DE10300916A1

DE10300916A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Wehenüberwachung unter Verwendung einer linearen prädiktiven Modellierung von Abdominalflächen-EMG-Signalen

Info

Publication number: DE10300916A1
Application number: DE10300916A
Authority: DE
Inventors: Ralph Thomas Hoctor; Khalil John Maalouf; Yibin Zheng
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2003-01-13
Publication date: 2003-07-24
Also published as: GB0300494D0; GB2384566B; US20030135130A1; GB2384566A; JP2003245258A; US6898460B2

Abstract

Es werden ein System und ein Verfahren zur Verarbeitung von Elektromyogrammeingangssignalen (EMG-Eingangssignalen) von einer Abdominalfläche zur Erfassung von Wehen bereitgestellt. Das System umfaßt einen Sensor, der zur Erfassung eines zur Gebärmutter gehörigen EMG-Signals und Erzeugung eines EMG-Eingangssignals konfiguriert ist. Das System weist ferner eine Signalverarbeitungseinrichtung auf, die mit dem Sensor gekoppelt ist und zur Erzeugung eines EMG-Prädiktionsfehlersignals konfiguriert ist. Die Signalverarbeitungseinrichtung führt zur Erzeugung des EMG-Prädiktionsfehlersignals Signalverarbeitungsoperationen bei dem EMG-Eingangssignal aus, wobei das EMG-Prädiktionsfehlersignal der Größe von zumindest einem Kontraktionsereignis und der Periodizität von mehreren Kontraktionsereignissen entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Überwachung des medizinischen Zustands einer in den Wehen liegenden Frau und insbesondere auf die Verarbeitung von Abdominal flächenelektromyogrammsignaldaten (Abdominalflächen-EMG-Signaldaten) zum Zwecke der Wehenüberwachung.

Die gegenwärtige Technologie zur Überwachung von Wehen besteht in einem Tokodynamometer, das den auf einen um das untere Abdomen einer in den Wehen liegenden Patientin plazierten Gurt ausgeübten Abdominaldruck mißt. Es kann jedoch für einige Patientinnen unbequem sein, das Tokodynamometer zu tragen. Zusätzlich können bei größeren Frauen Abdominaldruckänderungen schwerer zu erfassen sein. Es ist eine erweiterte Wehenüberwachung erforderlich, um Geburtshelfer mit einem verbesserten Hilfsmittel zur Diagnose, ob eine Patientin der Gefahr einer vorzeitigen Geburt ausgesetzt ist, zu versehen. Da es sich bei der Frühgeburt um die führende Ursache (85%) des Säuglingssterbens handelt, besitzt eine verbesserte EMG- Technologie das Potential dazu, die Betreuung und Verwaltung vor der Geburt vorwärtszubringen.

Es ist hinreichend nachgewiesen worden, daß Wehen durch elektrische Potentiale verursacht werden, die durch Muskelzellen erzeugt und übertragen werden. Diese elektrischen Aktivitäten treten in Bursts auf und rufen meßbare elektrische Felder hervor, die als elektromyographische Signale (EMG-Signale) bezeichnet werden. Die Frequenz und die Dauer von bestimmten Merkmalen der EMG-Signale entsprechen der Frequenz und der Dauer der Wehen. Die zeitlichen und spektralen Eigenschaften eines durch äußere Elektroden aufgezeichneten EMG-Signals ermöglichen es, hinsichtlich der Fähigkeit zu elektrischen Befehlen (electrical command capability) zwischen effizienten und ineffizienten Kontraktionen zu unterscheiden. Es wird auch berichtet, daß sich die spektrale Dichte der EMG-Signale während der Gestation in verschiedenen Stadien deutlich verschiebt, was ein Mittel zur Trennung von nicht geburtsbezogenen Kontraktionen von geburtsbezogenen Kontraktionen bereitstellt. Es ist möglich, die zur Gebärmutter gehörige elektrische Aktivität schon in einem Gestationsalter von 19 Wochen aufzuzeichnen. Daher kann ein abdominales EMG-Signal zur Schwangerschaftsüberwachung nützlich sein.

Es ist bekannt, daß das EMG-Signal zuverlässig aufgezeichnet werden kann, indem Elektroden auf der inneren zur Gebärmutter gehörigen Fläche plaziert werden. Eine derartige Prozedur ist jedoch sowohl invasiv als auch in der klinischen Verwendung nicht akzeptiert. Es ist vorgeschlagen worden, daß die EMG-Signale auf der äußeren Fläche des Abdomens erfaßt werden sollten, und es ist gezeigt worden, daß diese Prozedur in der Praxis funktioniert. Von der äußeren Fläche des Abdomens erfaßte EMG-Signale können verursacht durch die Beziehung zwischen dem Beginn der Kontraktion und den spektralen Eigenschaften des EMG-Signals zur Erfassung und Überwachung von Kontraktionen verwendet werden. Die Haupthindernisse für eine derartige Verwendung der EMG-Technologie bestehen erstens in einer Patientenbewegung, die ein Rauschen und Signalartefakte verursacht, zweitens in einer Störung von anderen physiologischen elektrischen Ereignissen (wie beispielsweise einem Elektrokardiogramm (EKG)) und drittens in unvollkommenen Elektrodenkontakten.

