СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ АРТЕФАКТОВ ДВИЖЕНИЯ В ЭКГ-СИГНАЛАХ Российский патент 2019 года по МПК A61B5/402 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к технологии устранения артефактов движения для обработки физиологических сигналов, в частности к способу и устройству для уменьшения артефактов движения в ЭКГ-сигналах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Биологические сигналы, например сигналы электрокардиограммы (ЭКГ), могут включать в себя существенное количество шумов. Например, шум, вносимый мышечной деятельностью, артефакты движения и т.д., которые обычно проявляются в виде быстрых волнообразных отклонений, усложняющих прочтение ЭКГ, особенно в процессе движения.

В этой связи в патенте США 6216031B1 предложено устройство для усиления сигналов в ЭКГ, содержащей артефакты, при этом данное устройство содержит блок определения среднего значения для оценки формы кривой заданного числа импульсов ЭКГ-сигналов от начала комплекса QRS до окончания зубца T, а также использования результата для установления осредненного импульса, при этом оно дополнительно содержит блок вычитания для вычитания осредненного импульса ЭКГ-сигнала из подлинного импульса для получения остаточного сигнала, а также блок FIR-фильтра для высокочастотной и низкочастотной фильтрации остаточного сигнала с целью получения отфильтрованного сигнала, с которым осредненный импульс складывается в блоке сложения.

Принцип, изложенный в патенте США 6216031B1, заключается в применении блока определения среднего значения для расчета осредненного импульса на основе усреднения последовательных циклов ЭКГ, а также в применении LP (низкочастотного) и HP (высокочастотного) фильтров для работы с остаточными сигналами для устранения как шумов, связанных с мышечной активностью, так и фоновых блуждающих шумов. Хотя данный способ в некоторой степени увеличивает соотношение сигнал/шум (SNR) конечного ЭКГ-сигнала, он все же содержит неприемлемые недостатки.

Кроме того, в патенте США 6216031B1 для устранения шумов используется общепринятая техника LP/HP-фильтрации. Например, остаточный сигнал подвергается фильтрации с помощью фильтра нижних частот для снижения шума, вызванного мышечной активностью, а фильтра верхних частот - для снижения фоновых блуждающих шумов. Частоты среза фильтров устанавливаются так, чтобы избежать неприемлемого искажения оставшихся зубцов P и преждевременных желудочковых сокращений в остаточном сигнале. Оба фильтра представляют собой фильтры с конечной импульсной характеристикой, обладающие преимуществом в том, что задержка отфильтрованного остаточного сигнала постоянна и не коррелирует с сигналом, однако неприемлемые провалы (notches) также могут возникать, в особенности при резком изменении морфологии сигналов ЭКГ.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, было бы полезно создать усовершенствованные способ и устройство для уменьшения артефактов движения в ЭКГ-сигналах, чтобы решить проблему неприемлемых провалов, при этом избежать искажений и дополнительно повысить SNR ЭКГ-сигнала.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложен способ уменьшения артефактов движения в ЭКГ-сигналах, содержащий: захват текущего импульса из непрерывно измеряемого ЭКГ-сигнала пациента; вычисление коэффициента корреляции между предыдущим осредненным импульсом и текущим импульсом в ЭКГ-сигнале; определение весовых коэффициентов, которые требуется присвоить предыдущему осредненному импульсу и текущему импульсу на основе коэффициента корреляции; а также расчет текущего осредненного импульса на основе предыдущего осредненного импульса, текущего импульса и их весовых коэффициентов.

Таким образом, с помощью данного способа, поскольку определение весовых коэффициентов основано на вычислении корреляции, различные весовые коэффициенты могут в динамическом режиме присваиваться как предыдущему осредненному импульсу, так и текущему импульсу согласно корреляции между формой текущего импульса и предыдущего осредненного импульса. Другими словами, если корреляция высока, текущему импульсу присваивается больший весовой коэффициент. В противном случае ему присваивается меньший весовой коэффициент, даже весовой коэффициент с нулевым значением, предполагающий, что текущий импульс не коррелирован со средним импульсом и не используется для уточнения среднего импульса.

Таким образом, по сравнению с традиционным способом расчета осредненного импульса на основе предыдущего осредненного импульса, текущего импульса и фиксированных весовых коэффициентов, присвоенных каждому из упомянутых импульсов, в способе согласно настоящему изобретению применяется адаптивный способ определения весовых коэффициентов, который основан на корреляции между двумя импульсами и который может уловить точное изменение морфологии сигналов ЭКГ, что позволяет повысить эффект фильтрации, так что артефакты, вызванные движением пациента, могут быть устранены.

В рамках настоящего описания специалисты в данной области техники легко поймут, что в способе усиления сигналов в ЭКГ, содержащей артефакты, осредненный импульс должен быть вычислен или эмпирически определен в качестве исходного осредненного импульса до начала фактической фильтрации ЭКГ-сигнала.

