可變帶寬ecg高通濾波器的制造方法
【專利摘要】一種心電圖高通濾波器(25)采用基線低通濾波器(40)、信號(hào)延遲器(44)和信號(hào)提取器。在操作中，基線低通濾波器(40)包括有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)和無限脈沖響應(yīng)低通濾波器(42)，其協(xié)同地對(duì)基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECGbu)進(jìn)行低通濾波，以輸出經(jīng)濾波的基線信號(hào)(BSEf)。低通濾波器(40)還包括基線漂移估計(jì)器(43)，其根據(jù)所述基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECGbu)內(nèi)的任何基線漂移的估計(jì)，來動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)基線低通濾波器(40)的轉(zhuǎn)角頻率。信號(hào)延遲器(44)對(duì)所述基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECGbu)進(jìn)行時(shí)間延遲，以輸出經(jīng)延遲的基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECGdbu)，并且信號(hào)提取器(45)從所述經(jīng)延遲的基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECGdbu)提取所述經(jīng)濾波的基線信號(hào)(BSEf)，以輸出基線經(jīng)濾波的心電圖信號(hào)(ECGbf)。
【專利說明】
可變帶寬ECG高通濾波器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明總體設(shè)及對(duì)屯、電圖（"ECG")信號(hào)的高通濾波。本發(fā)明特別設(shè)及出于診斷和 緊急醫(yī)療服務(wù)（"EMC'）的目的對(duì)ECG信號(hào)的可變帶寬高通濾波。
【背景技術(shù)】
[0002] 如在本領(lǐng)域中已知的，ECG信號(hào)的信號(hào)幅度通常為大約ImV，但是可W具有大致從- 300mV到+300mV變化的DC偏移。該DC偏移可W隨時(shí)間和/或患者運(yùn)動(dòng)而漂移，并且常常被稱 為"基線漂移"。另外，諸如除顫的事件可W對(duì)基線產(chǎn)生重大影響。具體而言，跟隨除顫事件 的DC偏移通常是歸因于可能在除顫事件期間流動(dòng)通過ECG電極的電流而造成的漂移。
[0003] 針對(duì)增益的典型ECG信號(hào)顯示設(shè)置具有+/-2mV的范圍，W便在視覺上清楚地看到 ImV的ECG信號(hào)。響應(yīng)于潛在大的并且漂移的DC偏移，高通濾波器已經(jīng)被用于移除任何DC偏 移，W便將ECG信號(hào)保持在顯示器和打印機(jī)的視圖窗口內(nèi)。更特別地，ECG信號(hào)的關(guān)鍵診斷測 量結(jié)果是ST段抬高或ST段壓低。運(yùn)是通過將在QRS之前的ECG信號(hào)的基線與在QRS之后的基 線進(jìn)行比較來執(zhí)行的。理想地，高通濾波器應(yīng)當(dāng)W運(yùn)樣的方式移除基線漂移:不影響在QRS 之前和之后的基線的相對(duì)水平。
[0004] 已經(jīng)建立描述針對(duì)診斷質(zhì)量ECG測量結(jié)果的脈沖響應(yīng)要求的ECG標(biāo)準(zhǔn)（例如，EN 60601-2-27和AAMI EC13)。例如，在標(biāo)準(zhǔn)測試中施加的脈沖是3mV的幅度與lOOmS的持續(xù)時(shí) 間，并且要求是基線應(yīng)當(dāng)位移小于lOOuV并且基線的斜率應(yīng)當(dāng)跟隨脈沖小于300UV/S。因此， ECG系統(tǒng)中的高通濾波器具有沖突的目標(biāo)。
[0005] 特別地，如果高通濾波器對(duì)基線漂移非常具響應(yīng)性W便可靠地將ECG信號(hào)的基線 維持在顯示器的中屯、，那么其還將可能對(duì)QRS具響應(yīng)性，使得跟隨QRS的基線在QRS之后位移 超過lOOuV。運(yùn)是為什么ECG監(jiān)測器通常為臨床醫(yī)師提供針對(duì)高通濾波器的若干帶寬設(shè)置。 所述設(shè)置常常被稱為用于保持ECG信號(hào)在顯示屏上可見的"監(jiān)測器"帶寬和用于做出診斷 ECG測量結(jié)果(例如，ST段抬高和ST段壓低）的"診斷"帶寬。另外，還期望W最小時(shí)間延遲來 實(shí)時(shí)顯示ECG信號(hào)。運(yùn)對(duì)于定時(shí)非常重要的臨床應(yīng)用(諸如同步屯、臟電復(fù)律)而言是重要的。
[0006] 在歷史上，若干種類型的高通濾波器已經(jīng)被用在ECG監(jiān)測器中。
[0007] 用于ECG監(jiān)測器的一個(gè)運(yùn)樣的類型的高通濾波器是計(jì)算上實(shí)現(xiàn)簡單的無限脈沖響 應(yīng)（"HR")高通濾波器。例如，二階己特沃斯(Butterworth)高通濾波器容易地利用每樣本 具有最小時(shí)間延遲的五(5)個(gè)乘法和累加計(jì)算來實(shí)現(xiàn)。然而，IIR高通濾波器的缺點(diǎn)在于，組 群延遲是頻率相關(guān)的。運(yùn)導(dǎo)致ECG信號(hào)的失真。W另一方式說明，IIR高通濾波器通過將跟隨 ECG信號(hào)的基線壓低對(duì)正ECG QRS信號(hào)做出響應(yīng)。此外，為了將失真最小化到針對(duì)診斷目的 的可接受的水平，IIR高通濾波器的轉(zhuǎn)角頻率(corner frequency)需要減少到0.05化或更 低的頻率。另外，施加到斜變(ramp)的一階IIR高通濾波器將導(dǎo)致DC偏移，并且施加到斜變 的二階IIR高通濾波器將導(dǎo)致零(0)DC偏移。因此，為了移除跟隨除顫事件而漂移的DC偏移， IIR高通濾波器將需要處在最小二階濾波器處。