Es besteht ein Bedarf an einer wirksamen Einrichtung zur genauen Verarbeitung des EMG-Signals von den an der äußeren Abdominalwand befestigten Elektroden, um daraus eine Angabe darüber zu extrahieren, wann die Perioden der Kontraktion auftreten.

Es wird ein System zur Verarbeitung von Elektromyogrammsignalen (EMG-Signalen) von einer äußeren Abdominalfläche zur Erfassung von Wehen bereitgestellt. Das System umfaßt zumindest einen Sensor, der zur Erfassung von EMG-Signalen konfiguriert ist und zur Erzeugung eines entsprechenden EMG-Eingangssignals konfiguriert ist. Das System weist ferner eine Signalverarbeitungseinrichtung auf, die mit dem zumindest einen Sensor gekoppelt ist und zur Erzeugung eines entsprechenden EMG- Prädiktionsfehlersignals konfiguriert ist. Die Verarbeitungseinrichtung führt zur Erzeugung des EMG- Prädiktionsfehlersignals Signalverarbeitungsoperationen bei dem EMG-Eingangssignal aus, wobei das EMG- Prädiktionsfehlersignal der Größe von zumindest einem Kontraktionsereignis und der Periodizität von mehreren Kontraktionsereignissen entspricht. Das EMG-Eingangssignal wird in Kombination mit einem zweiten EMG-Eingangssignal verwendet, um ein Rauschen bei EMG-Signalen zu verringern.

Es wird ein Verfahren zur Verarbeitung von Elektromyogrammsignalen (EMG-Signalen) von einer Abdominalfläche zur Erfassung von Wehen bereitgestellt. Das Verfahren. umfaßt ein Erfassen eines EMG-Signals und ein Erzeugen eines EMG-Eingangssignals. Das Verfahren weist ferner ein Erzeugen eines EMG-Prädiktionsfehlersignals auf, das der Größe von zumindest einem Kontraktionsereignis und der Periodizität von mehreren Kontraktionsereignissen entspricht.

Diese und andere Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind besser verständlich, wenn die nachstehende ausführliche Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Zeichen überall in den Zeichnungen gleiche Teile darstellen, wobei:
Fig. 1 ein Gesamtblockschaltbild zeigt, das ein Wehenüberwachungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 eine graphische Darstellung von Antworten eines Tokodynamometers auf einen Satz von Wehenereignissen zeigt;
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Antworten einer digitalen Darstellung eines EMG-Eingangssignals auf einen Satz von Wehenereignissen zeigt; und
Fig. 4 eine graphische Darstellung von Antworten eines Ausgangssignals einer digitalen Verarbeitungseinrichtung (EMG-Prädiktionsfehlersignals) auf einen Satz von Wehenereignissen zeigt.
Obwohl die Physiologie der zur Gebärmutter gehörigen EMG- Erzeugung bis zu einem beträchtlichen Grad verstanden wird, hat sich die Modellierung des EMG-Signalverlaufs auf der Grundlage des zugrundeliegenden physiologischen Prozesses als schwierig erwiesen. Das EMG-Eingangssignal zeigt die Eigenschaften eines instationären Zufallsprozesses; daher wird ein phänomenologischer Ansatz verwendet, gemäß dem das zur Gebärmutter gehörige EMG-Signal als ein autoregressiver Zufallsprozeß (AR-Zufallsprozeß) modelliert wird wie folgt:

e[n] = x[n] + a₁x[n - 1] + . . . + a_px[n - p] (1)
Dabei 1) stellt e[n] ein EMG-Prädiktionsfehlersignal dar, 2) stellt x[n] ein digitalisiertes EMG-Eingangssignal dar, 3) stellt eine berechnete Größe a₁x[n - 1] + . . . + a_px[n - p] ein EMG-Prädiktionssignal dar, und 4) stellen a₁, . . ., a_p eine Vielzahl von Prädiktionskoeffizienten dar.
Der Aufbau von AR-Modellen ist in dem Fachgebiet der Signalverarbeitung allgemein bekannt (siehe z. B. S. L. Marple, Jr., Digital Spectral Analysis with Applications, Prentice-Hall, 1987). Das allgemeine AR-Modell von (1) wird auf ein spezifisches Eingangssignal angewendet, indem ein Satz von Prädiktionskoeffizienten identifiziert wird. Diese Prädiktionskoeffizienten werden im allgemeinen derart gewählt, daß eine Eigenschaft des EMG- Prädiktionsfehlersignals e[n] optimiert wird. Ein üblicher Ansatz besteht darin, a₁, . . ., a_p derart zu wählen, daß die Energie bei e[n] minimiert wird. Die Anwendung eines AR- Modells ist äquivalent zu der Annahme, daß es sich bei dem Eingangssignal (x[n]) um einen Zufallsprozeß eines farbigen Rauschens handelt, das durch ein Filtern eines Prozesses eines weißen Rauschens mit einem Allpolfilter erzeugt worden ist.
Das durch (1) gegebene Prädiktionsfehlersignal ist auch als der Vorwärtsprädiktionsfehler bekannt, da es sich dabei um den Fehler bei der Prädiktion einer Beobachtung auf der Grundlage von vergangenen Beobachtungen des Signals und somit einer Prädiktion, deren Bedeutung in der Zeit vorwärtsgerichtet ist, handelt. Es ist ebenfalls üblich, einen Rückwärtsprädiktionsfehler zu definieren wie folgt:

