JP2002078692A - 医療機器のノイズ低減と電極欠陥検出の方法と装置 - Google Patents
医療機器のノイズ低減と電極欠陥検出の方法と装置Info
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Abstract
得システム(10)の電極欠陥を検出する方法と装置を
提供する。 【解決手段】 本方法では、RL電極(18)を接続す
ることによってキャリヤ信号(S1)を対象(P)に送
り、対象に取り付けられた少なくとも一つの信号検知電
極(12、14、16)によって、電気的アクティビテ
ィ成分(EAP)とキャリヤ信号成分(CSP)をもつ合成
信号(SC )を検知する。合成信号を処理して、キャリ
ヤ信号成分から電気的アクティビティ成分を分けて、電
気的アクティビティ成分からノイズをフィルタリングす
る。キャリヤ信号成分を用いて、少なくとも一つの信号
検知電極のインピーダンス値を計算し、計算されたイン
ピーダンス値を既知の値と比較して、電極欠陥が存在す
るかどうかを調べる。ノイズの低減と電極欠陥の検出に
フィルタを使うことにより、従来技術のシステムと比較
すると、本発明はより小さな計算パワーですむ。
Description
ビティを測定するために使われる機器のノイズ低減と電
極欠陥の検出方法と装置に関する。
しば、電気的アクティビティによって制御されるか、さ
もなければ、それに関連する。例えば、人間と動物の神
経システムは、監視可能か、もしくは、測定可能な様々
な電気信号を生成する。同様に、心臓のリズミカルな鼓
動は、規則正しく連続する放電によって続けられる。人
間では右心房の洞結節で放電が始まる。放電は、(ヒス
束として周知の)房室結節と神経筋繊維束を介してそれ
らの室に向かう。電極を身体の様々な部分に取り付ける
ことによって、心臓の電気的アクティビティの記録を取
ることができる。この記録は心電図、即ち、ECGとし
て知られており、ECGは様々な診断と治療行為で使わ
れる。
Gを適切に検出して測定するためにとても重要である。
もし、1つの電極が不適切に、即ち、不充分に身体に接
続されると、全くECG信号が検出されないか、ノイズ
を含むECG信号が検出される。これによって、誤診や
不適切な治療がなされることになり、これによって、深
刻な結果がもたらされることがある。
の欠陥状態を検出したり、識別する多くの装置と方法が
開発された。これらの装置と方法があるにもかかわら
ず、電極欠陥を適切に検出したり、電極欠陥と不充分な
電極接続に関連するノイズを低減することができなかっ
た。
ィを測定するために使用される電極の欠陥を検出する方
法と装置を提供する。また、本発明は、電極からの信号
ノイズを低減するメカニズムを提供する。前記方法は、
RL電極(一般的に、右脚の上、もしくは、近くに配置
されるのでそのように名づけられた)を対象に接続する
ことによって、キャリヤ信号を対象に送る処理を含む。
RL電極から、ACキャリヤ信号が対象に送られる。一
旦、RL信号が対象に送られると、少なくとも一つの信
号検知電極を対象に取り付けることによって、電気的ア
クティビティ成分とキャリヤ信号成分の合成信号が検知
される。次に、電気的アクティビティ成分をキャリヤ信
号成分から分けることによって合成信号が処理される。
次に、少なくとも一つの信号検知電極のインピーダンス
値は、そのキャリヤ信号成分を用いて計算される。最後
に、計算されたインピーダンス値は既知の値と比較され
て、電極欠陥があるかどうか調べられる。
もつ有限インパルス応答ローパスフィルタによる合成信
号のフィルタリングも含まれることが好ましい。高周波
ノイズを除去し、検知された電気的なアクティビティ成
分から検知されたキャリヤ信号成分を分離するためにロ
ーパスフィルタが用いられる。また、前記キャリヤ信号
の特徴を求めるためにローパスフィルタが用いられる。
特に、そのフィルタの第1の零点周波数とほとんど同じ
周波数をもつキャリヤ信号が生成される。2つの機能、
即ち、ノイズのフィルタリングを行い、キャリヤ信号を
除去する機能用にフィルタが使われるので、本発明で
は、従来技術による電極欠陥検出システムに比べて少な
い計算パワーで済む。少ない計算パワーで済むというこ
とは、12本以上のリード線を備えるマルチリードシス
テムでは特にメリットがある。
