用于估计残余ECG噪声水平和自适应噪声阈值的方法和系统技术方案

本发明专利技术题为“用于估计残余ECG噪声水平和自适应噪声阈值的方法和系统”。本发明专利技术公开了一种系统，该系统包括用于估计心电图(ECG)信号中的残余噪声水平的装置。所公开的系统和方法可用于心电图装置中。根据本发明专利技术的示例性实施方案，被定位在心脏结构附近的多个电极可测量心脏结构的电信号以产生ECG信号。系统可将ECG信号分段成多个区段。对于所述多个区段中的每一者，可从区段中去除线性趋势能量和/或直流(DC)能量，并且可计算区段的估计的噪声能量。可选择具有最小估计的噪声能量的多个区段的子集。ECG信号的残余噪声能量可通过计算区段的子集上的估计的噪声能量的平均值来估计。段的子集上的估计的噪声能量的平均值来估计。段的子集上的估计的噪声能量的平均值来估计。

【技术实现步骤摘要】
用于估计残余ECG噪声水平和自适应噪声阈值的方法和系统


[0001]本专利技术整体涉及用于估计电信号中的噪声水平的系统和方法，并且更具体地涉及用于估计心电图(ECG)信号和自适应噪声阈值算法中的噪声水平的系统和方法。

技术介绍

[0002]心电描记测试使用放置在皮肤上的电极和/或使用导管放置在心脏内的电极在一段时间内测量和记录心脏的电活动。这些电极检测每个心跳期间由心脏肌肉的去极化的电生理模式引起的小的电变化，并且因此可用于检测异常的心脏病症诸如心肌梗塞、肺栓塞、结构性心脏病(例如，心脏杂音)、心动过速或心律失常(例如，心房纤颤)。心电描记法可由心电图机执行，并且所得的测试产生心电图(等效地缩写为EKG或ECG)，该心电图显示心脏中的电信号，通常作为心脏的电活动的电压随时间的曲线图。
[0003]在每次心跳期间，健康的心脏具有有序的去极化进程。这种有序的去极化模式产生特征性ECG描记线。对于训练有素的临床医生，ECG信号的形态传达关于心脏结构及其电传导系统功能的大量信息。除其他外，ECG可用于测量心跳的速率和节律、心室的尺寸和位置、对心脏的肌肉细胞或传导系统的任何损伤的存在、心脏药物的作用以及植入的起搏器的功能。对ECG的判读从根本上讲是关于理解心脏的电传导系统。正常传导以可预测模式开始并传播，并且偏离该模式可为正常变化或为病理性的。因此，ECG信号中噪声的存在可妨碍有效地分析心脏活动的能力。此外，包括心脏3D成像和消融系统(例如，系统)的许多算法和系统依赖于ECG信号来进行参考、标测和分析。为了改善此类系统和算法功能的方式，需要ECG信号中的实际残余噪声水平的准确和实时估计。
[0004]心电图信号包含不期望的噪声，该噪声可包括低频噪声(例如，由于呼吸和/或基线漂移)以及较高频率的噪声，例如功率噪声和/或偏转噪声。滤波器(例如，功率滤波器)可用于去除某些频率下的噪声。然而，它们无法有效地去除所有噪声(例如，滤波器带宽之外的频率下的噪声)。因此，即使在滤波之后，ECG信号中通常存在残余噪声。出于各种原因，诸如监测系统性能和调整各种算法，估计残余噪声是重要的。ECG噪声估计方法受到并发信号和噪声的存在的挑战。因此，噪声估计的方法可包括作为第一步骤尝试在期望的信号和噪声信号之间分离。现有的用于分离这些信号的方法往往非常复杂。因此，需要用于ECG信号中的噪声估计的更简化、准确和实时的方法，该方法可用于评估和管理依赖于ECG的系统中的噪声水平。