e_b[n] = x[n - p]+ a₁*x(n - p + 1]+ . . . + a_p*x[n] (2)
Dabei sind im allgemeinen die Prädiktionskoeffizienten a₁*, . . ., a_p* die komplexen Konjugierten der Prädiktionskoeffizienten in (1). Viele andere übliche Modellierungsverfahren optimieren eine Kombination des Vorwärts- und Rückwärtsprädiktionsfehlers.
Der Ansatz der Erfindung wird auch als ein lineares Prädiktionsmodell bezeichnet, da der gegenwärtige Wert des . EMG-Eingangssignals (x[n]) durch eine Kombination der vergangenen Werte des Eingangssignals "vorhergesagt" wird. Während des Wehenereignisses zeigt das EMG-Eingangssignal (x[n]) dahingehend instationäre Eigenschaften, daß sich der Frequenzinhalt des Signals mit der Zeit ändert. Die Prädiktionskoeffizienten a₁, . . ., a_p werden berechnet, indem ein Segment von zusammenhängenden Daten in dem digitalisierten EMG-Eingangssignal (x[n]) verarbeitet wird. Da jedes derartige Segment ein festes Zeitintervall darstellt, sind sowohl die Prädiktionskoeffizienten (a₁, . . ., a_p) als auch das EMG-Prädiktionssignal (a₁x[n - 1] + . . . + a_px[n - p]) Funktionen der Zeit. Der Grad, zu dem das digitalisierte EMG-Eingangssignal (x[n]) und das EMG-Prädiktionssignal nicht miteinander übereinstimmen, wird durch die Amplitude des EMG-Prädiktionsfehlersignals e[n] angegeben. Das EMG-Prädiktionsfehlersignal e[n] kann auch dahingehend interpretiert werden, daß es angibt, in welchem Umfang die Annahme der AR-Modellierung gültig ist; wenn das EMG-Prädiktionsfehlersignal groß ist, besteht die Folgerung darin, daß das EMG-Eingangssignal durch einen AR- Zufallsprozeß p-ter Ordnung nicht gut modelliert ist.
Bei dem Beginn der Wehe zeigt das EMG-Eingangssignal (x[n]) eine Änderung der spektralen Eigenschaften. Die Änderung der spektralen Eigenschaften bei dem EMG-Eingangssignal (x[n]) ändert den Grad, zu dem das AR-Modell p-ter Ordnung auf das EMG-Eingangssignal (x[n]) anwendbar ist, was zu einer Änderung der Amplitude des EMG- Prädiktionsfehlersignals (e[n]) führt. Die Änderung der Amplitude des EMG-Prädiktionsfehlersignals (e[n]) wird bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Angabe der Wehe verwendet. Demgegenüber kehrt das EMG- Prädiktionsfehlersignal bei dem Ende der Wehe zu seinem früheren Pegel zurück. Die Änderung der Amplitude des EMG- Prädiktionsfehlersignals (e[n]), die die Änderung der spektralen Eigenschaften des EMG-Eingangssignals (x[n]) angibt, kann eine Angabe sowohl des Beginns als auch des Endes der Wehe bereitstellen.
Ein Wehenüberwachungssystem zur Verwendung bei der Erfassung von Wehen weist einen (was zumindest einen bedeutet) Sensor 1 gemäß Fig. 1 auf. Der Sensor 1 erzeugt ein entsprechendes EMG-Eingangssignal (x[n]) 2. Der Sensor 1 ist mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 20 gekoppelt, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung 20 das jeweilige EMG-Prädiktionsfehlersignal (e[n]) 10 erzeugt, das eine Größe von zumindest einem Kontraktionsereignis und eine Periodizität von einem Satz von mehreren Kontraktionsereignissen darstellt. Die Signalverarbeitungseinrichtung 20 ist optional mit einer Anzeigevorrichtung 15 gekoppelt. Der Sensor 1 umfaßt z. B. typischerweise ein Paar von Elektrokardiogrammelektroden (EKG-Elektroden). Die Signale von den EKG-Elektroden werden differentiell aufgezeichnet; und die Differenz von zwei EKG-Elektroden-Ausgaben ist die Ausgabe des Sensors 1, bei der es sich um das EMG-Eingangssignal (x[n]) 2 handelt. Die Anwendung der Nutzung von zwei EKG-Elektroden als einen Sensor 1 ist dem Fachmann bekannt, und die EKG-Elektroden sind in hohem Maße verfügbar.