JPH0751238A - Ｅｃｇ信号をフィルタ処理する装置及びｆｉｒフィルタの製作方法 - Google Patents

Ｅｃｇ信号をフィルタ処理する装置及びｆｉｒフィルタの製作方法

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JPH0751238A
JPH0751238A JP6164258A JP16425894A JPH0751238A JP H0751238 A JPH0751238 A JP H0751238A JP 6164258 A JP6164258 A JP 6164258A JP 16425894 A JP16425894 A JP 16425894A JP H0751238 A JPH0751238 A JP H0751238A
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filter
signal
filtering
filters
combination
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JP6164258A
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Thomas Ohlsson
オールソン トーマス
Peter Karlsson
カールソン ペーター
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Siemens Elema AB
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    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/30—Input circuits therefor
    • A61B5/307—Input circuits therefor specially adapted for particular uses
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    • A61B5/30—Input circuits therefor

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  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 逆方向のフィルタ処理を用いずに、ＥＣＧ信
号をフィルタ処理する場合に起こるリンギングと位相ひ
ずみの問題を解決すること。 【構成】 フィルタユニットは、第２のフィルタまたは
フィルタの結合体を有し、通過域の信号が、遷移域の信
号より遅れる非直線位相応答を有する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アナログ入力信号を、
種々の時間で入力信号と相応する一連のデジタル値に変
換するＡ／Ｄコンバータと、Ａ／Ｄコンバータの出力側
に接続されたフィルタユニットとを有するＥＣＧ信号を
フィルタ処理する装置、およびＤＣと低周波成分とをフ
ィルタ処理するフィルタ、または本発明による装置に用
いるのに適切なＩＩＲフィルタの位相応答と反対の位相
応答を有するＦＩＲフィルタの製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＥＣＧ信号を分析するために信号のフィ
ルタ処理が必要である。
【０００３】患者の体、たとえば腕と足とに配設された
２つの電極の間で記録されるＥＣＧ信号は、ＥＣＧ信号
に加えて、ＥＣＧ信号よりかなり大きなＤＣ電位も含ん
でいる。これらのＤＣ電位、または低周波信号は、患者
の呼吸運動等の結果として体と電極の相対運動のため変
動する。
【０００４】ツーパス（Ｔｗｏ−ｐａｓｓ）フィルタ処
理は、ＥＣＧ信号からＤＣ信号と低周波信号とを除去す
る１つの方法である。直線位相を有するフィルタは、非
直線位相を有するフィルタを用いて信号を順方向と逆方
向の両方のフィルタ処理をすることにより提供される。
英国特許第１，５５６，５１２号明細書を参照すると、
アナログフィルタを用いたこのフィルタ処理が記載され
ている。そのようなフィルタを用いて、位相ひずみが除
