvorrichtung 421 kann drei Schritte im Prozess zum Schätzen der Qualität umfassen:

1. Das Mittel der Zeitdifferenzen zwischen zwei Extremwerten muss innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen;
2. Die minimalen und maximalen Zeitdifferenzen proportional zum Mittel der Zeitdifferenzen müssen innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen;
3. Die Größe des Ergebnisses der Kreuzkorrelation und die Extremwertstellen müssen innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen.

Wenn einer oder mehrere der zuvor erwähnten Punkte 1–3 nicht erfüllt sind, wird bestimmt, dass es nicht möglich ist, einen Rhythmus in dem Auskultationssignal zu schätzen. Alternativ ist es möglich, wenn die zuvor erwähnten Punkte erfüllt sind, einen Rhythmus in dem Auskultationssignal zu schätzen. Der Rhythmus kann durch Zählen der Anzahl Extremwerte in dem Ergebnis der Kreuzkorrelation pro Zeiteinheit und durch Anzeigen dieser als eine Anzahl von Schlägen pro Minute geschätzt werden.
In alternativen Ausführungsformen können die Korrelatoren 306 oder 419 angepasst sein, um eine Autokorrelationsfunktion zu berechnen (beispielsweise korrelieren zwei identische Signale miteinander, die eine Länge entsprechend der Kapazität der Puffer 303 oder 414, 415 aufweisen). Ein Signal, das aus der Berechnung der Autokorrelationsfunktion resultiert, kann verwendet werden, um den Rhythmus des Auskultationssignals zu schätzen und die Qualität des Auskultationssignals zu untersuchen. Eine Primärfrequenz des Auskultationssignals wird ermittelt, indem nach einem lokalen Maximum in dem Autokorrelationssignal gesucht wird. Die Suche wird von 0,3 Sekunden (200 bpm) gestartet und die Primärfrequenz ist definiert als erstes lokales Maximum, das eine festgelegte Schwelle überschreitet (wenn kein lokales Maximum vor einer 2-Sekunden-Grenze in der Autokorrelation gefunden wird, wird keine Primärfrequenz bestimmt). Bevor die Primärfrequenz zugelassen wird, müssen folgende Punkte validiert werden:

1. Der mittlere Pegel der letzten 2 Sekunden des Puffersignals muss einen ersten Schwellenwert überschreiten. Diese Validierung erfolgt, um Schätzungen basierend auf der falschen Art von Signalen (oder überhaupt keinem Signal) zu verhindern.
2. Es muss eine Spitze in der Autokorrelation vorhanden sein, die eine doppelt lange Zeit wie die erste Spitze vorhanden ist (± ungefähr 7,5%). Diese Prüfung wird ausgeführt, um zu validieren, ob das Puffersignal periodisch ist oder nicht. Die Spitze muss auch einen festgelegten Schwellenwert überschreiten.
3. Wenn N Spitzen links von der ersten Spitze (Spitze1) gefunden werden, muss das Mittel der Werte, die an den gleichmäßig beabstandeten Stellen ermittelt werden, = (Spitze1)/(N + 1) -> (N·Spitze1)/(N + 1) geringer sein als ein festgelegter Schwellenwert. Diese Prüfung wird ausgeführt, um eine niedrige Herzfrequenzschätzung zu verhindern, wenn die Hülle eine Komponente mit einer Herzschlagfrequenz gleich (N + 1)·(Primärfrequenz) umfasst.
4. Die Schätzung muss über einen Zeitraum stabil sein. Wenn bestimmt wird, dass die Primärfrequenz geringer als 40 Schläge pro Minute (bpm) ist, muss die Schätzung 8 Mal = 1,6 Sekunden stabil (±30%) sein. Wenn bestimmt wird, dass die Hauptfrequenz höher oder gleich 40 bpm ist, muss die Schätzung 4 Mal = 0,8 Sekunden stabil (±30%) sein. Diese Prüfung wird ausgeführt, um die Gültigkeit der Schätzung zu erhöhen.

