RU2251968C1 - Method and device for eliminating electrocardiogram signal isoline drift - Google Patents
Method and device for eliminating electrocardiogram signal isoline drift Download PDFInfo
- Publication number
- RU2251968C1 RU2251968C1 RU2003128606/14A RU2003128606A RU2251968C1 RU 2251968 C1 RU2251968 C1 RU 2251968C1 RU 2003128606/14 A RU2003128606/14 A RU 2003128606/14A RU 2003128606 A RU2003128606 A RU 2003128606A RU 2251968 C1 RU2251968 C1 RU 2251968C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- output
- input
- samples
- signal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины, в частности к электрокардиографии, и может быть использовано при обработке электрокардиосигналов (ЭКС).The invention relates to medicine, in particular to electrocardiography, and can be used in the processing of electrocardiograms (EX).
Дрейф изолинии может быть обусловлен действием на ЭКС аддитивных низкочастотных помех (поляризация электродов, влияние дыхания, артефакты, временной дрейф и т.п.).The contour drift can be due to the action of additive low-frequency interference on the EX (polarization of the electrodes, the effect of respiration, artifacts, time drift, etc.).
Наиболее распространены в настоящее время способы устранения дрейфа изолинии, основанные на фильтрации низкочастотных помех и на интерполяционном восстановлении сигнала дрейфа изолинии с последующим его вычитанием из исходного ЭКС.Currently, the most common methods for eliminating isoline drift are based on filtering low-frequency noise and on interpolation reconstruction of the isoline drift signal with its subsequent subtraction from the initial EX.
Устранение низкочастотных помех с помощью фильтров верхних частот приводит к искажению низкоамплитудных элементов ЭКС, например ST-сегмента. Кроме того, действие артефактов приводит к возникновению переходного процесса, который длится тем дольше, чем ниже частота среза фильтра, т.е. опять возникает дрейф изолинии.Elimination of low-frequency noise using high-pass filters leads to distortion of the low-amplitude elements of the EX, for example, the ST-segment. In addition, the action of artifacts leads to a transient process that lasts longer, the lower the filter cutoff frequency, i.e. the contour drift occurs again.
Известен способ компенсации дрейфа изолинии [1], заключающийся в том, что в каждом кардиоцикле выделяют точку, принимаемую за изоэлектрическую. Параметры амплитуды исследуемых элементов ЭКС (R-зубец, ST-сегмент и т.п.) определяют как разницу между измеренной амплитудой в конкретной точке и амплитудой точки, принятой за изоэлектрическую.A known method of compensating the drift of the contour [1], which consists in the fact that in each cardiocycle a point is taken that is taken as an isoelectric. The amplitude parameters of the studied EX elements (R-wave, ST-segment, etc.) are defined as the difference between the measured amplitude at a particular point and the amplitude of the point taken as isoelectric.
Данный способ имеет следующий недостаток. Полная компенсация дрейфа изолинии возможна только в случае, когда этот дрейф представляет собой постоянное в пределах одного кардиоцикла смещение выше или ниже действительной изолинии. Обычно дрейф изолинии реального ЭКС имеет вид синусоиды (дыхательные волны) или экспоненты (переходный процесс), поэтому описанным способом не может быть скомпенсирован полностью.This method has the following disadvantage. Complete compensation of the contour drift is possible only when this drift is a constant within one cardiocycle displacement above or below the actual contour. Typically, the drift of the isoline of a real EX is in the form of a sinusoid (respiratory waves) or an exponent (transient), therefore, it cannot be fully compensated by the described method.
Известен способ компенсации дрейфа изолинии [2], учитывающий изменение сигнала дрейфа изолинии в пределах кардиоцикла. По этому способу ЭКС дискретизируют, в каждом кардиоцикле выделяют опорные точки (отсчеты), расположенные на PQ-сегменте, по этим точкам получают аппроксимирующие функции, в том числе угловые коэффициенты линий, проведенных между соседними P-Q точками. Далее скомпенсированные значения y(i) ЭКС, свободные от действия сигнала дрейфа изолинии, находят в соответствии с формулой y(i)=x(i)-m-k(i-ipq), где i - номер дискретного отсчета ЭКС; x(i) - значение i-го отсчета; m - уровень P-Q точки текущего кардиоцикла; k - наклон линии, соединяющей соседние P-Q точки; (i-ipq) - расстояние i-го отсчета от соответствующей P-Q точки.A known method of compensating the drift of the contour [2], taking into account the change in the signal drift of the contour within the cardiocycle. According to this method, ECS are sampled, reference points (samples) located on the PQ segment are extracted in each cardiocycle, approximating functions are obtained from these points, including the angular coefficients of lines drawn between adjacent P-Q points. Next, the compensated values of y (i) EX, free from the action of the drift of the contour line, are found in accordance with the formula y (i) = x (i) -m-k (i-ipq), where i is the number of the discrete count of the EX; x (i) is the value of the i-th sample; m is the P-Q level of the point of the current cardiocycle; k is the slope of the line connecting neighboring P-Q points; (i-ipq) is the distance of the i-th sample from the corresponding P-Q point.