Когда способ фильтрации ЭКГ-сигналов начинает осуществляться, в процессе обработки первого текущего импульса исходный осредненный импульс используется в качестве предыдущего импульса и объединяется с первым текущим импульсом для расчета первого текущего осредненного импульса, который сохраняется в памяти. Затем первый текущий осредненный импульс вычитается из первого текущего импульса для получения остаточного сигнала, если эти два импульса коррелированы между собой, при этом остаточный сигнал подвергается фильтрации для получения отфильтрованного сигнала. И, наконец, отфильтрованный сигнал прибавляется обратно к первому текущему осредненному импульсу для получения видоизмененного первого текущего импульса.

Далее в процессе обработки второго текущего импульса сохраненный в памяти первый текущий осредненный импульс используется в качестве предыдущего импульса для объединения со вторым текущим импульсом с целью расчета второго текущего импульса, который сохраняется в памяти. Затем, если второй текущий импульс коррелирован с предыдущим средним импульсом, второй текущий осредненный импульс вычитается из второго текущего импульса для получения остаточного сигнала, при этом остаточный сигнал подвергается фильтрации для получения отфильтрованного сигнала. И, наконец, отфильтрованный сигнал прибавляется обратно ко второму текущему осредненному импульсу для получения видоизмененного второго текущего импульса. Операция обработки продолжается согласно этому алгоритму и в конечном итоге все ЭКГ-сигналы становятся обработанными и отфильтрованными.

Следует отметить, что корреляция между предыдущим импульсом и текущим импульсом может выражаться через коэффициент корреляции, но не ограничивается им, как понятно специалисту в данной области техники.

В одном примере способа согласно настоящему изобретению после того как коэффициент корреляции между осредненным импульсом и текущим импульсом рассчитан, весовые коэффициенты, которые требуется присвоить предыдущему осредненному импульсу и текущему импульсу, могут определяться эмпирически или путем увязки со справочной таблицей. Однако предпочтительный пример данного способа может дополнительно содержать этап сравнения коэффициента корреляции с заданным коэффициентом, т.е. заданным порогом корреляции. Если коэффициент корреляции превышает заданный коэффициент, текущему импульсу присваивается больший весовой коэффициент. В противном случае предыдущему осредненному импульсу присваивается меньший весовой коэффициент или даже весовой коэффициент с нулевым значением.

В одном примере способа согласно настоящему изобретению способ может дополнительно содержать этапы: вычитание текущего осредненного импульса из текущего импульса для получения остаточного сигнала; проведение кусочной фильтрации остаточного сигнала на основе характеристик ЭКГ-сигнала для получения отфильтрованного сигнала; а также прибавление текущего осредненного импульса обратно к отфильтрованному сигналу для получения видоизмененного текущего импульса. В одном примере характеристики сигнала могут быть получены из ЭКГ-сигнала и могут включать в себя положения пиков зубца P, зубца комплекса QRS и зубца T, интервалы сегментов, а также огибающую шума и информацию о корреляции со средним импульсом.

В дополнительном примере способа, если зубец комплекса QRS выбирается в качестве импульса, который требуется обработать, этап проведения кусочной фильтрации может дополнительно содержать подэтапы: идентификация сегмента комплекса QRS, а также cегментов T-P в волне ЭКГ на основе характеристик сигнала, оценка огибающей шума на основе изменения наклона кривой сигнала и вычисленного коэффициента корреляции; а также проведение фильтрации соответственно на различных сегментах, используя различные фильтры.

По сравнению с традиционным способом выполнения обычной фильтрации остаточного сигнала в способе согласно предпочтительному примеру настоящего изобретения применяется кусочная фильтрация остаточного сигнала для усиления эффекта снижения шумов с целью повышения SNR, а также обеспечения того, что важные характеристики не подвергаются искажениям.

В данном случае термин "кусочная фильтрация" означает, что, например, если зубец комплекса QRS выбирается в качестве импульса, который требуется обработать, одна группа фильтров используется для одного сегмента комплекса QRS, а другая группа фильтров используется для сегментов T-P на основе характеристик сигнала текущего импульса, местонахождения пиков и информации об интервалах в морфологии ЭКГ.

Вычитание текущего осредненного импульса из текущего импульса для получения остаточного сигнала применяется в том случае, если текущий импульс коррелирован со средним импульсом. В противном случае текущий импульс может быть зарезервирован, например, в остаточном сигнале, при этом может применяться другой состав кусочной фильтрации, чтобы в точности сохранить признаки ЭКГ. В этом случае группа фильтров для кусочной фильтрации, используемая для некоррелированного импульса, совершенно иная, чем та, что используется для коррелированного импульса. Поскольку расчет осредненного импульса является ключевым фактором и может существенно влиять на получаемый в результате ЭКГ-сигнал, расчет исходного осредненного импульса особенно важен. В обычной практике исходный осредненный импульс может определяться эмпирически путем привязки к нормальному импульсу у обычных людей и может предварительно сохраняться в памяти.

Однако в одном примере способа согласно настоящему изобретению способ может дополнительно содержать этап получения исходного осредненного импульса из заданного числа последовательных импульсов в ЭКГ-сигнале. Поскольку исходный осредненный импульс получен из измерения, проведенного на самом пациенте, точность осредненного импульса, полученного таким образом, может быть повышена.

