JPH08215322A - 改善された電気信号検出機能付きペースメーカー装置 - Google Patents
改善された電気信号検出機能付きペースメーカー装置Info
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- JPH08215322A JPH08215322A JP7323287A JP32328795A JPH08215322A JP H08215322 A JPH08215322 A JP H08215322A JP 7323287 A JP7323287 A JP 7323287A JP 32328795 A JP32328795 A JP 32328795A JP H08215322 A JPH08215322 A JP H08215322A
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H21/00—Adaptive networks
- H03H21/0012—Digital adaptive filters
- H03H21/0018—Matched filters
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/362—Heart stimulators
- A61N1/37—Monitoring; Protecting
- A61N1/3702—Physiological parameters
- A61N1/3704—Circuits specially adapted therefor, e.g. for sensitivity control
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S128/00—Surgery
- Y10S128/901—Suppression of noise in electric signal
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ペースメーカー装置の検出システムの能率及
びロバストネスを向上させること。 【構成】 改善された電気信号検出機能付きペースメー
カー装置であって、心内心臓信号の検出収録のための手
段を有し、該心内心臓信号中には検出さるべき信号が一
般的に有色(多色)のスペクトルを有する所定のノイズ
信号が検出さるべき信号に重畳されており、当該の心内
心臓信号の適応的な非直線性ノイズフィルタリングのた
めの手段を有し、該ノイズフィルタリングのための手段
によっては非直線性ノイズフィルタリングによりフィル
タリングされた心臓信号のスペクトルが実質的に白色の
スペクトルに移行せしめられ、非直線性ノイズフィルタ
リングによりフィルタリング(MF)及び出力量生成の
ための手段を有すること。
びロバストネスを向上させること。 【構成】 改善された電気信号検出機能付きペースメー
カー装置であって、心内心臓信号の検出収録のための手
段を有し、該心内心臓信号中には検出さるべき信号が一
般的に有色(多色)のスペクトルを有する所定のノイズ
信号が検出さるべき信号に重畳されており、当該の心内
心臓信号の適応的な非直線性ノイズフィルタリングのた
めの手段を有し、該ノイズフィルタリングのための手段
によっては非直線性ノイズフィルタリングによりフィル
タリングされた心臓信号のスペクトルが実質的に白色の
スペクトルに移行せしめられ、非直線性ノイズフィルタ
リングによりフィルタリング(MF)及び出力量生成の
ための手段を有すること。
Description
【0001】
【発明が属する分野】本発明は、改善された電気信号検
出機能付きペースメーカー装置に関する。
出機能付きペースメーカー装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ペースメーカー装置のクリティカルで同
時に最重要なコンポーネントの1つは所謂検出システム
である。英語では“センシングサーキット”とも称され
る。当該システムは送出されるペースメーカー装置パル
ス間で心臓の活動をペースメーカー装置ゾンデを介して
連続的に監視する役割を有する。観測された活動に依存
してペースメーカー装置のアクションが制御され、換言
すれば発生器パルスがトリガされ、又は抑圧される。
時に最重要なコンポーネントの1つは所謂検出システム
である。英語では“センシングサーキット”とも称され
る。当該システムは送出されるペースメーカー装置パル
ス間で心臓の活動をペースメーカー装置ゾンデを介して
連続的に監視する役割を有する。観測された活動に依存
してペースメーカー装置のアクションが制御され、換言
すれば発生器パルスがトリガされ、又は抑圧される。
【0003】要するにシステム全体の機能上規定的(決
定的)成分が問題となるものの現在可用のペースメーカ
ー装置では信号識別及び信号抑圧のための極めて極く簡
単な方法及び装置が実現されている。若干の機器では常
に付加的に信号の立ち上がり時間が評価される。ノイズ
抑圧のため部分的に簡単なバンドパルスフィルタが使用
され、ここで高い振幅を有するが他の周波数領域内にあ