去され、ＥＣＧ信号構造のひずみを小さくできるので、
フィルタ処理では直線位相が求められる。しかし、信号
を順方向と逆方向の両方のフィルタに供給しなければな
らない方法はそのまま連続して使用することはできず、
このことは、比較的長時間持続するＥＣＧ検査でオンラ
インフィルタ処理が求められる場合、大きな欠点とな
る。
【０００５】”Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｈｅａｒｔ Ｊｏｕ
ｒｎａｌ（１９９１）， １２”４７３−４８０ページ
に、梗塞後の患者のＱＲＳ複合信号の後部にマイクロボ
ルトレベルの小振幅を有する高周波信号の存在は、将来
生命の脅威となる心室の不整脈の危険が高まっている明
瞭な徴候であることが示されている。これらのレイトポ
テンシャルを識別し、解析するために、ハイパスフィル
タ処理が必要である。したがって、１つの問題は、ＱＲ
Ｓ信号自体に惹起され、いかなるレイトポテンシャルも
埋めてしまうリンギングである。この問題を解決するた
めに種々の提案がなされている。ＬｉｎｋとＴｒａｈｍ
ｓの”Ｈｉｇｈｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｄ
ｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｌａｔｅ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ
ｓ”，Ｐｒｏｃ． Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ｉｎ Ｃａｒ
ｄｉｏｌｏｇｙ １９９２， １５９−１６２ページに
おいて、レイトポテンシャルを検出する非巡回単調の２
次ハイパスフィルタを利用することが提案されている。
【０００６】米国特許第４，４２２，４５９号明細書
に、患者のＱＲＳ複合信号の後方の部分に高周波信号を
含むタイムセグメントの有無を解明し、このタイムセグ
メントの大きさを測定する技術が記載されている。測定
されたアナログのＥＣＧ信号は、デジタル信号に変換さ
れ、正常なＱＲＳ信号は、比較的ノイズの少ない複合信
号を得るために、数百の拍動に対して平均化される。平
均化された信号の後方の部分は逆方向でハイパスフィル
タ処理されるので、そうでなければＱＲＳ複合信号の後
で発生していたであろうリンギングは避けられる。この
技術の欠点は、逆方向のフィルタ処理の複雑さである。
【０００７】米国特許第４，４５８，６９１号明細書
に、レイトポテンシャルを検出するためにＥＣＧ信号を
順方向でハイパスフィルタ処理するシステムが記載され
ており、ＱＲＳ複合信号の種々のインターバルでのフィ
ルタ処理を選択するのに適切なハイパスフィルタが、リ
ンギングの問題を解決するために使用されている。この
技術にも種々の欠点がある。リンギングは完全には除去
されず、可能な限りリンギングの影響を低減するため
に、直線位相を有するフィルタ長の短いＦＩＲフィルタ
が用いられており、周波数分割特性がより一層悪くな
る。
【０００８】米国特許第４，４５８，６９２号明細書
に、リンギングの問題を解決するために、ＥＣＧ信号の
順方向のフィルタ処理を通してレイトポテンシャルを検
出する別の方法が記載されており、入力信号の振幅に依
存させて、フィルタの利得を調節する方法が用いられて
いる。利得を制御する信号はＱＲＳ信号を入力信号とし
て用いるフィルタからの出力信号にすることができ、入
力信号が所定のレベルを超えた場合、フィルタの利得が
制限されると、たとえば出力信号に作用するスパイク状
のＲ波の衝撃的影響、つまりスパイク状のＲ波の後で発
生するリンギングに関する影響を制限することができ
る。この方法も全てのリンギングを除去できず、急峻な
フィルタの傾斜を犠牲にしなければならないという欠点
を有する。
【０００９】また、米国特許第４，４９２，２３５号明
細書は、ＱＲＳ信号の順方向のフィルタ処理を介するレ
イトポテンシャルの検出に関し、リンギングの問題を解
決するために、適応ハイパスフィルタ処理が用いられて
いる。
【００１０】米国特許第５，０２５，７９４号明細書
に、レイトポテンシャルを順方向でフィルタ処理する別
の方法が記載されており、その方法において、ＱＲＳ信
号のサンプル値は順方向と逆方向の両方のフィルタ処理
