JPH0751236A - フィルタ処理されたecg信号のリンギングを除去する装置 - Google Patents

フィルタ処理されたecg信号のリンギングを除去する装置

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JPH0751236A
JPH0751236A JP6164265A JP16426594A JPH0751236A JP H0751236 A JPH0751236 A JP H0751236A JP 6164265 A JP6164265 A JP 6164265A JP 16426594 A JP16426594 A JP 16426594A JP H0751236 A JPH0751236 A JP H0751236A
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JP
Japan
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filter
signal
filtering
ringing
iir
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Pending
Application number
JP6164265A
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English (en)
Inventor
Thomas Ohlsson
オールソン トーマス
Peter Karlsson
カールソン ペーター
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Siemens Elema AB
Original Assignee
Siemens Elema AB
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/30Input circuits therefor

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  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Reverberation, Karaoke And Other Acoustics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 適切なオールパスフィルタを有するECG信
号のリンギングを除去する装置を提供すること。 【構成】 IIRフィルタと、IIRフィルタの2倍の
位相シフトと等しい位相シフトを持つオールパスフィル
タとを有し、オールパスフィルタの零点は、IIRフィ
ルタの極と鏡像関係位置にある零点に置き換えた構成で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アナログ入力信号を一
連のデジタル値に変換するA/Dコンバータと、A/D
コンバータの出力側に接続されたフィルタユニットとを
有するフィルタ処理されたECG信号のリンギングを除
去する装置に関する
【0002】
【従来の技術】信号の種々のフィルタ処理がECG信号
の解析に必要である。
【0003】患者の体、たとえば腕と足とに配設された
2つの電極の間で記録されるECG信号は、ECG信号
に加えて、ECG信号よりかなり大きなDC電位も含ん
でいる。これらのDC電位、または低周波信号は、たと
えば患者の呼吸運動の結果としての生体と電極の相対運
動のため変化する。
【0004】ツーパス(Two−pass)フィルタ処
理は、ECG信号からDC信号と低周波信号とを除去す
る1つの方法である。直線位相を持つフィルタは、非直
線位相を持つフィルタを用いて、信号を順方向(for
ward)と後進方向(backward)の両方のフ
ィルタ処理をすることにより得られ、英国特許第1,5
56,512号明細書を参照すると、アナログフィルタ
を用いたこのフィルタ処理が記載されている。そのよう
なフィルタを用いて、位相ひずみが除去され、ECG信
号形態のひずみを小さくできるので、フィルタ処理では
直線位相が望ましい。しかし、直線位相を持つフィルタ
の欠点は、リンギングの問題を完全に解決できないこと
である。リンギングは残存し、リンギングの形態と持続
時間はフィルタの伝達関数に依存する。いわゆるFIR
フィルタも直線位相を持つフィルタを実現するのに用い
ることができるが、FIRフィルタが制限されたメモリ
容量や制限された計算容量しか持たない装置で実行され
るものであるとすると、フィルタ曲線の傾斜の急峻さを
犠牲にしなければならない。
【0005】European Heart Jour