るノイズ信号を抑圧するために上記バンドパルスフィル
タは使用される。当業者に公知の従来技術及び当該分野
上の基本的専門知識は刊行物[1]〜[4]に示されて
いる。
定的)成分が問題となるものの現在可用のペースメーカ
ー装置では信号識別及び信号抑圧のための極めて極く簡
単な方法及び装置が実現されている。若干の機器では常
に付加的に信号の立ち上がり時間が評価される。ノイズ
抑圧のため部分的に簡単なバンドパルスフィルタが使用
され、ここで高い振幅を有するが他の周波数領域内にあ
るノイズ信号を抑圧するために上記バンドパルスフィル
タは使用される。当業者に公知の従来技術及び当該分野
上の基本的専門知識は刊行物[1]〜[4]に示されて
いる。
【0004】当該手法は種々の理由により不十分であ
る。信号振幅又は立ち上がり時間だけを用いての事象の
検出の場合、一方では存在する比較的弱いQRS信号が
識別されず、他方では強いノイズパルスが心臓信号とし
て解釈される。更にQPS複合信号の存在する周波数領
域は患者が異なれば異なったものとなり、当該帯域は個
個の患者の様々の心臓麻痺に対してシフトする。使用さ
れる著しく簡単な手法に基づき現在実現化されているシ
ステムにおいてノイズ信号に基づく誤り特性及び機能障
害を来す。
る。信号振幅又は立ち上がり時間だけを用いての事象の
検出の場合、一方では存在する比較的弱いQRS信号が
識別されず、他方では強いノイズパルスが心臓信号とし
て解釈される。更にQPS複合信号の存在する周波数領
域は患者が異なれば異なったものとなり、当該帯域は個
個の患者の様々の心臓麻痺に対してシフトする。使用さ
れる著しく簡単な手法に基づき現在実現化されているシ
ステムにおいてノイズ信号に基づく誤り特性及び機能障
害を来す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題ないし目
的とするところはペースメーカー装置の検出システムの
能率及びロバストネスを向上させることである。このこ
とは所定の信号事象の改善された検出機能のため、換言
すれば、内部及び外部ノイズ影響の改善された抑圧のた
めにも処理システムに対する拡大を実施することにより
より行われる。
的とするところはペースメーカー装置の検出システムの
能率及びロバストネスを向上させることである。このこ
とは所定の信号事象の改善された検出機能のため、換言
すれば、内部及び外部ノイズ影響の改善された抑圧のた
めにも処理システムに対する拡大を実施することにより
より行われる。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決のため、
本発明によれば、改善された電気信号検出機能付きペー
スメーカー装置であって、下記手段の構成要件を有し、
即ち a)心内心臓信号の検出収録のための手段を有し、該心
内心臓信号中では一般的に有色(多色)のスペクトルを
有する所定のノイズ信号が検出さるべき信号に重畳され
ており、 b)当該の心内心臓信号の適応的な非直線性ノイズフィ
ルタリングのための手段を有し、該ノイズフィルタリン
グのための手段によっては非直線性ノイズフィルタリン
グによりフィルタリングされたノイズ信号のスペクトル
が実質的に白色のスペクトルに移行せしめられ、 c)非直線性ノイズフィルタリングによりフィルタリン
グされた信号の適応化フィルタリング(MF)及び出力
量生成のための手段を有し、前記の適応化フィルタリン
グは当該のフィルタリングされた信号と、或1つの信号
パターンとの相関により行われ、上記の生成される出力
量の大きさは心臓信号内における当該信号パターンの有
否に対する尺度量であるように構成されているのであ
る。公知ペースメーカー装置と異なって、本発明によれ
ば、当該の心内心臓信号の適応的な非直線性ノイズフィ
ルタリングのための手段を有し、該ノイズフィルタリン
グのための手段によっては非直線性ノイズフィルタリン
グによりフィルタリングされた心臓信号のスペクトルが
実質的に白色のスペクトルに移行せしめられるのであ
る。それにより適合化されたフィルタを用いて所定の信
号パターンの検出が著しく改善される。それというのは
当該の適合化されたフィルタはノイズスペクトルが実質
的に白色であるとの前提のもとで最適に動作するからで
ある。
本発明によれば、改善された電気信号検出機能付きペー
スメーカー装置であって、下記手段の構成要件を有し、
即ち a)心内心臓信号の検出収録のための手段を有し、該心
内心臓信号中では一般的に有色(多色)のスペクトルを
有する所定のノイズ信号が検出さるべき信号に重畳され
ており、 b)当該の心内心臓信号の適応的な非直線性ノイズフィ
ルタリングのための手段を有し、該ノイズフィルタリン
グのための手段によっては非直線性ノイズフィルタリン
グによりフィルタリングされたノイズ信号のスペクトル
が実質的に白色のスペクトルに移行せしめられ、 c)非直線性ノイズフィルタリングによりフィルタリン
グされた信号の適応化フィルタリング(MF)及び出力
量生成のための手段を有し、前記の適応化フィルタリン
グは当該のフィルタリングされた信号と、或1つの信号
パターンとの相関により行われ、上記の生成される出力
量の大きさは心臓信号内における当該信号パターンの有