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die Signalverarbeitungseinrichtung 20 typischerweise ferner die nachstehenden Komponenten zur Erzeugung des EMG- Prädiktionsfehlersignals (e[n]) 10. Ein Verstärker 3 erzeugt eine verstärkte Darstellung des EMG-Eingangssignals (x[n]) 2. Der Verstärker 3 ist mit einem Tiefpaßfilter 4 gekoppelt. Das Tiefpaßfilter 4 führt eine Antialiasing- Filterung der verstärkten Darstellung des EMG- Eingangssignals (x[n]) 2 aus, um eine tiefpaßgefilterte Darstellung des EMG-Eingangssignals 2 zu erzeugen. Das Tiefpaßfilter 4 ist mit einem Analog-Digital-Wandler 5 gekoppelt. Der Analog-Digital-Wandler 5 erzeugt in einem typischen Abtastfrequenzbereich von etwa 100 Hz bis etwa 200 Hz eine digitalisierte Darstellung des EMG- Eingangssignals 2 aus der tiefpaßgefilterten Darstellung des EMG-Eingangssignals (x[n]) 2. Der Analog-Digital- Wandler 5 ist mit einem Störschutzfilter 7 gekoppelt. Das Störschutzfilter 7 entfernt die Stromleitungsstruktur (d. h. typischerweise 50 Hz oder 60 Hz) aus der digitalisierten Darstellung des EMG-Eingangssignals (x[n]) 2, um eine störschutzgefilterte Version des EMG-Eingangssignals (x[n]) 2 zu erzeugen. Das Störschutzfilter 7 ist mit einer digitalen Verarbeitungseinrichtung 8 gekoppelt. Die digitale Verarbeitungseinrichtung 8 kann jede Form von digitaler Verarbeitungsvorrichtung einschließlich beispielhaft und nicht beschränkend eines Standardmikroprozessors, eines digitalen Signalprozessors oder einer programmierbaren logischen Vorrichtung sein. Die digitale Verarbeitungseinrichtung 8 umfaßt einen Anpassungsalgorithmus zur Verarbeitung der störschutzgefilterten Version des EMG-Eingangssignals (x[n]) 2 und zur Berechnung des EMG- Prädiktionsfehlersignals (e[n]) 10. Die digitale Verarbeitungseinrichtung 8 ist optional mit einer Anzeigevorrichtung 15 gekoppelt. Die Anzeigevorrichtung 15 wird beispielhaft und nicht beschränkend als ein Computermonitor, ein Instrumentenanzeigemonitor, ein Anzeigemonitor am Krankenbett, ein Drucker oder ein Streifenschreiber identifiziert. Die Anzeigevorrichtung 15 empfängt das EMG-Prädiktionsfehlersignal (e[n]) 10 derart, daß die Patientin oder der praktische Arzt sowohl den Beginn als auch den Rückgang von Wehen überwachen und optional aufzeichnen kann.
Bei einem (nicht in Fig. 1 gezeigten) Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mehr als ein Sensor 1 zur Erzeugung mehr als eines entsprechenden EMG-Eingangssignals (x[n]) 2 verwendet. Ein zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung bereitgestelltes Beispiel besteht darin, daß zwei Sensoren 1 zur Erzeugung sowohl eines ersten EMG- Eingangssignals (x[n]) 2, das dem ersten Sensor 1 entspricht, als auch eines zweiten EMG-Eingangssignals (x[n]) 2, das dem zweiten Sensor 1 entspricht, vorgesehen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel verarbeitet die Signalverarbeitungseinrichtung 20 sowohl das erste EMG- Eingangssignal (x[n]) 2 als auch das zweite EMG- Eingangssignal (x[n]) 2, um ein dem ersten EMG- Eingangssignal (x[n]) 2 entsprechendes erstes EMG- Prädiktionsfehlersignal (e[n]) 10 und ein dem zweiten EMG- Eingangssignal (x[n]) 2 entsprechendes zweites EMG- Prädiktionsfehlersignal (e[n]) 10 zu erzeugen. Die Signalverarbeitungseinrichtung 20 bestimmt es, ob das erste oder das zweite EMG-Prädiktionsfehlersignal (e[n]) 10 mehr Amplitudenvariation aufweist, und stellt daraufhin das EMG- Prädiktionsfehlersignal (e(n]) 10 mit mehr Amplitudenvariation für die Anzeigevorrichtung 15 bereit.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt der Anpassungsalgorithmus einen Parameterschätzabschnitt, der mit einem als einen Prädiktionsfehlerfilter bezeichneten digitalen Filter mit endlicher Impulsantwort gekoppelt ist, um das EMG-Prädiktionsfehlersignals (e[n]) 10 zu berechnen. Der Parameterschätzabschnitt berechnet zumindest einen Prädiktionskoeffizienten (a₁, . . ., a_p). Der Parameterschätzabschnitt des Anpassungsalgorithmus berechnet die Prädiktionskoeffizienten (a₁, . . ., a_p) bei dem linearen Prädiktionsfilter zur Optimierung eines EMG- Prädiktionsfehlerleistungsfähigkeitsindex wie beispielsweise des Langzeitdurchschnitts der Quadrate des EMG-Prädikaionsfehlersignals (e[n]) 10. Der Anpassungsalgorithmus in der digitalen Verarbeitungseinrichtung 8 filtert die störschutzgefilterte Version des EMG-Eingangssignals (x[n]) 2, um das EMG- Prädiktionsfehlersignal (e[n]) 10 zu erhalten. Bei Bedarf erzeugt der Parameterschätzabschnitt in einem von einer Anzahl von Standard-AR-Modellen das EMG- Prädiktionsfehlersignal (e[n]) 10 als ein Nebenprodukt und verhindert dadurch den Bedarf an dem Prädiktionsfehlerfilter.