nal(1991)、12、473−480ページを参
照すると、梗塞後の患者のQRS複合信号の後部でのマ
イクロボルトレベルの小振幅を有する高周波信号の存在
は、将来生命の脅威となる心室の不整脈のリスクが高ま
っている明瞭な徴候であることが示されている。これら
のレイトポテンシャルを識別し、解析するためにハイパ
スフィルタ処理が必要である。したがって、1つの問題
は、QRS信号自体によって惹起され、レイトポテンシ
ャルも埋もれてしまうリンギングである。この問題を解
決するために種々の提案がなされている。LinkとT
rahmsの”Highpass Filters f
or Detecting Late Potenti
als”,Proc.Computers in Ca
rdiology 1992,159−162ページに
おいて、レイトポテンシャルを検出するために非巡回単
調2項ハイパスフィルタを利用することが提案されてい
る。
【0006】米国特許明細書第4,422,459号明
細書に、患者のQRS複合信号の後方の部分に高周波信
号を含むタイムセグメントの有無を解明し、このタイム
セグメントの長さを測定する技術が記載されている。測
定されたアナログのECG信号は、デジタル信号に変換
され、正常なQRS信号は、比較的ノイズの少ない複合
信号を得るために、数百程度の拍動にわたって平均化さ
れる。平均化された複合信号は4次のバタワースフィル
タでハイパスフィルタ処理される。フィルタ処理は、Q
RSの開始+40msまで順方向で実行され、また終わり
から開始+40msの時点まで後進方向で実行される。2
つの信号は結合され、合成信号を形成し、その合成信号
において、リンギングは、QRS信号自体の”誤りとな
る”信号を犠牲にして、QRS信号の直前、直後で避け
られる。フィルタ処理された信号は、いわゆるレイトポ
テンシャルの有無を確認するために測定される。この技
術の欠点は、フィルタ処理の曲線は不連続であり、QR
S複合信号は、誤りとなるエネルギー内容(conte
nt)を有することである。
【0007】米国特許第4,458,691号明細書
に、レイトポテンシャルを検出するためのECG信号を
順方向でハイパスフィルタ処理するシステムが記載され
ており、QRS複合信号の種々のセグメントのフィルタ
処理を選択する適応ハイパスフィルタが、リンギングの
問題を解決するために用いられている。この技術もいく
つかの欠点を有する。したがって、リンギングは完全に
除去されず、できる限りリンギングの影響を軽減するた
めに、直線位相を有するフィルタ長の短いFIRフィル
タが用いられており、周波数分割特性が悪くなる。
【0008】米国特許第4,458,692号明細書
に、ECG信号の順方向のフィルタ処理を介して、レイ
トポテンシャルを検出する別の方法が記載されており、
リンギングの問題を解決するために、入力信号の大きさ
に依存させてフィルタの利得を調節する方法が用いられ
ている。利得を制御する信号はQRS信号を入力信号と
して用いるフィルタからの出力信号にすることができ、
入力信号が所定のレベルを超えた場合、フィルタの利得
を制限すると、たとえば出力信号に上のスパイク状のR
波の影響、つまりスパイク状のR波の後で発生するリン
ギングに関する影響を制限することができる。この方法
も全てのリンギングを除去できず、急峻なフィルタ曲線
の傾斜を犠牲にしなければならないという欠点を有す
る。
【0009】また、米国特許第4,492,235号明
細書は、順方向のQRS信号のフィルタ処理を通しての
レイトポテンシャルの検出に関し、リンギングの問題を
解決するために適応ハイパスフィルタ処理が用いられて
いる。
【0010】米国特許第5,025,794号明細書
に、レイトポテンシャルを順方向でフィルタ処理する別
の方法が記載されており、その方法において、QRS信
号のサンプル値は、順方向と逆方向の両方のフィルタ処
理をされ、フィルタ処理された信号は一緒に加算され、
合成信号は、レイトポテンシャルと相応する信号成分を
生成するために平滑化される。前記明細書に記載の方法
は複雑である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、先技
術における前記の欠点を除去し、フィルタ処理したEC
G信号のリンギングを除去する装置を提供することであ
る。
【0012】本発明の別の課題は、本発明による装置に
用いるのに適切なオールパスフィルタを製作する方法を
示すことである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、フィル
タユニットが、巡回IIRフィルタと、IIRフィルタ
の2倍の位相シフトと等しい位相シフトを持つ後続のオ
ールパスフィルタとを有し、オールパスフィルタ処理
は、IIRフィルタ処理と関連して時間を反転して実行