[000引針對(duì)ECG監(jiān)測器的另一種類型的高通濾波器是有限脈沖響應(yīng)（"FIR")高通濾波器， 其通過定義而具有線性相位和恒定組群延遲。注意，F(xiàn)IR高通濾波器使ECG信號(hào)的歸因于恒 定組群延遲的失真最小化，并且可W實(shí)現(xiàn)0.5Hz或甚至0.67化的FIR高通濾波器，其滿足根 據(jù)ECG標(biāo)準(zhǔn)的針對(duì)診斷質(zhì)量ECG測量結(jié)果的要求。同樣地，F(xiàn)IR高通濾波器對(duì)跟隨除顫的漂移 DC偏移很好地做出響應(yīng)，因?yàn)槠渫ǔ１辉O(shè)計(jì)為是對(duì)稱的，并且將FIR高通濾波器應(yīng)用到斜變 將產(chǎn)生零(0 )DC偏移。然而，F(xiàn)IR高通濾波器存在若干缺點(diǎn)。第一缺點(diǎn)是時(shí)間延遲。特別地，為 了具有針對(duì)所有頻率的恒定時(shí)間延遲，高于高通轉(zhuǎn)角頻率和低于高通轉(zhuǎn)角頻率的頻率兩者 將看到相同時(shí)間延遲，并且典型的時(shí)間延遲是近似大約一（1)秒。第二缺點(diǎn)是所要求的計(jì)算 量。特別地，具有一（1)秒的時(shí)間延遲的FIR高通濾波器將具有兩(2)秒的時(shí)間歷史。1 OOOHz 的采樣率將要求針對(duì)在1000化采樣率處所計(jì)算的每個(gè)樣本的2000個(gè)乘法累加計(jì)算。因此， 對(duì)于全部十二個(gè)（12)導(dǎo)聯(lián)測量結(jié)果而言，乘法累加操作的數(shù)量僅針對(duì)FIR高通濾波器就是 24M。
[0009]此外，常常對(duì)正在移動(dòng)的患者執(zhí)行ECG監(jiān)測。醫(yī)院緊急醫(yī)學(xué)服務(wù)r'EMS")的輸出通 ?？吹綒w因于患者的移動(dòng)的ECG的顯著的基線漂移。EMS高通濾波器常常被提供用于被設(shè)計(jì) 用于EMS環(huán)境的ECG系統(tǒng)。該高通濾波器將通常具有IHz至2Hz的范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)角頻率。具有該 高轉(zhuǎn)角頻率的簡單IIR濾波器使ECG波形非常大幅度失真。具有該轉(zhuǎn)角頻率的FIR濾波器將 使ECG的失真最小化，但是將要求計(jì)算量的顯著增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種用于診斷目的（例如，0.67化或更少 的轉(zhuǎn)角頻率)并且也用于EMS目的（例如，mz至2Hz的范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)角頻率）的可變ECG高通濾 波器。所述ECG高通濾波器的一種形式采用基線低通濾波器、信號(hào)延遲器和信號(hào)提取器。在 操作中，所述基線低通濾波器包括有限脈沖響應(yīng)濾波器和無限脈沖響應(yīng)低通濾波器，其協(xié) 同地對(duì)基線未濾波的ECG信號(hào)進(jìn)行低通濾波W輸出經(jīng)濾波的基線信號(hào)。所述基線低通濾波 器還包括基線估計(jì)器，所述基線估計(jì)器根據(jù)對(duì)所述基線未濾波的ECG信號(hào)內(nèi)的任何基線漂 移的估計(jì)，來動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)所述基線低通濾波器的所述轉(zhuǎn)角頻率。所述信號(hào)延遲器對(duì)所述基 線未濾波的ECG信號(hào)進(jìn)行時(shí)間延遲，W輸出經(jīng)延遲的基線未濾波的ECG信號(hào)，并且所述信號(hào) 提取器從所述經(jīng)延遲的基線未濾波的ECG信號(hào)提取經(jīng)濾波的基線信號(hào)，W輸出基線經(jīng)濾波 的ECG信號(hào)。
[0011] 本發(fā)明的第二種形式是ECG監(jiān)測器，其采用生成患者的屯、臟的ECG波形的信號(hào)處理 器和顯示所述ECG波形的ECG顯示器(例如，在計(jì)算機(jī)屏幕上或W打印輸出的方式進(jìn)行可視 化）。所述信號(hào)處理器包含用于診斷目的和/或EMS目的的本發(fā)明的前述ECG高通濾波器。
[0012] 本發(fā)明的第Ξ種形式是除顫器，其自動(dòng)或手動(dòng)地采用ECG監(jiān)測器、電擊源和除顫控 制器，所述ECG監(jiān)測器用于生成患者的屯、臟的ECG波形，所述電擊源用于存儲(chǔ)電擊能量，并且 所述除顫控制器用于響應(yīng)于對(duì)所述屯、電圖波形的QRS分析來控制將所述電擊能量遞送到所 述患者的屯、臟。所述ECG監(jiān)測器合并用于診斷目的和/或EMS目的的本發(fā)明的前述ECG高通濾 波器。
【附圖說明】
[0013] 根據(jù)結(jié)合隨附附圖閱讀的本發(fā)明的各種實(shí)施例的W下詳細(xì)說明，本發(fā)明的前述形 式和其他形式w及本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯。所述詳細(xì)說明和附圖僅僅說明 性的而并非限制本發(fā)明，本發(fā)明的所述范圍由隨附的權(quán)利要求書和其等價(jià)方案限定。
