RU2417050C1 - Device to eliminate drift of isoelectric line of electro-cardiosignal - Google Patents
Device to eliminate drift of isoelectric line of electro-cardiosignal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2417050C1 RU2417050C1 RU2009144608/14A RU2009144608A RU2417050C1 RU 2417050 C1 RU2417050 C1 RU 2417050C1 RU 2009144608/14 A RU2009144608/14 A RU 2009144608/14A RU 2009144608 A RU2009144608 A RU 2009144608A RU 2417050 C1 RU2417050 C1 RU 2417050C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- block
- memory
- samples
- output
- 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).
Известно устройство для снижения шума в сигнале ЭКГ плода (заявка РФ №2001121142, А61В 50444, опублик. 2003.05.20), учитывающее изменение сигнала дрейфа изолинии в пределах кардиоцикла. В этом устройстве 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, проведенные между соседними PQ точками.A device for reducing noise in the ECG signal of the fetus (RF application No. 2001121142, A61B 50444, published. 2003.05.20), taking into account the change in the signal drift of the isoline within the cardiocycle. In this device, EKS 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 the lines drawn between adjacent PQ points.
Устройство имеет следующий недостаток: при наличии в ЭКС патологий, приводящих к тому, что сегмент PQ невозможно выделить или этот сегмент нестабилен, устройство не способно устранить дрейф изолинии. А также устройство способно компенсировать дрейф только на низких частотах дрейфа изоэлектрической линии по сравнению с частотой сердечных сокращений (ЧСС).The device has the following drawback: in the presence of pathologies in the ECS that lead to the fact that the PQ segment cannot be distinguished or this segment is unstable, the device is not able to eliminate the isoline drift. And also the device is able to compensate for the drift only at low frequencies of the drift of the isoelectric line compared with the heart rate (HR).
Также известно устройство устранения дрейфа изолинии, описанное в книге авторов Барановский А.Л., Калиниченко А.Н., Манило Л.А. и др. /Под ред. Барановского А.Л. и Немирко А.П. «Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ»: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1993. - 248 с. Устройство заключается в том, что исходный ЭКС, представляющий собой сумму кардиосигнала и низкочастотной помехи (дрейфа изолинии), дискретизируют. Затем в каждом кардиоцикле выделяют сегмент PQ. В качестве опорной используют точку, принадлежащую максимальному значению зубца R, а узловую точку для устранения дрейфа изолинии принимают левее опорной точки на расстоянии, зависящем от ЧСС так, чтобы попасть на изоэлектрический участок PQ. На выделенном PQ-сегменте выбираются опорные точки, в этих точках измеряют значения суммы ЭКС и низкочастотной помехи (дрейфа изолинии), по полученным значениям нескольких кардиоциклов рассчитывают параметры (коэффициенты) интерполирующей сплайн-функции, формируют интерполирующий сигнал во всех точках обрабатываемого участка ЭКС, затем устраняют дрейф изолинии путем вычитания интерполирующего сигнала из исходного ЭКС.Also known is a contour drift elimination device described in the book of authors A. Baranovsky, A. N. Kalinichenko, L. A. Manilo et al. / Ed. Baranovsky A.L. and Nemirko A.P. “Cardiomonitors. Equipment for continuous monitoring of the ECG ": Textbook for universities. - M.: Radio and Communications, 1993 .-- 248 p. The device consists in the fact that the initial ECS, which is the sum of the cardiosignal and low-frequency noise (isoline drift), is sampled. Then, a PQ segment is isolated in each cardiocycle. As the reference point, a point belonging to the maximum value of the R wave is used, and the nodal point for eliminating the isoline drift is taken to the left of the reference point at a distance depending on the heart rate so as to fall on the isoelectric section PQ. The reference points are selected on the selected PQ segment, the values of the sum of the ECS and low-frequency noise (isoline drift) are measured at these points, the parameters (coefficients) of the interpolating spline function are calculated from the obtained values of several cardiocycles, the interpolating signal is generated at all points of the processed EX section, then eliminate the contour drift by subtracting the interpolating signal from the original EX.