Данный способ имеет следующие недостатки:This method has the following disadvantages:
1) даже при синусовом ритме не всегда в ЭКС присутствует явно выраженный сегмент PQ, лежащий на изолинии, что затрудняет выделение опорных точек;1) even with a sinus rhythm, the pronounced PQ segment lying on the isoline is not always present in the ECS, which makes it difficult to select reference points;
2) предложенным способом можно компенсировать дрейф изолинии только очень низкой по сравнению с частотой сердечных сокращений (ЧСС) частоты, когда справедлива замена значения функции значением ее аргумента.2) by the proposed method, it is possible to compensate for the drift of the isoline of only a very low frequency compared to the heart rate (HR), when it is fair to replace the value of the function with the value of its argument.
Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является способ устранения дрейфа изолинии [3], заключающийся в том, что на исходном ЭКС, представляющем собой смесь (сумму) непосредственно кардиосигнала и низкочастотной помехи (дрейфа изолинии), выделяют, как и в способе [2], опорные точки, расположенные на PQ-сегменте, измеряют в этих точках значения смеси ЭКС и низкочастотной помехи (дрейфа изолинии), по полученным значениям рассчитывают параметры (коэффициенты) интерполирующей сплайн-функции и строят эту функцию во всех точках обрабатываемого ЭКС, затем вычитают значения сплайн-функции из исходного ЭКС.Closest to the proposed method (prototype) is a method of eliminating the drift of the contour [3], which consists in the fact that on the original EX, which is a mixture (sum) of the cardiac signal and low-frequency noise (drift of the contour), is isolated, as in the method [2 ], the reference points located on the PQ segment measure the values of the mixture of the EX and low-frequency noise (isoline drift) at these points, the parameters (coefficients) of the interpolating spline function are calculated from these values, and this function is constructed at all points of the processing yvaemogo pacemaker then subtracted value spline function of starting the pacemaker.
Данному способу присущи следующие недостатки:This method has the following disadvantages:
1) так же, как и в способе [2], не всегда в ЭКС присутствует явно выраженный сегмент PQ, последовательность которых необходима для построения сплайн-функции;1) in the same way as in the method [2], the express PQ segment is not always present in the EX, the sequence of which is necessary for constructing the spline function;
2) при увеличении частоты дрейфа изолинии ухудшается точность восстановления сигнала дрейфа изолинии сплайн-функцией, а при достижении половины частоты сердечных сокращений восстановление дрейфа изолинии становится невозможным и, следовательно, невозможно его устранение;2) when the contour drift frequency increases, the accuracy of recovering the contour drift signal deteriorates by the spline function, and when half the heart rate is reached, restoring the contour drift becomes impossible and, therefore, its elimination is impossible;
3) задержка восстановленного сигнала дрейфа изолинии относительно исходного сигнала ЭКС не позволяют полностью компенсировать дрейф изолинии ЭКС.3) the delay of the restored isoline drift signal relative to the original EX signal does not fully compensate for the drift of the EX isoline contour.
Предлагаемый способ позволяет устранить указанные недостатки.The proposed method allows to eliminate these disadvantages.
Технический результат изобретения состоит в расширении функциональных возможностей способа и устройства за счет надежного устранения дрейфа изолинии на частотах вплоть до частоты сердечных сокращений и даже выше ее.The technical result of the invention consists in expanding the functionality of the method and device by reliably eliminating the drift of the contour at frequencies up to and even higher than the heart rate.
Анализ электрокардиограмм с различными отклонениями от нормы показал, что при снятии электрокардиограммы в условиях поликлиники или стационара, то есть при спокойном состоянии пациента, наиболее стабильным участком электрокардиосигнала является часть изолинии между зубцами Т и Р. На ЭКС выделяют [4] еще две области, лежащие на изолинии: сегмент PQ - отрезок от окончания зубца Р до начала зубца Q; сегмент ST - отрезок от конца комплекса ORS до начала зубца Т. Сегмент PQ отражает физиологическую задержку передачи импульса возбуждения и в норме может быть изоэлектрическим или слабоотрицательным. Сегмент ST характеризует период полного охвата возбуждением желудочков, поэтому на электрокардиограмме в этот момент регистрируется изолиния. Нарушения в работе миокарда смещает этот сегмент выше или ниже изолинии. Отрезок ТР соответствует электрической диастоле сердца. Если на ЭКС действует низкочастотная аддитивная помеха, проявляющаяся в виде дрейфа изолинии, то на отрезке ТР присутствует только сигнал этой помехи.The analysis of electrocardiograms with various deviations from the norm showed that when removing the electrocardiogram in a clinic or hospital, that is, when the patient is at rest, the most stable section of the electrocardiogram is the part of the isoline between the T and P waves. Two more areas lying on the ECS [4] on the isoline: segment PQ - a segment from the end of tooth P to the beginning of tooth Q; ST segment - a segment from the end of the ORS complex to the beginning of the T wave. The PQ segment reflects the physiological delay in the transmission of the excitation pulse and can normally be isoelectric or slightly negative. The ST segment characterizes the period of complete coverage by excitation of the ventricles, therefore, an isoline is recorded on the electrocardiogram at this moment. Disorders in the myocardium displaces this segment above or below the contour. The TP segment corresponds to the electrical diastole of the heart. If a low-frequency additive interference, which manifests itself in the form of an isoline drift, acts on the EX, then only the signal of this interference is present on the TR segment.