[0014]圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有ECG高通濾波器的除顫器的示范性實(shí)施例。
[0015]圖2A和2B圖示了本發(fā)明的ECG高通濾波器和在本領(lǐng)域中已知的2極己特沃斯高通 濾波器的示范性頻率響應(yīng)。
[0016]圖3A和3B圖示了本發(fā)明的ECG高通濾波器和在本領(lǐng)域中已知的2極己特沃斯高通 濾波器的示范性頻率響應(yīng)。
[0017]圖姻示了本發(fā)明的ECG高通濾波器和在本領(lǐng)域中已知的2極己特沃斯高通濾波器 的示范性除顫事件恢復(fù)。
[0018] 圖5A和5B圖示了本發(fā)明的ECG高通濾波器和在本領(lǐng)域中已知的2極己特沃斯高通 濾波器的示范性基線漂移響應(yīng)。
[0019] 圖6A圖示了根據(jù)本發(fā)明的ECG高通濾波器的第一示范性實(shí)施例。
[0020] 圖6B圖示了根據(jù)本發(fā)明的ECG高通濾波器的第二示范性實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為了促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的理解，在本文中將提供設(shè)及針對(duì)除顫器的ECG高通濾波器的 本發(fā)明的示范性實(shí)施例。
[0022] 參考圖1，本發(fā)明的除顫器20采用一對(duì)電極襯墊或板21、任選的ECG導(dǎo)聯(lián)22、ECG監(jiān) 測器23(內(nèi)部或外部）、除顫控制器27和電擊源29。
[0023] 如在本領(lǐng)域中已知的，電極襯墊/板21在結(jié)構(gòu)上被配置為要導(dǎo)電地施加到處于如 圖1中所示的前頂點(diǎn)布置或者處于前后布置(未示出）中的患者10。電極襯墊/板21將來自電 擊源29的除顫電擊傳導(dǎo)至患者10的屯、臟11并且將表示患者10的屯、臟11的電活動(dòng)的ECG信號(hào) (未示出）傳導(dǎo)至ECG監(jiān)測器23。備選地或者同時(shí)地，如在本領(lǐng)域中已知的，ECG導(dǎo)聯(lián)22被連接 到患者10W將ECG信號(hào)傳導(dǎo)至ECG監(jiān)測器23。
[0024] 如在本領(lǐng)域中已知的，ECG監(jiān)測器23在結(jié)構(gòu)上被配置用于處理ECG信號(hào)W測量患者 10的屯、臟11的電活動(dòng)，作為患者10正經(jīng)歷有序屯、跳狀況或無序屯、跳狀況的指示。指示有序 屯、跳狀況的ECG信號(hào)的范例是ECG波形30a，其表示患者10的屯、臟11的屯、室的有序收縮能夠 累送血液。指示無序屯、跳狀況的ECG信號(hào)的范例是ECG波形30b，其表示患者10的屯、臟11的屯、 室顫動(dòng)。
[0025] 對(duì)此，ECG監(jiān)測器23采用信號(hào)處理器24和ECG顯示器26。出于本發(fā)明的目的，信號(hào)處 理器24在本文中被寬泛地定義為用于執(zhí)行在處理ECG信號(hào)的過程中由ECG監(jiān)測器23所要求 的功能的硬件、軟件、固件和/或電路的任何結(jié)構(gòu)布置。一般地，在操作中，信號(hào)處理器24在 結(jié)構(gòu)上被配置為從襯墊/板21和/或ECG導(dǎo)聯(lián)22接收W模擬形式表示患者10的屯、臟11的電活 動(dòng)的ECG信號(hào)，W根據(jù)需要調(diào)節(jié)并且使ECG信號(hào)流到除顫控制器21，并且生成ECG波形W用于 由ECG顯示器26顯示。更特別地，在實(shí)踐中，信號(hào)處理器24可W實(shí)現(xiàn)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和各種 濾波器，包括用于對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行濾波具有轉(zhuǎn)角頻率(例如，^ 20化）的低通濾波器和具有 用于對(duì)如基線漂移/偏移(特別是由于除顫事件)的低頻信號(hào)進(jìn)行濾波的具有可變轉(zhuǎn)角頻率 (例如，< 2Hz，特別是1.5Hz)的本發(fā)明的ECG高通濾波器25。如將進(jìn)一步結(jié)合本文中的圖2-6 中的描述進(jìn)行解釋的，ECG高通濾波器25的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是用于實(shí)現(xiàn)具有對(duì)基線漂移的完美拒 絕的實(shí)時(shí)診斷質(zhì)量ECG的計(jì)算上簡單的設(shè)計(jì)。ECG高通濾波器25還具有對(duì)跟隨除顫事件的基 線漂移的完美拒絕，并且利用僅最小時(shí)間延遲(例如，250ms)實(shí)現(xiàn)W上性能，運(yùn)使其對(duì)于ECG 信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測是非常有用的。另外，ECG高通濾波器25消除對(duì)于臨床醫(yī)師在診斷質(zhì)量ECG 與監(jiān)測質(zhì)量ECG之間進(jìn)行選擇W便保持信號(hào)在顯示器上可見的需要。
[0026] 出于本發(fā)明的目的，ECG顯示器26在本文中被寬泛地定義為在結(jié)構(gòu)上被配置用于 呈現(xiàn)用于觀看的ECG波形30的任意設(shè)備，包括，但不限于，計(jì)算機(jī)顯示器和打印機(jī)。