された第1のECG信号検知電極と第2のECG信号検
知電極と第3のECG信号検知電極を備えるシステムで
本発明を使うことができる。また、RL電極は患者に接
続される。RL電極は、信号生成器によって生成された
ACキャリヤ信号を送るためのものである。キャリヤ信
号はRL電極から出され、患者からの生理的で電気的な
アクティビティと共に検知電極で検知される。従って、
各検知電極からは、キャリヤ信号成分と電気的アクティ
ビティ成分をもつ合成信号が出力される。それらの電極
からの信号は、信号を処理し、モニターやプリンタやそ
の他の処理装置などの装置に送信可能な出力信号を生成
する信号処理部に送られる。また、信号処理部は、制御
装置、もしくは、警報装置に送信可能な電極欠陥信号を
生成し、それによって、光アラーム、もしくは、音声ア
ラーム等のアラームインディケータが起動される。
イズフィルタリングと協力して電極欠陥の識別を行う本
発明の方法とシステムを提供することはメリットがあ
る。詳細な記述と添付図面を検討することによって、本
発明のその他の特徴とメリットが明らかとなろう。
する前に、本発明は、以下の記述で開示されるか、もし
くは、図面に描かれたアプリケーションのコンポーネン
ト構成と詳細な配列に限定されないことを理解すべきで
ある。本発明は、その他の実施形態でも実施可能であ
り、また、様々な方法で実施、もしくは、実行すること
ができる。また、ここで使用される言葉遣いや専門用語
は、説明するためのものであって、限定するためのもの
と見なすべきではないことを理解すべきである。
す。システム10は、人間の患者P等の生きている対象
からECG信号を獲得してフィルタリングし、信号獲得
中に起こる電極欠陥を検出する。システム10は、第1
のECG信号検知電極12と第2のECG信号検知電極
14と第3のECG信号検知電極16を備える。電極1
2、14、16は、特殊な種類のものである必要はない
が、ECGと類似の電気信号を測定するために利用され
る共通電極でもよい。電極は患者Pに取り付けられる、
さもなければ、周知の方法で患者Pに接続される。3つ
の電極だけが示されているが、より少ない、あるいは、
より多い電極を患者に接続してもよい。
される。本発明ではRL電極を使うことが好ましいが、
信号を送信できるその他のアクティブ電極も使用可能な
ことを理解していただきたい。RL電極からは、信号生
成器20によって生成される交流キャリヤ信号S1が送
られる。信号S1が電極18から出力され、それが患者
Pからの生理的で電気的アクティビティと共に検知電極
12、14、16によって検知される。従って、各検知
電極からは、キャリヤ信号成分CSPと電気的なアクティ
ビティ成分EAPを備える合成信号Scが出力される。信
号Scは信号処理部30に送られる。処理部30は信号
を処理し、低ノイズのECG出力信号S ECG を生成す
る。モニターやプリンタや、さらに別の処理装置(不図
示)等の装置に信号SECG を送信することができる。ま
た、信号処理部30は、電極欠陥信号SEFを生成し、こ
れは、光アラームや音声アラーム等のアラームインディ
ケータ(不図示)を駆動させる制御装置、もしくは、警
報装置に送られる。
部30はスプリッタ32を備える。信号Sc はスプリッ
タ32によって第1の信号成分SS1と第2の信号成分S
S2に分けられる。第1の信号成分SS1はフィルタ34に
送られる。フィルタ34は、第1の信号成分SS1の高周
波ノイズを低減させる。また、フィルタ34は、第1の
信号成分SS1からキャリヤ信号成分CSPのほとんど全て
をフィルタ除去して、電気的アクティビティ成分EAPを
含む信号SOUT を出力する。信号SOUT は第2のスプリ
ッタ36に送られる。スプリッタ36は、信号SOUT を
信号SECG である第1の信号と第2の信号P2に分け
る。第2の信号P2は、合計処理ノード、即ち、結合部
38の正の入力部に送られる。
合部38に送られる。特に、信号S S2は結合部の負の入
力部に送られる。信号P2、SS2は結合部38で結合さ
れて、各信号の電気的なアクティビティ成分は、実質的
に抑制される(ゼロ振幅、もしくは、ゼロに近い振幅に
低下する)。結合部は、信号SS2からのキャリヤ成分C
SPを含む信号SCOMBを出力する。信号SCOMBはインピー
ダンス計算部40に入力される。インピーダンス計算部