Суть предлагаемого способа заключается в следующем. Очищенный от высокочастотных помех и помехи промышленной частоты электрокардиосигнал, являющийся исходным сигналом для последующей обработки, дискретизируют, в каждом кардиоцикле на отрезке ТР ЭКС выделяют опорный отсчет и, начиная с этого отсчета, запоминают значения N=2n+1 отсчетов, n=1, 2,..., лежащих на отрезке ТР, остальные отсчеты в пределах кардиоцикла приравнивают нулю, значение центрального отсчета сформированной таким образом группы из (2n+1) отсчетов, оставляют без изменения, а значения отсчетов каждой из n пар отсчетов, расположенных симметрично относительно центрального отсчета, масштабируют в соответствии с условием Uj=U0Kj, где U0 - амплитуда центрального отсчета, Uj - амплитуда отсчетов j-й пары отсчетов, j=1, 2,..., n - номер каждой пары отсчетов относительно центрального отсчета, Кj - масштабные коэффициенты, определяемые как решение системы уравненийThe essence of the proposed method is as follows. The electrocardiosignal, cleared of high-frequency and industrial-frequency interference, which is the initial signal for subsequent processing, is sampled, a reference sample is allocated in each cardiac cycle on the TR EX section, and, starting from this reference, the values N = 2n + 1 samples are stored, n = 1, 2 , ... lying on the TP segment, the remaining samples within the cardiocycle are equal to zero, the central sample value of the thus formed group of (2n + 1) samples is left unchanged, and the sample values of each of the n pairs of samples located symmetrically with respect to the central reference, scale in accordance with the condition U j = U 0 K j , where U 0 is the amplitude of the central reference, U j is the amplitude of the samples of the jth pair of samples, j = 1, 2, ..., n is the number each pair of samples relative to the central reference, To j - scale factors, defined as a solution to the system of equations
где τ - длительность отсчета ЭКС,where τ is the duration of the counting of the EX,
Т - период повторения опорных отсчетов.T is the repetition period of the reference samples.
Далее полученную последовательность сигналов групп отсчетов пропускают через фильтр нижних частот. Сигнал с выхода фильтра нижних частот дрейфа усиливают, получая сигнал изолинии, этот сигнал вычитают из исходного сигнала ЭКС, который предварительно задерживают на время запаздывания фильтра нижних частот.Next, the obtained sequence of signals of the groups of samples is passed through a low-pass filter. The signal from the output of the low-pass filter of the drift is amplified, receiving the contour signal, this signal is subtracted from the original signal EX, which is previously delayed by the delay time of the low-pass filter.
Предложенный способ позволяет устранять дрейф изолинии ЭКС при изменении частоты последнего от нуля до частот, сравнимых с частотой сердечных сокращений и даже выше ее, что способствует улучшению условий последующей обработки кардиосигнала (вычисление временных и амплитудных параметров отдельных элементов кардиосигнала).The proposed method allows to eliminate the drift of the isoline of the pacemaker when changing the frequency of the latter from zero to frequencies comparable to and even higher than the heart rate, which improves the conditions for the subsequent processing of the cardiac signal (calculation of the time and amplitude parameters of individual elements of the cardiosignal).