Andere Validierungskriterien sind möglich, aber es hat sich gezeigt, dass die zuvor genannten Kriterien gut funktionieren.
5 zeigt einen adaptiven Bandpassfilter. Dieses Filter kann anstelle des Bandpassfilters 409 verwendet werden, das in 4 gezeigt ist. Das adaptive Filter kann zur Schätzung des Rhythmus' in dem Auskultationssignal über einen verhältnismäßig breiten Frequenzbereich verwendet werden, während vermieden wird, dass das Signal-Rausch-Verhältnis zerstört wird, das heißt, es ist möglich, einen verhältnismäßig schmalen Durchgangsbereich des Bandpassfilters beizubehalten.
Der Bandpassfilter 512 empfangt zwei Eingangssignale I1 und I2 und stellt zwei Bandpass-gefilterte Ausgabesignale O1 und O2 bereit. Der Bandpassfilter 512 umfasst somit zwei Bandpassfilter BPF#1 und BPF#2. Jedes der Filter BPF#1 und BPF#2 umfasst einen Durchgangsbereich LB mit einer verhältnismäßig niedrigen Mittenfrequenz und einen Durchgangsbereich HB mit einer verhältnismäßig hohen Mittenfrequenz. Einer der Durchgangsbereiche kann ausgewählt werden, indem ein Freigabesignal entweder dem Eingang LB oder HB zugeführt wird. Diese Durchgangsbereichsauswahl wird von der adaptiven Steuerung 513 ausgeführt.
Der Hochpassfilter 501 empfangt ein Eingangssignal entsprechend einem der Signale, das in den Bandpassfilter 512 eingegeben wird. Der Hochpassfilter 501 weist eine Sperrfrequenz von ungefähr 0,3 Hz auf, wodurch sehr niedrige Frequenzkomponenten vermindert werden, die in der adaptiven Durchgangsbereichsauswahl nicht verwendet werden. Das Filter 501 führt dem Tiefpassfilter 502 ein Hochpass-gefiltertes Signal zu. Der Tiefpassfilter weist eine Sperrfrequenz von ungefähr 1 Hz auf.
Die Puffer 503 und 504 sind in der Lage, Abtastwerte entsprechend einer Signalfolge mit einer Zeitdauer von jeweils ungefähr 3 Sekunden zu speichern. Der erwartete und der mittlere Wert der Abfolgen, die in den Puffer gespeichert sind, wird mittels der Mittelwertdetektoren 505 und 506 berechnet. Der von dem Mittelwertdetektor 505 berechnete Mittelwert stellt den Mittelwert der gesamten Signaleingabe in den Bandpassfilter 512 dar. Der von dem Mittelwertdetektor 506 berechnete Mittelwert stellt den Mittelwert des niederfrequenten Teils, das heißt unterhalb von ungefähr 1 Hz, der Signaleingabe in das Bandpassfilter 512 dar.
Somit berechnet der Teiler 507 den Bruchteil AB des Signals, der verhältnismäßig niederfrequent ist. In einer Ausgangssituation ist der Schwellenwert Schw. gleich dem Wert 0,45. Dieser Wert wird von dem Bruchteil AB mittels der Addiervorrichtung 508 subtrahiert. In dem Entscheidungszustand 509 wird überprüft, ob das Frequenzverhältnis AB größer als der Schwellenwert ist. Wenn dies der Fall ist (T), wird der Schwellenwert Schw. gleich dem Wert 0,35 eingestellt und der Durchgangsbereich LB, der eine verhältnismäßig geringe Mittenfrequenz aufweist, wird ausgewählt. Dies wird unter der Annahme ausgeführt, dass das Auskultationssignal von einem langsam schlagenden Herzen herrührt. Somit ist es möglich, höhere und überflüssige Frequenzkomponenten zu vermindern, indem ausgewählt wird, dass der Durchgangsbereich LB eine verhältnismäßig niedrige Mittenfrequenz aufweist. Vorzugsweise beträgt die verhältnismäßig niedrige Mittenfrequenz ungefähr 0,7 Hz.