否に対する尺度量であるように構成されているのであ
る。公知ペースメーカー装置と異なって、本発明によれ
ば、当該の心内心臓信号の適応的な非直線性ノイズフィ
ルタリングのための手段を有し、該ノイズフィルタリン
グのための手段によっては非直線性ノイズフィルタリン
グによりフィルタリングされた心臓信号のスペクトルが
実質的に白色のスペクトルに移行せしめられるのであ
る。それにより適合化されたフィルタを用いて所定の信
号パターンの検出が著しく改善される。それというのは
当該の適合化されたフィルタはノイズスペクトルが実質
的に白色であるとの前提のもとで最適に動作するからで
ある。
【0007】本発明の有利な実施形態では、上記生成出
力量の、2進化への変換が限界値判定を用いて行われる
のである。それにより、2進量は本発明の他の実施形態
により直接的に更なるペースメーカー装置機能の制御の
ため(例えば適当なデジタル回路を用いて)使用され得
る。ここにおいて、当該2進量はペースメーカー装置機
能の制御のために使用され、当該トリガパルスは、出力
量が所定限界値を越えると直ちに出力されるのである。
力量の、2進化への変換が限界値判定を用いて行われる
のである。それにより、2進量は本発明の他の実施形態
により直接的に更なるペースメーカー装置機能の制御の
ため(例えば適当なデジタル回路を用いて)使用され得
る。ここにおいて、当該2進量はペースメーカー装置機
能の制御のために使用され、当該トリガパルスは、出力
量が所定限界値を越えると直ちに出力されるのである。
【0008】本発明のさらなる別の実施形態では、トリ
ガパルスは心内心臓信号から所期の信号パターンの抜出
標本の抽出のためにも使用され、当該抜出標本は 前記
信号パターンの時間的適合化のために使用されるのであ
る。
ガパルスは心内心臓信号から所期の信号パターンの抜出
標本の抽出のためにも使用され、当該抜出標本は 前記
信号パターンの時間的適合化のために使用されるのであ
る。
【0009】本発明は殊に心内心臓信号におけるQRS
信号の検出に適する。
信号の検出に適する。
【0010】
【実施例】次ぎに図を用いて本発明を有利な実施例に即
して詳述する。
して詳述する。
【0011】本発明はペースメーカー装置の検出システ
ムの能率及びロバストネスを向上させることを課題、目
的とするものである。このことは所定の信号事象の改善
された検出機能のため換言すれば内部及び外部ノイズ影
響の改善された抑圧のため処理システムに対して拡大を
実施することによりより行われる。したがって、本発明
によれば、改善された電気信号検出機能付きペースメー
カー装置において、心内心臓信号の検出収録のための手
段を有し、前記心内心臓信号中では検出さるべき信号が
一般的に有色(多色)のスペクトルを有する所定のノイ
ズ信号が検出さるべき信号に重畳されているのである。
ムの能率及びロバストネスを向上させることを課題、目
的とするものである。このことは所定の信号事象の改善
された検出機能のため換言すれば内部及び外部ノイズ影
響の改善された抑圧のため処理システムに対して拡大を
実施することによりより行われる。したがって、本発明
によれば、改善された電気信号検出機能付きペースメー
カー装置において、心内心臓信号の検出収録のための手
段を有し、前記心内心臓信号中では検出さるべき信号が
一般的に有色(多色)のスペクトルを有する所定のノイ
ズ信号が検出さるべき信号に重畳されているのである。
【0012】ペースメーカー装置の検出システムの主要
機能の1つは心臓により生ぜしめられるQRS複合信号
の絶えざる高信頼性を以ってのの識別である。そのよう
なQRS信号が受信されたか否かに応じてそれにつづい
て間もなくペースメーカー装置のゼネレータ(発生器)
により心臓信号の刺激のためのパルストリガが行われ
る。検出器の確実且つ誤りのない機能が直接的に下記の
事態、条件に依存して経過処理せしめられる、即ち −−所定の良好に規定された信号事象が生じる度毎に確
実に識別されるか否かに応じて、 −−高いエネルギー、又は所望の信号事象への類似性を
有する場合でも、他のすべての信号事象が障害信号とし
て識別され、もって、抑圧されるか、否かに依存して経
過処理せしめられる。
機能の1つは心臓により生ぜしめられるQRS複合信号
の絶えざる高信頼性を以ってのの識別である。そのよう
なQRS信号が受信されたか否かに応じてそれにつづい
て間もなくペースメーカー装置のゼネレータ(発生器)
により心臓信号の刺激のためのパルストリガが行われ
る。検出器の確実且つ誤りのない機能が直接的に下記の
事態、条件に依存して経過処理せしめられる、即ち −−所定の良好に規定された信号事象が生じる度毎に確
実に識別されるか否かに応じて、 −−高いエネルギー、又は所望の信号事象への類似性を
有する場合でも、他のすべての信号事象が障害信号とし
て識別され、もって、抑圧されるか、否かに依存して経
過処理せしめられる。
【0013】上記に関連して所定の信号事象としては例
えばQRS複合信号又は所定の病理学的心臓麻痺パター
ンが問題(対象)とされる。本願明細書の意味での典型
的障害信号はdual chamberにおける外部障