Устройству присущ следующий недостаток. При увеличении частоты дрейфа изолинии снижается точность формирования интерполирующего сигнала, а при достижении половины частоты сердечных сокращений восстановление сигнала, соответствующего дрейфу изолинии, становится невозможным.The device has the following disadvantage. With an increase in the contour drift frequency, the accuracy of the formation of the interpolating signal decreases, and when half the heart rate is reached, restoration of the signal corresponding to the contour drift becomes impossible.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала (патент RU 2251968 С1), содержащее последовательно соединенные фильтр нижних частот, вход которого является входом устройства, блок дискретизации, называемый далее блок аналого-цифрового преобразования (АЦП), блок выделения опорных отсчетов, блок запоминания N отсчетов, блок масштабирования, второй фильтр нижних частот, усилитель, блок задержки и блок вычитания, выход которого является выходом устройства.Closest to the proposed device is a device to eliminate the drift of the isoline of the electrocardiogram (patent RU 2251968 C1), containing a series-connected low-pass filter, the input of which is the input of the device, a sampling unit, hereinafter referred to as an analog-to-digital conversion unit (ADC), a block of allocation of reference samples, a memory unit for N samples, a scaling unit, a second low-pass filter, an amplifier, a delay unit and a subtraction unit, the output of which is the output of the device.
В блоке выделения опорных отсчетов производятся выделение сегмента ТР на ЭКС и измерение его длительности. Полученная длительность сегмента ТР сопоставляется с фиксированной величиной Q. Поскольку параметр Q не связан с реальным значением частоты сердечных сокращений, то компенсация дрейфа изоэлектрической линии возможна только при фиксированной частоте сердечных сокращений (частоте пульса).In the block of selection of reference readings, the TR segment is allocated to the EX and its duration is measured. The obtained duration of the TP segment is compared with a fixed value of Q. Since the parameter Q is not related to the actual value of the heart rate, compensation for the drift of the isoelectric line is possible only at a fixed heart rate (heart rate).
Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства, способного устранять дрейф изоэлектрической линии ЭКС во всем диапазоне частоты сердечных сокращений.The objective of the proposed technical solution is to create a device that can eliminate the drift of the isoelectric line EX in the entire range of heart rate.
Поставленная задача достигается тем, что устройство устранения дрейфа изоэлектрической линии электрокардиосигнала, содержащее фильтр нижних частот, вход которого является входом устройства, соединенный с аналого-цифровым преобразователем, блок выделения опорных отсчетов, соединенный с блоком запоминания N отсчетов, и блок вычитания, выход которого является выходом устройства, согласно изобретению дополнительно содержит соединенные с выходом аналого-цифрового преобразователя блок определения длительности RR интервала, первый и второй блоки памяти, при этом первый блок памяти соединен с блоком выделения опорных отсчетов и блоком запоминая N отсчетов, который подключен к блоку формирования компенсирующего сигнала, соединенному с блоком вычитания и вторым блоком памяти, который подключен к блоку вычитания, блок определения длительности RR интервала одним из выходов соединен с первым и вторым блоками памяти, вторым выходом - с первым блоком памяти, а третьим выходом - с блоком выделения опорных отсчетов.The problem is achieved in that the device for eliminating the drift of the isoelectric line of the electrocardiogram containing a low-pass filter, the input of which is the input of the device connected to an analog-to-digital converter, a block for extracting reference samples connected to a block for storing N samples, and a subtraction block, the output of which is the output of the device according to the invention further comprises a unit for determining the duration of the RR interval connected to the output of the analog-to-digital converter, the first and second th memory blocks, while the first memory block is connected to the reference sample allocation block and the N memory block, which is connected to the compensation signal generation block connected to the subtraction block and the second memory block, which is connected to the subtraction block, the RR interval duration determination unit is one of the outputs is connected to the first and second memory blocks, the second output to the first memory block, and the third output to the block of allocation of reference samples.
На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства; на фиг.2 - графики, иллюстрирующие работу заявляемого устройства; на фиг.3 - алгоритм определения длительности RR интервала; на фиг.4 - алгоритм работы блока выделения опорных отсчетов.Figure 1 presents the structural diagram of the inventive device; figure 2 - graphs illustrating the operation of the claimed device; figure 3 - algorithm for determining the duration of the RR interval; figure 4 - algorithm of the block allocation of reference samples.