[0027] 仍然參考圖1，如在本領(lǐng)域中已知的，電擊源29在結(jié)構(gòu)上被配置為存儲(chǔ)用于如由除 顫控制器27所控制的經(jīng)由電極襯墊/板21將除顫電擊32遞送到患者10的屯、臟11的電能。在 實(shí)踐中，除顫電擊32可W具有如本領(lǐng)域中已知的任意波形。運(yùn)樣的波形的范例包括，但不限 于，單相正弦波形(正正弦波)32a和雙相切角波形32b，如圖1中所示。
[00%]在一個(gè)實(shí)施例中，電擊源29采用高壓電容器組(未示出），其用于在對(duì)充電按鈕28a 進(jìn)行按壓時(shí)經(jīng)由高壓充電器和電源來存儲(chǔ)高壓。電擊源29還采用開關(guān)/隔離電路(未示出）， 其用于選擇性地將特定波形的電能電荷從高壓電容器組施加到由除顫控制器27所控制的 電極襯墊/板21。
[0029] 如在本領(lǐng)域中已知的，除顫控制器27在結(jié)構(gòu)上被配置為執(zhí)行經(jīng)由電擊按鈕2^3的 手動(dòng)同步屯、臟電復(fù)律或自動(dòng)同步屯、臟電復(fù)律。在實(shí)踐中，除顫控制器27采用用于運(yùn)行安裝 為除顫控制器27內(nèi)的軟件/固件的手動(dòng)或自動(dòng)同步屯、臟電復(fù)律的硬件/電路(例如，（一個(gè)或 多個(gè))處理器、存儲(chǔ)器等）。在一個(gè)實(shí)施例中，軟件/固件檢測ECG信號(hào)30的QRS 31作為用于在 將除顫電擊32遞送至患者10的屯、臟11的過程中控制電擊源29的基礎(chǔ)。
[0030] 參考圖2-6,在本文中現(xiàn)在將描述在操作性能方面對(duì)ECG高通濾波器25的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 和用于實(shí)現(xiàn)所述操作性能的濾波器實(shí)施例，W促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的理解。
[0031] 特別地，關(guān)于用于診斷目的的操作性能，與其中每個(gè)濾波器具有二階頻率響應(yīng)和 1000化的輸入ECG信號(hào)的采樣率的已知2極己特沃斯監(jiān)測器帶寬高通濾波器(在本文中"現(xiàn) 有技術(shù)ECG HP濾波器"）相比較地，圖2和圖3分別提供了ECG高通濾波器25的示范性頻率響 應(yīng)和示范性脈沖響應(yīng)。如在圖2A和圖2B中所示，ECG高通濾波器25的頻率響應(yīng)50a和50b分別 具有從0.15化到1.53甜Z范圍的可變轉(zhuǎn)角頻率。圖2A和圖2B還示出了具有0.甜Z轉(zhuǎn)角頻率的 現(xiàn)有技術(shù)ECG HP濾波器的頻率響應(yīng)60。如在圖3A和圖3B中所示，ECG高通濾波器25的脈沖響 應(yīng)51a和51b在脈沖之前具有所輸入的ECG信號(hào)的基線的值，其與脈沖之后的基線處于基本 相同的水平（即，在脈沖之前和之后的相等基線），而現(xiàn)有技術(shù)ECG HP濾波器的脈沖響應(yīng)61a 和61b具有跟隨脈沖的非常大的基線偏移。圖3A示出了在0.15化處設(shè)定的可變高通濾波器 轉(zhuǎn)角頻率的脈沖響應(yīng)。圖3B示出了在1.535Hz處設(shè)定的可變高通濾波器轉(zhuǎn)角頻率的脈沖響 應(yīng)。盡管未示出，在與脈沖之后的基線基本上處于相同水平的脈沖之前的所輸入的ECG信號(hào) 的基線的值在0.15化與1.53甜Z之間的可變轉(zhuǎn)角頻率的整個(gè)范圍上。
[0032] 同樣地，通過范例，圖4示出了具有時(shí)間10s處的除顫事件的ECG信號(hào)的輸入波形 22曰，其具有300mV的偏移改變和五(5)秒時(shí)間常量的指數(shù)衰減。對(duì)于該范例而言，ECG高通濾 波器25的除顫恢復(fù)具有與現(xiàn)有技術(shù)ECG HP濾波器的除顫恢復(fù)26b類似的性能。
[0033] 通過另一范例，圖5A示出了ECG信號(hào)的大水平基線漂移22b。對(duì)于該范例而言，如由 ECG高通濾波器25進(jìn)行濾波的ECG信號(hào)的中屯、顯示器26c比如由現(xiàn)有技術(shù)ECG HP濾波器進(jìn)行 濾波的ECG信號(hào)的中屯、顯示器26d具有對(duì)ECG波形的更好的性能和更低的失真。更特別地，圖 5A示出了高水平的基線漂移將導(dǎo)致針對(duì)ECG高通濾波器25的轉(zhuǎn)角頻率高于0.甜z現(xiàn)有技術(shù) ECG HP濾波器，由此，基線漂移很好地維持在顯示器范圍內(nèi)（例如，比0.5化濾波器更好)并 且甚至具有高轉(zhuǎn)角頻率，并且ECG高通濾波器25的ECG信號(hào)的失真小于0.5Hz現(xiàn)有技術(shù)ECG HP濾波器。
[0034] 圖5B示出了 ECG信號(hào)的中等水平的基線漂移22c。對(duì)于該范例而言，與如0.5Hz現(xiàn)有 技術(shù)ECG HP濾波器進(jìn)行濾波的ECG信號(hào)的26f的中屯、顯示和失真相比較，如由ECG高通濾波 器25進(jìn)行濾波的ECG信號(hào)的中屯、顯示26e具有ECG波形的最小失真，同時(shí)維持中屯、顯示內(nèi)的 ECG。更特別地，在基線漂移的中等水平處，ECG高通濾波器25的轉(zhuǎn)角頻率將低于ECG高通濾 波器25的那個(gè)，但是信號(hào)保持在顯示范圍內(nèi)并且ECG高通濾波器25的較低轉(zhuǎn)角頻率使ECG波 形的失真最小化。