Поясним принцип достижения технического результата за счет выполнения предложенных выше действий с электрокардиосигналом. Любой отсчет смеси ЭКС и низкочастотной помехи в виде дрейфа изолинии (фиг.1,а), выделенный на отрезке ТР кардиосигнала, является отсчетом помехи, поскольку отрезок ТР соответствует электрической диастоле сердца. Таким образом, получаем амплитудно-импульсную модуляцию сигнала помехи (фиг.1,б). Спектр сигнала помехи с амплитудно-импульсной модуляцией при условии выполнения теоремы В.А.Котельникова, т.е. частота повторения отсчетов Fo=1/T, где Т - период дискретизации, больше удвоенной максимальной частоты помехи Fп, приведен на фиг 2,а. В спектре содержатся составляющие на частоте помехи Fп и спектральные зоны на частотах повторения отсчетов Fo, 2Fo, 3Fo и т.д. Каждая спектральная зона содержит боковые составляющие kFo±Fп, где k=1, 2,... - номер спектральной зоны. При увеличении частоты сигнала дрейфа изолинии составляющая на частоте помехи смещается в спектре вправо по оси частот, а левая боковая составляющая первой спектральной зоны смещается влево. При нарушении условия теоремы В.А.Котельникова частота левой боковой составляющей становится меньше составляющей на частоте помехи (фиг.2,б), и выделение сигнала дрейфа изолинии методами сплайн-аппроксимации становится невозможным.Let us explain the principle of achieving a technical result by performing the above actions with an electrocardiogram. Any sample of the ECS mixture and low-frequency noise in the form of an isoline drift (Fig. 1, a), selected on the TP segment of the cardiac signal, is a noise reference, since the TP segment corresponds to the electric diastole of the heart. Thus, we obtain the amplitude-pulse modulation of the interference signal (Fig.1, b). Spectrum of an interference signal with amplitude-pulse modulation provided that the theorem of V.A. Kotelnikov is fulfilled, i.e. the sampling frequency Fo = 1 / T, where T is the sampling period, more than twice the maximum interference frequency Fп, shown in Fig 2, a. The spectrum contains interference components Fп at the frequency and spectral zones at the sample repetition frequencies Fo, 2Fo, 3Fo, etc. Each spectral zone contains lateral components kFo ± Fп, where k = 1, 2, ... is the number of the spectral zone. With increasing frequency of the isoline drift signal, the component at the interference frequency shifts in the spectrum to the right along the frequency axis, and the left side component of the first spectral zone shifts to the left. If the conditions of the theorem of V.A. Kotelnikov are violated, the frequency of the left side component becomes less than the component at the interference frequency (Fig. 2, b), and the isolation of the isoline drift signal by spline approximation methods becomes impossible.
Покажем, как можно выделить сигнал низкочастотной аддитивной помехи (дрейф изолинии) помехи из смеси ЭКС и помехи даже при превышении частотой помехи половины частоты сердечных сокращений, которая в данном случае определяет частоту дискретизации помехи.We show how to isolate a low-frequency additive interference signal (isoline drift) from an ECS mixture and interference even when the interference frequency exceeds half the heart rate, which in this case determines the interference sampling frequency.
Если к отсчету сигнала помехи, расположенному на отрезке ТР ЭКС, добавить пару отсчетов, один из которых примыкает к исходному отсчету слева, а другой симметрично справа, то в спектре нового сигнала, каждый отсчет которого теперь состоит из трех импульсов, можно подавить любую спектральную зону при выполнении условияIf we add a pair of samples to the sample of the interference signal located on the TR EX segment, one of which is adjacent to the original sample on the left and the other is symmetrical on the right, then in the spectrum of the new signal, each sample of which now consists of three pulses, any spectral zone can be suppressed under the condition
где k - номер подавляемой спектральной зоны,where k is the number of the suppressed spectral zone,
τ - длительность импульса отсчета и дополнительных импульсов,τ is the duration of the reference pulse and additional pulses,
Т - период повторения отсчетов.T is the repetition period of the samples.
Из практических соображений целесообразно задаться удобным для реализации значением τ (обычно это значение в целое число раз меньше периода дискретизации Т) и решить уравнение относительно U1.For practical reasons, it is advisable to set the value of τ convenient for implementation (usually this value is an integer number of times less than the sampling period T) and solve the equation for U 1 .
Если требуется подавить еще одну спектральную зону, например, с номером m, то требуется добавить к имеющимся трем импульсам еще пару импульсов, один из которых примыкает слева к крайнему левому импульсу, а другой примыкает справа к крайнему правому импульсу. Каждый отсчет сигнала теперь представлен группой из пяти отсчетов. Для подавления в таком сигнале спектральных зон с номерами k и m, необходимо решить систему двух уравненийIf you want to suppress another spectral zone, for example, with the number m, then you need to add to the existing three pulses a couple more pulses, one of which is adjacent to the leftmost pulse and the other is adjacent to the rightmost pulse from the right. Each signal sample is now represented by a group of five samples. To suppress the spectral zones with numbers k and m in such a signal, it is necessary to solve the system of two equations
Значение центрального отсчета U0, являющегося исходным, известно, поэтому система решается исходя из приведенных выше соображений относительно U1 и U2.The value of the central reference U 0 , which is the initial one, is known, therefore, the system is solved based on the above considerations regarding U 1 and U 2 .
