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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf Verfahren zur Echtzeitanzeige von gefilterten
Signalverlaufsdaten und insbesondere auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Echtzeitanzeige von gefilterten Elektrokardiogrammdaten.
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Ein Elektrokardiogramm (EKG) eines
Herzzyklus wird über
sich auf der Oberfläche
des Körpers eines
Patienten befindende Abfühlelektrodenpaare erfaßt und ist
ein sich wiederholender Signalverlauf, der durch eine periodische
elektrische PQRST-Aktivierungsfolge der oberen und unteren Herzkammern gekennzeichnet
ist. Die PQRST-Folge ist mit der sequentiellen Depolarisation und
Kontraktion der Atrien gefolgt von der Depolarisation und Kontraktion
der Ventrikel verbunden, und aufeinanderfolgende PQRST-Komplexe
sind durch eine Basislinie oder einen isoelektrischen Bereich getrennt.
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Wie es in 1 gezeigt ist, beginnt die elektrische
Aktivierungsfolge mit der P-Welle, die die Depolarisation und Kontraktion
der Atrien angibt. Es folgt der QRS-Komplex, der die Depolarisation und Kontraktion
der Ventrikel angibt. Die T-Welle bei dem Ende der ST-Segment-Zeitverzögerung ist
mit der Repolarisation der Ventrikel verbunden. Die über ein Abfühlelektrodenpaar
erfaßte
elektrische PQRST-Aktivierungsfolge mit intakter A-V-Aktivierung ist in
der Form ziemlich vorhersehbar. Die in dem Bereich von normalen
Herzfrequenzen in einer Folge auftretenden P-Wellen-, R-Wellen-
und T-Wellen-Ereignisse werden üblicherweise
durch eine visuelle Untersuchung des durch angebrachte Körperoberflächenelektroden,
die richtig mit den Depolarisationswellen ausgerichtet sind, aufgezeichneten
externen EKG leicht erkannt. Die P-Welle und die R-Welle werden
durch Abfühlverstärker einer Überwachungsvorrichtung
oder Therapiezuführungsvorrichtung,
die mit passend plazierten Abfühlelektrodenpaaren
gekoppelt ist, leicht abgefühlt.
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Das ST-Segment des EKG befindet sich
abhängig
von dem Abfühlelektrodenpaarort
typischerweise in der Amplitude nahe an der Basislinie oder isoelektrischen
Amplitude des zwischen PQRST-Folgen abgefühlten Signals. Während Abschnitten
einer Myokardischämie
wird die ST-Segment-Amplitude von
der Basislinie erhöht
oder gesenkt (abhängig
von der Positionierung der EKG-Abfühlelektroden in bezug auf das
Herz). Diese ST-Segment-Abweichungen können durch eine visuelle Untersuchung
leicht erkannt werden.
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Die EKG-Signale sind jedoch typischerweise einem
niederfrequenten Rauschen (wie beispielsweise von der Atmung, die
mit einer niedrigeren Frequenz als der Herzfrequenz auftritt) ausgesetzt,
was zu einer Basisliniendrift führt.
Eine derartige Wirkung kann dazu führen, daß der EKG-Signalverlauf schwer
abzulesen ist, besonders bei einer Anzeigevorrichtung, bei der mehrere
EKG-Signalverläufe gleichzeitig
dargestellt werden. Gegenwärtig
sind Filtertechniken vorhanden, die die Basisliniendrift aggressiv
entfernen, aber auch zu einem gestörten Abschnitt des EKG-Signalverlaufs
(z.B. des ST-Segments)
führen
und/oder eine Verzögerung
in die Anzeigedarstellung einführen.
Falls eine Filtertechnik auf die Minimierung der Störung oder
Beseitigung einer Verzögerung
abzielt, wird dies typischerweise zu dem Preis einer nicht aggressiven
Korrektur der Basislinie erreicht. Entsprechend ist es wünschenswert, dazu
in der Lage zu sein, die Basisliniendrift und das niederfrequente
Rauschen unter Erhaltung der Integrität der EKG-Wellen und -komplexe ohne
eine Einführung
einer Verzögerung
in deren Anzeige zu kompensieren.
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Die vorstehend erörterten und andere Nachteile
und Defizite des Stands der Technik werden durch ein Verfahren zur
Anzeige von Signalverlaufsdaten auf einer Anzeigevorrichtung überwunden
oder vermindert. Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel umfaßt das Verfahren
ein Aufteilen eines Anzeigebereichs in einen ersten Abschnitt und
einen unmittelbar an den ersten Abschnitt angrenzenden zweiten Abschnitt.