Wenn das Frequenzverhältnis AB geringer als der Schwellenwert Schw. (F) ist, wird der Schwellenwert Schw. alternativ dann gleich dem Wert 0,55 eingestellt und der Durchgangsbereich HB wird ausgewählt, der eine verhältnismäßig hohe Mittenfrequenz aufweist. Dies wird unter der Annahme ausgeführt, dass aufgrund des fehlenden Niederfrequenzgehalts in dem Auskultationssignal die Auskultation vermutlich von einem sehr schnell schlagenden Herzen herrührt, zum Beispiel von einem Kind. Durch Auswählen des Durchgangsbereichs HB, der eine verhältnismäßig hohe Mittenfrequenz aufweist, gibt es eine maximale Wahrscheinlichkeit, dass der Rhythmus des Auskultationssignals korrekt geschätzt wird. Die verhältnismäßig hohe Mittenfrequenz beträgt vorzugsweise ungefähr 1,2 Hz.
6 zeigt Signale, die sich auf eine Ausführungsform beziehen, die einen Korrelator und ein Biasfilter, umfassend A-Gewichtung, verwendet. Das Auskultationssignal VGC und die entsprechende Bandpass-gefilterte Hülle des VCG-Signals sind als Funktion der Zeit gezeigt. Überdies sind ein A-gewichtetes oder doppelt differenziertes Auskultationssignal d²VCG/dt² und die entsprechende Bandpass-gefilterte Hülle gezeigt. In Anbetracht einer grafischen Interpretation ist klar, dass die Herzfrequenz geschätzt werden könnte, indem nur eines der Bandpass-gefilterten Signale verwendet wird. Eine stärkere Schätzung wird jedoch bereitgestellt, wenn die Signale addiert und als Eingabe in einen Korrelator verwendet werden, wie zuvor beschrieben. Dies ist mittels der Signale „XC-I" und „XC-O" gezeigt.
7 zeigt ein Beispiel, wenn die Informationen in der Hülle des Auskultationssignals unzureichend sind. Das Auskultationssignal VCG und die entsprechende Bandpassgefilterte Hülle des VCG-Signals sind als Funktion der Zeit gezeigt. Überdies sind das A-gewichtete oder doppelt differenzierte Auskultationssignal d²VCG/dt² und die entsprechende Bandpass-gefilterte Hülle gezeigt. In Anbetracht einer grafischen Interpretation ist klar, dass die stärkste Schätzung durch das doppelt differenzierte Auskultationssignal d²VCG/dt² bereitgestellt wird. Für die große Mehrheit der Auskultationssignale stellt jedoch das Signal"XC-O" die stärkste Gesamtschätzung bereit.
8 zeigt ein Beispiel, wenn die Informationen in der Hülle des A-gewichteten Auskultationssignals unzureichend sind. Das Auskultationssignal VCG und die entsprechende Bandpass-gefilterte Hülle des VCG-Signals sind als Funktion der Zeit gezeigt. Überdies sind das A-gewichtete oder doppelt differenzierte Auskultationssignal d²VCG/dt² und die entsprechende Bandpass-gefilterte Hülle gezeigt. In Anbetracht einer grafischen Interpretation ist klar, dass das Bandpass-gefilterte VCG-Hüllsignal die stärkste Schätzung bereitstellt. Aber erneut stellt das Signal „XC-O" die stärkste Gesamtschätzung bereit.