Bei der Erfindung ist die Verwendung von Standard-AR- Modellen annehmbar. Insbesondere werden der Anpassungsalgorithmus der rekursiven kleinsten Quadrate (Recursive Least Squares bzw. RLS) und der Burg- Anpassungsalgorithmus als Anpassungsalgorithmen angeführt, die bei der Erfindung verwendet werden können. Der Anpassungsalgorithmus der rekursiven kleinsten Quadrate und der Burg-Anpassungsalgorithmus werden beispielhaft und nicht beschränkend dargestellt, und die Erfindung ist in keinster Weise auf die Verwendung dieser Verfahren beschränkt.
Wenn ein Parameterschätzabschnitt in der digitalen Verarbeitungseinrichtung 8 verwendet wird, weist das Prädiktionsfehlerfilter eine als die Modellordnung bekannte Anzahl von Prädiktionsfehlerfilterkoeffizienten auf, die spezifiziert werden muß. Die Erfinder haben es durch Experimente bestimmt, daß Modellordnungen in dem Bereich von 2 bis 10 die gewünschte Angabe der Wehe bei dem EMG- Prädiktionsfehlersignal (e[n]) 10 erzeugen. Falls die Modellordnung zu groß ist, wird die Empfindlichkeit des EMG-Prädiktionsfehlersignals (e[n]) 10 gegenüber der Wehe verringert.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das RLS-Verfahren zur Berechnung des EMG- Prädiktionsfehlersignals 10 verwendet. Bei dem RLS- Verfahren handelt es sich um eine Prozedur einer Klasse von AR-Modellierungsprozeduren, auf die als sequentiell Bezug genommen wird, da für jeden neuen Datenabtastwert ein neues AR-Modell berechnet wird. Bei einer gegebenen Modellordnung (p) erzeugt der RLS-Algorithmus eine Schätzung der kleinsten Quadrate der Parameter, indem er eine exponentiell gewichtete Summe von Vorwärtsprädiktionsfehlern minimiert. Wie bei der Erfindung verwendet wird der n-t-älteste (n^th oldest) Vorwärtsprädiktionsfehler mit dem Faktor wⁿ gewichtet. Die Schätzung der kleinsten Quadrate der Parameter wird rekursiv aktualisiert, wie es in vielen Standardreferenzarbeiten wie beispielsweise S. L. Marple, Jr., Digital Spectral Analysis with Applications, Prentice- Hall, 1987, Kapitel 9 beschrieben ist. Einer der Parameter, für den eine rekursive Schätzung vorhanden ist, ist der Vorwärtsprädiktionsfehler, bei dem es sich um die erforderliche Ausgabe der digitalen Verarbeitungseinrichtung 8 (Signalverarbeitungseinrichtung 20) handelt. Der Gewichtsparameter (w) bei dem RLS-Filter wird typischerweise derart eingestellt, daß w^N = 0,01 für einen Wert von N, wobei N gleich der Anzahl von Abtastwerten in dem typischen Zeitintervall in einem Bereich von etwa 2 Sekunden bis etwa 12 Sekunden ist.
Es ist bekannt, daß der RLS-Algorithmus gegen durch die Ansammlung von Abrundungsfehlern oder anderen numerischen Fehlern bei den rekursiven Berechnungen verursachte Fehler empfindlich ist. In der Signalverarbeitungsliteratur sind verschiedene Schemata zur Befassung mit diesem Problem beschrieben worden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel verwendet die digitale Verarbeitungseinrichtung 8 einen Blockdatenoptimierungsalgorithmus wie beispielsweise den allgemein bekannten Burg-Algorithmus. Blockdatenverfahren verwenden alle Daten in einem festen Datenblock oder -fenster zur Berechnung eines einzelnen AR-Modells. Das Burg-Verfahren minimiert insbesondere die Summe der Quadrate der Vorwärts- und Rückwärtsprädiktionsfehler über einen gegebenen Datenblock für eine gegebene Modellordnung und erzeugt als ein rechnerisches Nebenprodukt den Wert der Summe. Die Erfinder haben es durch Experimente bestimmt, daß die mit dem Verfahren des Blockdatenoptimierungsalgorithmus verbundenen Modellordnungen sich typischerweise zwischen 2 und 10 bewegen, um