Der erste Abschnitt wird zur Anzeige eines ersten Segments der Signalverlaufsdaten einschließlich der
zuletzt empfangenen Daten, die sich zu einer bestimmten Verzögerungsperiode
zurück
erstrecken, verwendet. Der zweite Abschnitt wird zur Anzeige eines
zweiten Segments der Signalverlaufsdaten verwendet, wobei das zweite
Segment den Rest der Signalverlaufsdaten umfaßt. Auf die in dem ersten Abschnitt
angezeigten Daten wird eine kontinuierlich variierende Amplitudenpegeleinstellung
für eine
teilweise Basislinienkorrektur davon angewendet, während auf
die in dem zweiten Abschnitt angezeigten Daten eine Einstellung
einer korrigierten Basislinienamplitude ohne eine weitere Amplitudenpegeleinstellung
angewendet wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfaßt ein Verfahren
zur Filterung und Anzeige sequentieller Signalverlaufsdatenabtastwerte
ein Verschieben einer Folge von gespeicherten unkorrigierten Datenabtastwerten
und ein Empfangen und Speichern eines neuen unkorrigierten Datenabtastwerts
daraufhin. Eine Basislinienschätzkorrektur
wird unter Verwendung der gespeicherten unkorrigierten Datenabtastwerte und
des neuen unkorrigierten Datenabtastwerts berechnet. Daraufhin wird
eine Folge von gespeicherten korrigierten Datenabtastwerten verschoben, und ein
neuer korrigierter Datenabtastwert wird bestimmt, indem die Basislinienschätzkorrektur
auf einen spezifischen Datenabtastwert der gespeicherten unkorrigierten
Datenabtastwerte angewendet wird. Eine Folge von temporären Anzeigedatenabtastwerten
wird erzeugt, indem die Basislinienkorrektur auf jeden der gespeicherten
unkorrigierten Datenabtastwerte, die im Anschluß an den spezifischen gespeicherten
unkorrigierten Datenabtastwert gespeichert wurden, sowie auf den
neuen unkorrigierten Datenabtastwert angewendet wird. Daraufhin
werden die Folge von korrigierten Datenabtastwerten, der neue korrigierte Datenabtastwert
und die Folge von temporären
Anzeigedatenabtastwerten jeweils angezeigt.
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In noch einer weiteren Ausgestaltung
umfaßt ein
Elektrokardiogrammsystem (EKG-System) einen Satz von Elektroden
zur Erfassung von EKG-Signalen von einer Testperson und Signalkonditionierungsschaltungen
zur Konditionierung der durch den Satz von Elektroden erfaßten EKG-Signale.
Eine Verarbeitungseinrichtung wird zur Verarbeitung konditionierter
Signale von den Signalkonditionierungsschaltungen verwendet. Darüber hinaus
umfaßt
eine Anzeige zur Anzeige von durch die Verarbeitungseinrichtung
erzeugten EKG-Signalverlaufsdaten ferner einen Anzeigebereich mit
einem ersten Abschnitt und einem unmittelbar an den ersten Abschnitt
angrenzenden zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt wird zur Anzeige
eines die zuletzt empfangenen Daten, die sich zu einer bestimmten
Verzögerungsperiode zurück erstrecken,
darstellenden ersten Segments der Signalverlaufsdaten verwendet,
während
der zweite Abschnitt zur Anzeige eines zweiten Segments der Signalverlaufsdaten,
das den Rest der Signalverlaufsdaten darstellt, verwendet wird.
Auf die in dem ersten Abschnitt angezeigten Daten wird eine kontinuierlich
variierende Amplitudenpegeleinstellung für eine teilweise Basislinienkorrektur
davon angewendet, und auf die in dem zweiten Abschnitt angezeigten
Daten wird eine Einstellung einer korrigierten Basislinienamplitude
ohne eine weitere Amplitudenpegeleinstellung angewendet.
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Auf die beispielhaften Zeichnungen,
in denen gleiche Elemente in den einzelnen Figuren gleich numeriert
sind, Bezug nehmend zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines EKG-Signalverlaufs;
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2 ein
schematisches Blockschaltbild eines beispielhaften EKG-Systems,
das zur Umsetzung eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Offenbarung in die Praxis geeignet ist;
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3(a) bis 3(f) Signalverlaufsanzeigen,
die bekannte Datenfiltertechniken bei ihrer Anwendung auf eine Rechteckwellenrauschstörung veranschaulichen;
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4 ein
schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Datenfilter- und
-anzeigetechnik gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung veranschaulicht;
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5 ein
Flußdiagramm,
das die in 4 gezeigte
Datenfilter- und -anzeigetechnik weiter veranschaulicht;
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6(a) und 6(b) Signalverlaufsanzeigen, die
die Ergebnisse der Anwendung der erfinderischen Datenfilterund -anzeigetechnik
auf die Rechteckwellenrauschstörung
veranschaulichen;
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7(a) bis 7(c) Signalverlaufsanzeigen,
die bekannte Datenfiltertechniken bei ihrer Anwendung auf eine zufällige niederfrequente
Rauschstörung veranschaulichen;
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8(a) bis 8(h) Signalverlaufsanzeigen, die
die Ergebnisse der Anwendung der erfinderischen Datenfilterund -anzeigetechnik
auf eine zufällige
niederfrequente Rauschstörung
veranschaulichen; und
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9(a) bis 9(e) Signalverlaufsanzeigen, die
die Ergebnisse der erfinderischen Datenfilter- und -anzeigetechnik
und der bekannten Techniken bei ihrer Anwendung auf ein wiederholtes
Beispiel für
die gleichen tatsächlichen
EKG-Daten vergleichen.
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Es werden ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Echtzeitanzeige von gefilterten Elektrokardiogrammdaten
offenbart. Kurz dargelegt wird ein Filter mit verzögerter symmetrischer
endlicher Impulsantwort (FIR) realisiert, um einen Abschnitt eines kontinuierlich
eingestellten Gleichspannungspegels eines Anzeigebereichs zu erzeugen.