[0035] 參考圖6A和圖6B，用于實(shí)現(xiàn)圖2-5中所圖示的運(yùn)樣的操作性能的ECG高通濾波器25 的結(jié)構(gòu)實(shí)施例包括本發(fā)明的基線低通濾波器40、如在本領(lǐng)域中已知的信號(hào)延遲器44W及如 在本領(lǐng)域中已知的信號(hào)提取器45(例如，加法器電路）。對(duì)于ECG高通濾波器25的實(shí)施例25a 而言，基線低通濾波器40a采用具有由基線漂移估計(jì)器43動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的系數(shù)的FIR濾波器41和 IIR低通濾波器42的串聯(lián)連接，如圖6A中所示。對(duì)于ECG高通濾波器25的實(shí)施例25b而言，基 線低通濾波器40b采用具有由基線漂移估計(jì)器43動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的系數(shù)的IIR低通濾波器42和FIR 濾波器41的串聯(lián)連接，如圖6B中所示。
[0036] 對(duì)于運(yùn)兩個(gè)實(shí)施例而言，ECG高通濾波器25被操作為具有用于實(shí)現(xiàn)為如施加到基 線未濾波的屯、電圖信號(hào)ECGbu(i)的濾波器響應(yīng)的信號(hào)延遲器44的濾波器，其可W已經(jīng)先前 被低通濾波W用于對(duì)高頻信號(hào)（例如，^ 20Hz)進(jìn)行濾波，并且可W具有預(yù)定義采樣率(例 如，lOOOHz)。更重要地，基線未濾波的屯、電圖信號(hào)ECGbu(i)可W包括基線漂移/偏移。在操作 中，基線未濾波的屯噸圖信號(hào)ECGbu(i)被輸入到基線低通濾波器40和信號(hào)延遲器44中。表示 任何基線漂移/偏移的經(jīng)濾波的基線信號(hào)BSEf(i)由基線低通濾波器40輸出并且從經(jīng)延遲 的基線未濾波的屯、電圖信號(hào)ECGdbu(i)由信號(hào)提取器45提取，其被延遲W進(jìn)行實(shí)時(shí)ECG監(jiān)測 (例如，250ms)。當(dāng)基線漂移是最小的時(shí)，提取產(chǎn)生展示最小失真的基線經(jīng)濾波的屯、電圖信 號(hào)ECGbf(i)，但是大的基線漂移被有效地移除W將基線經(jīng)濾波的屯、電圖信號(hào)ECGbf(i)保持 在ECG顯示器26上。
[0037] 在實(shí)踐中，F(xiàn)IR濾波器41和IIR低通濾波器42協(xié)同地在結(jié)構(gòu)上被設(shè)計(jì)用于對(duì)基線未 濾波的屯噸圖信號(hào)ECGbu(i)進(jìn)行低通濾波，由此基線濾波的屯噸圖信號(hào)化CGbf(i))對(duì)基線 未濾波的屯、電圖信號(hào)ECGbu (i)的斜變不具響應(yīng)性，和/或歸因于ECGbu (i)未濾波的屯、電圖信 號(hào)ECGbu( i)的R波的基線偏移被最小化。
[0038] 在FIR濾波器41的一個(gè)實(shí)施例中，boxcar FIR濾波器包含兩(2)個(gè)系數(shù)。特別地，當(dāng) 前系數(shù)fir_coef(l)在根據(jù)W下等式[1]的基線未濾波的屯、電圖信號(hào)ECGbu(i)的當(dāng)前樣本 處，并且先驗(yàn)系數(shù)fir_coef (延遲+1)在等于W下等式[2]的濾波器延遲(例如，250ms)的時(shí) 間處的基線未濾波的屯、電圖信號(hào)ECGbu(i)的當(dāng)前樣本之前：
[0039] fir_coef(l)=0.9/FC_LPF [1]
[0040] fir_coef (延遲+1) = 1-(0.9/FC-LPF) [2]
[0041 ] 其中，F(xiàn)C_LPF是W化為單位的HR LP濾波器42的3化轉(zhuǎn)角頻率。
[0042]在IRR低通濾波器42的一個(gè)實(shí)施例中，利用己特沃斯二階低通濾波器，由此，己特 沃斯二階低通濾波器具有可W根據(jù)W下等式[3]編寫的z變換H(z):
[0043]
間
[0044] 針對(duì)基線低通濾波器40a(圖6A)的己特沃斯二階低通濾波器的示范性實(shí)現(xiàn)方案根 據(jù)W下等式[4]:
[0045] y[i] =bow[i]+biw[i-l]+b2W[i_2]-a 巧[i-l]-a2y[i_2] [4]
[0046] 其中，y是經(jīng)濾波的基線信號(hào)BSEf，w是FIR濾波器41的輸出，并且a和b是用于設(shè)定 己特沃斯二階低通濾波器的轉(zhuǎn)角頻率的己特沃斯二階低通濾波器的系數(shù)。
[0047] 針對(duì)基線低通濾波器40b(圖6B)的己特沃斯二階低通濾波器的示范性實(shí)現(xiàn)方案根 據(jù)W下等式[5]:
[004引 y[i] =box[i]+bix[i-l]+b2X[i-2]-aiy[i-l]-a2U[i-2] [5]
[0049] 其中，y是己特沃斯二階低通濾波器的輸出，X是基線未濾波的屯、電圖信號(hào)ECGbu，并 且a和b是用于設(shè)定己特沃斯二階低通濾波器的轉(zhuǎn)角頻率的己特沃斯二階低通濾波器的系 數(shù)。
[0050] 在實(shí)踐中，如在本領(lǐng)域中已知的，基線漂移估計(jì)器43對(duì)基線未濾波的屯、電圖信號(hào) ECGbu的基線漂移的水平進(jìn)行估計(jì)，并且通過取決于基線未濾波的屯噸圖信號(hào)ECGbu的基線 漂移的所估計(jì)的水平適當(dāng)增大或減小IRR LP濾波器42的轉(zhuǎn)角頻率，來動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)FIR濾波 器41和IRR LP濾波器42的系數(shù)。