害又は内部クロストークである。検出器の確実な判定は
ペースメーカー装置の信頼性のある機能にとって極めて
重要である。例えばQRS信号が識別されない場合(存
在していたけれども)、ペースメーカー装置は既に当然
経過進行している刺激伝導過程内にもたらされる。これ
に反してQRS信号が識別される際(外部障害が存在
し、心臓の自然な刺激が存在しないにも拘わらず)ペー
スメーカー装置パルスの出力が阻止される。心臓麻痺は
起こっていないものとされる。双方の場合において生命
に係わる危険を来しうる。
えばQRS複合信号又は所定の病理学的心臓麻痺パター
ンが問題(対象)とされる。本願明細書の意味での典型
的障害信号はdual chamberにおける外部障
害又は内部クロストークである。検出器の確実な判定は
ペースメーカー装置の信頼性のある機能にとって極めて
重要である。例えばQRS信号が識別されない場合(存
在していたけれども)、ペースメーカー装置は既に当然
経過進行している刺激伝導過程内にもたらされる。これ
に反してQRS信号が識別される際(外部障害が存在
し、心臓の自然な刺激が存在しないにも拘わらず)ペー
スメーカー装置パルスの出力が阻止される。心臓麻痺は
起こっていないものとされる。双方の場合において生命
に係わる危険を来しうる。
【0014】QRS複合信号の誤りのない検出がペース
メーカー装置の最重要な役割であるので、以下QRS識
別の場合に対する信号検出の機能について説明する。但
し、当業者はここでなされている本願の明細書記載によ
り他の信号事象、例えば所定の病理学的心臓麻痺パター
ンの検出のためにも本願を使用し得る。ここで 述べら
れている、心内心臓信号の処理のため用意された検出手
法は旧来の信号処理アプローチとニューラルネットワー
クの分野のアプローチ(非直線性のアダプティブノイズ
フィルタ)との結合に基づく。図1は本発明の適応的信
号処理のための処理システムを略示する。
メーカー装置の最重要な役割であるので、以下QRS識
別の場合に対する信号検出の機能について説明する。但
し、当業者はここでなされている本願の明細書記載によ
り他の信号事象、例えば所定の病理学的心臓麻痺パター
ンの検出のためにも本願を使用し得る。ここで 述べら
れている、心内心臓信号の処理のため用意された検出手
法は旧来の信号処理アプローチとニューラルネットワー
クの分野のアプローチ(非直線性のアダプティブノイズ
フィルタ)との結合に基づく。図1は本発明の適応的信
号処理のための処理システムを略示する。
【0015】検出器システムの入力信号は所謂心内EK
Gであり、これは連続的にペースメーカー装置ゾンデを
介して観測される。信号処理の問題対処に際して受信信
号x(t)における信号事象s(t)を識別することを
目標とする。上記の受信信号にはノイズn(t)が加算
的に重畳される。
Gであり、これは連続的にペースメーカー装置ゾンデを
介して観測される。信号処理の問題対処に際して受信信
号x(t)における信号事象s(t)を識別することを
目標とする。上記の受信信号にはノイズn(t)が加算
的に重畳される。
【0016】(1) X(t)=s(t)+n(t) EKGにおける心臓麻痺(パターン)識別の場合に対し
て信号s(t)はQRS複合信号を成し、ノイズn
(t)はEKGの他のすべての成分(P波、T波スイッ
チング回路及び計器のノイズ、並びに筋肉活動及び他の
過程に基因するノイズを含む)を表す。EKG信号に関
しては、典型的QRS信号パターン(テンプレート)パ
ターンの形の関連信号事象についての予備知識(予見)
を活用し得る。一方では種々異なる患者間でQRS信号
の実際の形態は様々に異なり、他方では同一の患者に対
しても時間的変動を受け得るので、瞬時に有効な信号パ
ターンの自動的整合(マッチング)が行われる。当該整
合は更に本願以降の説明にて後述される。信号事象につ
いての予備知識は本発明の信号検出器において、適合化
フィルタ(マッチドフィルタMF)の使用により活用さ
れ、ここで、上記適合化フィルタのパルス応答は所期の
信号事象(信号パターン)に適合化される。入来信号
と、シフトパターンとの間には連続的な相関が行われ
る。当該フィルタはデジタルFIRフィルタ(Fini
te Impulse Response)ないし有限
パルス応答付きフィルタ(これはパルス応答h(t)=
s(t−to)を有する)により実現される。その事
象、x(t)が入力側に供給されるとフィルタの出力側
におけるS/N比は最大となる。ここにおいて、S/N
比は下記により定義される。
て信号s(t)はQRS複合信号を成し、ノイズn
(t)はEKGの他のすべての成分(P波、T波スイッ
チング回路及び計器のノイズ、並びに筋肉活動及び他の
過程に基因するノイズを含む)を表す。EKG信号に関
しては、典型的QRS信号パターン(テンプレート)パ
ターンの形の関連信号事象についての予備知識(予見)
を活用し得る。一方では種々異なる患者間でQRS信号
の実際の形態は様々に異なり、他方では同一の患者に対
しても時間的変動を受け得るので、瞬時に有効な信号パ
ターンの自動的整合(マッチング)が行われる。当該整
合は更に本願以降の説明にて後述される。信号事象につ
いての予備知識は本発明の信号検出器において、適合化