40は、各電極12−16に対するインピーダンス値を
計算するために信号SCOMBを用いる。インピーダンス計
算部40は、各電極の既知のインピーダンス値と計算値
を比較する。インピーダンス計算は、電極と対象の皮膚
の表面間のインピーダンスに基づいてなされる。もし、
検知電極が対象に適切に取り付けられているか、もしく
は、接続されているならば、キャリヤ信号成分CSPの振
幅は比較的小さくなる。もし検知電極の内部に欠陥があ
るか、もしくは、それが不適切に接続されていると、キ
ャリヤ信号CSPの振幅は比較的大きくなる。各電極のイ
ンピーダンス値(電極と対象の皮膚間のインピーダン
ス)は、フィルタ34とインピーダンス計算部40の両
方を用いる4ステップのアルゴリズムで求められる。第
1のステップでは、上述したようにフィルタ34を用い
て第1の信号成分SS1がフィルタリングされる。好適な
実施形態のフィルタ34は、有限インパルス応答の(F
IR)ローパスフィルタである。本技術分野では周知の
ことであるが、FIRフィルタはソフトウエアを用いて
実施され、次の方程式によって特徴づけられる。
はxが入力される項の数である。ECG獲得アプリケー
ションでは、フィルタ34はカットオフ、即ち、約15
0Hzのコーナ周波数(−3dB)を備えることが好ま
しい。1000HzのサンプリングレートではNは3で
ある。これらの値を式1に代入すると、第1の零点(周
波数が完全に抑圧される第1の点)は約333Hzであ
る。このことは、図3に示される周波数応答グラフに描
かれている。示されているように、約333Hzでは、
フィルタはゼロゲインである。
OUT は、 SOUT[i]=(SS1[i]+SS1[i-1]+SS1[i-2])/3 (式2) によって記述できる。
の第1の零点の周波数に設定されると、単なるフィルタ
リング処理によって、信号SS1からキャリヤ信号、即
ち、キャリヤ信号成分CSPが除去される。この結果、信
号SOUT は電気的アクティビティ成分EAPだけを含むこ
とになる。アルゴリズムの次のステップでは、結合部3
8によって信号SS2から信号P2が減算されて、 SCOMB[i]=SS2[i]−P2[i] (式3) で記述可能な信号SCOMBが生成される。
部40によって信号SCOMBの差が計算され、 S4[i]=SCOMB[i]−SCOMB[i-1] (式4) が得られる。
ことになる。第4のステップでは信号S4が用いて、 S5[i]=(|S4[i]|+|S4[i-1]|+|S4[i-2]|)/6 (式5) に基づいて、信号S4の3つの値の絶対値を加えること
によってインピーダンス値が計算される。信号S4につ
いて絶対値をとることによって、信号S5は、信号S4
とサンプリングレート間の位相に依存しないものにな
る。計算されたインピーダンス値が既知のインピーダン
ス値と、所定の値、例えば、10%以上異なる場合は、
欠陥が検出されて、インピーダンス計算部は電極欠陥信
号SEFを生成する。
波数がフィルタ34の第1の零点に一致するように、信
号生成器20が調整される。電気的アクティビティ信号
SS1をフィルタリングし、RL電極18に送られるAC
キャリヤ信号を抽出するためにフィルタ34を用いるの
で、本発明では、従来のシステムより少ない計算用リソ
ースですむ。従来のシステムでは、独立した2組のコン
ピュータ、即ち、プログラム可能な計算を実行する必要
がある。マルチリードシステムでは、より少ない計算用
リソースを利用することが重要である。何故ならば、リ
ード線の数が増えると、リード線からの信号を処理する
ために必要な計算パワーの量も増加するからである。高
処理能力のコンピュータとプロセッサを利用することも
できるが、高処理能力のコンピュータは比較的高価であ
る。高価でないコンピュータを備える効率的なシステム
を構成することは、システム10のコストを低く抑える
手助けとなる。
は、生理的検知システムの電極欠陥を見つける、即ち、
識別する方法とシステムを提供する。
開示される。
ある。
波数応答を示すグラフである。
Claims (25)
- 【請求項1】 対象(P)の電気的なアクティビティを
測定するように設計されたシステム(10)の電極欠陥
を識別する方法であって、 第1の電極(18)を前記対象(P)に接続することに
よって、キャリヤ信号(S1)を対象に送る段階と、 少なくとも一つの信号検知電極(12、14、16)を