Dadurch wird eine kontinuierliche, rollende bzw. scrollende Anzeige
bereitgestellt, bei der ein erster Abschnitt der Anzeige einen neueren
Abschnitt der gesamten Signalverlaufsdaten mit einer hinsichtlich
des Pegels kontinuierlich eingestellten, teilweise korrigierten
Basislinie aufweist. Darüber
hinaus weist ein zweiter Abschnitt der Anzeige einen früheren Abschnitt
der gesamten Signalverlaufsdaten mit einer im wesentlichen korrigierten
Basislinie, die mit einer konstanten Amplitude scrollt, auf. Als
Ergebnis dieser Technik bleibt das ST-Segment eines angezeigten
EKG-Signalverlaufs ungestört.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die symmetrische
FIR derart entworfen, daß sie
eigentlich eine Dreieckimpulsantwort mit einer gesamten Breite von
etwas mehr als zwei Sekunden ist. Entsprechend ist eine Verzögerung von
etwa einer Sekunde vor der Filterung realisiert, und somit befindet
sich der Abschnitt des kontinuierlich eingestellten Gleichspannungspegels
(d.h. der erste Abschnitt) des Anzeigebereichs auf der rechten Seite
der Anzeige und deckt eine Anzeigestrecke von annähernd einer
Sekunde ab. Die Verzögerung
kann jedoch über
einen größeren Zeitbereich
von etwa 0,5 Sekunden bis etwa 3,0 Sekunden realisiert werden. Herkömmlich treten
für EKG-Systeme
neue Daten an der rechten Kante davon in den Anzeigebereich ein,
während ältere Daten in
einer Richtung nach links über
den Bereich scrollen. Zur Realisierung der Basislinienkorrektur
wird der erste Abschnitt des Anzeigebereichs zu jeder Bildschirmaktualisierungszeit
vollständig übermalt, während im
Gegensatz dazu die in dem zweiten Abschnitt des Anzeigebereichs
gezeigten Daten einfach zu jeder Aktualisierungszeit um eine konstante
Anzahl von Bildelementen gescrollt (d.h. nach links verschoben)
werden. Eine derartige Anzeige ist mit modernen Computervideoanzeigen,
die zum Übermalen des
ganzen Bildschirms bei jeder Vertikalaktualisierungsperiode (annähernd 70
Mal pro Sekunde) in der Lage sind, möglich.
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Anfänglich auf 2 Bezug nehmend ist ein beispielhaftes
EKG-System 100 gezeigt, das zur Umsetzung eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Offenbarung in die Praxis geeignet ist. Das System 100 kann
z.B. in einer klinischen Ausstattung oder vielleicht während des
physiologischen Belastungstests des Herzens eines Patienten verwendet werden.
Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
umfaßt
das System 100 einen Satz 105 von Elektroden 110,
bei denen es sich um Standard-EKG-Elektroden oder möglicherweise eine zur Abdeckung
der vorderen, seitlichen und hinteren Bereiche des Rumpfs des Patienten
angewendete regelmäßige Anordnung
von Elektroden handeln kann. Während
die Elektroden 110 getrennt voneinander funktionieren,
können
sie derart physisch aneinander befestigt sein, daß sie ein
flexibles Band oder einen anderen Aufbau bilden.
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Darüber hinaus umfaßt das System 100 ferner
einen Satz von Leitungen 115, die die Elektroden mit einer
Systemsteuereinrichtung 120 verbinden. Die Steuereinrichtung 120 umfaßt Signalkonditionierungsschaltungen 125 und
eine Verarbeitungseinrichtung 130. Die Signalkonditionierungsschaltungen 125 empfangen
analoge Signale von den Leitungen 115 als Eingaben darin
und stellen konditionierte digitale Signale für die Verarbeitungseinrichtung 130 als
Ausgaben bereit. Die Verarbeitungseinrichtung 130 verarbeitet
dann wieder die konditionierten Signale zur Erzeugung von Ausgabeergebnissen,
die danach für
eine angeschlossene Anzeige 135 und/oder eine Ausgabevorrichtung 140 wie
beispielsweise einen Drucker bereitgestellt werden. Falls sie bei
einer Belastungstestanwendung verwendet wird, kann die Verarbeitungseinrichtung 130 ferner
eine Trainingsvorrichtung wie beispielsweise ein Laufband 145 mit
einer programmierbaren Neigung und Laufgeschwindigkeit durch über ein
Kabel 150 zugeführte
Steuersignale steuern. Ähnlich
kann eine optionale Aufzeichnungsvorrichtung 155 eines
ambulanten Systems zur Aufzeichnung von Signalen von den Leitungen
für eine
erweiterte Zeitdauer (z.B. 24 Stunden) verwendet werden. Die Aufzeichnungsvorrichtung 155 wird
daraufhin mit der Steuereinrichtung 120 verbunden, um der
Steuereinrichtung 120 die Verarbeitung der aufgezeichneten
Daten zu ermöglichen.
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Wie vorher dargelegt sind mit der
Echtzeitanzeige von herkömmlich
gefilterten EKG-Daten verbundene Probleme vorhanden, die insbesondere
mittels eines ziemlich vereinfachten Beispiels veranschaulicht sind.