die gewünschte Angabe der Wehe bei dem EMG- Prädiktionsfehlersignal (e[n]) 10 zu erzeugen. Bei der Erfindung sind die Datenblöcke überlappende Segmente des EMG-Eingangssignals (x[n]) 2, die alle die gleiche feste Anzahl von Abtastwerten aufweisen, und die Ausgabe des Burg-Algorithmus ist der berechnete Wert der Summe von quadrierten Fehlern. Jeder Ausgangswert des Burg- Algorithmus wird aus dem jüngsten angesammelten Datenblock berechnet, und die Ausgangswerte können mit der gleichen Abtastrate wie das EMG-Eingangssignal (x[n]) 2 oder mit einer verringerten Abtastrate erzeugt werden, indem die Anzahl von zu dem gespeicherten Datenblock hinzugefügten neuen Datenpunkten variiert wird, bevor die nächste Berechnung ausgeführt wird. Wenn in der digitalen Verarbeitungseinrichtung 8 ein Blockdatenoptimierungsalgorithmus verwendet wird, beträgt die typische Datensammlungsfensterdauer von etwa 2 Sekunden bis etwa 10 Sekunden.
Als ein Beispiel für die gerade beschriebene Verarbeitung sind Antworten eines Tokodynamometers, der digitalisierten Darstellung des EMG-Eingangssignals (x[n]) 2 und des Ausgangssignals der digitalen Verarbeitungseinrichtung (EMG-Prädiktionsfehlersignals (e[n]) 10) auf einen Satz von Wehenereignissen in Fig. 2, 3 bzw. 4 bereitgestellt. Das Ausgangssignal der digitalen Verarbeitungseinrichtung (EMG- Prädiktionsfehlersignal (e[n]) 10) wurde unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung berechnet, bei dem das Prädiktionsfehlerfilter bei dem Burg-Algorithmus von zweiter Ordnung ist, und die Datensammlungsfensterdauer des Burg-Algorithmus betrug 10 Sekunden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet einen Burg-Algorithmus mit einer Datensammlungsfensterdauer von etwa 5 Sekunden, ein ein Modell vierter Ordnung darstellendes Prädiktionsfehlerfilter vierter Ordnung und eine digitalisierte Darstellung des EMG-Eingangssignals 2 mit einer Abtasthäufigkeitsrate von etwa 200 Hz.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet einen Burg-Algorithmus mit einer Datensammlungsfensterdauer von etwa 10 Sekunden, ein ein Modell vierter Ordnung darstellendes Prädiktionsfehlerfilter vierter Ordnung und eine digitalisierte Darstellung des EMG-Eingangssignals 2 mit einer Abtasthäufigkeitsrate von etwa 100 Hz.
Ein spezifisches Ausführungsbeispiel eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Verarbeitung von EMG-Signaldaten von einer äußeren Abdominalfläche zum Zwecke der Erfassung von Wehen gemäß der Erfindung ist zum Zwecke der Veranschaulichung der Art und Weise, in der die Erfindung ausgebildet ist und verwendet wird, beschrieben. Es ist selbstverständlich, daß die Realisierung von anderen Variationen und Modifikationen der Erfindung und ihrer verschiedenen Ausgestaltungen für den Fachmann offensichtlich ist und daß die Erfindung nicht durch die beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Daher ist es beabsichtigt, die Erfindung und jegliche Modifikationen, Variationen oder Äquivalente, die in den Rahmen des Inhalts und Schutzbereichs der dabei offenbarten und beanspruchten grundlegenden zugrundeliegenden Prinzipien fallen, abzudecken.
Es werden ein System und ein Verfahren zur Verarbeitung von Elektromyogrammeingangssignalen (EMG-Eingangssignalen) von einer Abdominalfläche zur Erfassung von Wehen bereitgestellt. Das System umfaßt einen Sensor, der zur Erfassung eines zur Gebärmutter gehörigen EMG-Signals und Erzeugung eines EMG-Eingangssignals konfiguriert ist. Das System weist ferner eine Signalverarbeitungseinrichtung auf, die mit dem Sensor gekoppelt ist und zur Erzeugung eines EMG-Prädiktionsfehlersignals konfiguriert ist. Die Signalverarbeitungseinrichtung führt zur Erzeugung des EMG- Prädiktionsfehlersignals Signalverarbeitungsoperationen bei dem EMG-Eingangssignal aus, wobei das EMG- Prädiktionsfehlersignal der Größe von zumindest einem Kontraktionsereignis und der Periodizität von mehreren Kontraktionsereignissen entspricht.