フィルタ(マッチドフィルタMF)の使用により活用さ
れ、ここで、上記適合化フィルタのパルス応答は所期の
信号事象(信号パターン)に適合化される。入来信号
と、シフトパターンとの間には連続的な相関が行われ
る。当該フィルタはデジタルFIRフィルタ(Fini
te Impulse Response)ないし有限
パルス応答付きフィルタ(これはパルス応答h(t)=
s(t−to)を有する)により実現される。その事
象、x(t)が入力側に供給されるとフィルタの出力側
におけるS/N比は最大となる。ここにおいて、S/N
比は下記により定義される。
【0017】(2)
【0018】
【数1】
【0019】当該式中で信号成分に対するフィルタの応
答は信号(例えばQRS複合信号)と、フィルタのパル
ス応答とのコンボリューション(畳み込み)の結果とし
て下記のように得られる。
答は信号(例えばQRS複合信号)と、フィルタのパル
ス応答とのコンボリューション(畳み込み)の結果とし
て下記のように得られる。
【0020】(3)
【0021】
【数2】
【0022】同じようにして、ノイズ成分に対するパル
ス応答が下記のように得られる。
ス応答が下記のように得られる。
【0023】(4)
【0024】
【数3】
【0025】上述の適合化フィルタ(マッチドフィル
タ)は次のような際のみ最適検出器としての特性を有す
る、即ちノイズないし障害信号n(t)が定常的な白色
ノイズ信号である際のみ最適検出器としての特性を有す
る、即ちノイズないし障害信号n(t)が定常的な白色
ノイズである際のみ当該の特性を有する。但しQRS複
合信号の場合はそのようにはならない。注目有効信号に
は専ら有色(多色)(多色)のノイズ信号が重畳され、
該ノイズ信号はEKG信号の部分、例えば所謂Pー及び
T−波、計器のノイズ信号及び筋肉活動により惹起され
たノイズを含む。当該のコンポーネントは屡々相関され
た、著しく非直線性及び非定常性のノイズプロセス、所
謂有色(多色)のノイズである。本発明の検出方法を適
合化フィルタをもって使用し得るため、テストパターン
との相関の前に、ノイズフィルタないし相関解除(無相
関化)(デコリレーレーション)フィルタ(白色化フィ
ルタ)による前処理を行わなければならず、上記フィル
タによっては相関のとられたノイズの成分が抑圧され
る。
タ)は次のような際のみ最適検出器としての特性を有す
る、即ちノイズないし障害信号n(t)が定常的な白色
ノイズ信号である際のみ最適検出器としての特性を有す
る、即ちノイズないし障害信号n(t)が定常的な白色
ノイズである際のみ当該の特性を有する。但しQRS複
合信号の場合はそのようにはならない。注目有効信号に
は専ら有色(多色)(多色)のノイズ信号が重畳され、
該ノイズ信号はEKG信号の部分、例えば所謂Pー及び
T−波、計器のノイズ信号及び筋肉活動により惹起され
たノイズを含む。当該のコンポーネントは屡々相関され
た、著しく非直線性及び非定常性のノイズプロセス、所
謂有色(多色)のノイズである。本発明の検出方法を適
合化フィルタをもって使用し得るため、テストパターン
との相関の前に、ノイズフィルタないし相関解除(無相
関化)(デコリレーレーション)フィルタ(白色化フィ
ルタ)による前処理を行わなければならず、上記フィル
タによっては相関のとられたノイズの成分が抑圧され
る。
【0026】重畳された相関されたノイズプロセスのモ
デリングのため通常自己回帰的モデル(AR−モデル)
が基礎とされる。それによりノイズフィルタは直線性ア
ダプティブとして構成され得、上記フィルタの係数はそ
の都度計算されるARーパラメータに従って調整設定さ
れ得る。ここで生じる問題処理に際して、バックグラウ
ンドノイズプロセスは著しく非直線性であり、従って、
そのような直線性フィルタの使用はさして有効でない。
従って改善されたノイズプロセスモデリングのため本発
明によればニューラルネットワークの方式に基づく信号
フィルタリング手法が提示される。このために通常の直
線性アダプティブフィルタがアダプティブ非直線性ノイ
ズフィルタに置換される。図2は次のようなニューラル
フィルタNNのブロック接続図を示す、即ち、本来の処
理段NN/FIRを除いて、従来の直線性アダプティブ
のそれに相応するノイズフィルタのブロック接続図を示
す。
デリングのため通常自己回帰的モデル(AR−モデル)
が基礎とされる。それによりノイズフィルタは直線性ア
ダプティブとして構成され得、上記フィルタの係数はそ
の都度計算されるARーパラメータに従って調整設定さ
れ得る。ここで生じる問題処理に際して、バックグラウ
ンドノイズプロセスは著しく非直線性であり、従って、
そのような直線性フィルタの使用はさして有効でない。
従って改善されたノイズプロセスモデリングのため本発
明によればニューラルネットワークの方式に基づく信号
フィルタリング手法が提示される。このために通常の直
線性アダプティブフィルタがアダプティブ非直線性ノイ
ズフィルタに置換される。図2は次のようなニューラル
フィルタNNのブロック接続図を示す、即ち、本来の処
理段NN/FIRを除いて、従来の直線性アダプティブ
のそれに相応するノイズフィルタのブロック接続図を示