Nachstehend auf 3(a) und 3(b) Bezug nehmend ist ein
Paar von Signalverlaufsanzeigen eines periodischen Dreieckimpulses,
der die allgemeine Form des QRS-Komplexes nachahmt, gezeigt. Der
obere Signalverlauf wie in den Figuren angegeben stellt das durch
ein Rechteckwellenrauschen gestörte
Rohsignal bzw. unverarbeitete Signal dar, während der untere Signalverlauf
das (ebenfalls durch ein Rechteckwellenrauschen gestörte) gleiche Signal
bei einer Filterung durch ein 0,037 Hz Hochpaßfilter darstellt. Es ist zu
sehen, daß das
0,037 Hz Filter mit Bezug auf ein Zurückführen des Signalverlaufs zurück zu seinem
Basislinienpegel langsam anspricht, während es die Integrität des Dreieckimpulses
erhält.
Wenn wie in 3(b) gezeigt
das Rechteckwellenrauschen entfernt wird, fällt der Signalverlauf unter
die Basislinie und ist bei einem Zurückkehren nach oben zurück zu der
Basislinie langsam.
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Wenn ein 0,597 Hz Hochpaßfilter
verwendet wird, ist im Gegensatz dazu eine viel schnellere Rückkehr zu
der Basislinie vorhanden, wie es in 3(c) und 3(d) gezeigt ist. Es ist
jedoch auch zu bemerken, daß dieses
Filter die abfallende Flanke des Dreieckimpulses stört, indem
es sie unter den Pegel des Beginns der ansteigenden Flanke eintaucht.
Unglücklicherweise
kann eine derartige Störung
zu einer ungenauen Interpretation einer tatsächlichen EKG-Ablesung führen. Somit
ist dieser spezielle Typ von aggressiver Filterung des Signalverlaufs ebenso
unerwünscht
wie eine lange Ansprechzeit. Noch ein weiterer Typ von Filtertechnik
besteht in dem, auf was als parabolische Basislinienkorrektur Bezug
genommen wird und in 3(e) und 3(f) veranschaulicht ist.
Es ist zu sehen, daß die
parabolische Basislinienkorrektur nicht zu so viel Störung wie das
0,597 Hz Hochpaßfilter
führt,
aber auch bei einem Zurückführen des
Signalverlaufs zu der Basislinie nicht so aggressiv ist.
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Daher werden gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Echtzeitanzeige
von gefilterten Daten wie beispielsweise Elektrokardiogrammdaten
offenbart. Nachstehend auf 4 Bezug
nehmend ist ein schematisches Diagramm gezeigt, das die Prinzipien
der vorliegenden Filter- und Anzeigetechnik veranschaulicht. Ein
Anzeigezwischenspeicher 200 enthält die letzten EKG-Signalverlaufsdaten,
die wie beispielsweise auf der Anzeige 135 gemäß 2 anzuzeigen sind. Lediglich
beispielhaft sind die EKG-Daten für einen Sechs-Sekunden-Anzeigezwischenspeicher
bei einer Frequenz von 240 Abtastwerten pro Sekunde konfiguriert,
wobei in jedem Augenblick in der Zeit eine Gesamtheit von 1440 Datenabtastwerten
angezeigt wird. Offensichtlich ist dann, wenn eine größere oder
kleinere Dauer des Signalverlaufssignals angezeigt wird oder wenn
eine andere Abtastfrequenz verwendet wird, die gesamte Anzahl von
auf einmal angezeigten Datenabtastwerten eine andere.
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Wie in 4 gezeigt
sind die 1440 gesamten Datenabtastwerte als Dt bis
Dt-1439T bezeichnet. Der
neueste angezeigte Datenabtastwert ist Dt (ganz
rechts in dem Anzeigezwischenspeicher 200), während der älteste angezeigte
Datenabtastwert Dt-1439T (ganz links in dem
Anzeigezwischenspeicher) ist, wobei T eine Abtastperiode von annähernd 4,17
Millisekunden darstellt und t die aktuelle Zeit darstellt. Bei diesem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
wird es angenommen, daß die
Anzeige mit der gleichen Frequenz aktualisiert wird, mit der neue
Eingabeabtastwerte verfügbar
werden.
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Zusätzlich zu dem Anzeigezwischenspeicher 200 wird
ein Zwischenspeicher für
gefilterte Daten 202 zur Speicherung und Verschiebung von
hinsichtlich der Basislinie korrigierten Daten verwendet. Die hinsichtlich
der Basislinie korrigierten Daten in dem Zwischenspeicher für gefilterte
Daten 202 werden direkt in entsprechende Orte in dem Anzeigezwischenspeicher 200 geleitet.