Claims

1. System zur Verarbeitung von Elektromyogrammeingangssignalen (EMG-Eingangssignalen) von einer äußeren Abdominalfläche zur Erfassung von Wehen, mit:
zumindest einem Sensor (1), der zur Erfassung eines EMG-Signals und zur Erzeugung eines entsprechenden EMG- Eingangssignals (2) konfiguriert ist; und
einer Signalverarbeitungseinrichtung (20), die mit dem Sensor (1) gekoppelt ist und zur Erzeugung eines jeweiligen EMG-Prädiktionsfehlersignals (10) konfiguriert ist, das eine Größe von zumindest einem Kontraktionsereignis und eine Periodizität von einem Satz von mehreren Kontraktionsereignissen darstellt.

2. System nach Anspruch 1, ferner mit einer Anzeigevorrichtung (15), die mit der Signalverarbeitungseinrichtung (20) gekoppelt ist.

3. System nach Anspruch 2, wobei die Anzeigevorrichtung (15) aus der aus einem Computermonitor, einem Instrumentenanzeigemonitor, einem Monitor am Krankenbett, einem Drucker und einem Streifenschreiber bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

4. System nach Anspruch 1, wobei jeder der Sensoren (1) zwei EKG-Elektroden umfaßt, die zur Plazierung in Kontakt mit der an eine Gebärmutter angrenzenden äußeren Abdominalfläche konfiguriert sind.

5. System nach Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (20) ferner umfaßt:
einen Verstärker (3), der mit einem Sensor (1) gekoppelt ist und zur Verstärkung des EMG-Eingangssignals und Bereitstellung einer verstärkten Darstellung des EMG- Eingangssignals (2) eingerichtet ist;
ein Tiefpaßfilter (4), das mit dem Verstärker (3) gekoppelt ist und zur Filterung der verstärkten Darstellung des EMG-Eingangssignals (2) zur Erzeugung einer tiefpaßgefilterten Darstellung des EMG-Eingangssignals (2) konfiguriert ist;
einen Analog-Digital-Wandler (5), der mit dem Tiefpaßfilter gekoppelt ist und zur Verarbeitung der tiefpaßgefilterten Darstellung des EMG-Eingangssignals (2) zur Erzeugung einer digitalisierten Darstellung des EMG- Eingangssignals (2) konfiguriert ist;
ein Störschutzfilter (7), das mit dem Analog-Digital- Wandler (5) gekoppelt ist und zur Entfernung einer Stromleitungsstruktur aus der digitalisierten Darstellung des EMG-Eingangssignals (2) zur Erzeugung einer störschutzgefilterten Version des EMG-Eingangssignals (2) konfiguriert ist; und
eine digitale Verarbeitungseinrichtung (8), die mit dem Störschutzfilter (7) gekoppelt ist und zur Verarbeitung der störschutzgefilterten Version des EMG-Eingangssignals (2) zur Berechnung des EMG-Prädiktionsfehlersignals (10) konfiguriert ist.

6. System nach Anspruch 5, wobei die digitale Verarbeitungseinrichtung (8) einen Anpassungsalgorithmus umfaßt, wobei der Anpassungsalgorithmus einen Parameterschätzabschnitt umfaßt, der zur Kopplung mit einem Prädiktionsfehlerfilter konfiguriert ist, wobei der Parameterschätzabschnitt zur Berechnung zumindest eines Prädiktionskoeffizienten zur Optimierung eines EMG- Prädiktionsfehlersignalleistungsfähigkeitsindex konfiguriert ist.

7. System nach Anspruch 6, wobei der Anpassungsalgorithmus ferner zur Filterung der digitalisierten Darstellung (6) des EMG-Eingangssignals (2) zur Berechnung des EMG- Prädiktionsfehlersignals (10) konfiguriert ist.

8. System nach Anspruch 6, wobei der Anpassungsalgorithmus aus der aus einem Anpassungsalgorithmus der kleinsten Quadrate und einem Burg-Anpassungsalgorithmus bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

9. System nach Anspruch 6, wobei das Prädiktionsfehlerfilter derart konfiguriert ist, daß es Modellordnungen in einem Bereich von 2 bis 10 aufweist.