В дополнительном примере способа заданное число последовательных импульсов содержит первое заданное число последовательных импульсов и второе заданное число последовательных импульсов, следующих за первым заданным числом последовательных импульсов. В предпочтительном примере способа этап получения исходного осредненного импульса дополнительно содержит подэтапы получения исходного осредненного импульса из первого заданного числа последовательных импульсов; а также корректировки исходного осредненного импульса только тогда, когда коэффициент корреляции между предыдущим исходным осредненным импульсом и текущим импульсом во втором заданном числе последовательных импульсов превышает заданный коэффициент.

Как ясно из вышесказанного, в подготовительной процедуре способа по настоящему изобретению, т.е. в процессе расчета исходного осредненного импульса, достоверность исходного осредненного импульса тщательно проверяется путем введения этапа проведения корректировки исходного осредненного импульса только в том случае, если коэффициент корреляции между предыдущим исходным осредненным импульсом и текущим импульсом во втором заданном числе последовательных импульсов превышает заданный коэффициент.

Другими словами, традиционный способ получения исходного осредненного импульса из заданного числа последовательных импульсов относится только к получению исходного осредненного импульса из первого заданного числа последовательных импульсов с помощью алгоритмов усреднения или выполнения некоторых арифметических операций. Однако в способе согласно настоящему изобретению дополнительно используется второе заданное число последовательных импульсов для проверки достоверности и корректировки исходного осредненного импульса. При этом коэффициент корреляции между предыдущим исходным осредненным импульсом и текущим импульсом во втором заданном числе последовательных импульсов также используется для корректировки исходного осредненного импульса.

Таким образом, исходный осредненный импульс может быть получен более точно, при этом соответственно точность осредненного импульса, полученного таким образом, может быть повышена, при этом конечный отфильтрованный ЭКГ-сигнал может быть более точным и SNR ЭКГ-сигнала может быть дополнительно повышено.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложено устройство для уменьшения артефактов движения в ЭКГ-сигналах, содержащее: блок сбора данных для захвата текущего импульса из непрерывно измеряемого ЭКГ-сигнала пациента; первый вычислительный блок для вычисления коэффициента корреляции между предыдущим осредненным импульсом и текущим импульсом в ЭКГ-сигнале; блок определения для определения весовых коэффициентов, которые требуется присвоить предыдущему осредненному импульсу и текущему импульсу на основе коэффициента корреляции; а также второй вычислительный блок для расчета текущего осредненного импульса на основе предыдущего осредненного импульса, текущего импульса и их весовых коэффициентов.

Как упоминалось выше, по сравнению с традиционным устройством для расчета осредненного импульса на основе предыдущего осредненного импульса, текущего импульса и фиксированных весовых коэффициентов в устройстве согласно настоящему изобретению применяется адаптивный способ определения весовых коэффициентов, который основан на корреляции между двумя импульсами и может повысить эффект фильтрации, так что артефакты, вызванные движением пациента, могут быть устранены.

Ниже подробнее описаны различные аспекты и признаки раскрытия. Эти и другие аспекты изобретения будут выявлены из вариантов осуществления, представленных ниже.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение будет описано и пояснено ниже подробнее в сочетании с вариантами осуществления и со ссылкой на чертежи, где:

на Фиг.1 показана блок-схема алгоритма способа согласно изобретению;

на Фиг.2 показана блок-схема алгоритма одного варианта способа согласно изобретению;

на Фиг.3 показана блок-схема алгоритма другого варианта способа согласно изобретению;

на Фиг.4 показана блок-схема алгоритма еще одного варианта способа согласно изобретению;

на Фиг.5 показана блок-схема устройства согласно изобретению;

на Фиг.6 показано, как артефакты движения устраняются из ЭКГ-сигнала с использованием способа по изобретению.

Одинаковые ссылочные позиции на Фигурах обозначают одинаковые или аналогичные признаки и/или функции.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее изобретение будет описано в отношении конкретных вариантов осуществления и со ссылкой на определенные чертежи, однако изобретение ими не ограничивается, а определяется лишь формулой изобретения. Описанные чертежи являются лишь схематичными и не являются ограничивающими. На чертежах размеры некоторых элементов могут быть преувеличены и выполнены не в масштабе в иллюстративных целях.

На Фиг.1 показана блок-схема алгоритма способа 10 уменьшения артефактов движения в ЭКГ-сигналах согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Способ 10, представленный на Фиг.1, направлен на совершенствование способа расчета текущего осредненного импульса, используемого для фильтрации текущего импульса. В частности, он отличается тем, что в нем применяется адаптивное и динамическое определение весовых коэффициентов, которые требуется присвоить предыдущему осредненному импульсу и текущему импульсу на основе коэффициента корреляции между ними, а затем расчет текущего осредненного импульса выполняется на основе предыдущего осредненного импульса, текущего импульса и их весовых коэффициентов.

Ниже будут описаны детали способа 10, в особенности со ссылкой на Фиг.5, где показана блок-схема устройства 50 для реализации способа 10, показанного на Фиг.1.