Устройство устранения дрейфа изоэлектрической линии электрокардиосигнала содержит последовательно соединенные фильтр нижних частот 1, вход которого является входом устройства, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, первый блок памяти 31, блок выделения опорных отсчетов 4, блок запоминая N отсчетов 5, блок формирования компенсирующего сигнала 6 и блок вычитания 7. К выходу АЦП 2 подключены блок определения длительности RR интервала 8 и второй блок памяти 32, при этом блок определения длительности RR интервала 8 одним из выходов соединен с соответствующими входами первого 31 и второго 32 блоков памяти, вторым выходом блок определения длительности RR интервала 8 соединен с третьим входом первого блока памяти 31, а третьим выходом соединен со вторым входом блока выделения опорных отсчетов 4. Третий вход второго блока памяти 32 соединен со вторым выходом блока формирования компенсирующего сигнала 6, выход второго блока памяти 32 соединен со вторым входом блока вычитания 7, а выход первого блока памяти 31 соединен также со вторым входом блока запоминания N отсчетов 5.The device for eliminating the drift of the isoelectric line of the electrocardiogram contains a low-
Реализация предлагаемого изобретения возможна как на аппаратном уровне, т.е. с использованием элементов цифровой микросхемотехники с различной степенью интеграции, так и на программно-аппаратном уровне с использованием микроконтроллера. В последнем случае существенно уменьшается стоимость реализации устройства.The implementation of the invention is possible both at the hardware level, i.e. using elements of digital microcircuitry with varying degrees of integration, and at the software and hardware level using a microcontroller. In the latter case, the implementation cost of the device is significantly reduced.
Поэтому далее работу устройства будем иллюстрировать, используя алгоритмы (фиг.3 и 4).Therefore, we will further illustrate the operation of the device using algorithms (Figs. 3 and 4).
Устройство работает следующим образом. Входным сигналом является сумма ЭКС и помех в виде высокочастотных помех, помехи промышленной частоты 50 Гц и дрейфа изолинии. В фильтре нижних частот 1 производится устранение высокочастотных помех и помехи промышленной частоты. Сигнал, полученный на выходе фильтра, представлен на фиг.2,а. В блоке АЦП 2 аналоговый сигнал преобразуется в последовательность многоразрядных двоичных чисел (цифровых отсчетов), полученная последовательность поступает в первый 31 и второй 32 блок памяти и блок определения длительности RR интервалов 8, в котором происходят измерение длительность RR интервала и определение параметра Q. Все накопленные значения блоком первой памяти 31 передаются в блок выделения опорных отсчетов 4, также в этот блок передается полученный параметр Q. В блоке выделения опорных отсчетов 4 производится выделение сегмента ТР на ЭКС при помощи параметра Q. После того, как был выделен сегмент ТР на ЭКС, все отсчеты, принадлежащие этому сегменту, записываются в блок запоминания N отсчетов 5. После того, как в этом блоке было накоплено более двух групп отсчетов сегментов ТР, эти группы передаются в блок формирования компенсирующего сигнала 6. В момент, когда был сформирован компенсирующий сигнал, формируется сигнал для второго блока памяти 32, все накопленные отсчеты передаются на один из входов блока вычитания 7, а цифровые отсчеты компенсирующего сигнала передаются на другой вход блока вычитания 7. В блоке вычитания 7 производится компенсация (вычитание) сигнала помехи в виде дрейфа изоэлектрической линии.The device operates as follows. The input signal is the sum of the EX and interference in the form of high-frequency interference, industrial frequency interference of 50 Hz and the drift of the isoline. In the low-
Блок определения длительности RR интервалов 8 может быть реализован следующим образом. Работа блока 8 иллюстрируется графиком на фиг.2,б. Алгоритм работы блока 8 приведен на фиг.3. Цифровые отсчеты с выхода АЦП преобразуются в сигналы разностей второго порядка ddUi, формируемые из трех подряд идущих цифровых отсчетов ЭКС:The unit for determining the duration of
ddUi=Ui-2Ui-1+Ui-2,ddU i = U i -2U i-1 + U i-2 ,
где i - номер отсчета ЭКС, участвующего в формировании очередной разности второго порядка;where i is the reference number of the EX, participating in the formation of the next second-order difference;
U - амплитуда соответствующего отсчета ЭКС.U is the amplitude of the corresponding ECS reference.