前記対象に取り付けることによって、電気的アクティビ
ティ成分(EAP)とキャリヤ信号成分(Csp)を含む合
成信号(Sc )を検知する段階と、 前記キャリヤ信号成分(Csp)から電気的アクティビテ
ィ成分(EAP)を分けることによって、前記検知電極に
よって検出された前記合成信号(Sc )を処理する段階
と、 前記少なくとも一つの信号検知電極のインピーダンス値
を計算する段階と、 前記少なくとも一つの検知電極の、計算された前記イン
ピーダンスが所定の値を超えるかどうかを決定する段階
と、を含む方法。 - 【請求項2】 合成信号(Sc )の電気的アクティビテ
ィ成分(EAP)の高周波ノイズを低減させる段階をさら
に含む請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記検知電極(12、14、もしくは、
16)によって検出される前記合成信号(Sc )の処理
には、第1の零点周波数をもつローパスフィルタ(3
4)によって前記合成信号をフィルタリングすることが
含まれ、前記キャリヤ信号(S1)は前記第1の零点周
波数とほとんど同じ周波数をもつ、請求項1に記載の方
法。 - 【請求項4】 前記ローパスフィルタ(34)は有限イ
ンパルス応答フィルタである、請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 前記ローパスフィルタ(34)は約15
0Hzのカットオフ周波数をもつ、請求項4に記載の方
法。 - 【請求項6】 インピーダンス値の計算には前記キャリ
ヤ信号成分(Csp)を使用する必要がある、請求項4に
記載の方法。 - 【請求項7】 多くの検知電極を前記対象(P)に取り
付けることによって、前記合成信号(Sc )は検知され
る、請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 対象(P)の電気的なアクティビティを
計測するように設計されたシステム(10)の電極欠陥
を識別する方法であって、 第1の電極(18)を前記対象(P)に接続することに
よって、キャリヤ信号(S1)を前記対象(P)に送る
段階と、 少なくとも一つの信号検知電極(12、14、又は1
6)を前記対象に取り付けることによって、電気的アク
ティビティ成分(EAP)をもつ合成信号(Sc )とキャ
リヤ信号成分(Csp)を検知する段階と、 零点周波数をもつローパスフィルタ(34)によって、
前記少なくとも一つの信号検知電極によって検出された
前記合成信号(Sc )をフィルタリングする段階と、 前記ローパスフィルタの零点周波数に基づいて、前記キ
ャリヤ信号(S1)の周波数を計算する段階と、を含む
方法。 - 【請求項9】 前記少なくとも一つの信号検知電極(1
2、14、もしくは、16)のインピーダンス値を識別
し、前記少なくとも一検知電極の前記計算されたインピ
ーダンス値が所定の値を越えるかどうかを決定する段階
をさらに含む請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 電極欠陥を検出する装置であって、 信号プロセッサ(30)と、 キャリヤ信号生成器(20)と、 前記信号プロセッサに接続され、信号(Sc )を検知す
る少なくとも一つの生理的アクティビティ電極(12、
14、又は16)と、 前記信号プロセッサと前記キャリヤ信号生成器に接続さ
れたキャリヤ信号電極(18)と、を備える装置。 - 【請求項11】 前記信号プロセッサは、前記少なくと
も1つの生理的電極によって検知された信号からキャリ
ヤ信号(S1)を除去するフィルタ(34)を備える、
請求項10に記載の装置。 - 【請求項12】 前記フィルタ(34)はローパスフィ
ルタである、請求項11に記載の装置。 - 【請求項13】 前記ローパスフィルタ(34)は、第
1の零点周波数をもつ有限インパルス応答フィルタであ
る、請求項12に記載の装置。 - 【請求項14】 前記ローパスフィルタ(34)は、前
記キャリヤ信号(S1)の特徴を求めるために使われ
る、請求項13に記載の装置。 - 【請求項15】 対象(P)の生理的アクティビティを
測定するために使われる電極欠陥検出システムであっ
て、 キャリヤ信号(S1)を前記対象に送るための、少なく
とも一つのキャリヤ信号電極(18)と、 アクティビティ成分(EAP)とキャリヤ信号成分