Es sind diese hinsichtlich der Basislinie korrigierten Daten, die
für die
Anzeige und das Scrollen in einem zweiten Abschnitt der Anzeige 135 verwendet
werden. Die Datenabtastwerte in dem Zwischenspeicher für gefilterte
Daten 202 sind als Yt-256T bis
Yt-1439T bezeichnet, was andeutet, daß die frühesten der
hinsichtlich der Basislinie korrigierten Daten nach einer Verzögerung von
etwa 1,06 Sekunden angezeigt werden. Unmittelbar rechts von dem Zwischenspeicher
für gefilterte
Daten 202 befindet sich ein Speicherelement 204,
das als Yt-255T bezeichnete Abtastwertdaten
hält. Hier
wird die Einstellung einer gewichteten durchschnittlichen Basislinie
bei den unverarbeiteten abgetasteten Daten ausgebildet, bevor sie
den Zwischenspeicher für
gefilterte Daten 202 erreichen. Schließlich wird ein Zwischenspeicher
für ungefilterte
Daten 206 zur Speicherung und (anschließenden) Verschiebung der letzten
511 ungefilterten Datenabtastwerte, die durch das FIR-Filter verwendet
werden, verwendet. Entsprechend sind die in dem Zwischenspeicher
für ungefilterte
Daten 206 enthaltenen Datenabtastwerte als Xt bis
Xt-510T bezeichnet, wobei Xt den
neuesten unkorrigierten Eingabeabtastwert darstellt und Xt-510T den ältesten unkorrigierten Eingabeabtastwert
darstellt.
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Das symmetrische FIR-Filter verwendet
alle 511 ungefilterten Abtastwerte, die bei dem Abtastwert Xt-255T zentriert sind, zur Berechnung einer
Schätzung einer
durchschnittlichen Basislinie für
jede Bildschirmaktualisierung. Daraufhin wird die berechnete Basislinienschätzung B
von dem Datenabtastwert Xt-255T subtrahiert,
um Yt-255T zu berechnen, das wie vorher dargelegt
als Dt-255T direkt zu dem Anzeigezwischenspeicher
geleitet wird. Ferner wird die berechnete Basislinienschätzung B
auch bei der Anzeige der letzten 255 Abtastwerte (Dt bis
Dt-254T) verwendet. Dies sind die in dem
Abschnitt eines kontinuierlich eingestellten Gleichspannungspegels
(d.h. dem ersten Abschnitt) des Anzeigebereichs auf der rechten
Seite der Anzeige 135, der eine Anzeigestrecke von etwa einer
Sekunde abdeckt, enthaltenen Daten.
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Nachstehend auf 5 Bezug nehmend ist ein Flußdiagramm 300 gezeigt,
das den Prozeß veranschaulicht,
mit dem das Verfahren arbeitet, um neue EKG-Signalverlaufsdaten
zu empfangen und die neuen Daten zusammen mit den letzten Datenabtastwerten
anzuzeigen. Bei einem Block 302 beginnend wird jeder der
vorher gespeicherten 511 ungefilterten Datenabtastwerte in dem Zwischenspeicher für ungefilterte
Daten 206 herübergeschoben
(wobei der vorher älteste
Abtastwert bei Xt-510T beseitigt wird).
Dies macht den Weg für
einen neuen, unkorrigierten EKG-Datenabtastwert frei, der in dem
Zwischenspeicher für
ungefilterte Daten 206 bei Xt zu empfangen
ist, wie es in einem Block 304 gezeigt ist.
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Sobald der neueste EKG-Abtastwert
bei Xt empfangen ist, wird eine neue Basislinienschätzung aus
den aktuellen 511 ungefilterten Abtastwerten berechnet, wie es in
einem Block 306 gezeigt ist. Dies kann durch den Faltungsausdruck
dargestellt werden: B = FIRTiefpaß·Xt-nT (für
n = 0 bis 510). Daraufhin werden in einem Block 308 die
vorherigen Datenabtastwerte (insgesamt 1184) in dem Zwischenspeicher für gefilterte
Daten 202 herübergeschoben,
um Platz für
den aus dem Speicherelement 204, das die als Yt-255T bezeichneten
Abtastdaten hält,
herausgeschobenen Datenabtastwert zu schaffen. Dann ist wieder das
Speicherelement 204 zur Annahme des neuesten korrigierten
Abtastwerts auf der Grundlage der neu berechneten Basislinienschätzung B
frei, wobei wie vorher dargelegt: Yt-255T =
Xt-255T – B. Dieser Schritt ist in
einem Block 310 gezeigt. Wie ebenfalls vorher dargelegt
geht das Verfahren zu einem Block 312 über, in dem zusätzliche
"temporäre"
Anzeigeabtastwerte aus dert letzten 255 ungefilterten Datenabtastwerten
(d.h. Xt bis Xt-254T)
erzeugt werden, indem B davon subtrahiert wird. Schließlich wird
in einem Block 314 der ganze Anzeigebereich unter Verwendung
der aktualisierten 1185 korrigierten Abtastwerte und der 255 temporären Anzeigeabtastwerte,
die in den Anzeigezwischenspeicher 200 geladen werden, aktualisiert.