[0051] 在一個(gè)實(shí)施例中，基線漂移估計(jì)器43取決于基線未濾波的屯、電圖信號(hào)ECGbu的基線 漂移的所估計(jì)的水平而動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)FIR濾波器41和IIR濾波器42的系數(shù)，并且輸出分別包含 動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)的FIR濾波器41和IIR LP濾波器42的系數(shù)的調(diào)節(jié)信號(hào)Afir和Am。
[0052] 在備選實(shí)施例中，基線漂移估計(jì)器43取決于基線未濾波的屯、電圖信號(hào)ECGbu的基線 漂移的所估計(jì)的水平而動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)IIR LP濾波器42的轉(zhuǎn)角頻率CFiir，并且輸出包括動(dòng)態(tài)地 調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)角頻率CFiir的輸出調(diào)節(jié)信號(hào)a?和Aiir，由此，F(xiàn)IR濾波器41和IIR LP濾波器42動(dòng)態(tài) 地調(diào)節(jié)相應(yīng)的系數(shù)。
[0053] 參考圖1-6,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的很多益處包括，但不限于： (1)用于實(shí)現(xiàn)使ECG信號(hào)最小地失真并且具有基線漂移/漂移(特別地跟隨除顫事件)的完美 拒絕的ECG高通濾波器的計(jì)算要求的大幅減少和（2)可配置用于診斷目的和EMS目的的ECG 高通濾波器。
[0054] 盡管已經(jīng)說明和描述本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，如 本文所描述的本發(fā)明的實(shí)施例是說明性的，并且在不脫離本發(fā)明的真實(shí)范圍的情況下，可 W做出各種改變和修改并且等價(jià)方案可W替代其元件。另外，在不脫離其中屯、范圍的情況 下，可W做出許多修改W適配本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，應(yīng)預(yù)期到，本發(fā)明不限于如用于執(zhí)行本 發(fā)明所預(yù)期的最佳模式所公開的特定實(shí)施例，但是本發(fā)明包括落在隨附的權(quán)利要求書的范 圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可變帶寬心電圖高通濾波器(25)，包括： 基線低通濾波器(40)，其包括有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)和無限脈沖響應(yīng)低通濾波器 (42)，所述有限脈沖響應(yīng)濾波器和所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器協(xié)同地在結(jié)構(gòu)上被配置并 且被能操作地連接以用于對(duì)基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECG bu)進(jìn)行低通濾波，以輸出經(jīng)濾波 的基線信號(hào)(BSEf)， 其中，所述基線低通濾波器(40)還包括基線漂移估計(jì)器(43)，所述基線漂移估計(jì)器被 能操作地連接到所述有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)和所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器(42)中的 至少一個(gè)，以根據(jù)對(duì)所述基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECG bu)內(nèi)的任何基線漂移的估計(jì)，來動(dòng) 態(tài)地調(diào)節(jié)所述基線低通濾波器(40)的轉(zhuǎn)角頻率； 信號(hào)延遲器(44)，其能操作用于對(duì)所述基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECGbu)進(jìn)行時(shí)間延 遲，以輸出經(jīng)延遲的基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECGdbu);以及 信號(hào)提取器(45)，其被能操作地連接到所述基線低通濾波器(40)和所述信號(hào)延遲器 (44)，以從所述經(jīng)延遲的基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECGdbu)提取經(jīng)濾波的基線信號(hào)(BSFf)， 以輸出基線經(jīng)濾波的心電圖信號(hào)(ECG bf )。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變帶寬心電圖高通濾波器(25)， 其中，所述有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)和所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器(42)的協(xié)同操作 包括:根據(jù)所述有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)的當(dāng)前樣本系數(shù)與所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器 (42)的轉(zhuǎn)角頻率的倒數(shù)的比率，所述基線經(jīng)濾波的心電圖信號(hào)(ECG bf)對(duì)所述基線未濾波的 心電圖信號(hào)(ECGbu)的斜變不具響應(yīng)性。