1976_a digital qrs detector based on the principle of

8/8/2019 1976_A Digital QRS Detector Based on the Principle Of

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IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, MARCH 1 9 7 6[ 1 5 1 P . B a c h - y - R i t a , " S e n s o r y p l a s t i c i t y , " A c t a . N e u r o l . S c a n d i n a v ,v o l . 4 3 , 1 9 6 7 , p p . 4 1 7 - 4 2 6 .[ 1 6 ] P . B a c h - y - R i t a , C . C . C o l l i n s , L . S c a d d e n , G . W . H o l m l u n d , a n dB . K . H a r t , " D i s p l a y t e c h n i q u e s i n a t a c t i l e v i s i o n - s u b s t i t u t i o ns y s t e m , " M e d i c a l a n d B i o l o g i c a l I l l u s t r a t i o n , v o l . 2 0 , 1 9 7 0 , p p .6 - 1 2 .[ 1 7 1 S . K . R o f f l e r , " S o u n d l o c a l i z a t i o n i n t h e v e r t i c a l p l a n e , " u n p u b -l i s h e d P h . D . d i s s e r t a t i o n , U n i v e r s i t y o f C h i c a g o , 1 9 6 7 .[ 1 8 ] S . K . R o f f l e r a n d R . A . B u t l e r , " F a c t o r s t h a t i n f l u e n c e t h e l o c a l -i z a t i o n o f s o u n d i n t h e v e r t i c a l p l a n e , " J A S A , v o l . 4 3 , 1 9 6 8 ,

p p . 1 2 5 5 - 1 2 5 9 .

[ 1 9 ][ 2 0 ][ 2 1 ][ 2 2 ][ 2 3 ]

-, " L o c a l i z a t i o n o f t o n a l s t i m u l i i n t h e v e r t i c a l p l a n e , " J A S A ,v o l . 4 3 , p p . 1 2 6 0 - 1 2 6 6 , 1 9 6 8 .G . H . H a r r i s , " B i n a u r a l i n t e r a c t i o n s o f i m p u l s i v e s t i m u l i a n d p u r et o n e s , " J A S A , v o l . 3 2 , p p . 6 8 5 - 6 9 2 , 1 9 6 0 .A . W . M i l l s , "On t h e minimum a u d i b l e a n g l e , " J A S A , v o l . 3 0 ,p p . 2 3 7 - 2 4 6 , 1 9 5 8 .S . S . S t e v e n s , " N e u r a l e v e n t s a n d t h e p s y c h o p h y s i c a l l a w , "S c i e n c e , v o l . 1 7 0 , p p . 1 0 4 3 - 1 0 5 0 , 1 9 7 0 .D . R o w e l l , " A u d i t o r y d i s p l a y o f s p a t i a l i n f o r m a t i o n , " u n p u b -l i s h e d P h . D . d i s s e r t a t i o n , U n i v e r s i t y o f C a n t e r b u r y , C h r i s t c h u r c h ,New Z e a l a n d , 1 9 7 0 .

Communications.A D i g i t a l QRS D e t e c t o r B a s e d o n t h e P r i n c i p l e of

Contour L i m i t i n gHENK G . GOOVAERTS, HENK H . ROS,THOMAS J . VAN DEN AKKER, ANDHANS SCHNEIDER

A b s t r a c t - T h e a r t i c l e d e s c r i b e s a d e t e c t o r f o r p h y s i o l o g i c a l p h e -n o m e n a , e . g . , t h e Q R S - c o m p l e x , h a v i n g a t r i g g e r accuracy o f 0 . 5 m s .T h e c o n f i g u r a t i o n t o b e r e c o g n i z e d f i r s t i s p r e p r o c e s s e d t h e n f e d i n t o ap a i r o f a m p l i f i e r s w i t h a d j u s t a b l e g a i n a n d o f f s e t , r e p r e s e n t i n g t h eupper a n d l o w e r c o n t o u r - l i m i t d e r i v e d f r o m t h e a c t u a l s i g n a L T h e s es i g n a l s a r e s a m p l e d a n d A/ D c o n v e r t e d , t h e n s t o r e d i n two m e m o r i e sd u r i n g t h e " r e a d " - o p e r a t i o n .T h e a c t u a l s i g n a l , w h i c h i s c o n t i n u o u s l y s a m p l e d a n d A/ D c o n v e r t e d ,w i l l b e f e d i n t o a t h i r d m e m o r y . Th e c o n t e n t s o f t h i s m e m o r y w i l l b ec o m p a r e d w i t h t h o s e o f t h e a f o r e m e n t i o n e d memories. C o n t i n u o u sr e f r e s h i n g o f t h e t h i r d memory s h i f t s t h e a c t u a l s i g n a l t h r o u g h t h em e m o r y , t h u s o b t a i ni n g a s i t u a t i o n i n w h i c h t h e a c t u a l s i g n a l f i t s i n t ob o t h c o n t o u r - l i m i t s . I f s o , t h e c o m p a r a t o r s , o p e r a t i n g b e t w e e n t h es a m p l e s , w i l l g e n e r a t e a t r i g g e r s i g n a l .

A v e r a g i n g m e t h o d s r e q u i r i n g a h i g h accuracy a r e p e r f o r m e d f o r n o n -i n v a s i v e i n v e s t i g a t i o n s on t h e H i s - b u n d l e a c t i v i t y . H e r e t h e a c c u r a c y i sq u a n t i t a t i v e l y d e t e r m i n e d b y a s m a l l c o u n t e r r e a d i n g , t h e number o fs a m p l e s f o r w h i c h t h e a c t u a l s i g n a l f i t s i n t o b o t h c o n t o u r - l i m i t s .