され、およびオールパスフィルタがIIRフィルタの零
点を、Z平面の単位円でIIRフィルタの極と鏡像関係
位置にある新しい零点に置き換えられた構成を有するこ
とにより達成される。
【0014】本発明による装置は、除去されなければな
らないリンギングを惹起するオリジナルフィルタの位相
シフトの2倍に正確に相当する位相シフトを持つオール
パスフィルタを有する。オールパスフィルタは、オリジ
ナルフィルタ処理の方向に対して時間を反転して、解析
すべき信号の一部に適用される。このように、問題とな
る装置に適用するために、非常に有利な方法でリンギン
グは除去される。したがって、本発明による装置によ
り、信号を巡回ハイパスフィルタを用いて順方向で、フ
ィルタの急峻さに何ら制限を加えることなくフィルタ処
理した後で、レイトポテンシャルを簡単に検出すること
ができる。また、本発明による装置は、QRS複合信号
の波形の境界を定め、形を分類し、STレベルを求める
のに有利にも用いることができる。
【0015】巡回フィルタでのフィルタ処理と、後続の
時間を反転したオールパスフィルタ処理の結果は、直線
位相を有するフィルタ処理ではないが、巡回フィルタの
位相応答を打ち消す位相応答を有するフィルタ処理であ
ることに注目すべきである。これは、問題となる用途に
おいて、リンギングを完全に除去するのに最適な特性で
ある。したがって、本発明による装置の全体の位相シフ
トは、巡回IIRフィルタで信号を後進方向にフィルタ
処理する場合に起こる位相シフトと同一である。このよ
うに、オリジナルフィルタ処理が従来の方法で順方向に
実行されるのであるが、後進方向のフィルタ処理と同一
の原理により、リンギングは重要な領域から”シフト”
される。
【0016】
【実施例】次に、本発明による1つの実施例を本発明に
よるECG信号を記録する装置のブロック図である添付
図面を参照して詳細に説明する。
【0017】ECGは、患者2の体表面、たとえば腕4
と足6とに配設される電極の間の電位として記録され
る。ECG記録は、アナログ信号の調整と同様にユニッ
ト8で行われる。また、このユニット8において、EC
G信号に含まれる大きなDC成分は、基線の周囲でEC
G信号自体を測定できるように除去される。このように
して、後続のA/Dコンバータ10に必要なダイナミッ
クレンジと分解能を低下することができる。
【0018】A/Dコンバータ10の出力側は、多数の
QRS複合信号にわたって平均信号を形成するように平
均化装置12に接続され、前記平均信号は、バタワース
フィルタ等の巡回IIRフィルタ14で順方向でフィル
タ処理される。
【0019】フィルタ14の後に、平均化された複合信
号の後方の部分を、時間を反転してフィルタ処理する位
相シフト形のオールパスフィルタ16がある。IIRフ
ィルタ14で生ずるリンギングは、オールパスフィルタ
16の出力信号から除去されるので、出力信号のより正
確な測定と解析ができる。
【0020】バタワースフィルタ14の伝達関数は次の
とおり書くことができる。
【0021】
【数1】
【0022】オールパスフィルタ16は、バタワースフ
ィルタ14の零点を、単位円でフィルタの極と鏡像関係
に位置する新しい零点と置き換えることにより構成され
る。したがって、オールパスフィルタ16の伝達関数は
次のようになる。
【0023】
【数2】
【0024】オールパスフィルタ16は、零点を、Z平
面の単位円で極を鏡像関係位置にすることにより得られ
る補償しようとするフィルタと同一の極を有するバタワ
ースフィルタのものになる。
【0025】したがって、オールパスフィルタ16の位
相シフトは次のようになる。
【0026】ΦA(ω) =−4ω+ΦD(ω) −Φ
D(−ω) =2ΦD(ω) −4ω ΦD(ω) =1つの零点を有するフィルタの位相シフト
である。すなわち、
【0027】
【数3】
【0028】であり、 ΦD(−ω) =−ΦD(ω) バタワースフィルタの位相シフトは、 ΦB(−ω) =−2ω+ΦD(ω) したがって、本発明による装置のオールパスフィルタで
カスケード接続されるバタワースフィルタの全体の位相
シフトは、オールパスフィルタ処理が逆方向で行われる
ので、次のようになる。
【0029】Φtotal(ω) =ΦB(ω) −ΦA(ω)
=−ΦD(ω) +2ω=−ΦB(ω) 本発明による装置の後の位相シフトは、バタワースフィ
ルタで信号を後進方向にフィルタ処理する場合に得られ
る位相シフトと同一である。したがって、オリジナルフ
ィルタ処理は従来の方法で順方向に行われたが、リンギ
ングは重要な領域から”変移”される。
【0030】オールパスフィルタを製作する方法は、除
去されるべきリンギングを生成するバタワースフィルタ
から出発し、バタワースフィルタの零点は、Z平面にお
ける単位円でフィルタの極と鏡像関係位置にある新しい