Полученные цифровые отсчеты разностей второго порядка сравниваются с пороговыми значениями, отрицательным -Uпор1 и положительным +Uпор1 (фиг.2,б). Пороговые значения устанавливаются так, чтобы сигнал разностей второго порядка вышел за пределы пороговых значений только в пределах QRS комплекса. Когда сигнал разностей второго порядка превышает положительное пороговое значение, запускается счет прошедших цифровых отсчетов до момента следующего превышения положительного порогового значения. Определение длительности также происходит и в отрицательной области. После того, как были получены два значения длительности RR интервалов в одном кардиоцикле в положительной и отрицательной областях, они сравниваются между собой, и выбирается большее. Выбранное значение принимается за длительность RR интервала. При первом, после включения устройства, превышении отсчетами второго порядка порогового значения напряжения формируется сигнал на запись для первого 31 и второго 32 блока памяти. В результате этого цифровые отсчеты с выхода АЦП 2 начинают параллельно накапливаться в первом 31 и втором 32 блоке памяти. При последующих превышениях сначала формируется сигнал чтения из первого блока памяти 31, по которому производится перенос накопленного массива в блок выделения опорных отсчетов 4 и блок запоминания N отсчетов 5, по окончании переноса формируется сигнал начала записи следующего кардиоцикла.The obtained digital samples of the second order differences are compared with threshold values, negative -U pore1 and positive + U pore1 ( figure 2, b). Threshold values are set so that the signal of the second-order differences goes beyond the threshold values only within the QRS complex. When the second-order difference signal exceeds a positive threshold value, the counting of the past digital samples is started until the next excess of the positive threshold value. The determination of the duration also occurs in the negative region. After two values of the duration of RR intervals in one cardiocycle in the positive and negative regions were obtained, they are compared with each other, and a larger one is selected. The selected value is taken as the duration of the RR interval. When the first, after turning on the device, when the second-order samples exceed the threshold voltage value, a write signal is generated for the first 3 1 and second 3 2 memory blocks. As a result of this, digital readings from the output of the
Вторая функция блока 8 заключена в определении параметра Q. Параметр Q принимается равным половине длительности RR интервала, как показано в книге Э.Р.Хаутон, Д.Грей. «Расшифровка ЭКГ». - Медицина, 2001. - 288 с.The second function of
Блок определения опорных отсчетов 4 может быть реализован следующим образом (алгоритм работы блока представлен на фиг.4). Цифровые отсчеты преобразуются в отсчеты разностей второго порядка подобно тому, как это делается в блоке определения длительности RR интервалов 8, и выбираются отсчеты вторых разностей, близких к нулю. Затем производится оценка длительности интервалов, в пределах которых подряд идущие отсчеты вторых разностей близки к нулю. Часть участков с подряд идущими отсчетами, значение которых близко к нулю, показана на фиг.2,б. Количество отсчетов, близких к нулю в пределах интервала ТР (на блок-схеме алгоритма по фиг.4 обозначено «С»), сравнивается с параметром Q. Если С<Q, то на выходе блока 6 формируется сигнал удаления из блока 5 запоминания N отсчетов ЭКС, принадлежащих этому интервалу. Если же С>Q, то все предварительно накопленные отсчеты ЭКС из блока 5 запоминания отсчетов N передаются в блок формирования компенсационного сигнала 6. Это отражено на фиг.2,в в виде импульсов, ненулевые значения которых по времени принадлежат ТР сегменту. Как отмечалось выше, в пределах этих участков информационная составляющая кардиосигнала отсутствует, а имеется только сигнал помехи, смещающий изолинию ЭКС.The block for determining the
Блок формирования компенсационного сигнала 6 предназначен для формирования сигнала, компенсирующего дрейф изолинии ЭКС. Работает блок следующим образом.Block forming the
Исходной информацией для работы блока 6 являются отсчеты ЭКС, принадлежащие ТР-сегменту, которые передаются в блок 6 из блока 5. Интерполяция производится любым известным способом (как, например, в книге Шенен П., Коснар М., Гардан И. и др. «Математика и САПР. Основные методы. Теория полюсов» Перевод с франц. - М.: Мир, 1988. - 204 с.).The initial information for the operation of
На выходе блока 6 в цифровом виде формируется сигнал компенсации дрейфа в пределах каждого кардиоцикла. Для повышения точности работы блока 6 используются не менее двух массивов отсчетов ЭКС, принадлежащих ТР-сегментам в двух соседних кардиоциклах. Сигнал на чтение из второго блока памяти 32 отсчетов ЭКС, искаженных помехой, в блок вычитания 7 формируется в блоке 6 после прохождения ТР-сегментов не менее чем в двух соседних кардиоциклах. Компенсация помехи выполняется в блоке вычитания 7 путем вычитания цифровых отсчетов компенсирующего сигнала из цифровых отсчетов исходного ЭКС, искаженных помехой в виде дрейфа изолинии.At the output of