Die Quelle des in den Anzeigezwischenspeicher 200 geladenen
Datenabtastwerts Dt-nT wird beschrieben
durch: Dt-nT = Xt-nT – B
(für n
= 0 bis 254) Dt-nT =
Yt-nT (für
n = 255 bis 1439)
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Die Wirkungen des vorstehend beschriebenen
Verfahrens werden durch eine Beobachtung einer sich bewegenden,
dynamischen Ansicht eines Signalverlaufs bei dessen Scrollen über eine
Anzeige am besten erkannt. Dennoch veranschaulichen 6(a) und 6(b) die
Leistungsfähigkeit
des Datenanzeigeverfahrens bei seiner Anwendung auf die in 3(a)–3(f) verwendeten Beispiele
für Dreieckimpuls/Rechteckwellenstörung ein
wenig. Es ist zu bemerken, daß die
Basislinienkorrektur tatsächlich
vor der ansteigenden Flanke der Rechteckwelle in dem unverarbeiteten
Signal beginnt und somit die anfängliche
Basislinienverschiebung nach oben lediglich ungefähr die Hälfte derjenigen
des ungefilterten Signalverlaufs beträgt. Dies ist das Ergebnis der
verzögerten
Basislinienkorrektur durch das symmetrische FIR-Filter, das die
vor und nach dem Korrekturpunkt der Anzeige auftretenden ungefilterten
Datenabtastwerte verwendet. Es ist ebenfalls zu bemerken, daß die für die Rückkehr zu
der Basislinie benötigte
Zeit im Vergleich zu dem aggressiven 0,597 Hz Filter (3(c) und 3(d)) günstig ist, nur ohne die Signalstörung.
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Ein realistischeres Beispiel für ein zufälliges niederfrequentes
Rauschen, mit dem der Dreieckimpulssignalverlauf beaufschlagt ist,
ist in 7(a)–7(c) gezeigt. 7(a) veranschaulicht die Leistungsfähigkeit
des 0,037 Hz Filters gegenüber dem
ungefilterten Rohsignal. Wie es gezeigt ist, stellt das 0,037 Hz
Filter eine sehr kleine Verbesserung der Basislinienkorrektur bereit,
wobei die Impulse aus dem gefilterten Signal sich lediglich geringfügig näher an der
Basislinie befinden als das ungefilterte Rohsignal. In 7(b) stellt das 0,597 Hz
Filter eine viel bessere Basislinienkorrektur des Zufallsrauschens
bereit, aber wieder ist mehr Störung
des Dreieck-QRS-Impulses selbst vorhanden. Wieder stellt die in 7(c) gezeigte Technik der
parabolischen Basislinienkorrektur einen Kompromiß zwischen
Basislinienkorrektur und Signalstörung bereit, ist aber immer
noch nicht so aggressiv, wie es wünschenswert ist.
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Im Gegensatz dazu ist die Leistungsfähigkeit des
vorliegenden Verfahrens bei dem Zufallsrauschen in 8(a) bis 8(h) veranschaulicht,
die von einem Computerbildschirm aufgenommene sequentielle Bilder
bei dem Scrollen der Signalverläufe über die
Zeit zeigen. Bei diesem Demonstrationsprogramm ist der Computerbildschirm
in einen ersten Abschnitt 404 und einen zweiten Abschnitt 402 aufgeteilt,
die durch eine gestrichelte Linie 406 getrennt sind. Es
sollte beachtet werden, daß die
zwischen den ersten und zweiten Abschnitten des Computerbildschirms
gezeigte tatsächliche
Zeitaufteilung, die in der Natur beispielhaft ist, nicht notwendigerweise der
vorher beschriebenen spezifischen Anzeige mit 1440 Abtastwerten
entspricht. Vielmehr liegt die Bedeutung von 8(a) bis 8(h) in
den verschiedenen Anzeigetechniken zwischen den ersten und zweiten Abschnitten.
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8(a) zeigt
ein zu einer Anfangszeit t0 aufgenommenes
erstes Bild, bei dem ein erster Rohsignaldreieckimpuls δ(0) auf der
rechten Seite der Anzeige erscheint. Der als δ'(0) beschriftete entsprechende
gefilterte Impuls ist in dem ersten Abschnitt 404 der Bildschirms
gezeigt. Der zweite Abschnitt 402 des Bildschirms scrollt
die Signalverlaufsdaten in einer bekannten Art und Weise, während der
erste Abschnitt 404 die kontinuierliche Gleichspannungspegelkorrektur
bereitstellt.
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8(b) zeigt
eine zu einer Zeit t1 aufgenommene Bildschirmaufnahme.
Wie es gezeigt ist, hat sich die Position von δ'(0) mit Bezug auf die Basislinie durch
ein Bewegen nach oben von ihrer (in Phantomdarstellung gezeigten)
Position zu der Zeit t0 geändert. Dies
spiegelt die in dem ersten Abschnitt 404 der Anzeige stattfindende
aktive Basislinienkorrektur wider. Insbesondere wird die spezifische
Basislinienkorrektur durch die symmetrische FIR-Filterung bestimmt,
die bei der gestrichelten Linie 406 zentriert ist. In dem
zweiten Abschnitt 402 der Anzeige hat jedoch keine Amplitudenänderung
bei dem gefilterten Signal mit Bezug auf die Zeit stattgefunden,
da es einfach herüberscrollt.