す。
【0027】図4にはニューラルFIRフィルタの当該
の処理段NN/FIRが再度詳細に略示されており、図
3にて示されているように従来の直線性アダプティブフ
ィルタの相応の構造に対比せしめられ得る。ニューラル
アダプティブフィルタNNは3つの層;入力層、出力
層、隠蔽層(HiddenーLayer)から成る。非
直線性アダプティブニューラルフィルタは1つの隠蔽層
だけの直線性フィルタの拡大をしたものとして想定され
得る。当該層は非直線性処理ノードから成り上記ノード
はそれの出力側にて中間結果(5)を送出する。活性化
関数f( ) (5)
の処理段NN/FIRが再度詳細に略示されており、図
3にて示されているように従来の直線性アダプティブフ
ィルタの相応の構造に対比せしめられ得る。ニューラル
アダプティブフィルタNNは3つの層;入力層、出力
層、隠蔽層(HiddenーLayer)から成る。非
直線性アダプティブニューラルフィルタは1つの隠蔽層
だけの直線性フィルタの拡大をしたものとして想定され
得る。当該層は非直線性処理ノードから成り上記ノード
はそれの出力側にて中間結果(5)を送出する。活性化
関数f( ) (5)
【0028】
【数4】
【0029】としてはシグモイド関数が利用される。W
ijは入力ノードを隠蔽層のノードと結合(接続)する
重みを表す。量bijは所謂オフセット値である。ニュ
ーラルフィルタの処理段NN/FIRの出力側には図2
に示すようにモデリング誤差として量Yo(6)が次の
ように生じる。
ijは入力ノードを隠蔽層のノードと結合(接続)する
重みを表す。量bijは所謂オフセット値である。ニュ
ーラルフィルタの処理段NN/FIRの出力側には図2
に示すようにモデリング誤差として量Yo(6)が次の
ように生じる。
【0030】(6)
【0031】
【数5】
【0032】Uiは隠蔽層と出力層との間の重みを示
す。当該のモデリングフィルタはニューラルネットワ−
クのトレーニングに対する出発点を成し、上記トレーニ
ングは所謂“バックプロパゲーション”の手法により絶
えず実施される。ニューラルネットワ−クは単に1つの
出力側(これはモデリングされたノイズプロセスを送出
する)を有し、隠蔽層のノードの数はフィルタの次数に
相応し、相応に選択されねばならない。当業者にとって
は当業者の専門知識をもってすればフィルタ次数、ひい
ては入力側の数をその都度問題に相応して適宜選定する
ことが可能になる。
す。当該のモデリングフィルタはニューラルネットワ−
クのトレーニングに対する出発点を成し、上記トレーニ
ングは所謂“バックプロパゲーション”の手法により絶
えず実施される。ニューラルネットワ−クは単に1つの
出力側(これはモデリングされたノイズプロセスを送出
する)を有し、隠蔽層のノードの数はフィルタの次数に
相応し、相応に選択されねばならない。当業者にとって
は当業者の専門知識をもってすればフィルタ次数、ひい
ては入力側の数をその都度問題に相応して適宜選定する
ことが可能になる。
【0033】実際のノイズプロセス及びニューラル信号
フィルタへの連続的な適合化によっては基礎とされる信
号特性の一層精確なモデリングが可能になる。それによ
り、ノイズフィルタ入力側に加わる信号x(t)のノイ
ズ成分が相関解除(無相関化)される。換言すれば、当
該信号はフィルタリング後白色のスペクトル特性を有
し、そして、後続の適合化フィルタの入力側に供給され
得る。
フィルタへの連続的な適合化によっては基礎とされる信
号特性の一層精確なモデリングが可能になる。それによ
り、ノイズフィルタ入力側に加わる信号x(t)のノイ
ズ成分が相関解除(無相関化)される。換言すれば、当
該信号はフィルタリング後白色のスペクトル特性を有
し、そして、後続の適合化フィルタの入力側に供給され
得る。
【0034】次ぎにアダプティブ適合化検出アルゴリズ
ムの重要な処理ステップをブロック接続図(図1)を用
いて説明する。
ムの重要な処理ステップをブロック接続図(図1)を用
いて説明する。
【0035】検出器入力側を介しては電気信号(これは
ペースメーカー装置ゾンデを介して検出入力される)、
心内EKGはアダプティブ非直線性ニューロンノイズフ
ィルタに供給される。上記ノイズフィルタは信号の瞬時
のノイズパルスをモデリングし、相応して、それの重み
及びフィルタ係数を適合化する。短い適合化時間後ノイ
ズフィルタの出力側にはノイズパルスの重畳された信号
が現れ、該信号はほぼ白色のスペクトル特性を有する。
ペースメーカー装置ゾンデを介して検出入力される)、
心内EKGはアダプティブ非直線性ニューロンノイズフ
ィルタに供給される。上記ノイズフィルタは信号の瞬時
のノイズパルスをモデリングし、相応して、それの重み
及びフィルタ係数を適合化する。短い適合化時間後ノイ
ズフィルタの出力側にはノイズパルスの重畳された信号
が現れ、該信号はほぼ白色のスペクトル特性を有する。
【0036】上記信号は適合化フィルタに供給され、こ
こで、上記フィルタ係数は相応して、検出さるべき信号
事象(例えばQRS複合信号)に前置せしめられる。こ
こで、入来信号の、所期の信号パターンとの相関が行わ
れる。適合化フィルタの出力側には相応のQRS複合信