Эффективность предлагаемого технического решения заключается в следующем. Параметр Q формируется равным половине длительности RR интервала, что является отличительным признаком относительно прототипа, в котором параметр Q постоянен и не зависит от реального значения RR интервала. Поэтому устранение дрейфа изолинии в предлагаемом техническом решении возможно в диапазоне частот сердечных сокращений (ЧСС), а не только на фиксированном значении ЧСС, как это обеспечивается в прототипе. Эффективное устранение дрейфа изолинии осуществляется в диапазоне частот от 0 Гц до значения ЧСС. Если частота дрейфа превышает ЧСС, то эффективность снижается монотонно. При соотношении частоты дрейфа к ЧСС, равном двум, среднеквадратическая погрешность компенсации не превышает 0.6%.The effectiveness of the proposed technical solution is as follows. The parameter Q is formed equal to half the duration of the RR interval, which is a hallmark relative to the prototype, in which the parameter Q is constant and does not depend on the real value of the RR interval. Therefore, the elimination of the contour drift in the proposed technical solution is possible in the range of heart rate (HR), and not only at a fixed heart rate, as is provided in the prototype. Effective elimination of the contour drift is carried out in the frequency range from 0 Hz to the heart rate value. If the drift frequency exceeds heart rate, then the efficiency decreases monotonously. With a ratio of the drift frequency to the heart rate of two, the standard error of compensation does not exceed 0.6%.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009144608/14A RU2417050C1 (en) | 2009-12-01 | 2009-12-01 | Device to eliminate drift of isoelectric line of electro-cardiosignal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009144608/14A RU2417050C1 (en) | 2009-12-01 | 2009-12-01 | Device to eliminate drift of isoelectric line of electro-cardiosignal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2417050C1 true RU2417050C1 (en) | 2011-04-27 |
Family
ID=44731493
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009144608/14A RU2417050C1 (en) | 2009-12-01 | 2009-12-01 | Device to eliminate drift of isoelectric line of electro-cardiosignal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2417050C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2486862C1 (en) * | 2011-11-18 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Method of adaptive suppression of noise in electrocardiosignal |
-
2009
- 2009-12-01 RU RU2009144608/14A patent/RU2417050C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2486862C1 (en) * | 2011-11-18 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Method of adaptive suppression of noise in electrocardiosignal |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Benmalek et al. | Digital fractional order operators for R-wave detection in electrocardiogram signal | |
US9077360B2 (en) | Extension of ADC dynamic range using post-processing logic | |
CN107303177B (en) | Method and system for detecting T wave and P wave of electrocardiogram | |
KR20100008239A (en) | Eliminating method of motion artifact from ppg signal | |
US20080002775A1 (en) | Signal analysis employing matched wavelet | |
CN108567419B (en) | Signal processing device and method based on respiratory heartbeat characteristic wave | |
JPH0322770B2 (en) | ||
CN115944303B (en) | Electrocardiogram pulse signal online compression method, system and storage medium | |
Dhas et al. | Dual phase dependent RLS filtering approach for baseline wander removal in ECG signal acquisition | |
RU2417050C1 (en) | Device to eliminate drift of isoelectric line of electro-cardiosignal | |
JP3746085B2 (en) | ECG signal processing method and apparatus | |
CN110226925B (en) | Blood pressure detection device based on pulse wave | |
RU2634382C2 (en) | Digital detector of phase-animated signals | |
JP2014135987A (en) | Sensor terminal for acquiring signal including quasi-periodic delimiter pulse, and signal acquisition method | |
Vega-Martínez et al. | Wavelet packet based algorithm for QRS region detection and R/S wave identification | |
US10333541B1 (en) | Non-uniform sampeling | |
JP2000296118A (en) | Method and device for analyzing living body signal | |
RU2436502C2 (en) | Method for eliminating drift of isoelectric line of electrocardiosignal, and device for its implementation | |
RU2452364C1 (en) | Device for registration of electric cardiosignals | |
Zaid et al. | Denoising small signals using averaging methods in Arduino | |
JP7149175B2 (en) | ECG peak detector | |
RU2251968C1 (en) | Method and device for eliminating electrocardiogram signal isoline drift | |
CN109009059B (en) | Heart rate calculation method based on heart sounds | |
JP2718686B2 (en) | Analog-to-digital converter | |
Tripathi et al. | Study of ecg waveform and development of an algorithm for removal of power line interference |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141202 |