Die nächste
sequentielle Aufnahme ist in 8(c) gezeigt
und zu der Zeit t2 aufgenommen. (Es sollte
an diesem Punkt beachtet werden, daß die spezifischen Zeitintervalle
zwischen den Figuren nicht notwendigerweise zu äquidistanten Zeitintervallen
genommen sind, da die vorliegenden Beispiele in der Natur lediglich
veranschaulichend sein sollen.) Wieder hat die Position von δ'(0) fortgefahren,
im Vergleich zu ihrer Position bei t1 und
t0 mit Bezug auf die Basislinie leicht zu
sinken. Wäre
die zu betrachtende Anzeige zwischen t0 und
t2 in Echtzeit, würde der Impuls δ(0) bei seiner
Bewegung von rechts nach links abfallend erscheinen. Zu der gleichen
Zeit wäre
keine Amplitudenänderung
in dem sich in dem zweiten Abschnitt 402 befindenden Teil dgs
gefilterten Signalverlauf bei seiner Bewegung von rechts nach links
vorhanden.
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Nachstehend auf 8(d) Bezug nehmend ist zu einer Zeit
t3 ein neuer Impuls δ(1) in dem Signalverlauf
des unverarbeiteten Signals zusammen mit dem entsprechenden gefilterten
Impuls δ(1)
in dem ersten Abschnitt 404 der Anzeige erschienen. Bis
zu dieser Zeit ist δ'(0)
zu dem zweiten Abschnitt 402 herübergescrollt und wird für den Rest
seiner Scrollzeit über
die Anzeige keiner Amplitudenkorrektur mehr unterworfen. Unterdessen
ist in 8(e), die zu
einer Zeit t4 aufgenommen ist, der Impuls δ(1) zwischen
t3 und t4 mit Bezug
auf die Basislinie angestiegen. Während dieser Zeit ist es zu
bemerken, daß δ'(0) nun,
da er sich in dem zweiten Abschnitt 402 der Anzeige befindet,
seine Amplitudenposition nicht geändert hat.
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Zu 8(f) zu
einer Zeit t5 vorrückend ist es zu sehen, daß δ'(1) nun
von seiner Position bei t4 dynamisch abgefallen
ist, während
er dabei ist, von dem ersten Abschnitt 404 zu dem zweiten
Abschnitt 402 überzugehen.
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Darüber hinaus ist ein neuer Impuls δ(2) (und δ'(2)) in
dem Abschnitt der Anzeige ganz rechts erschienen. Es ist ferner
zu bemerken, daß die
Amplitudenposition von δ'(0)
die gleiche geblieben ist, während
er sich immer noch weiter nach links bewegt. Daraufhin ist in 8(g), die zu einer Zeit
t6 aufgenommen ist, die Basislinienkorrekturbewegung von δ'(2) nach
unten veranschaulicht, während
er in dem ersten Abschnitt 404 bleibt. Wieder verschieben sich
sowohl δ'(1)
als auch δ'(0),
die sich in dem zweiten Abschnitt 402 befinden, mit Bezug
auf die Basislinie nicht. Zuletzt zeigt 8(h) eine zu einer Zeit t7 aufgenommene
Bildschirmaufnahme, in der es zu sehen ist, daß δ'(2) vor seinem Herüberscrollen
zu dem zweiten Abschnitt 402 zurück nach oben verschoben wurde.
Ein neuer Signalverlauf δ(3)
erscheint nun in dem ersten Abschnitt 404, während δ'(0) vollständig
von der linken Seite der Anzeige heruntergescrollt ist. Durch ein
Betrachten von 8(a) bis 8(h) wird somit ein Beurteilungsmaßstab für die "peitschenartige"
("whiplike") Korrekturaktion in dem ersten Abschnitt 404 der
Anzeige erreicht.
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Schließlich werden die Ergebnisse
des vorliegenden Verfahrens mit den vorher erörterten bekannten Filtertechniken
bei ihrer Anwendung auf in 9(a) bis 9(e) gezeigte tatsächliche
EKG-Signalverläufe
verglichen. In 9(a) sind
drei einzelne Ablesungen eines unverarbeiteten EKG-Signals vorhanden,
wobei das Zufallsrauschen tatsächlich
ein Überkreuzen
der unteren zwei Signalverläufe übereinander
verursacht hat. In 9(b) ist
dem gleichen Rauschen durch den 0,037 Hz Hochpaßfilter nicht wirksam abgeholfen
worden, da die zwei unteren Signalverläufe sich immer noch kreuzen.
Das 0,597 Hz Hochpaßfilter
stellt die aggressive Basislinienkorrektur durch ein Entwirren der
unteren zwei Signalverläufe
in 9(c) bereit, aber
wieder kann die Signalstörung
zu einer Fehlinterpretation des EKG führen. In 9(d) ist die parabolische Basislinienkorrektur wie
das 0,037 Hz Filter relativ unwirksam. 9(e) zeigt es jedoch, daß das vorliegende
Verfahren bei der Entfernung der Basisliniendrift ohne eine Störung des
EKG am wirksamsten ist.
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Die Anwendbarkeit des vorstehend
beschriebenen Verfahrens umfaßt
alle Echtzeitherzüberwachungsvorrichtungen,
invasiven elektrophysiologischen Systeme (EP-Systeme), Trainingsbelastungstestgeräte, Defibrillatoren
und EKG-Wagen mit
einer Echtzeitrhythmusbetriebsart und CRT- oder LCD-Anzeigen. Die
Datenfilter- und -anzeigetechniken sind jedoch nicht auf die Anzeige
von EKG-Daten beschränkt,
sondern können
allgemein bei einem System Anwendung finden, bei dem eine Anzeige
von Signalverlaufsdaten wie beispielsweise Plethysmographdaten,
Blutdruckdaten oder geologischen/seismischen Daten in Echtzeit erwünscht ist.