零点に置き換えられる。IIRフィルタの全ての零点は
Z平面の単位円に位置するものと仮定する。このオール
パスフィルタに対する位相シフトは次のようになる。
【0031】 ΦA(ω) =2*ΦH(ω) +(nH −nA )ω ΦH(ω) =バタワースフィルタの位相シフトであり、 nH =バタワースフィルタの零点の数であり、 nA =オールパスフィルタの零点の数である。
【0032】バタワースフィルタは極と同数の零点を有
するので、第2項はゼロとなる。他方で、補償は、オー
ルパスフィルタ処理の後で、一定の遅延でなされなけれ
ばならない。バタワースフィルタでのフィルタ処理と時
間を反転したのオールパスフィルタ処理との結果は、直
線位相を持つフィルタ処理ではないが、バタワースフィ
ルタの位相応答を打ち消す位相応答を持つフィルタ処理
であり、問題となる用途にとって最適のリンギングの除
去を達成することに注目すべきである。
【0033】
【発明の効果】本発明により、ECG信号のリンギング
を除去する装置を提供し、本発明に用いるのに適切なオ
ールパスフィルタを製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるECG信号を記録する装置のブロ
ック図である。
【符号の説明】
14 IIRフィルタ 16 オールパスフィルタ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アナログ入力信号を一連のデジタル値に
    変換するA/Dコンバータと、A/Dコンバータの出力
    側に接続されるフィルタユニットとを有するフィルタ処
    理されたECG信号のリンギングを除去する装置におい
    て、フィルタユニットは、巡回IIRフィルタと、II
    Rフィルタの2倍の位相シフトと等しい位相シフトを持
    つ後続のオールパスフィルタとを有し、オールパスフィ
    ルタ処理は、IIRフィルタ処理と関連して時間を反転
    して実行されることを特徴とするフィルタ処理されたE
    CG信号のリンギングを除去する装置。
  2. 【請求項2】 平均化装置は、フィルタ処理の前に多数
    のQRS複合信号に対して信号平均値を形成するため
    に、A/Dコンバータとフィルタユニットとの間に配設
    されていることを特徴とする請求項1記載の装置。
  3. 【請求項3】 フィルタユニットは、QRS複合信号の
    後方の部分だけをオールパスフィルタでフィルタ処理す
    るように構成されていることを特徴とする請求項1また
    は2記載の装置。
  4. 【請求項4】 フィルタユニットは、QRS複合信号の
    前方の部分だけをオールパスフィルタでフィルタ処理す
    るように構成されていることを特徴とする請求項1また
    は2記載の装置。
  5. 【請求項5】 オールパスフィルタが、IIRフィルタ
    の零点を、Z平面の単位円でIIRフィルタの極と鏡像
    関係位置にある新しい零点に置き換えられた構成を有す
    ることを特徴とする請求項1記載の装置。
JP6164265A 1993-07-16 1994-07-15 フィルタ処理されたecg信号のリンギングを除去する装置 Pending JPH0751236A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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SE19939302433A SE9302433D0 (sv) 1993-07-16 1993-07-16 Anordning foer eliminering av ringningar hos filtrerade ekg-signaler
SE9302433-9 1993-07-16

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JPH0751236A true JPH0751236A (ja) 1995-02-28

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ID=20390623

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EP (1) EP0634137B1 (ja)
JP (1) JPH0751236A (ja)
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DE (1) DE69401727T2 (ja)
SE (1) SE9302433D0 (ja)

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