をされ、前記明細書において、フィルタ処理された信号
は相加算され、合成信号は、レイトポテンシャルと相当
する信号成分を平滑する。前記明細書に記載の方法は複
雑である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前述
の先技術の欠点を克服するＥＣＧ信号をフィルタ処理す
る装置を提供することである。
【００１２】本発明の別の課題は、本発明による装置に
用いるのに適するＦＩＲフィルタの製作方法を提案する
ことである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の課題は、
フィルタユニットが、１つのフィルタまたは複数のフィ
ルタの結合体を有し、１つのフィルタまたは複数のフィ
ルタの結合体は、１つのフィルタまたは複数のフィルタ
の結合体の通過域の周波数である信号が、１つのフィル
タまたは複数のフィルタの結合体の通過域と阻止域との
間の遷移域の周波数である信号より遅れる非直線位相応
答を有することにより達成される。
【００１４】本発明の第２の課題は、ＤＣおよび低周波
信号成分をフィルタ処理するための前記フィルタまたは
前記ＩＩＲフィルタからのインパルス応答が時間を反転
され、サンプリングされ、サンプル値がＦＩＲフィルタ
の係数を求めるために用いられる方法により達成され
る。
【００１５】本発明による装置において、フィルタは”
変則的な”位相特性を持つ非直線位相応答を有する。非
直線位相応答を有する通常のハイパスフィルタは、阻止
域と通過域との間の遷移域の信号を、高周波の通過域の
信号より遅らせる。しかし、本発明による装置のフィル
タは、通過域の信号を遷移域の信号より遅らせるように
構成され、このことは問題の解決にとって非常に有利な
ことである。
【００１６】本発明による装置において、フィルタ処理
を、さらに前述の特性を有するフィルタの結合体により
実現することができる。本発明による装置を用いて、基
線フィルタ処理とレイトポテンシャルの検出とを、ＥＣ
Ｇ信号の順方向のフィルタ処理を介する簡単な方法で行
うことができる。しかし、フィルタ処理装置は一方で、
ＥＣＧ複合信号の識別、ＳＴ測定、およびＥＣＧ複合信
号の境界付けするためにも用いることができる。
【００１７】本発明による装置の実施例によると、ＲＣ
回路等のフィルタは、Ａ／Ｄコンバータの前に配設さ
れ、ＥＣＧ信号のＤＣおよび低周波成分をフィルタ処理
し、フィルタユニットは、ＤＣおよび低周波成分をフィ
ルタ処理するための前記フィルタの位相応答と反対の位
相応答を持つ非対称ＦＩＲフィルタを有する。基線フィ
ルタ処理が直線位相を有するフィルタで実行されると、
ＱＲＳ複合信号の繰り返し周波数、すなわち心臓のパル
スレートに非常に近い低域遮断周波数を選定することが
できる。ＡＣ回路の位相ひずみのため、遮断周波数は、
過度に大きな測定誤差を防止するために約１０倍低くし
なければならない。したがって、本発明による装置を用
いて、たとえばＥＣＧをとっている間に患者が動いた場
合に発生する低周波の誤った信号を、ハイパスフィルタ
の遮断周波数を１０倍上げることにより、さらに著しく
良好に抑圧することができる。機能検査の間のＥＣＧ記
録が約１５分継続する場合、従来の逆方向のフィルタ処
理は適用できない。
【００１８】本発明による方法を用いて、順方向のフィ
ルタ処理におけるＦＩＲフィルタの出力が、たとえば逆
方向のフィルタ処理における相当するＩＩＲフィルタか
らの出力信号と事実上同一であるＦＩＲフィルタを構成
することができる。そのようなＦＩＲフィルタを使用す
る際には膨大な計算操作が必要とされていたが、驚くこ
とに、計算を非常に厳密な正確さで実行する必要はな
く、解析時間は当該計算により延長されないとの知見を
得た。
【００１９】
【実施例】次に、本発明による装置の実施例を添付図面
を参照して詳細に記述する。
【００２０】図１は、本発明による装置を用いてＥＣＧ
信号を記録する機器を示す。図１に示すように、ＥＣＧ
は、患者２の体、たとえば患者の腕４と足６とに配設さ
れた電極の間の電位差を測定する。測定された信号は増
幅器８に供給される。
【００２１】また、図２に示すように、患者２に配設さ
れた２つの電極の間で測定された電位差は、ＥＣＧ信号
に加えてＤＣ電位を含み、ＤＣ電位はＥＣＧ信号そのも
のよりはるかに大きい。ここで図２は記録されたＥＣＧ
