Advertisement

Medical and biological engineering

, Volume 14, Issue 5, pp 501–508 | Cite as

Hardware detection ofP-waves in the electrocardiogram

  • B. G. Celler
  • P. T. Bason
Article

Abstract

A reliableP-wave detector has been designed for use in experiments where the firing of the sino-atrial node is important. Unlike other circuits which require tripolar electrodes implanted in the atrial myocardium this device will operate with either Lead II or III of the bipolar e.c.g. and utilises the q.r.s. complex as a time reference. Various analogue techniques are used to preprocess, filter and differentiate the reference signal to enhance the shape and the signal/noise ratio of theP-wave. Detection of theP-wave is only carried out over a portion of the cardiac cycle determined by inhibition windows whose duration is made proportional to the average interbeat interval. All threshold elements are gated by signals derived from a digital algorithm to limit their operation to portions of the cycle within which the event to be detected is assumed to arrive. The device requires a minimum of adjustment during operation and will operate reliably for heart rates in the range of 30–300 b.p.m. It will also remain stable and automatically reset under all conditions of signal dropout and invalid triggering. Operation to date has demonstrated that detection is relatively insensitive to high-frequency noise, baseline drift or muscle artefact.

Keywords

P-wave hardware detector Signal processing Heart rate control 

Sommaire

Un détecteur sûr des ondes P a été conçu pour les besoins d'expérimentation où le déclenchement du noeud sino-auriculaire est important. Contrairement aux autres circuits qui nécessitent l'implantation d'électrodes tripolaires dans le myocarde auriculaire ce dispositif fonctionnera avec soit le fil II soit le fil III de l'EGC bipolaire, et utilise le complexe QRS comme référence de temps. Des techniques analogues sont utilisées pour le prétraitement, filtrate et différentiation du signal de référence afin de mettre en valeur la forme et le rapport signal/bruit de l'onde P. La détection de l'onde P n'est effectuée que pendant une partie du cycle cardiaque déterminée par des fenêtres d'interdiction dont la durée est rendue proportionnelle à l'intervalle moyen de l'inter-battement. Tous les éléments à seuil sont déclenchés périodiquement par des signaux dérivés d'un algorithme logique pour limiter leur fonctionnement aux parties du cycle à l'intérieur duquel l'évènement à détecter est censé arriver. Le dispositif nécessite un minimum de réglage en marche, et son fonctionnement sera sûr pour les taux cardiques dans la plage 30 à 300 b.p.m. Il restera stable et sera automatiquement réaffiché dans toutes les conditions de ‘drop-out’ (lacune) et de déclenchement non valable. Son fonctionnement justqu'à ce jour a démontré que la détection est relativement insensible au bruit haute fréquence, à la dérive de la ligne zéro et à l'artefact des muscles.

Zusammenfassung

Zum Einsatz in Experimenten, bei denen ein Erregen des sino-atrialen Knotens wichtig ist, wurde ein zuverlässiger P-Wellen-Sucher konstruiert. Im Gegensatz zu anderen Schaltungen bei denen 3-polige Elektroden in das Myokard des Atriums eingepflanzt werden, arbeitet dieses Gerät entwder mit Leitung II oder III des 2-poligen EKG's und verwendet den QRS-Komplex als Bezugszeit. Zur Vorbearbeitung, zum Filtern und Unterscheiden des Bezugssignals werden verschiedene Analogverfahren verwendet, um die Form und das Signal-Rausch-Verhältnis der P-Welle zu verbessern. Die Suche nach der P-Welle wird nur über einen Teil der Herztätigkeit ausgeführt, der durch Hemmfenster bestimmt wird, deren Dauer im Verhältnis zum durchschnittlichen Abstand zwischen den Herzschlägen festgelegt wird. Alle Schwellenelemente werden durch Signale eingeblendet, die von einem digitalen Algorithmus abgeleitet werden, um ihre Einschaltung auf die Teile der Herztätigkeit zu beschränken, in denen der zu suchende Vorgang eintreten dürfte. Während des Betriebs braucht das Gerät, das sich zuverlässig für Herzgeschwindigkeiten im Bereich von 30–300 Schlägen/min einsetzen läßt, nicht oft reguliert zu werden. Es bleibt ferner bei Signalabfall und ungültiger Auslösung stabil und stellt sich in diesen Fällen automatisch zurück. Der bisherige Betrieb hat gezeigt, daß das Suchverfahren gegen Hochfrequenzrauschen, Grundlinienabweichung und Muskelartefakte relativ unempfindlich ist.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Amazeen, P. G., Moruzzi, A. L. andFeldman, G. L. (1972) Phase detection of R waves in noisy electrocardiograms.IEEE Trans. BME-19, 63–66.Google Scholar
  2. Brandon, C. W. andBrody, D. A. (1970) A hardware trigger for temporal indexing of the electrocardiographic signal.Comput. & Biomed. Res. 3, 47–57.CrossRefGoogle Scholar
  3. Duisterhout, J. S., van Bemmel, J. H., Hengeveld, S. J. andvan Herpen, G. (1972) Signal processing and waveform analysis. Progress Report 3, Inst. Med. Phys. T.N.O. Utrecht, Netherlands.Google Scholar
  4. Hacke, M. andVermeire, P. (1974) A low cost generalpurpose analogue q.r.s. wave detectors.Med. & Biol. Engng. 12, 823–826.CrossRefGoogle Scholar
  5. Holsinger, W. P., Kempner, K. M. andMiller, M. H. (1971) A q.r.s. preprocessor based on digital differentiation.IEEE Trans. BME-18, 212–217.Google Scholar
  6. James, G. W., Paul, M. H. andWessel, H. U. (1972) Precision digital heart meter.J. Appl. Physiol. 32, 718–723.Google Scholar
  7. Reutersward, C. andMalmborg, B. (1961). Hjartfrekvensdetektering. FOA 1 Rapport Dnr 10125-8112, 24pp.Google Scholar
  8. Scher, A. M. andYoung, A. C. (1960) Frequency analysis of the electrocardiogram.Circulation Res. 8, 344–346.Google Scholar
  9. Swenne, C. A., Van Bemmel, J. H., Hengeveld, S. J. andHermans, M. (1973) Pattern recognition of e.c.g. monitoring: An interactive method for the classification of ventricular complexes.Comput. & Biomed. Res. 5, 150–160.CrossRefGoogle Scholar
  10. Taylor, T. P. andMacfarlane, P. W. (1974) Digital filtering of the e.c.g.—a comparison of low-pass digital filters on a small computer.Med. & Biol. Engng. 21, 493–502.CrossRefGoogle Scholar
  11. Woolsey, M. D., Brody, D. A. andArzbaecher, R. C. (1967) Measurement of spontaneous morphologic variations in the electrocardiographicP-wave.Comput. & Biomed. Res. 1, 265–275.CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© International Federation for Medical & Biological Engineering 1976

Authors and Affiliations

  • B. G. Celler
    • 1
  • P. T. Bason
    • 1
  1. 1.Biomedical Engineering LaboratoryUniversity of N.S.W.SydneyAustralia

Personalised recommendations