В общем случае число уравнений в системе равно числу подавляемых спектральных зон, например n, при этом число импульсов, представляющих каждый отсчет сигнала равно 2n+1, а число слагаемых в каждом уравнении равно n+1. Если подавляются спектральные зоны с номерами 1, 2,..., n, то система уравнений примет видIn the general case, the number of equations in the system is equal to the number of suppressed spectral zones, for example, n, while the number of pulses representing each sample of the signal is 2n + 1, and the number of terms in each equation is n + 1. If the spectral zones with
Как и в предыдущих случаях, система решается относительно Uj, j=1, 2,..., n и обозначает номер вновь добавляемой пары отсчетов, расположенных симметрично относительно центрального отсчета. В спектре такого сигнала будут подавлены n первых спектральных зон, но сохранена нулевая спектральная зона, содержащая составляющую помехи (фиг.2,в). Число n подавляемых спектральных зон выбирается таким образом, чтобы частота левой боковой составляющей (n+1)-й спектральной зоны была больше частоты помехи. При этом условии составляющую на частоте помехи можно выделить из общего сигнала с помощью фильтра нижних частот. Поскольку в реальных условиях обработки электрокардиосигнала изменять значения его отсчетов можно только с помощью операции масштабирования, введем понятие масштабного коэффициента Kj=Uj/U0, запишем вышеприведенную систему уравнений в видеAs in previous cases, the system is solved with respect to U j , j = 1, 2, ..., n and denotes the number of the newly added pair of samples located symmetrically with respect to the central sample. In the spectrum of such a signal, n first spectral zones will be suppressed, but the zero spectral zone containing the interference component will be preserved (Fig. 2, c). The number n of suppressed spectral zones is selected so that the frequency of the left side component of the (n + 1) -th spectral zone is greater than the interference frequency. Under this condition, the component at the frequency of the interference can be extracted from the general signal using a low-pass filter. Since in real conditions of processing an electrocardiogram signal, the values of its samples can only be changed using the scaling operation, we introduce the concept of the scale factor K j = U j / U 0 , and write the above system of equations in the form
Данная система уравнений решается относительно Kj.This system of equations is solved with respect to K j .
На фиг.3 приведена структурная схема устройства для реализации предложенного способа устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала, на фиг.4 - вариант выполнения блока 3, на фиг.5 - выполнение схемы сравнения 13, на фиг.6 и 7 - пояснения к работе блока 3, а на фиг.8 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Figure 3 shows the structural diagram of a device for implementing the proposed method of eliminating the drift of the isoline of the cardiac signal, figure 4 is an embodiment of
Для достижения технического результата и реализации предложенного способа в устройство, содержащее последовательно соединенные фильтр нижних частот, вход которого является входом устройства, блок дискретизации и блок выделения опорных отсчетов, а также блок вычитания, введены блок запоминания значений N=2n+1, n=1, 2,..., отсчетов, блок масштабирования, второй фильтр нижних частот, усилитель и блок задержки. Выход блока выделения опорных отсчетов соединен с первым входом (управляющим) блока запоминания, второй вход которого (информационный) подключен к выходу блока дискретизации, каждый из N выходов блока запоминания соединен с одним из N входов блока масштабирования, выход блока масштабирования подключен к входу второго фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом усилителя, выход усилителя соединен с первым входом блока вычитания, второй вход блока вычитания соединен с выходом блока задержки, вход которого подключен к входу блока дискретизации, выход блока вычитания является выходом устройства.To achieve a technical result and implement the proposed method, a unit for storing values N = 2n + 1, n = 1 is introduced into a device containing a series-connected low-pass filter, the input of which is the input of the device, a sampling unit and a block for allocating reference samples, as well as a subtraction unit , 2, ..., samples, scaling unit, second low-pass filter, amplifier and delay unit. The output of the reference sample allocation unit is connected to the first input (control) of the storage unit, the second input of which (information) is connected to the output of the sampling unit, each of the N outputs of the storage unit is connected to one of the N inputs of the scaling unit, the output of the scaling unit is connected to the input of the second filter low-frequency, the output of which is connected to the input of the amplifier, the output of the amplifier is connected to the first input of the subtraction unit, the second input of the subtraction unit is connected to the output of the delay unit, the input of which is connected to the input of the unit while sampling, the output of the subtraction block is the output of the device.