信号を示す。ＥＣＧ信号自体は大きな電圧に重畳された
小さな変化量から成る。さらに、この大きなＤＣ電圧
は、体と電極の運動に伴って変動するので、記録信号か
らこの電圧を除去することが求められる。
【００２２】このことを達成する１つの方法は、Ａ／Ｄ
コンバータ１２の入力側の電子回路１０に時定数を与え
ることであり、すなわち交流結合にすることである。し
たがって、図３に示すとおり、ＲＣ結合を用いて、記録
信号のＤＣ成分はフィルタ処理され、ＥＣＧ信号を基線
を中心に測定することができる。よって、記録窓を基線
の周囲に設定することができる。ダイナミックレンジは
ずっと小さくなり、Ａ／Ｄ変換に対する所要分解能は、
１７ビットから１２ビットに低減される。
【００２３】しかし、非直線位相シフトを伴うそのよう
なフィルタ処理は、後続のＥＣＧ信号処理にとって重大
な欠点を有する。信号のひずみが、主に阻止域の信号は
通過域の信号より遅れるという事実に依存して発生す
る。フィルタ処理が直線位相で実行され得るとすれば、
その際に全ての信号の周波数が同程度に遅れるようにし
得るならば、信号処理能力の大きな向上が達成されるこ
ととなる。
【００２４】したがって、信号は、ＲＣ回路と比較して
同じ位相応答を有するが反対符号の付加フィルタ１４で
フィルタ処理される。
【００２５】そのようなフィルタ１４は、デジタルフィ
ルタの形で適切に実現でき、アナログの測定信号はＡ／
Ｄコンバータ１２で、サンプリング周期毎の信号の値と
相応する一連のデジタル値に変換され、デジタルフィル
タ１４に供給される。
【００２６】ＲＣ回路の振幅特性と位相特性を図４、お
よび図５に示す。
【００２７】図６に示すＲＣ回路のインパルス応答は、
上述に従って通過域の信号を阻止域の信号より遅らせる
フィルタ１４を構成する上での出発点である。インパル
ス応答は時間的に反転され、サンプリングされ、サンプ
ル値は非対称ＦＩＲフィルタの係数として用いられる。
このことを、ＦＩＲフィルタ１４の係数を形成する各サ
ンプル値が×で示されている図７に図示する。
【００２８】ＤＣと低周波成分をフィルタ処理するＲＣ
フィルタはハードウェアのフィルタであり、次にフィル
タユニットにより補償される。したがって、フィルタユ
ニットは、ハードウェアのフィルタと同一の振幅特性を
有するが、位相特性は反対符号ではあるが同一である。
【００２９】また、フィルタ１４は、フィルタの結合体
として実現することができ、フィルタの結合体も前述の
特性を有する。
【００３０】ＥＣＧ信号がフィルタ１４でフィルタ処理
された後、全ての信号の周波数は、ほぼ同程度に遅れ、
信号は後続の処理に適したものとなる。
【００３１】フィルタ処理を組み合わせた振幅特性は、
フィルタ１０、１４の両方をカスケード接続した特性に
相当し、フィルタ処理を組み合わせて成る構成ないし作
用は、ＲＣ回路の順方向と逆方向のフィルタ処理が行わ
れた場合に得られる作用に相当する。上述の通り、図１
に示された装置を用いて、前述の方法が伴う欠点を有す
る信号の逆方向のフィルタ処理を必要としないツーパス
フィルタ処理が実現される。
【００３２】直線位相を有するフィルタを用いて基線フ
ィルタ処理を実行する場合、ＱＲＳ複合信号の繰り返し
周波数、すなわち心臓のパルスレートに非常に近い低域
遮断周波数を選定することができる。ＲＣ回路の位相ひ
ずみの結果に基づき、遮断周波数を、過度に大きな測定
誤差を防止するために１０倍低く設定しなければならな
い。本発明による前述の装置を具備し、ハイパスフィル
タの遮断周波数を１０倍に上げた場合、たとえばＥＣＧ
をとっている間に患者が動いた場合に発生する低周波の
誤った信号を、さらに効果的に抑圧することができる。
機能検査の間のＥＣＧ記録が約１５分継続する場合、従
来の逆方向のフィルタ処理は適用できない。
【００３３】本発明による装置の１つの実施例を、基線
フィルタ処理として説明した。しかし、本発明による装
置は複数の他の応用にも適している。
【００３４】また、前述の種の装置は、リンギングの問
題を解決するために逆方向のフィルタ処理を必要とする
ことなくレイトポテンシャルを検出するのに非常に適し
ている。ＱＲＳ複合信号の前方の部分は、ＩＩＲフィル
タで最初にフィルタ処理され、ＱＲＳ複合信号の後方の
部分と信号は、所定の時間インターバルの後で、基線フ