Как видно из Фиг.5, устройство 50 для уменьшения артефактов движения в ЭКГ-сигналах согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения содержит блок 51 сбора данных, первый вычислительный блок 52, блок 53 определения, а также второй вычислительный блок 54.

Сначала ЭКГ-датчик на пациенте может непрерывно измерять ЭКГ-сигнал пациента, после чего полученный ЭКГ-сигнал поступает на вход блока 51 сбора данных, который может извлечь информацию о текущем импульсе из принятого ЭКГ-сигнала (этап 11 на Фиг.1).

Первый вычислительный блок 52 связан с блоком 51 сбора данных и способен вычислить коэффициент корреляции между предыдущим осредненным импульсом и текущим импульсом в ЭКГ-сигнале (этап 12 на Фиг.1).

Термин "предыдущий импульс" понятен специалистам в данной области техники на основе их познаний в этой сфере и подробного пояснения в настоящей заявке.

Как упоминалось ранее, осредненный импульс должен быть вычислен или эмпирически определен в качестве исходного осредненного импульса до начала фактической фильтрации ЭКГ-сигнала.

Когда способ фильтрации ЭКГ-сигналов начинает осуществляться, в процессе фильтрации первого текущего импульса исходный осредненный импульс используется в качестве предыдущего импульса и объединяется с первым текущим импульсом для расчета первого текущего осредненного импульса, который сохраняется в памяти. Затем первый текущий осредненный импульс вычитается из первого текущего импульса для получения остаточного сигнала, если эти два импульса коррелированы между собой, при этом остаточный сигнал подвергается фильтрации для получения отфильтрованного сигнала. И, наконец, отфильтрованный сигнал прибавляется обратно к первому текущему осредненному импульсу для получения видоизмененного первого текущего импульса.

Далее в процессе фильтрации второго текущего импульса сохраненный в памяти первый текущий осредненный импульс используется в качестве предыдущего импульса для объединения со вторым текущим импульсом с целью расчета второго текущего импульса, который сохраняется в памяти. Затем, если второй текущий импульс коррелирован со средним импульсом, второй текущий осредненный импульс вычитается из второго текущего импульса для получения остаточного сигнала, при этом остаточный сигнал подвергается фильтрации для получения отфильтрованного сигнала. И наконец, отфильтрованный сигнал прибавляется обратно ко второму текущему осредненному импульсу для получения видоизмененного второго текущего импульса. Операция обработки продолжается согласно данному алгоритму до тех пор, пока в конечном итоге все ЭКГ-сигналы не станут обработанными и отфильтрованными.

Вычитание среднего импульса из текущего импульса и прибавление среднего импульса к текущему импульсу применяется в том случае, когда текущий импульс и средний импульс коррелированы между собой. В противном случае текущий импульс может резервироваться, например, в остаточном сигнале, а затем подвергаться фильтрации для генерирования выходного сигнала, из которого шум устранен.

Кроме того, в данном способе корреляция между предыдущим импульсом и текущим импульсом может выражаться через коэффициент корреляции, но не ограничивается им. Например, корреляция может также выражаться через среднеквадратическое значение амплитудной погрешности или через обе величины и т.д., как понятно специалистам в данной области техники.

Блок 53 определения связан с первым вычислительным блоком 52 и может определять весовые коэффициенты, которые требуется присвоить предыдущему осредненному импульсу и текущему импульсу на основе коэффициента корреляции (этап 13 на Фиг.1).

Например, после того как коэффициент корреляции между осредненным импульсом и текущим импульсом рассчитан, весовые коэффициенты, которые требуется присвоить предыдущему осредненному импульсу и текущему импульсу, могут определяться эмпирически или путем увязки со справочной таблицей.

Далее второй вычислительный блок 54, связанный с блоком 53 определения, применяется для расчета текущего осредненного импульса на основе предыдущего осредненного импульса, текущего импульса и весовых коэффициентов, присвоенных этим импульсам (этап 14 на Фиг.1).

Используя этот способ 10, поскольку определение весовых коэффициентов основано на вычислении корреляции, различные весовые коэффициенты могут в динамическом режиме присваиваться как предыдущему осредненному импульсу, так и текущему импульсу согласно корреляции между формой текущего импульса и предыдущего осредненного импульса. Другими словами, если корреляция высока, текущему импульсу присваивается больший весовой коэффициент. В противном случае ему присваивается меньший весовой коэффициент или даже весовой коэффициент с нулевым значением.

Таким образом, по сравнению с традиционным способом расчета осредненного импульса на основе предыдущего осредненного импульса, текущего импульса и фиксированных весовых коэффициентов в способе 10 согласно настоящему изобретению применяется адаптивный способ определения весовых коэффициентов, который основан на корреляции между двумя импульсами и который может позволить точно отслеживать изменение морфологии сигналов ЭКГ и повысить эффект фильтрации, так что артефакты, вызванные движением пациента, могут быть устранены.

На Фиг.2-4 показаны некоторые возможные варианты способа 10 уменьшения артефактов движения в ЭКГ-сигналах согласно настоящему изобретению.