10. System nach Anspruch 6, wobei der Anpassungsalgorithmus ein Anpassungsalgorithmus der kleinsten Quadrate ist, der einen Zeitintervallbereich von etwa 2 Sekunden bis etwa 12 Sekunden aufweist.

11. System nach Anspruch 6, wobei der Anpassungsalgorithmus ein Burg-Anpassungsalgorithmus ist, der eine Datensammlungsfensterdauer von etwa 2 Sekunden bis etwa 10 Sekunden aufweist.

12. System nach Anspruch 6, wobei der Anpassungsalgorithmus ein Burg-Anpassungsalgorithmus ist, der eine Datensammlungsfensterdauer von etwa 10 Sekunden aufweist, und das Prädiktionsfehlerfilter von vierter Ordnung ist.

13. System nach Anspruch 12, wobei die digitalisierte Darstellung des EMG-Eingangssignals (2) einen Abtasthäufigkeitsratenbereich von etwa 100 Hz bis etwa 200 Hz aufweist.

14. System nach Anspruch 6, wobei der Anpassungsalgorithmus einen Burg-Anpassungsalgorithmus mit einer Datensammlungsfensterdauer von etwa 5 Sekunden umfaßt, das Prädiktionsfehlerfilter ein Filter vierter Ordnung ist und die digitalisierte Darstellung des EMG-Eingangssignals (2) eine Abtasthäufigkeitsrate von etwa 200 Hz aufweist.

15. System nach Anspruch 6, wobei der Anpassungsalgorithmus ein Burg-Anpassungsalgorithmus mit einer Datensammlungsfensterdauer von etwa 10 Sekunden ist, das Prädiktionsfehlerfilter von zweiter Ordnung ist und die digitalisierte Darstellung des EMG-Eingangssignals (2) eine Abtasthäufigkeitsrate von etwa 100 Hz aufweist.

16. Verfahren zur Verarbeitung von Elektromyogrammeingangssignalen (EMG-Eingangssignalen) von einer äußeren Abdominalfläche zur Erfassung von Wehen, mit:
Erzeugen zumindest eines EMG-Eingangssignals (2); und
Berechnen eines EMG-Prädiktionsfehlersignals (10), das eine Größe von zumindest einem Kontraktionsereignis und eine Periodizität von einem Satz von mehreren Kontraktionsereignissen darstellt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, ferner mit einem Anzeigen des EMG-Prädiktionsfehlersignals (10) auf einer Anzeigevorrichtung (15).

18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Berechnens des EMG-Prädiktionsfehlersignals (10) ferner umfaßt:
Berechnen zumindest eines Prädiktionskoeffizienten zur Optimierung eines EMG- Prädiktionsfehlersignalleistungsfähigkeitsindex in einem Parameterschätzabschnitt eines Anpassungsalgorithmus; und
Filtern einer digitalisierten Darstellung des zumindest einen EMG-Eingangssignals (2) in einem Prädiktionsfehlerfilter des Anpassungsalgorithmus.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Anpassungsalgorithmus aus der aus einem Anpassungsalgorithmus der kleinsten Quadrate und einem Burg-Anpassungsalgorithmus bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Prädiktionsfehlerfilter Modellordnungen in einem Bereich von 2 bis 10 aufweist.

21. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Anpassungsalgorithmus ein Anpassungsalgorithmus der kleinsten. Quadrate ist, der einen Zeitintervallbereich von etwa 2 Sekunden bis etwa 12 Sekunden aufweist.

22. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Anpassungsalgorithmus ein Burg-Anpassungsalgorithmus mit einer Datensammlungsfensterdauer von etwa 2 Sekunden bis etwa 10 Sekunden ist.

23. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Anpassungsalgorithmus ein Burg-Anpassungsalgorithmus ist, der eine Datensammlungsfensterdauer von etwa 10 Sekunden aufweist, und das Prädiktionsfehlerfilter von vierter Ordnung ist.

24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die digitalisierte Darstellung des EMG-Eingangssignals (2) einen Abtasthäufigkeitsratenbereich von etwa 100 Hz bis etwa 200 Hz aufweist.

25. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Anpassungsalgorithmus ein Burg-Anpassungsalgorithmus ist, der eine Datensammlungsfensterdauer von etwa 5 Sekunden aufweist, das Prädiktionsfehlerfilter von vierter Ordnung ist und die digitalisierte Darstellung des EMG- Eingangssignals (2) eine Abtasthäufigkeitsrate von etwa 200 Hz aufweist.

26. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Anpassungsalgorithmus ein Burg-Anpassungsalgorithmus ist, der eine Datensammlungsfensterdauer von etwa 10 Sekunden aufweist, das Prädiktionsfehlerfilter von zweiter Ordnung ist und die digitalisierte Darstellung des EMG- Eingangssignals (2) eine Abtasthäufigkeitsrate von etwa 100 Hz aufweist.