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變帶寬心電圖高通濾波器(25)， 其中，所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器(42)的所述轉(zhuǎn)角頻率是所述心電圖高通濾波器 (25)的轉(zhuǎn)角頻率的函數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變帶寬心電圖高通濾波器(25)，其中，所述有限脈沖響應(yīng)濾 波器(41)的先驗(yàn)樣本系數(shù)是常量減去所述當(dāng)前樣本系數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電圖高通濾波器(25)，其中，所述有限脈沖響應(yīng)濾波器(41) 和所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器(42)的協(xié)同結(jié)構(gòu)配置包括所述基線低通濾波器(40)的增 益等于所述信號(hào)延遲器(43)的增益。6. -種心電圖監(jiān)測器(23)，包括： 信號(hào)處理器(24)，其能操作用于生成患者（10)的心臟（11)的心電圖波形(30)，其中，所 述信號(hào)處理器(24)包括： 基線低通濾波器(40)，其包括有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)和無限脈沖響應(yīng)低通濾波器 (42)，所述有限脈沖響應(yīng)濾波器和所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器協(xié)同地能操作用于對(duì)基線 未濾波的心電圖信號(hào)(ECGbu)進(jìn)行低通濾波，以輸出經(jīng)濾波的基線信號(hào)(BSE f)， 其中，所述基線低通濾波器(40)還包括基線漂移估計(jì)器(43)，所述基線漂移估計(jì)器被 能操作地連接到所述有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)和所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器(42)中的 至少一個(gè)，以根據(jù)對(duì)所述基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECG bu)內(nèi)的任何基線漂移的估計(jì)，來動(dòng) 態(tài)地調(diào)節(jié)所述基線低通濾波器(40)的轉(zhuǎn)角頻率， 信號(hào)延遲器(44)，其能操作用于對(duì)所述基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECGbu)進(jìn)行時(shí)間延 遲，以輸出經(jīng)延遲的基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECGdbu)，以及 信號(hào)提取器(45)，其被能操作地連接到所述基線低通濾波器(40)和所述信號(hào)延遲器 (44)，以從所述經(jīng)延遲的基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECGdbu)提取經(jīng)濾波的基線信號(hào)(BSEf)， 以輸出基線經(jīng)濾波的心電圖信號(hào)(ECG bf);以及 心電圖顯示器(26)，其被能操作地連接到所述信號(hào)處理器(24)以顯示所述心電圖波形 (30)〇7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的心電圖監(jiān)測器(23)， 其中，所述有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)和所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器(42)的協(xié)同操作 包括:根據(jù)所述有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)的當(dāng)前樣本系數(shù)與所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器 (42)的轉(zhuǎn)角頻率的倒數(shù)的比率，所述基線經(jīng)濾波的心電圖信號(hào)(ECG bf)對(duì)所述基線未濾波的 心電圖信號(hào)(ECGbu)的斜變不具響應(yīng)性。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的心電圖監(jiān)測器(23)，其中，所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器(42) 的所述轉(zhuǎn)角頻率是所述心電圖高通濾波器(25)的轉(zhuǎn)角頻率的函數(shù)。