Как показано на Фиг.2, в предпочтительном примере данного способа способ может дополнительно содержать этап 15 сравнения коэффициента корреляции с заданным коэффициентом, т.е. заданным порогом корреляции.

Например, коэффициент корреляции CCR рассчитывается блоком вычисления корреляции и сравнивается с заданным порогом корреляции, указывающим, является ли текущий цикл высоко коррелированным с существующим средним циклом:

если max (CCR) > порогового значения - высокая корреляция,

в противном случае - корреляция невысока

Если коэффициент корреляции превышает заданный коэффициент, текущему импульсу присваивается больший весовой коэффициент. В противном случае текущему импульсу присваивается меньший весовой коэффициент или даже весовой коэффициент с нулевым значением.

На Фиг.3 показана блок-схема алгоритма способа 10 уменьшения артефактов движения в ЭКГ-сигналах согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения.

Как показано на Фиг.3, в предпочтительном примере данного способа 10 этот способ может дополнительно содержать этап 16 вычитания текущего осредненного импульса из текущего импульса для получения остаточного сигнала, после того как текущий осредненный импульс рассчитан на основе предыдущего осредненного импульса, текущего импульса и их весовых коэффициентов. Если текущий импульс не коррелирован со средним импульсом, этап 16 вычитания не применяется, при этом импульс резервируется, например, непосредственно в остаточном сигнале.

Кроме того, способ 10 дополнительно содержит этап 17 проведения кусочной фильтрации остаточного сигнала на основе характеристик ЭКГ-сигнала для получения отфильтрованного сигнала. При этом после этапа 17 способ может дополнительно содержать этап 18, на котором текущий осредненный импульс прибавляется обратно к отфильтрованному сигналу для получения видоизмененного текущего импульса, когда импульс коррелирован со средним импульсом. В противном случае упомянутый этап прибавления опускается. Таким образом, текущий осредненный импульс, полученный в способе 10, представленном на Фиг.1, используется в фактической фильтрации ЭКГ-сигнала, чтобы в конечном итоге добиться устранения артефактов движения из ЭКГ-сигнала.

В одном примере характеристики сигнала могут быть получены из ЭКГ-сигнала и могут включать в себя положения пиков зубца P, зубца комплекса QRS и зубца T, а также интервалы сегментов.

В дополнительном примере способа 10, если зубец комплекса QRS выбирается в качестве импульса, который требуется обработать, этап 17 проведения кусочной фильтрации может дополнительно содержать подэтапы идентификации сегмента комплекса QRS, сегментов T-P, огибающей шума на основе характеристик сигнала и корреляции со средним импульсом; а также проведения фильтрации соответственно на различных сегментах, используя различные фильтры.

По сравнению с традиционным способом выполнения обычной фильтрации остаточного сигнала в способе 10 согласно предпочтительному примеру настоящего изобретения, показанном на Фиг.3, используется кусочная фильтрация остаточного сигнала для увеличения SNR, а также для того, чтобы убедиться, что признаки ЭКГ сохраняются неискаженными в сигнале, из которого артефакты движения устранены.

В данном случае термин "кусочная фильтрация" означает, что, например, если зубец комплекса QRS выбирается в качестве импульса, который требуется обработать, одна группа LP и HP фильтров используется для одного сегмента комплекса QRS, а другая группа LP и HP фильтров используется для cегментов T-P на основе характеристик сигнала текущего импульса т.е. местонахождения пиков, информации об интервалах, огибающей шума в морфологии ЭКГ и информации о корреляции со средним импульсом. Согласно одному примеру способа 10, представленного на Фиг.3, первая группа фильтров нижних частот и фильтров верхних частот для сегмента комплекса QRS и вторая группа фильтров нижних частот и фильтров верхних частот для других сегментов могут отличаться по частоте среза. Однако как понятно специалистам в данной области техники, эти две группы фильтров могут отличаться и по другим параметрам, если они специально отбираются согласно характеристикам сигнала.

Таким образом, кусочная LP/HP фильтрация на основе характеристик импульсов может использоваться для решения проблемы провалов, связанных с резким изменением между переходами QRS, а значит, SNR ЭКГ-сигнала может быть существенно повышено. Кроме того, важные признаки ЭКГ при этом могут идеально сохраняться.

Например, может использоваться нуль-фазовый фильтр нижних частот прямого и обратного действия с частотой среза 20Гц, 40Гц или 60Гц, имеющий следующую разностную функцию:

где , - коэффициенты фильтра.

Фильтр верхних частот реализуется с помощью FIR фильтра, имеющего следующую разностную функцию; порядок N выбран равным 1000, N=1000. Для реализации другой частоты среза может выбираться другая величина N порядка согласно другим требованиям фильтрации.

Вследствие структуры предложенного фильтра верхних частот в кусочно-отфильтрованный сигнал введена постоянная задержка ; таким образом, чтобы получить правильный сигнал, из которого устранены артефакты, при добавлении осредненных импульсов обратно к отфильтрованному сигналу должна учитываться постоянная задержка для введения поправки на положения операций добавления. Для уменьшения задержки, вносимой в процесс фильтрации, может использоваться иной тип HP фильтра, например, фильтр Баттерворта с пологой характеристикой в полосе пропускания.