技术实现思路

[0005]本专利技术公开了一种包括用于估计心电图(ECG)信号中的残余噪声水平的装置的系统。所公开的系统和方法可用于心电图装置中。根据本专利技术的示例性实施方案，被定位在心脏结构附近的多个电极可测量心脏结构的电信号以产生ECG信号。系统可将ECG信号分段成多个区段。对于多个区段中的每一者，可从区段中去除包括恒定直流(DC)的趋势、线性趋势和/或内插低频趋势，并且可计算区段的估计的噪声能量。可选择具有最小估计的噪声能量
的多个区段的子集。ECG信号的残余噪声能量可通过计算区段的子集上的估计的噪声能量的平均值来估计。估计的噪声能量可用于多种应用中，例如，以比较和选择具有最小噪声的诊断设备(例如，导管、电极)，以检测和警示设备中的错误并进行故障诊断，以及利用系统中的估计的噪声来调节系统性能和系统阈值/算法。
附图说明
[0006]根据下文附图所示的本公开优选实施方案的更为具体的说明，本公开的上述及其他特征和优点将显而易见。
[0007]图1为根据示例性实施方案的示例心电图装置100的示意图；
[0008]图2为根据示例性实施方案的用于估计心电图(ECG)信号中的噪声水平的示例过程的流程图；
[0009]图3A示出了使用CARTO系统中的第一类型的导管产生的不同水平的ECG信号处的示例ECG噪声水平，其中ECG信号以原始形式(数字输出)、在功率噪声滤波之后以及在用户可选择的滤波之后(通过CARTO系统)示出；
[0010]图3B示出了使用CARTO系统中的第二类型的导管产生的不同水平的ECG信号处的示例ECG噪声水平，其中ECG信号以原始形式(数字输出)、在功率噪声滤波之后以及在用户可选择的滤波之后(通过CARTO系统)示出；
[0011]图3C示出了使用CARTO系统中的第一类型的导管产生的原始格式的示例二分之一ECG信号，并且示出了用于根据图2所示的过程计算残余ECG噪声水平估计的示例区段；并且
[0012]图3D示出了使用CARTO系统中的第二类型的导管产生的原始格式的示例二分之一ECG信号，并且示出了用于根据图2所示的过程计算残余ECG噪声水平估计的示例区段。
具体实施方式
[0013]示例性心电图系统可包括放置在患者肢体上和胸部表面上的多个引线(例如，十二根引线，或者可更少或更多)和多个电极(例如，十个电极，或者可更多或更少)。心脏的电位的总体大小由引线测量(每根引线对应于不同的测量角度)并且在一段时间内进行记录。用心内电极(其例如被安装在置于心脏的腔室内的导管上)执行的心电描记法产生被称为心内心电图(ICEG)的ECG，并且可与放置在患者外部的引线结合利用或代替该引线。由相反极性的两个电极构成的引线被称为双极引线。由单个正电极和基准点构成的引线为单极引线。
[0014]为了测量心脏肌肉的电活动，ECG电极必须能够检测到患者的皮肤或心脏组织上势能的很小的变化。例如，电变化可由ECG电极检测为测得大约1毫伏(mV)或更小的心脏电信号。
[0015]在常规的心内心电图系统中，与皮肤和/或心脏组织接触的ECG电极测量作为正电荷流向电极的心脏信号电流，以及作为负电荷流动远离电极的心脏信号电流，以产生随时间的心脏的电信号的电压读数。心电图系统的目标是最小化人工痕迹并且最大化EKG信号的准确性，以便向医师提供可靠的信息。由心电图系统产生的ECG信号广泛用于诊断和监测心脏病症，它们对各种混合噪声敏感，这可降低诊断准确性并妨碍医师有效诊断和治疗心脏病症的能力。
[0016]根据本专利技术的示例性实施方案，所公开的心电图系统和方法采用动态和实时残余噪声估计过程来估计ECG信号(包括体表或心内ECG信号)中的残余噪声水平。此外，本专利技术所公开的残余噪声估计过程可与其他形式的信号一起使用，诸如神经记录、通信线路上的电信号，以及其中期望的信号和噪声信号需要及时分离的任何其他电信号，包括在非生物医学应用中生成的信号。根据本专利技术的示例性实施方案，残余噪声估计过程可假设ECG信号包含短区间并且不包含局部或远场活动。根据示例性噪声估计过程，ECG信号被分段成短区段(例如，40毫秒至50毫秒窗口)。从ECG区段中去除直流电(DC)分量、线性趋势分量和/或任何低通分量，并且计算每个ECG区段的能量(例如，通过计算均方根或峰到峰振幅)。然后，确定ECG区段的RMS的非DC、非趋势能量并将其用作ECG信号的噪声水平的估计。本专利技术利用了噪声的能级通常不会突然改变的特性(可能是在通信噪声为暂时的情况下除外)。下面描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于估计心电图(ECG)信号的残余噪声能量的系统，所述系统包括：多个电极，所述多个电极被定位在心脏结构附近并且被配置成测量所述心脏结构的电信号以产生所述ECG信号；以及处理器，所述处理器被配置成：将所述ECG信号分段成多个区段；对于所述多个区段中的每一者：从所述区段中去除线性趋势能量和直流(DC)能量，并且计算所述区段的估计的噪声能量；选择具有最小估计的噪声能量的所述多个区段的子集；以及通过计算所述估计的噪声能量在所述区段的子集上的平均值来估计所述ECG信号的所述残余噪声能量。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个电极包括心内电极和表面电极中的至少一者，所述心内电极被安装在导管上，所述表面电极位于所述心脏结构外部的身体表面上，所述导管被配置用于插入所述心脏结构的腔室中。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个区段中的相邻区段在时间上部分重叠。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述ECG信号为在任何滤波之前的原始单极或双极ECG信号。5.根据权利要求1所述的系统，还包括：至少一个功率滤波器，所述至少一个功率滤波器被配置成对所述ECG信号进行滤波。6.根据权利要求1所述的系统，还包括：近回归中值滤波器、导数滤波器或高通滤波器中的至少一者，以对所述ECG信号进行滤波。7.根据权利要求1所述的系统，其中：所述处理器被进一步配置成选择所述区段的持续时间，使得所述趋势能量最小。8.根据权利要求1所述的系统，其中：所述处理器被配置成通过取所述区段的均方根(RMS)振幅或峰到峰(PP)振幅来计算所述区段的所述估计的噪声能量。9.根据权利要求1所述的系统，其中：所述处理器被进一步配置成通过所述区段的持续时间来归一化所述区段的所述估计的噪声能量。10.根据权利要求1所述的系统，其中：所述多个电极被进一步配置成产生多个ECG信号；并且所述处理器被配置成估计所述多个ECG信号中的每一者...

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：伯恩森斯韦伯斯特以色列有限责任公司，
类型：发明
国别省市：