Die Erfindung kann als Teil eines Stethoskops oder eines beliebigen anderen Instruments oder einer Vorrichtung ausgeführt sein. Alternativ kann die Erfindung als ein Computerprogramm oder als Teil eines Computerprogramms ausgeführt sein, das in den Speicher eines Computers geladen und davon ausgeführt werden kann. Das Computerprogramm kann mittels eines beliebigen Datenspeichers oder Datenübertragungsmediums verteilt werden. Das Speichermedium kann ein Magnetband, eine optische Scheibe, eine Compactdisc (CD oder CD-ROM) eine Mini-Disc, eine Festplatte, eine Diskette, ein ferroelektrischer Speicher, ein elektrisch löschbarer Festwertspeicher (EEPROM), ein Flash-Speicher, ein EPROM, ein Nur-Lesespeicher (ROM), ein statischer Schreib-Lese-Speicher (SRAM), ein dynamischer Schreib-Lese-Speicher (DRAM), ein ferromagnetischer Speicher, ein optischer Speicher, ladungsgekoppelte Einrichtungen, Smartcards etc. sein. Das Übertragungsmedium kann ein Netzwerk, zum Beispiel ein Local Area Network (LAN), ein Wide Area Network (WAN) oder eine beliebige Kombination davon sein, zum Beispiel das Internet. Das Netzwerk kann drahtgebundene und drahtlose Kommunikationslinks verwenden. Über das Netzwerk kann eine Software-Ausführungsform (zum Beispiel ein Programm) der Erfindung oder ein Teil davon verteilt werden, indem ein Programm über das Netzwerk übertragen wird.

Claims

Vorrichtung zum Verarbeiten von Auskultationssignalen, umfassend: Verarbeitungsmittel (106; 301; 409) zum Empfangen eines Auskultationssignals und Bereitstellen eines Hüllsignals, das die Hülle des Auskultationssignals darstellt; eine Schätzvorrichtung (105; 302; 410) zum Berechnen eines Signals, das einen geschätzten Rhythmus des Auskultationssignals darstellt; dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzvorrichtung Mittel umfasst, die angeordnet sind, um einen Teil des Hüllsignals auszuwählen, wobei der Teil mindestens einen einer Aufeinanderfolge von Zyklen in dem Hüllsignal als ein erstes Signal umfasst; und um die Konformität zwischen dem ersten Signal und dem Hüllsignal zu berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Konformität als eine Berechnung einer Kreuzkorrelationsfunktion ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal ausgewählt wird, um einen einer Aufeinanderfolge von Zyklen des Hüllsignals darzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel, das in der Schätzvorrichtung umfasst ist, ausgebildet ist, eine Folge von Abtastwerten des Hüllsignals als das Hüllsignal und die gleiche Folge von Abtastwerten als das erste Signal auszuwählen; und dadurch, dass die Konformität als eine Kreuzkorrelationsfunktion ausgeführt ist, wodurch eine Autokorrelationsfunktion für das Hüllsignal berechnet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Mittel (421) zum Validieren der Qualität des Auskultationssignals, wobei die Mittel mindestens einen der folgenden drei Punkte in einem Signal überprüfen, das die Konformität des Auskultationssignals darstellt: a) die Zeitdifferenzen zwischen gefundenen Extremwerten liegen innerhalb vorbestimmter Grenzen; b) die minimalen und maximalen Zeitdifferenzen proportional zum Mittel der Zeitdifferenzen liegen innerhalb vorbestimmter Grenzen; c) die Größe des Ergebnisses der Korrelation an den Extremwertstellen liegen innerhalb vorbestimmter Grenzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungsmittel (106; 301; 409) ein Filter (101; 401) zum Berechnen einer A-gewichteten Version des Auskultationssignals oder einer angenäherten A-gewichteten Version des Auskultationssignals umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die A-gewichtete Version des Auskultationssignals mittels einer Annäherung entsprechend einer doppelten Differenzierung des Auskultationssignals berechnet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungsmittel einen adaptiven Bandpassfilter (512) zum Filtern des Hüllsignals umfasst; wobei der adaptive Bandpassfilter mindestens einen oberen und einen