ィルタ処理として説明したフィルタを構成するのと類似
の方法、すなわちＩＩＲフィルタのインパルス応答が時
間的に反転され、サンプリングされ、サンプル値がＦＩ
Ｒフィルタの係数として用いられる方法で構成された非
対称ＦＩＲフィルタでフィルタ処理される。
【００３５】ＩＩＲフィルタのインパルス応答は無限で
あるので、ＦＩＲフィルタにおいて実現するとすれば、
無数の係数をもたらすこととなる。しかし、インパルス
応答は通常高速に収束していくので、係数列を制御可能
な有限の数の所で止めると、インパルス応答の良好な近
似が達成される。
【００３６】
【発明の効果】本発明による装置を用いて、信号または
信号の一部分を逆方向のフィルタ処理をする必要なく、
結果としてＥＣＧ信号のフィルタ処理でのリンギングと
位相ひずみの問題は解決する。
【００３７】また、本発明による装置は、上述のとお
り、ＥＣＧ複合信号の波形類別、ＥＣＧ複合信号のＳＴ
測定、およびＥＣＧ複合信号の境界を決定するのに有効
である。
【００３８】ＳＴ測定は、ＱＲＳ複合信号のＳ波と、Ｔ
波との間のインターバルで行われる測定に関する。そこ
では興味深い情報を発見することができ、測定は長い間
このインターバルにおいて行われてきた。基線フィルタ
処理は、検査を行うにあたって特に重要である。ＳＴ信
号は平坦であるので、正確な低周波の再生がこの平坦部
を見つけるのに重要である。前述のとおり、順方向−逆
方向フィルタ処理が基線フィルタ処理のために長く用い
られており、この方法は、ＳＴ測定と関連し共通の方法
である。したがって、本発明を用いて、この測定も非常
に簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置を用いたＥＣＧを記録するシ
ステムの構成図である。
【図２】大きなＤＣ成分が重畳されたＥＣＧ信号の波形
図である。
【図３】ＤＣ成分がフィルタ処理された図２のＥＣＧ信
号の波形図である。
【図４】阻止域の信号が通過域の信号より遅れるハイパ
スフィルタの振幅特性を示す線図である。
【図５】阻止域の信号が通過域の信号より遅れるハイパ
スフィルタの位相特性を示す線図である。
【図６】フィルタのインパルス応答を示す線図である。
【図７】所望の特性を有するＦＩＲフィルタの係数を決
定するために、図６のインパルス応答を時間的に反転
し、サンプリングした線図である。
【符号の説明】
１４ 付加フィルタ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アナログ入力信号を、種々の時間で入力
    信号と相応する一連のデジタル値に変換するＡ／Ｄコン
    バータ（１２）と、Ａ／Ｄコンバータの出力側に接続さ
    れたフィルタユニット（１４）とを有するＥＣＧ信号を
    フィルタ処理する装置において、フィルタユニットは、
    １つのフィルタ（１４）または複数のフィルタの結合体
    を有し、１つのフィルタまたは複数のフィルタの結合体
    は、１つのフィルタまたは複数のフィルタの結合体の通
    過域の周波数である信号が、１つのフィルタまたは複数
    のフィルタの結合体の通過域と阻止域との間の遷移域の
    周波数である信号より遅れる非直線位相応答を有するこ
    とを特徴とするＥＣＧ信号をフィルタ処理する装置。
  2. 【請求項２】 フィルタユニットは、ハイパスフィル
    タ、またはハイパスフィルタを形成するフィルタの結合
    体を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 Ａ／Ｄコンバータ（１２）は、アナログ
    入力信号を、種々の周期で入力信号値と相当する一連の
    デジタル値に変換するように構成されていることを特徴
    とする請求項１または２記載の装置。
  4. 【請求項４】 フィルタ（１０）は、ＥＣＧ信号のＤＣ
    および低周波成分をフィルタ処理するように構成され、
    フィルタユニットの１つのフィルタ（１４）、または複
    数のフィルタの結合体は、ＤＣおよび低周波成分をフィ
    ルタ処理するためのフィルタと相当する振幅特性と、Ｄ
    Ｃおよび低周波成分をフィルタ処理するためのフィルタ
    の位相応答と反対の位相応答とを示す請求項１から３ま
    でのいずれか１項記載の装置。