Устройство для реализации предложенного способа устранения дрейфа изолинии содержит первый фильтр нижних частот 1, блок дискретизации 2, блок выделения опорного отсчета 3, блок запоминания 4, блок масштабирования 5, второй фильтр нижних частот 6, усилитель 7, блок вычитания 8 и блок задержки 9.A device for implementing the proposed method for eliminating the contour drift comprises a first low-
На вход фильтра 1, являющийся входом устройства, поступает электрокардиосигнал. Выход фильтра соединен с входом блока дискретизации 2 и с входом блока задержки 9, выход блока дискретизации 2 соединен с входом блока выделения опорного отсчета 3 и со вторым входом блока запоминания 4, первый вход которого подключен к выходу блока выделения опорного отсчета 3, каждый из N выходов блока запоминания 4 соединен с одним из N входов блока масштабирования 5, выход бока масштабирования 5 подключен к входу второго фильтра нижних частот 6, выход которого соединен с входом усилителя 7, выход усилителя 7 соединен с первым входом блока вычитания 8, второй вход блока вычитания 8 соединен с выходом блока задержки 9, вход которого подключен к входу блока дискретизации, выход блока вычитания 8 является выходом устройства.The input of the
Устройство работает следующим образом. Электрокардиосигнал, очищенный фильтром 1 от высокочастотных и сетевой помех, но содержащий низкочастотную помеху в виде дрейфа изолинии (показан сплошной линией на фиг 4,а и обозначен ЭКС), преобразуется в блоке дискретизации в дискретные отсчеты, которые представляют собой последовательность прямоугольных импульсов длительностью τ, моделированных по амплитуде в соответствии с видом электрокардносигнала, следующих с периодом дискретизации Т. Эта последовательность импульсов отсчетов поступает на вход блока выделения опорного отсчета. Один из возможных вариантов выполнения блока 3 приведен на фиг.4. Он содержит блок 10 формирования разностей второго порядка, источник положительного 11 и отрицательного 12 пороговых уровней, схему сравнения 13, генератор 14 тактовых импульсов, первую схему И 15, счетчик импульсов 16 и вторую схему И 17.The device operates as follows. The electrocardiose signal, cleaned by
С выхода блока дискретизации 2 дискретные отсчеты электрокардиосигнала (ЭКС) поступают на вход формирователя разностей второго порядка 10, являющийся входом блока 3 выделения опорных отсчетов. На выходе блока 10 присутствуют сигналы разностей второго порядка, формируемые из трех подряд идущих отсчетов ЭКСFrom the output of the
ddUi=Ui-2Ui-1+Ui-2,ddU i = U i -2U i-1 + U i-2 ,
где i - номера отсчетов, участвующих в формировании очередной разности второго порядка,where i are the numbers of samples involved in the formation of the next second-order difference,
U - амплитуда соответствующего отсчета.U is the amplitude of the corresponding reference.
Полученные сигналы разностей второго порядка сравниваются с помощью схемы сравнения 13 с двумя пороговыми уровнями, один из которых положительный +Uпop (выход блока 11), а второй отрицательный -Uпop (выход блока 12). Схема сравнения 13 может быть выполнена (фиг.5) на основе двух компараторов 18 и 19 и схемы ИЛИ 20.The received signals of the second-order differences are compared using
Работа блока 3 выделения опорных отсчетов, выполненного по схемам фиг.7 и 4 смоделирована с помощью программы схемотехнического моделирования MicroCAP5. При моделировании использовался 6-разрядный счетчик импульсов. Результаты моделирования представлены на фиг.6 и 7.The operation of the
Когда сигнал разности второго порядка находится между пороговыми уровнями (фиг.6), сигнал на выходе схемы сравнения 13 имеет потенциал высокого уровня (фиг.7,а), который поступает на вход R счетчика 16, разрешая его работу в счетном режиме, и на один из входов первой схемы И 15, разрешая прохождение на ее выход поступающих на другой вход тактовых импульсов от генератора 14. Частота следования тактовых импульсов равна частоте дискретизации электрокардиосигнала.When the signal of the second order difference is between the threshold levels (Fig.6), the signal at the output of the
Тактовые импульсы с выхода схемы И 15 поступают на счетный вход С счетчика 16 (фиг.7,б), который осуществляет счет этих импульсов. Соответствующие разрядные выходы счетчика 16 (фиг.7,в,...,з) соединены с соответствующими входами второй схемы И 17. Сигнал в виде прямоугольного импульса положительной полярности (фиг.7,и) появляется на выходе второй схемы И 17 только тогда, когда счетчик 16 сосчитает Q подряд идущих тактовых импульсов. Дискретный отсчет ЭКС, совпадающий с положением на оси времени выходного сигнала схемы И 17 принимается за опорный отсчет в данном кардиоцикле, а сам сигнал с выхода схемы И 17, являющийся выходным сигналом блока 3 выделения опорных отсчетов, поступает на первый вход блока запоминания 4, разрешая запоминание опорного отсчета и следующих за ним 2п отсчетов ЭКС.The clock pulses from the output of the circuit And 15 go to the counting input From the counter 16 (Fig.7, b), which carries out the count of these pulses. The corresponding bit outputs of the counter 16 (Fig.7, c, ..., h) are connected to the corresponding inputs of the second circuit And 17. The signal in the form of a rectangular pulse of positive polarity (Fig.7, and) appears at the output of the second circuit And 17 only then when counter 16 counts Q consecutive clock pulses. A discrete sample of the ECS, which coincides with the position on the time axis of the output signal of the And 17 circuit, is taken as the reference count in this cardiocycle, and the signal from the output of the And 17 circuit, which is the output signal of the