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的心電圖監(jiān)測器(23)，其中，所述有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)的先 驗(yàn)樣本系數(shù)是常量減去所述當(dāng)前樣本系數(shù)。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的心電圖監(jiān)測器(23)，其中，所述有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)和 所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器(42)的協(xié)同結(jié)構(gòu)配置包括所述基線低通濾波器(40)的增益 等于所述信號(hào)延遲器(43)的增益。11. 一種除顫器(20)，包括： 心電圖監(jiān)測器(23)，其能操作用于生成患者（10)的心臟（11)的心電圖波形（30)，其中， 所述心電圖監(jiān)測器(23)包括： 基線低通濾波器(40)，其包括有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)和無限脈沖響應(yīng)低通濾波器 (42)，所述有限脈沖響應(yīng)濾波器和所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器協(xié)同地能操作用于對(duì)基線 未濾波的心電圖信號(hào)(ECGbu)進(jìn)行低通濾波，以輸出經(jīng)濾波的基線信號(hào)(BSE f)， 其中，所述基線低通濾波器(40)還包括基線漂移估計(jì)器(43)，所述基線漂移估計(jì)器被 能操作地連接到所述有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)和所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器(42)中的 至少一個(gè)，以根據(jù)對(duì)所述基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECG bu)內(nèi)的任何基線漂移的估計(jì)，來動(dòng) 態(tài)地調(diào)節(jié)所述基線低通濾波器(40)的轉(zhuǎn)角頻率， 信號(hào)延遲器(44)，其能操作用于對(duì)所述基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECGbu)進(jìn)行時(shí)間延 遲，以輸出經(jīng)延遲的基線未濾波的心電圖信號(hào)(ECGdbu)，以及 信號(hào)提取器(45)，其被能操作地連接到所述基線低通濾波器(40)和所述信號(hào)延遲器 (44)，以從所述經(jīng)延遲的基線未濾波的心電圖信號(hào)（ECGdbu)提取所述經(jīng)濾波的基線信號(hào) (BSE)，以輸出基線經(jīng)濾波的心電圖信號(hào)(ECG bf); 電擊源(29)，其能操作用于存儲(chǔ)電擊能量；以及 除顫控制器（27)，其被能操作地連接到所述心電圖監(jiān)測器(23)和所述電擊源（29)，以 響應(yīng)于對(duì)所述心電圖波形(30)的QRS分析，來控制所述電擊能量向所述患者（10)的所述心 臟(11)的遞送。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的除顫器(20)， 其中，所述有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)和所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器(42)的協(xié)同操作 包括:根據(jù)所述有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)的當(dāng)前樣本系數(shù)與所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器 (42)的轉(zhuǎn)角頻率的倒數(shù)的比率，所述基線經(jīng)濾波的心電圖信號(hào)(ECGbf)對(duì)所述基線未濾波的 心電圖信號(hào)(ECGbu)的斜變不具響應(yīng)性。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的除顫器(20)，其中，所述無限脈沖響應(yīng)低通濾波器(42)的所 述轉(zhuǎn)角頻率是所述心電圖高通濾波器(25)的轉(zhuǎn)角頻率的函數(shù)。14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的除顫器(20)，其中，所述有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)的先驗(yàn)樣 本系數(shù)是常量減去所述當(dāng)前樣本系數(shù)。15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的除顫器(20)，其中，所述有限脈沖響應(yīng)濾波器(41)和所述無 限脈沖響應(yīng)低通濾波器(42)的協(xié)同結(jié)構(gòu)配置包括所述基線低通濾波器(40)的增益等于所 述信號(hào)延遲器(43)的增益。
【文檔編號(hào)】A61B5/0428GK105899258SQ201480072527
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年10月10日
【發(fā)明人】E·C·赫爾雷克森
【申請(qǐng)人】皇家飛利浦有限公司