  5. 【請求項５】 ＥＣＧ信号のＤＣおよび低周波成分をフ
    ィルタ処理するためのフィルタ（１０）は、たとえばＲ
    Ｃ回路であるハードウェアのフィルタを有し、Ａ／Ｄコ
    ンバータ（１２）の前に配設され、フィルタユニット
    （１４）の１つのフィルタまたは複数のフィルタの結合
    体は、ハードウェアのフィルタの振幅特性と相応する振
    幅特性と、ハードウェアのフィルタの位相応答と反対の
    位相応答とを示すことを特徴とする請求項４記載の装
    置。
  6. 【請求項６】 ハイパスフィルタ（１４）の遮断周波数
    は、観察したＱＲＳパターンの繰り返し周波数より低い
    ことを特徴とする請求項４または５記載の装置。
  7. 【請求項７】 フィルタユニット(１４)の１つのフィル
    タ、または複数のフィルタの結合体は、非対称ハイパス
    フィルタであるＦＩＲフィルタを用いて実現されている
    ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項記
    載の装置。
  8. 【請求項８】 Ａ／Ｄコンバータ（１２）は、ＱＲＳ信
    号の後方の部分と、アナログ入力信号のいくらかの部分
    とを、後続のフィルタ処理のためにデジタル値に変換す
    るように構成されていることを特徴とするレイトポテン
    シャルを識別するための請求項１記載の装置。
  9. 【請求項９】 フィルタユニット（１４）は、フィルタ
    ユニットの振幅特性がＩＩＲフィルタの振幅特性と相当
    し、フィルタユニットの位相特性が同一のＩＩＲフィル
    タの位相応答と逆の符号で相応するように構成されてい
    ることを特徴とする請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 ＦＩＲフィルタの製作方法であって、
    上記ＦＩＲフィルタはＤＣおよび低周波信号成分をフィ
    ルタ処理するためのフィルタ、またはＩＩＲフィルタの
    位相応答と反対の位相応答を有するようにした製作方法
    において、ＤＣおよび低周波信号成分をフィルタ処理す
    るための前記フィルタ（１０）または前記ＩＩＲフィル
    タからのインパルス応答は時間的に反転され、サンプリ
    ングされ、サンプル値がＦＩＲフィルタの係数を求める
    ために用いられることを特徴とするＦＩＲフィルタの製
    作方法。
JP6164258A 1993-07-16 1994-07-15 Ｅｃｇ信号をフィルタ処理する装置及びｆｉｒフィルタの製作方法 Pending JPH0751238A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9302432-1 1993-07-16
SE19939302432A SE9302432D0 (sv) 1993-07-16 1993-07-16 Anordning foer filtrering av ekg-signaler

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0751238A true JPH0751238A (ja) 1995-02-28

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ID=20390622

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6164258A Pending JPH0751238A (ja) 1993-07-16 1994-07-15 Ｅｃｇ信号をフィルタ処理する装置及びｆｉｒフィルタの製作方法

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US (1) US5772603A (ja)
EP (1) EP0634135B1 (ja)
JP (1) JPH0751238A (ja)
AT (1) ATE151251T1 (ja)
DE (1) DE69402477T2 (ja)
SE (1) SE9302432D0 (ja)

Cited By (2)

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