unteren Durchlassbereich aufweist, die jeweils auswahlbar sind; wobei der adaptive Bandpassfilter eine Steuerung (513) umfasst, die den unteren Durchlassbereich auswählt, wenn die Signaleingabe in den Bandpassfilter verhältnismäßig niederfrequent ist, und den oberen Durchlassbereich auswählt, wenn die Signaleingabe in den Bandpassfilter verhältnismäßig hochfrequent ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Auskultationssignal Abtastwerte umfasst, die bei einer gleichen Abtastrate eingehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen synchronen Prozessor (301; 409) umfasst, damit bereitgestellt wird, dass die Hülle des Auskultationssignals bei einer Frequenz entsprechend der Abtastrate arbeitet; und überdies einen asynchronen Prozessor (302; 410), damit die Konformitätsberechnung ausgeführt wird, die zu Zeitpunkten arbeitet, die durch eine Anfrage ausgelöst werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllsignal durch einen ersten Zweig von Mitteln (406, 407) zum Tiefpass-Filtern eines Signals bereitgestellt wird, das den Absolutwert des Auskultationssignals darstellt und dadurch, dass das Hüllsignal durch einen zweiten Zweig von Mitteln (401, 402, 403, 404) zum Tiefpass-Filtern eines Signals bereitgestellt wird, das den Absolutwert eines Signals darstellt, das durch das Tiefpass-Filtern einer A-gewichteten Version des Auskultationssignals oder einer angenäherten A-gewichteten Version des Auskultationssignals erhalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllsignal durch Mittel (418) zum Berechnen der Summe der Signale, die von dem ersten und dem zweiten Zweig bereitgestellt werden, bereitgestellt wird.
Stethoskop, umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und Mittel zum Schätzen des Rhythmus' in einem Auskultationssignal.
Vorrichtung zum Schätzen des Rhythmus' in Auskultationssignalen, umfassend ein Verarbeitungsmittel (106; 301; 409) zum Empfangen eines Auskultationssignals und zum Bereitstellen eines Hüllsignals, das die Hülle des Auskultationssignals darstellt; und eine Schätzvorrichtung (105; 302; 410) zum Berechnen eines Signals, das einen geschätzten Rhythmus des Auskultationssignals darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungsmittel (106; 301; 409) ein Filter (101; 401) mit einem Frequenzgang entsprechend einer A-Gewichtung oder einer angenäherten A-Gewichtung umfasst, wobei das Filter als eine berechnete doppelte Differenzierung mindestens für einen Frequenzbereich von Interesse ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereich von Interesse der Frequenzbereich unterhalb von 2000 Hz ist.
Verfahren zum Verarbeiten von Auskultationssignalen, umfassend die folgenden Schritte: Empfangen eines Auskultationssignals und Bereitstellen eines Hüllsignals, das die Hülle des Auskultationssignals darstellt; Berechnen eines Signals, das einen geschätzten Rhythmus des Auskultationssignals darstellt; dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden weiteren Schritte umfasst: Auswählen eines Teils des Hüllsignals, der mindestens einen einer Aufeinanderfolge von Zyklen in dem Hüllsignal als erstes Signal umfasst; und Berechnen der Konformität zwischen dem ersten Signal und dem Hüllsignal.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Berechnens der Konformität mittels einer Kreuzkorrelationsfunktion berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des Hüllsignals ausgewählt ist, einen einer Aufeinanderfolge von Zyklen des Hüllsignals darzustellen.