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Darüber hinaus ist die vorliegende
Technik nicht nur auf eine Anzeige mit einem scrollenden Signalverlauf
beschränkt,
sondern kann auch mit einer Anzeige mit einer "Wischerleiste" ("wiper
bar display") verwendet werden. Bei einer Wischerleistenanzeige
bewegt sich typischerweise eine schmale vertikale Leiste von links
nach rechts über
einen Bildschirm, wobei die letzten Signalverlaufsdaten der Leiste
auf ihrer linke Seite unmittelbar nacheilen. Wenn die Leiste das
Ende des Bildschirms an der rechten Seite erreicht, läuft sie
zurück
zu der linken Seite des Bildschirms um und löscht anschließend die älteren Daten
rechts von der Leiste. Bei diesem Typ von Anzeige könnte die
Wischerleiste (z.B.) ein nacheilendes Fenster von einer Sekunde
aufweisen, in dem die Daten hinsichtlich des Pegels kontinuierlich
eingestellt werden, wobei die Basislinie teilweise korrigiert wird.
Die verbleibenden Daten auf dem Bildschirm werden hinsichtlich der
Basislinie korrigiert und nicht weiter hinsichtlich des Pegels eingestellt, bevor
sie schließlich
gelöscht
werden.
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Wie es zu erkennen ist, kann die
offenbarte Erfindung in der Form von durch einen Computer oder eine
Steuereinrichtung realisierten Prozessen und Vorrichtungen zur Umsetzung
der Prozesse in die Praxis realisiert werden. Die Erfindung kann
auch in der Form von Anweisungen enthaltendem Computerprogrammcode,
der in greifbaren Trägern
wie beispielsweise Disketten, CD-ROM, Festplattenlaufwerken oder
einem anderen von einem Computer lesbaren Speicherträger verkörpert ist,
verkörpert
werden, wobei dann, wenn der Computerprogrammcode in einen Computer
oder eine Steuereinrichtung geladen und durch den Computer oder
die Steuereinrichtung ausgeführt
wird, der Computer eine Vorrichtung zur Umsetzung der Erfindung
in die Praxis wird. Die Erfindung kann auch in der Form von Computerprogrammcode
oder einem Signal verkörpert
sein, sei es z.B. bei einem Speichern in einem Speicherträger, bei
einem Laden in und/oder Ausführen
durch einen Computer oder eine Steuereinrichtung oder bei einem Übertragen über einen Übertragungsträger wie beispielsweise über eine
elektrische Verdrahtung oder Verkabelung, über Lichtwellenleiter oder über elektromagnetische
Strahlung, wobei dann, wenn der Computerprogrammcode in einen Computer
geladen und durch den Computer ausgeführt wird, der Computer eine
Vorrichtung zur Umsetzung der Erfindung in die Praxis wird. Bei
einer Realisierung auf einem Universalcomputer konfigurieren die
Computerprogrammcodesegmente den Mikroprozessor zur Erzeugung spezifischer
Logikschaltungen.
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Während
die Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele
beschrieben ist, ist es für
den Fachmann selbstverständlich,
daß verschiedene Änderungen ausgebildet
und Äquivalente
für Elemente
davon eingesetzt werden können, ohne
von dem Bereich der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können viele
Modifikationen ausgebildet werden, um eine spezielle Situation oder
ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen,
ohne von ihrem wesentlichen Bereich abzuweichen. Daher soll die
Erfindung nicht auf das als den zur Ausführung der Erfindung erwogenen
besten Modus offenbarte spezielle Ausführungsbeispiel beschränkt sein,
sondern die Erfindung soll alle in den Schutzbereich der beiliegenden
Patentansprüche
fallenden Ausführungsbeispiele
umfassen.
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Es wird ein Verfahren (300)
zur Anzeige von Signalverlaufsdaten auf einer Anzeigevorrichtung
offenbart. Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel umfaßt das Verfahren
(300) ein Aufteilen eines Anzeigebereichs in einen ersten
Abschnitt (404) und einen unmittelbar an den ersten Abschnitt
(404) angrenzenden zweiten Abschnitt (402). Der
erste Abschnitt (404) wird zur Anzeige eines ersten Segments der
Signalverlaufsdaten einschließlich
der zuletzt empfangenen Daten, die sich zu einer bestimmten Verzögerungsperiode
zurück
erstrecken, verwendet. Der zweite Abschnitt (402) wird
zur Anzeige eines zweiten Segments der Signalverlaufsdaten verwendet,
wobei das zweite Segment den Rest der Signalverlaufsdaten umfaßt. Auf
die in dem ersten Abschnitt (404) angezeigten Daten wird
eine kontinuierlich variierende Amplitudenpegeleinstellung für eine teilweise
Basislinienkorrektur davon angewendet, während auf die in dem zweiten
Abschnitt (402) angezeigten Daten eine Einstellung einer
korrigierten Basislinienamplitude ohne eine weitere Amplitudenpegeleinstellung
angewendet wird.