Хотя выше показаны некоторые примеры фильтров, используемых в способе и устройстве по настоящему изобретению, специалисты в данной области техники поймут, что в специальных областях применения могут также использоваться другие фильтры, имеющие иные коэффициенты фильтра и иную частоту среза.

На Фиг.4 показана блок-схема алгоритма способа 10 уменьшения артефактов движения в ЭКГ-сигналах согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения. Единственное отличие между способами 10, показанными на Фиг.3 и на Фиг.4, заключается в том, что на Фиг.4 этот способ дополнительно содержит этап 19 извлечения из ЭКГ-сигнала информации о характеристике сигнала, а также этап 20 выбора зубца P, зубца комплекса QRS или зубца T или любого их сочетания в качестве обрабатываемого импульса.

Таким образом, исходный ЭКГ-сигнал подвергается обработке для получения характеристик сигнала, таких как положения QRS и интервалы сегментов, как упоминалось выше. Затем соответствующие характеристики сигнала могут направляться в блок определения шаблонов текущего сигнал для классификации шаблонов текущего сигнал. Может использоваться иная схема множественных шаблонов сигнала (QRS-шаблон, T-шаблон и QRST-шаблон) для совершенствования отслеживания ЭКГ-сигналов, из которых устранены артефакты движения, что позволяет более точно выделять признаки для ЭКГ-диагностики. Шаблоны имеют заданные длины, обладая центральными и наиболее визуально заметными частями отслеживания в качестве референсных участков с целью совмещения в этих шаблонах. Хотя интервалы поступающих ЭКГ-сигналов варьируются, предложенные множественные шаблоны, а также рассмотренные ранее весовые коэффициенты, определенные в динамике, обеспечивают точное отслеживание ЭКГ-сигнала с помощью скорректированных шаблонов осредненных импульсов.

Как упоминалось ранее, осредненный импульс должен быть вычислен или эмпирически определен в качестве исходного осредненного импульса до начала фактической фильтрации ЭКГ-сигнала.

Поскольку расчет осредненного импульса является ключевым фактором и может существенно влиять на полученный конечный ЭКГ-сигнал, расчет исходного осредненного импульса особенно важен. В обычной практике исходный осредненный импульс может определяться эмпирически путем привязки к нормальному импульсу у обычных людей.

Однако в предпочтительном примере способа 10 согласно настоящему изобретению способ может дополнительно содержать этап получения исходного осредненного импульса из заданного числа последовательных импульсов в ЭКГ-сигнале. Поскольку исходный осредненный импульс получен из измерения на самом пациенте, точность осредненного импульса, полученного таким образом, может быть повышена.

В дополнительном предпочтительном примере способа заданное число последовательных импульсов может содержать две части, т.е. первое заданное число последовательных импульсов и второе заданное число последовательных импульсов, следующих за первым заданным числом последовательных импульсов. Таким образом, в предпочтительном примере способа этап получения исходного осредненного импульса может дополнительно содержать подэтапы получения исходного осредненного импульса из первого заданного числа последовательных импульсов; а также корректировки исходного осредненного импульса только тогда, когда коэффициент корреляции между предыдущим исходным осредненным импульсом и текущим импульсом во втором заданном числе последовательных импульсов превышает заданный коэффициент.

Как ясно из вышесказанного, в подготовительной процедуре способа по настоящему изобретению, т.е. в процессе расчета исходного осредненного импульса, достоверность исходного осредненного импульса тщательно проверяется путем введения этапа проведения корректировки исходного осредненного импульса только тогда, когда коэффициент корреляции между предыдущим исходным осредненным импульсом и текущим импульсом во втором заданном числе последовательных импульсов превышает заданный коэффициент.

Другими словами, традиционный способ получения исходного осредненного импульса из заданного числа последовательных импульсов относится только к получению исходного осредненного импульса из первого заданного числа последовательных импульсов с помощью алгоритмов усреднения или выполнения некоторых арифметических операций. Однако в способе 10 согласно настоящему изобретению дополнительно используется второе заданное число последовательных импульсов для проверки достоверности и корректировки исходного осредненного импульса. В данном случае коэффициент корреляции между предыдущим исходным осредненным импульсом и текущим импульсом во втором заданном числе последовательных импульсов также используется для корректировки исходного осредненного импульса.

Таким образом, исходный осредненный импульс может быть получен более точно, при этом соответственно точность осредненного импульса, полученного таким образом, может быть повышена, при этом конечный отфильтрованный ЭКГ-сигнал может быть более точным и SNR ЭКГ-сигнала может быть дополнительно повышено.

Кроме того, согласно предпочтительному примеру способа 10 по настоящему изобретению способ при необходимости может дополнительно содержать этап повторной активации этапа получения исходного осредненного импульса из заданного числа последовательных импульсов в ЭКГ-сигнале. Другими словами, если отфильтрованный ЭКГ-сигнал существенно деградировал и его SNR более не является удовлетворительным, пользователь устройства 50 может задействовать кнопку или схожий элемент для повторного запуска этапа получения исходного осредненного импульса, так чтобы начался новый этап фильтрации ЭКГ-сигнала. Таким образом, отфильтрованный ЭКГ-сигнал будет своевременно откорректирован.