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es das Verwenden einer Folge von Abtastwerten des Hüllsignals als das Hüllsignal und der gleichen Folge von Abtastwerten als das erste Signal umfasst; und dass der Schritt des Berechnens der Konformität als eine Berechnung einer Kreuzkorrelationsfunktion für die Folge von Abtastwerten ausgeführt wird, wodurch eine Autokorrelationsfunktion für das Hüllsignal berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des Validierens der Qualität des Auskultationssignals durch Überprüfen mindestens einer der folgenden drei Punkte in einem Signal umfasst, dass die Konformität des Auskultationssignals darstellt: a) die Zeitdifferenzen zwischen gefundenen Extremwerten liegen innerhalb vorbestimmter Grenzen; b) die minimalen und maximalen Zeitdifferenzen proportional zum Mittel der Zeitdifferenzen liegen innerhalb vorbestimmter Grenzen; d) die Größe des Ergebnisses der Korrelation an den Extremwertstellen liegt innerhalb vorbestimmter Grenzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass es überdies einen Schritt des Berechnens einer A-gewichteten Version des Auskultationssignals oder einer angenäherten A-gewichteten Version des Auskultationssignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die A-gewichtete Version des Auskultationssignals mittels einer Annäherung entsprechend einer doppelten Differenzierung des Auskultationssignals berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren überdies den Schritt des Filters des Hüllsignals mittels eines adaptiven Bandpassfilters umfasst; wobei der adaptive Bandpassfilter mindestens einen oberen und einen unteren Durchlassbereich aufweist, die jeweils auswählbar sind; wobei der adaptive Bandpassfilter gesteuert ist, so dass der untere Durchlassbereich ausgewählt wird, wenn die Signaleingabe in den Bandpassfilter verhältnismäßig niederfrequent ist, und so dass der obere Durchlassbereich ausgewählt wird, wenn die Signaleingabe in den Bandpassfilter verhältnismäßig hochfrequent ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei das Auskultationssignal Abtastwerte umfasst, die bei einer Abtastfrequenz eingehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren synchrone Schritte umfasst, damit bereitgestellt wird, dass die Hülle des Auskultationssignals bei einer Frequenz entsprechend der Abtastrate ausgeführt wird, und überdies asynchrone Schritte umfasst, damit die Konformitätsberechnung ausgeführt wird, die zu Zeitpunkten arbeitet, die durch eine Anfrage ausgelöst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllsignal durch einen ersten Schritt des Tiefpass-Filterns eines Signals bereitgestellt wird, das den Absolutwert des Auskultationssignals darstellt und dadurch, dass das Hüllsignal durch einen zweiten Schritt des Tiefpass-Filterns eines Signals bereitgestellt wird, das den Absolutwert eines Signals darstellt, der durch Tiefpass-Filtern einer A-gewichteten Version des Auskultationssignals oder einer angenäherten A-gewichteten Version des Auskultationssignals erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des Addierens der Signale umfasst, die durch den ersten und den zweiten Schritt bereitgestellt werden.
Computer-lesbares Medium, das ein Programm aufweist, das darauf aufgezeichnet ist, wobei das Programm – wenn es ausgeführt wird – dazu dient, einen Computer zu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25 auszuführen.
Verfahren des Schätzens des Rhythmus' in Auskultationssignalen, umfassend die folgenden Schritte: Empfangen eines Auskultationssignals und Bereitstellen eines Hüllsignals, das die Hülle des Auskultationssignals darstellt; Berechnen eines Signals, das einen geschätzten Rhythmus des Auskultationssignals darstellt; dadurch gekennzeichnet, dass das Signal, das den geschätzten Rhythmus darstellt, durch Filtern des Auskultationssignals mit einem Filter (101; 401) mit einem Frequenzgang entsprechend einer A-Gewichtung oder einer angenäherten A-Gewichtung berechnet wird, wobei das Filter als eine Berechnung einer doppelten Differenzierung mindestens für einen Frequenzbereich von Interesse ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereich von Interesse der Frequenzbereich unterhalb von 2000 Hz ist.
Computer-lesbares Medium, das ein Programm aufweist, das darauf aufgezeichnet ist, wobei das Programm – wenn es ausgeführt wird – dazu dient, einen Computer zu veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 27 oder 28 auszuführen.