号が検出された際のみ高い値が設定調整される。引き続
いてのQRS検出器では限界値判定がなされ、そして短
いトリガパルスが検出器出力側へ送出される(所定の限
界値を上回ると直ちに)。上記トリガパルスはペースメ
ーカー装置パルス又は抑圧するために利用され得る。
こで、上記フィルタ係数は相応して、検出さるべき信号
事象(例えばQRS複合信号)に前置せしめられる。こ
こで、入来信号の、所期の信号パターンとの相関が行わ
れる。適合化フィルタの出力側には相応のQRS複合信
号が検出された際のみ高い値が設定調整される。引き続
いてのQRS検出器では限界値判定がなされ、そして短
いトリガパルスが検出器出力側へ送出される(所定の限
界値を上回ると直ちに)。上記トリガパルスはペースメ
ーカー装置パルス又は抑圧するために利用され得る。
【0037】本発明の有利な実施例ではノイズフィルタ
のほかに付加的に所期の信号パターンが連続的に時間数
に適合化される。それにより、時間的に可変の信号パタ
ーン(例えば時間的に可変のQRS複合信号)への適合
化が可能である。QRS信号の精確な特性経過が時間的
変化を受けるので、それにより、検出器の変わらずに高
い識別レートが可能にされる。更に患者に適合化された
調整設定が可能にされる。ここで、連続的に供給入力さ
れる際(オリジナル)信号から可調整のインターバルで
検出器出力側のトリガ信号を用いてQRS信号の実際の
特性経過が抽出され、そして、さらなるアダプティブノ
イズフィルタ(これは検出器入力側におけるフィルタと
同じである)にて相関解除(無相関化)(デコリレーシ
ョン)される。処理ブロック“実際の信号パターン”に
おいて、Nの信号パターンは先行の更新(内容)のうち
から記憶され、実際の信号パターン(これはマッチドフ
ィルタのために利用される)は下式(7)により当該の
Nの最も新しい(最近の)パターンから算出される (7)
のほかに付加的に所期の信号パターンが連続的に時間数
に適合化される。それにより、時間的に可変の信号パタ
ーン(例えば時間的に可変のQRS複合信号)への適合
化が可能である。QRS信号の精確な特性経過が時間的
変化を受けるので、それにより、検出器の変わらずに高
い識別レートが可能にされる。更に患者に適合化された
調整設定が可能にされる。ここで、連続的に供給入力さ
れる際(オリジナル)信号から可調整のインターバルで
検出器出力側のトリガ信号を用いてQRS信号の実際の
特性経過が抽出され、そして、さらなるアダプティブノ
イズフィルタ(これは検出器入力側におけるフィルタと
同じである)にて相関解除(無相関化)(デコリレーシ
ョン)される。処理ブロック“実際の信号パターン”に
おいて、Nの信号パターンは先行の更新(内容)のうち
から記憶され、実際の信号パターン(これはマッチドフ
ィルタのために利用される)は下式(7)により当該の
Nの最も新しい(最近の)パターンから算出される (7)
【0038】
【数6】
【0039】更新の際毎に、最も古い信号パターンは消
去され、そして、新たな実際のQRSパターンは当該関
係により算出される。過去の信号パターンの数Nの選択
に応じて、最新の信号事象の影響がどのくらい強いもの
であるかを確定できる。
去され、そして、新たな実際のQRSパターンは当該関
係により算出される。過去の信号パターンの数Nの選択
に応じて、最新の信号事象の影響がどのくらい強いもの
であるかを確定できる。
【0040】本発明はQRS複合信号の検出のみに限ら
れるものでないことは当業者にはこれまでの発明の説明
から明らかである。本発明を用いては他の特性的信号事
象をも検出し得、而して、患者は例えば危険な信号事象
の識別の際警告を受け得る。
れるものでないことは当業者にはこれまでの発明の説明
から明らかである。本発明を用いては他の特性的信号事
象をも検出し得、而して、患者は例えば危険な信号事象
の識別の際警告を受け得る。
【0041】本発明の枠内では下記の刊行物が引用され
ている。
ている。
【0042】[1] Moses, H.W. et.,
“A Practical Guideto Pacin
g " Little, Brown and Compan
y ,Boston,1991, 3rd ed. [2] Guelker H. et al.,“Le
itfaden zur Therapie der
Herzrhythmusstorungen”, p
p. 196−231,de Gruyter ,19
92,”.Aufl“ [3] Haykin,S.,“Adaptive F
ilter Theory”, Prentice H
all Intl ,Inc., Englewood
Cliffs, 1991 [4] Van Trees,H.L ., “Det
ection, and Linear Modula
tion Theory”, Wiley &Son
s,New York, 1968
“A Practical Guideto Pacin
g " Little, Brown and Compan
y ,Boston,1991, 3rd ed. [2] Guelker H. et al.,“Le
itfaden zur Therapie der