На Фиг.6 показано, как артефакты движения устраняются из ЭКГ-сигналов с использованием способа по изобретению.

Как показано на Фиг.6, S1 представляет исходный или необработанный ЭКГ-сигнал, полученный от пациента, S2 представляет остаточный сигнал, полученный путем вычитания текущего осредненного импульса из текущего импульса, S3 представляет отфильтрованный остаточный сигнал, подвергнутый кусочной фильтрации на основе характеристик ЭКГ-сигнала, а S4 представляет видоизмененный текущий импульс (т.е. сигнал, из которого артефакты движения устранены), полученный путем прибавления текущего осредненного импульса обратно к отфильтрованному сигналу. Кроме того, период T, показанный на Фиг.6, обозначает период, в течение которого получают исходный осредненный импульс из заданного числа последовательных импульсов в ЭКГ-сигнале.

Из Фиг.6 ясно, что с помощью способа 10 по настоящему изобретению артефакты ЭКГ, вызванные перемещением пациента, уменьшены, а значит, SNR ЭКГ-сигналов стало существенно выше.

Хотя на Фиг.5 показана только основная блок-схема устройства 50 согласно настоящему изобретению, специалисты в данной области техники поймут, что может присутствовать блок, соответствующий каждому этапу вышеописанных способов 10, в том числе этапам, показанным на Фиг.2-4, для выполнения соответствующего этапа способа. Например, согласно способу 10, показанному на Фиг.2, устройство 50 по настоящему изобретению может дополнительно содержать компаратор для сравнения коэффициента корреляции с заданным коэффициентом. Например, согласно способу 10, показанному на Фиг.3, устройство 50 по настоящему изобретению может дополнительно содержать блок вычитания для вычитания текущего осредненного импульса из текущего импульса для получения остаточного сигнала; блок фильтра для проведения кусочной фильтрации остаточного сигнала на основе характеристик ЭКГ-сигнала для получения отфильтрованного сигнала; а также блок сложения для прибавления отфильтрованного сигнала обратно к текущему осредненному импульсу для получения видоизмененного текущего импульса.

Что же касается блоков, содержащихся в устройстве 50, в одном примере устройство 50 как таковое может представлять собой персональный компьютер, имеющий ЦП и память, однокристальный микрокомпьютер или один ЦП (т.е. блок обработки). Таким образом, соответствующие блоки, входящие в его состав, могут быть реализованы в виде программного обеспечения или машиночитаемых инструкций.

Однако, как понятно специалистам в данной области техники, соответствующие блоки могут также представлять собой объекты аппаратного обеспечения. Другими словами, устройство 50 может быть образовано определенными модулями аппаратного обеспечения. Каждый из блоков может быть реализован с помощью одного процессора или множества процессоров.

Следует отметить, что этапы способа, показанного в настоящем изобретении, не должны ограничиваться вышеперечисленными этапами. Специалистам в данной области техники понятно, что различные аспекты заявленного изобретения могут быть воплощены на практике в других примерах, не содержащих указанные характерные детали.

Кроме того, как понятно специалистам в данной области техники, в пункте формулы изобретения, касающемся устройства, в котором перечислен ряд средств, некоторые из этих средств могут осуществляться одним и тем же элементом аппаратного обеспечения. Тот факт, что определенные меры упоминаются во взаимно отличных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих мер не может быть использовано с выгодой.

Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, но не ограничивают изобретение, при этом специалисты в данной области техники смогут разработать альтернативные варианты осуществления, не выходя за границы объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения. В формуле изобретения ни одну из ссылочных позиций, помещенных в круглые скобки, не следует рассматривать как ограничивающую формулу изобретения. Термин "содержащий" не исключает наличия элементов или этапов, не перечисленных в формуле изобретения или в описании. Неопределенный артикль "a" или "an", стоящий перед элементом, не исключает наличия множества таких элементов. В пункте формулы изобретения, касающемся системы, в котором перечислен ряд блоков, некоторые из этих блоков могут осуществляться одним и тем же элементом программного обеспечения и/или аппаратного обеспечения. Использование терминов первый, второй, третий и т.д. не указывает на какое-либо упорядоченное расположение. Эти термины следует понимать как названия.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к диагностике сердечно-сосудистой системы. Выполняют захват текущего импульса с использованием блока сбора данных из непрерывно измеряемого ЭКГ-сигнала пациента. Вычислят коэффициент корреляции с использованием первого вычислительного блока между предыдущим осредненным импульсом и текущим импульсом в ЭКГ-сигнале. Определяют весовые коэффициенты с использованием блока определения, которые требуется присвоить предыдущему осредненному импульсу и текущему импульсу на основе коэффициента корреляции. Затем выполняют расчет текущего осредненного импульса с использованием второго вычислительного блока на основе предыдущего осредненного импульса, текущего импульса и их весовых коэффициентов, присвоенных соответственно предыдущему осредненному импульсу на основе коэффициента корреляции. При этом различные коэффициенты в динамическом режиме присваивают как предыдущему осредненному импульсу, так и текущему импульсу согласно корреляции между формой текущего импульса и предыдущего осредненного импульса. Способ осуществляется посредством устройства. Группа изобретений позволяет уменьшить артефакты ЭКГ, вызванные перемещением пациента, так чтобы SNR ЭКГ-сигнала можно было существенно повысить. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ уменьшения артефактов движения в ЭКГ-сигналах, содержащий:

захват текущего импульса из с использованием блока сбора данных из непрерывно измеряемого ЭКГ-сигнала пациента;

вычисление коэффициента корреляции с использованием первого вычислительного блока между предыдущим осредненным импульсом и текущим импульсом в ЭКГ-сигнале;

определение весовых коэффициентов с использованием блока определения, которые требуется присвоить предыдущему осредненному импульсу и текущему импульсу на основе коэффициента корреляции; а также

расчет текущего осредненного импульса с использованием второго вычислительного блока на основе предыдущего осредненного импульса, текущего импульса и их весовых коэффициентов, присвоенных соответственно предыдущему осредненному импульсу на основе коэффициента корреляции, причем различные коэффициенты могут в динамическом режиме присваиваться как предыдущему осредненному импульсу, так и текущему импульсу согласно корреляции между формой текущего импульса и предыдущего осредненного импульса.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором сравнивают коэффициент корреляции с заданным коэффициентом.

3. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых:

вычитают текущий осредненный импульс из текущего импульса для получения остаточного сигнала;

проводят фрагментированную фильтрацию остаточного сигнала на основе характеристик ЭКГ-сигнала для получения отфильтрованного сигнала; а также

прибавляют отфильтрованный сигнал обратно к текущему осредненному импульсу для получения видоизмененного текущего импульса.

4. Способ по п. 3, дополнительно содержащий этапы, на которых:

выделяют из ЭКГ-сигнала характеристики сигнала, при этом характеристики сигнала включают в себя огибающую шума, информацию о корреляции, положения пиков зубца P, зубца комплекса QRS и зубца T и интервалы сегментов, а также

выбирают зубец P, зубец комплекса QRS или зубец T или любого их сочетания в качестве обрабатываемого импульса.

5. Способ по п. 3, в котором, когда зубец комплекса QRS выбирается в качестве импульса, который требуется обработать,

этап проведения фрагментированной фильтрации дополнительно содержит подэтапы:

идентификации сегмента комплекса QRS и сегментов T-P на основе характеристик сигнала; а также проведения фильтрации соответственно на различных сегментах, используя различные фильтры.

6. Способ по п. 1, в котором применяют, предпочтительно, сигналы электрокардиограммы (ЭКГ) одного канала.

7. Устройство для уменьшения артефактов движения в ЭКГ-сигналах, с использованием способа по п. 1, содержащее:

блок сбора данных для захвата текущего импульса из непрерывно измеряемого ЭКГ-сигнала пациента;

первый вычислительный блок для вычисления коэффициента корреляции между предыдущим осредненным импульсом и текущим импульсом в ЭКГ-сигнале;

блок определения для определения весовых коэффициентов, которые требуется присвоить предыдущему осредненному импульсу и текущему импульсу на основе коэффициента корреляции; а также

второй вычислительный блок для расчета текущего осредненного импульса на основе предыдущего осредненного импульса, текущего импульса и их весовых коэффициентов.

8. Устройство по п. 7, дополнительно содержащее компаратор для сравнения коэффициента корреляции с заданным коэффициентом.

9. Устройство по п. 7, дополнительно содержащее:

блок вычитания для вычитания текущего осредненного импульса из текущего импульса для получения остаточного сигнала;

блок фильтра для проведения фрагментированной фильтрации остаточного сигнала на основе характеристик ЭКГ-сигнала для получения отфильтрованного сигнала; а также

блок сложения для прибавления отфильтрованного сигнала обратно к текущему осредненному импульсу для получения видоизмененного текущего импульса.

10. Устройство по п. 9, дополнительно содержащее:

блок выделение для выделения из ЭКГ-сигнала характеристик сигнала, при этом характеристики сигнала включают в себя огибающую шума, информацию о корреляции, положения пиков зубца P, зубца комплекса QRS и зубца T и интервалы сегментов, а также блок выбора для выбора зубца P, зубца комплекса QRS или зубца T или любого их сочетания в качестве обрабатываемого импульса.

11. Устройство по п. 9, в котором блок выбора осуществляет выбор зубца комплекса QRS в качестве обрабатываемого импульса, дополнительно содержащее: блок идентификации для идентификации сегмента комплекса QRS и сегментов T-P на основе характеристик сигнала, при этом блок фильтрации содержит первую группу фильтров нижних частот и фильтров верхних частот для сегмента комплекса QRS, а также вторую группу фильтров нижних частот и фильтров верхних частот для других сегментов соответственно.

12. Устройство по п. 11, при этом первая группа фильтров нижних частот и фильтров верхних частот для сегмента комплекса QRS и вторая группа фильтров нижних частот и фильтров верхних частот отличаются по частоте среза.