Таким образом, сигнал с выхода блока 3 выделения опорных отсчетов управляет процессом начала запоминания группы из N=2n+l отсчетов ЭКС, причем первый отсчет в этой группе, совпадающий во времени с упомянутым сигналом, принимается за опорный отсчет в данном кардиоцикле.Thus, the signal from the output of the
Число Q выбирается таким образом, чтобы оно могло быть достигнуто при счете подряд идущих тактовых импульсов только на ТР-сегменте электрокардиосигнала 7. Самым продолжительным после ТР-сегмента является ST-сегмент. На интервале времени ТST, равном длительности ST-сегмента, умещается qst=Tst/t временных интервалов, равных периоду дискретизации Т. Таким образом, если выбрать Q>QST+1, то счетчик может сосчитать Q подряд идущих тактовых импульсов только на ТР-сегменте. На всех других сегментах (PQ, ST) кардиосигнала отсчеты разностей второго порядка выйдут за пределы пороговых уровней раньше, чем счетчик 16 досчитает до Q. При этом на выходе схемы сравнения 13 появится сигнал низкого уровня (фиг 7,а), который устанавливает счетчик по входу R в нулевое состояние и запрещает прохождение тактовых импульсов через первую схему И 15. При очередном входе сигналов разностей второго порядка в зону между пороговыми уровнями счетчик начинает считать тактовые импульсы с начала. Подобным образом выполнено устройство, описанное в патенте РФ по заявке №2002101968/14.The number Q is chosen so that it can be achieved by counting consecutive clock pulses only on the TP segment of the
Запомненные значения N отсчетов с выходов блока запоминания 4 поступают на соответствующие входы блока масштабирования 5. Центральный отсчет группы из 2n+1 отсчетов передается на выход блока масштабирования 5 с коэффициентом 1, а отсчеты каждой из n пар отсчетов, расположенных симметрично относительно центрального отсчета, передаются с коэффициентами Kj, j=1,2,..., n. На выходе блока масштабирования 5 формируется сигнал, состоящий из последовательности примыкающих друг к другу 2n+1 импульсов, центральный импульс имеет амплитуду, равную значению помехи в этот же момент времени, а у каждой пары импульсов, расположенных слева и справа от центрального, амплитуды равны значению помехи в соответствующий момент времени умноженному на масштабный коэффициент Kj. Пример такого сигнала Uот для n=3 показан на фиг 4,б. На фиг.4,е одна из групп сигнала Нот показана в более крупном масштабе. Как отмечалось ранее, спектр этого сигнала содержит составляющую на частоте помехи и не содержит первые три спектральные зоны. В примере частота помехи равна 0,8 Гц и составляет 0,8 от частоты сердечных сокращений, принятой равной 60 ударов/минуту, частота левой боковой составляющей (n+1)-й, т.е. четвертой, спектральной зоны равна 3,2 Гц (см. фиг.2,в). Сигнал с выхода блока масштабирования 5 поступает на вход фильтра нижних частот 6, на выходе которого выделяются составляющие нулевой спектральной зоны, в нашем случае выделяется сигнал, пропорциональный дрейфу изолинии. Поскольку при подавлении спектральных зон происходит уменьшение энергии составляющих в нулевой спектральной зоне, сигнал с выхода фильтра нижних частот 6 подается на усилитель 7. Чтобы восстановить амплитуду выделенного сигнала дрейфа изолинии до амплитуды исходного сигнала Uiz дрейфа изолинии, коэффициент усиления Кус усилителя 7 должен быть выбран из условияThe stored values of N samples from the outputs of the
где Кф - коэффициент передачи фильтра нижних частот на нулевой частоте.where K f - the transmission coefficient of the low-pass filter at zero frequency.
Сигнал на выходе усилителя 7 Uiz приведен на фиг 4в. Этот сигнал поступает на один из входов блока вычитания 8. На второй вход блока вычитания поступает сигнал смеси ЭКС и дрейфа изолинии, задержанный в блоке задержки 9 на время, равное времени запаздывания фильтра нижних частот 6 (сигнал ЭКС1 на фиг 4г). В блоке вычитания 8 происходит вычитание выделенного сигнала дрейфа изолинии из исходного сигнала, и на выходе этого блока формируется сигнал ЭКС, очищенный от сигнала дрейфа изолинии (ЭКСо на фиг. 4 д).The signal at the output of
Технико-экономический эффект предложенного способа и устройства для его реализации заключается в том, что позволяет устранять дрейф изолинии ЭКС при изменении частоты последнего от нуля до частот, сравнимых с частотой сердечных сокращений и даже выше ее. Это способствует улучшению условий последующей обработки кардиосигнала (вычисление временных и амплитудных параметров отдельных элементов кардиосигнала).The technical and economic effect of the proposed method and device for its implementation is that it allows to eliminate the drift of the isoline of the ECS when the frequency of the latter changes from zero to frequencies comparable to and even higher than the heart rate. This helps to improve the conditions for the subsequent processing of the cardiosignal (calculation of the time and amplitude parameters of individual elements of the cardiosignal).
Источники информацииSources of information
1. Патент US №6381493 Ischemia detection during nonstandard xardiac excitation patterns.1. US patent No. 6381493 Ischemia detection during nonstandard xardiac excitation patterns.