Herzrhythmusstorungen”, p
p. 196−231,de Gruyter ,19
92,”.Aufl“ [3] Haykin,S.,“Adaptive F
ilter Theory”, Prentice H
all Intl ,Inc., Englewood
Cliffs, 1991 [4] Van Trees,H.L ., “Det
ection, and Linear Modula
tion Theory”, Wiley &Son
s,New York, 1968
【0043】
【発明の効果】本発明によりペースメーカー装置の検出
システムの能率及びロバストネスを向上させ得るという
効果が奏される。
システムの能率及びロバストネスを向上させ得るという
効果が奏される。
【図1】QRS複合信号の例について適合化フィルタM
Fを用いての所定の信号事象の本発明によるアダプティ
ブ検出のブロック接続図である。
Fを用いての所定の信号事象の本発明によるアダプティ
ブ検出のブロック接続図である。
【図2】本発明に関連して有利に使用されるアダプティ
ブニューラルフィルタNN/FIRのブロック接続図で
ある。
ブニューラルフィルタNN/FIRのブロック接続図で
ある。
【図3】従来の直線性アダプティブFIRフィルタの構
造を示す略示図である。
造を示す略示図である。
【図4】本発明に関連して有利に使用される非直線性ア
ダプティブニューラルフィルタの/FIRの略示図であ
る。
ダプティブニューラルフィルタの/FIRの略示図であ
る。
MF マッチドフィルタ NN ニューラルフィルタ NN/FIR ニューラルフィルタの処理段
Claims (5)
- 【請求項1】 改善された電気信号検出機能付きペース
メーカー装置であって、下記手段の構成要件を有し、即
ち a)心内心臓信号の検出収録のための手段を有し、前記
心内心臓信号中では検出さるべき信号が一般的に有色
(多色)のスペクトルを有する所定のノイズ信号が検出
さるべき信号に重畳されており、 b)当該の心内心臓信号の適応的な非直線性ノイズフィ
ルタリング(NN)のための手段を有し、該ノイズフィ
ルタリングのための手段によっては非直線性ノイズフィ
ルタリングによりフィルタリングされたノイズ信号のス
ペクトルが実質的に白色のスペクトルに移行せしめら
れ、 c)非直線性ノイズフィルタリングによりフィルタリン
グされた信号の適応化フィルタリング(MF)及び出力
量生成のための手段を有し、前記の適応化フィルタリン
グは当該のフィルタリングされた信号と、或1つの信号
パターンとの相関により行われ、上記の生成される出力
量の大きさは心臓信号内における当該信号パターンの有
否に対する尺度量であるように構成されていることを特
徴とする改善された電気信号検出機能付きペースメーカ
ー装置。 - 【請求項2】 上記出力量の2進化が限界値判定を用い
て行われる請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 出力量が所定限界値を越えると直ちにペ
ースメーカー装置機能の制御のためトリガパルスを出力
する請求項2記載の装置。 - 【請求項4】 トリガパルスは心内心臓信号から所期の
信号パターン信号パターンの抜出標本の抽出のためにも
使用され、当該抜出標本は前記信号パターンの時間的適
合化のために使用される請求項3記載の装置。 - 【請求項5】 QRS複合信号は当該信号パターンの時
間的適合化のために使用される請求項1から4までのう
ちいずれか1項記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4444144.4 | 1994-12-12 | ||
DE4444144A DE4444144A1 (de) | 1994-12-12 | 1994-12-12 | Herzschrittmacher mit verbesserter Detektion elektrische Signale |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08215322A true JPH08215322A (ja) | 1996-08-27 |
Family
ID=6535547
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7323287A Pending JPH08215322A (ja) | 1994-12-12 | 1995-12-12 | 改善された電気信号検出機能付きペースメーカー装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5683425A (ja) |
EP (1) | EP0716864B1 (ja) |
JP (1) | JPH08215322A (ja) |
DE (2) | DE4444144A1 (ja) |
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1995
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