(Csp)をもつ合成信号(S c )を検知するための少な
くとも一つのアクティビティ電極(12、14、又は1
6)と、 前記少なくとも一つのアクティビティ電極に接続された
信号プロセッサ(30)とを備えており、 前記信号プロセッサは、 前記合成信号(Sc )を、アクティビティ成分(EAP)
とキャリヤ信号成分(Csp)を含む第1の信号(Ss1)
と、アクティビティ成分(EAP)とキャリヤ信号成分
(Csp)を含む第2の信号(Ss2)とに分ける第1のス
プリッタ(32)と、 前記第1のスプリッタ(32)に接続され、前記第1の
信号(Sc )を受信し、前記第1の信号のキャリヤ信号
成分(Csp)を実質的に除去して出力信号(SOUT)を
得るフィルタ(34)と、 前記フィルタ(34)に接続され、前記出力信号(S
OUT )を第1の出力信号(P1)と第2の出力信号(P
2)に分ける第2のスプリッタ(36)と、 前記第1と第2のスプリッタに接続され、前記第2の出
力信号(SS2)から前記第2の信号(P2)を減算し
て、第2のキャリヤ信号(SCOMB)を生成する結合部
(38)と、 前記結合部(38)に接続され、前記第2のキャリヤ信
号に基づいてインピーダンス値を計算するインピーダン
ス計算部(40)を含んでいる、システム。 - 【請求項16】 前記インピーダンス計算部(40)
は、前記計算されたインピーダンス値と既知のインピー
ダンス値を比較する、請求項15に記載のシステム。 - 【請求項17】 前記インピーダンス計算部は、もし前
記計算されたインピーダンス値が前記既知のインピーダ
ンス値と所定量異なるなら、欠陥信号(SEF)を生成す
る、請求項16に記載のシステム。 - 【請求項18】 前記フィルタ(34)は、有限インパ
ルス応答ローパスフィルタである、請求項15に記載の
システム。 - 【請求項19】 前記フィルタ(34)は、第1の零点
周波数をもち、前記第1の零点周波数に基づいてキャリ
ヤ信号(S1)を抽出するために使われる、請求項18
に記載のシステム。 - 【請求項20】 前記フィルタ(34)は約150Hz
のカットオフ周波数を備える、請求項19に記載のシス
テム。 - 【請求項21】 アクティビティ電極(12、14、又
は16)をもつ生理的なアクティビティ獲得システムで
使われる信号プロセッサ(30)であって、 前記アクティビティ電極(12、14、又は16)から
の合成信号(Sc )を、アクティビティ成分(EAP)と
キャリヤ信号成分(CSP)をもつ第1の信号(SS1)
と、アクティビティ成分(EAP)とキャリヤ信号成分
(CSP)をもつ第2の信号(SS2)とに分ける第1のス
プリッタ(32)と、 前記第1のスプリッタ(32)に接続され、前記第1の
信号(SS1)を受信して、前記第1の信号のキャリヤ信
号成分(CSP)を実質的に除去する有限インパルス応答
フィルタ(34)であって、第1の零点周波数と出力信
号(SOUT )を有する当該有限インパルス応答フィルタ
と、 前記フィルタ(34)に接続され、前記出力信号(S
OUT )を第1の出力(P1)信号と第2の出力信号(P
2)に分ける第2のスプリッタ(36)と、 前記第1の第2のスプリッタに接続され、前記第2の出
力信号(P2)から前記第2の信号(SS2)を減算して
第2のキャリヤ信号(SCOMB)を生成する結合部(3
8)と、 前記結合部(38)に接続され、前記第2のキャリヤ信
号に基づいてインピーダンス値を計算するインピーダン
ス計算部(40)とを備え、 前記有限インパルス応答フィルタ(34)の第1の零点
周波数はキャリヤ信号(S1)の生成のために使われ
る、信号プロセッサ。 - 【請求項22】 前記有限インパルス応答フィルタ(3
4)は、ローパスフィルタである、請求項21に記載の
信号プロセッサ。 - 【請求項23】 前記有限インパルス応答フィルタは約
150Hzのカットオフ周波数をもつ、請求項22に記
載の信号プロセッサ。 - 【請求項24】 前記キャリヤ信号(S1)を送信する
ためのキャリヤ信号電極(18)をさらに備える、請求
項21に記載の信号プロセッサ。 - 【請求項25】 前記キャリヤ信号電極(18)はRL
電極である、請求項24記載の信号プロセッサ。
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