2. Публикация №2001121142, А 61 В 5/0444, 20030520.2. Publication No. 2001121142, A 61
3. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ/ А.Л.Барановский, А.И.Калиниченко, Л.А.Манило и др. Под ред. А.Л.Барановского и А.П.Немирко. -М.: Радио и связь, 1993. С.198...200.3. Cardiomonitors. ECG continuous monitoring equipment / A.L. Baranovsky, A.I. Kalinichenko, L.A. Manilo, etc. Ed. A.L. Baranovsky and A.P. Nemirko. -M .: Radio and communications, 1993. S.198 ... 200.
4. Маколкин В.И., Подзолков В.И., Самойленко В.В. ЭКГ: анализ и толкование. -М.: Издат. Дом “ГЭОТАР-МЕД”, 2001. С.27-30.4. Makolkin V.I., Podzolkov V.I., Samoilenko V.V. ECG: analysis and interpretation. -M.: Publ. House “GEOTAR-MED”, 2001. P.27-30.
5. Патент РФ №2195164, А 61 В 5/02. Способ выделения начала кардиоцикла и устройство для его осуществления, А.А.Михеев/БИ 2002. №36.5. RF patent No. 2195164, A 61
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003128606/14A RU2251968C1 (en) | 2003-09-23 | 2003-09-23 | Method and device for eliminating electrocardiogram signal isoline drift |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003128606/14A RU2251968C1 (en) | 2003-09-23 | 2003-09-23 | Method and device for eliminating electrocardiogram signal isoline drift |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003128606A RU2003128606A (en) | 2005-03-27 |
RU2251968C1 true RU2251968C1 (en) | 2005-05-20 |
Family
ID=35560107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003128606/14A RU2251968C1 (en) | 2003-09-23 | 2003-09-23 | Method and device for eliminating electrocardiogram signal isoline drift |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2251968C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491883C2 (en) * | 2011-06-29 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Electric-cardio signal pre-processor |
RU2503401C1 (en) * | 2012-09-17 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Method of cardiac signal processing |
RU2810949C1 (en) * | 2023-02-03 | 2024-01-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Method for generating discrete samples of measuring signals and device for its implementation |
-
2003
- 2003-09-23 RU RU2003128606/14A patent/RU2251968C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ. Под ред. Барановского А.Л. и др., М., Радио и связь, 1993, с.198-200. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491883C2 (en) * | 2011-06-29 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Electric-cardio signal pre-processor |
RU2503401C1 (en) * | 2012-09-17 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Method of cardiac signal processing |
RU2810949C1 (en) * | 2023-02-03 | 2024-01-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Method for generating discrete samples of measuring signals and device for its implementation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003128606A (en) | 2005-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0222830B1 (en) | Heart rate detection utilizing autoregressive analysis | |
US7383079B2 (en) | Nonlinear method and apparatus for electrocardiogram pacemaker signal filtering | |
US5503160A (en) | Dynamic filter for real-time artifact removal from waveforms | |
US5511554A (en) | Real-time artifact removal from waveforms using a dynamic filter having a fixed delay | |
Gaikwad et al. | Removal of high frequency noise from ECG signal using digital IIR butterworth filter | |
EP2670303B1 (en) | A method for decomposition of a composite signal consisting of oscillatory waveforms and a modulating signal | |
KR20100008239A (en) | Eliminating method of motion artifact from ppg signal | |
US6735466B1 (en) | Analytical signal method for analysis of T-wave alternans | |
Prasad et al. | Heart rate detection using Hilbert transform | |
JP2003175008A (en) | Method and system for measuring t-wave alternans by alignment of alternating median beats to cubic spline | |
Krishna | QRS detection using digital differentiators | |
US6216031B1 (en) | Apparatus for enhancing signals in ECGs artefacts | |
Mainardi et al. | Digital biomedical signal acquisition and processing | |
RU2251968C1 (en) | Method and device for eliminating electrocardiogram signal isoline drift | |
Dotsinsky et al. | Power-line interference removal from high sampled ECG signals using modified version of the subtraction procedure | |
EP1215996B1 (en) | Analytical signal method for analysis of t-wave alternans | |
Franchevska et al. | The Method and Algorithm for Detecting the Fetal ECG Signal in the Presence of Interference | |
Mou et al. | Noise removal and QRS detection of ECG signal | |
RU2428107C1 (en) | Method of suppressing impact of additive interference on electric cardiosignal and device for its realisation | |
EP3893723B1 (en) | Filtering unit for electrocardiography applications | |
Ghasemi | Ecg noise cancellation using kernel adaptive filtering | |
Rohila et al. | Signal denoising by empirical mode decomposition | |
Gautam et al. | ECG signal de-noising with asynchronous averaging and filtering algorithm | |
Tripathi et al. | Study of ecg waveform and development of an algorithm for removal of power line interference | |
Chavan et al. | Application of the Chebyshev type II digital filter for noise reduction in ECG signal |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050924 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050924 |
|
RZ4A | Other changes in the information about an invention |