INTRODUCTIONThe o n - l i n e d e t e c t i o n o f a s p e c i f i c c o n f i g u r a t i o n o f e l e c t r o -p h y s i o l o g i c a l s i g n a l s i s a n i m p o r t a n t a i d f o r t h e p r o c e s s i n g o ft h e s e s i g n a l s . On e c a n r o u g h l y d i s t i n g u i s h two methods o fw h i c h one method d e a l s w i t h t h e t h r e s h o l d d e t e c t i o n o f t h ef i l t e r e d i n p u t s i g n a l [ 1 ] , [ 2 ] w h i l e t h e o t h e r method demands

some r i g i d l y d e f i n e d d e t e c t i o n c r i t e r i a w h i c h h a v e t o b e f u l -f i l l e d b y p a r t o f t h e c o n f i g u r a t i o n o f t h e i n p u t s i g n a l [ 3 ] .M a n u s c r i p t r e c e i v e d J a n u a r y 2 3 , 1 9 7 5 ; r e v i s e d A p r i l 2 8 , 1 9 7 5 .Th e a u t h o r s ar e w i t h t h e D e p a r t m e n t o f M e d i c a l P h y s i c s , F r e e U n i -v e r s i t y , A m s t e r d a m , The N e t h e r l a n d s .

T h r e s h o l d / " . "I/I , g

D e t e c t o r. t - , O u t p u t

t b .

( a )

/ - -A DTh I I

L D e t .I ' I

I ATh I

, , - /v D e t .

t t1 _-( b ) ( c )F i g . 1 . T r i g g e r e r r o r s d u e t o a l t e r a t i o n s i n t h e t r i g g e r i n g s i g n a l . ( a )A l t e r a t i o n s i n s t e e p n e s s . ( b ) A l t e r a t i o n s i n a m p l i t u d e . ( c ) A l t e r a t i o n sd u e t o b a s e l i n e s h i f t .

H o w e v e r , d e t e c t i o n o f s l i g h t l y d i f f e r e n t c o n f i g u r a t i o n s i s n o tp o s s i b l e w i t h t h e s e m e t h o d s .I n t r o d u c i n g a d d i t i o n a l c r i t e r i a i n c r e a s e s t h e d i s c r i m i n a t i o no f t h e m e t h o d o f d e t e c t i o n , b u t a t t h e s a m e t i m e a d e c r e a s i n gn u m b e r o f c o n f i g u r a t i o n s i s d e t e c t e d o w i n g t o t h e p r e s e n c e o fn o i s e a n d a r t i f a c t s i n t h e s i g n a l . B e s i d e s , t h e a c c u r a c y o f t h ed e r i v e d d e t e c t i o n s i g n a l i s n o t o p t i m a l b e c a u s e c o n c e s s i o n sh a v e b e e n made i n t h e s e t - u p o f c o n d i t i o n s .A l t e r a t i o n s i n t h e s t e e p n e s s o f t h e s i g n a l w i l l i n t r o d u c e ad e t e c t i o n e r r o r w h i l e t h e s a m e h o l d s g o o d f o r v a r i a t i o n s i na m p l i t u d e b e c a u s e t h e l a t t e r m ay b e r e g a r d e d a s c h a n g e s i ns t e e p n e s s .I n F i g . l ( a ) a n d ( b ) t h e r e s u l t i n g d e t e c t i o n e r r o r o f b o t hc o m p o n e n t s i s s h o w n . D e t e c t i o n e r r o r s d u e t o b a s e l i n e s h i f t ,w h i c h a r e shown i n F i g . 1 ( c ) , c a n e a s i l y b e e l i m i n a t e d t h r o u g ht h e u s e o f a h i g h - p a s s f i l t e r .I n s h o r t , s e v e r a l c o n d i t i o n s h a v e t o b e s a t i s f i e d i n o r d e r t od e r i v e a d e t e c t i o n s i g n a l f r o m a g i v e n s i g n a l c o n f i g u r a t i o n .E v e n s o , t h e r e a r e a r t i f a c t s t h a t w i l l s a t i s f y t h e s e c o n d i t i o n sf o r a g i v e n s i g n a l c o n f i g u r a t i o n . T h i s b r i n g s u s t o t h e c o n c l u -s i o n t h a t t h e d e s i r e d s i g n a l c o n f i g u r a t i o n i t s e l f h a s t o s p e c i f yt h e c o n d i t i o n s on w h i c h a d e t e c t i o n s i g n a l w i l l b e g e n e r a t e d i no r d e r t o o b t a i n o p t i m a l a c c u r a c y .S u m m a r i z i n g , a l l t h e a f o r e m e n t i o n e d a p p r o a c h e s d e a l w i t h ap r i n c i p l e b a s e d upon a v e r a g e c o n d i t i o n s t o w h i c h t h e t r i g g e r -

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COMMUNICATIONSi n g s i g n a l m u s t m a t c h . I n o u r d e s i g n , i t i s t h e c o n f i g u r a t i o ni t s e l f t h a t i s t a k e n a s a n o r m , t h u s s p e c i f y i n g i t s own d e t e c t -i n g c o n d i t i o n .

DESCRIPTION OF THE P R I N C I P L EI n s t a r t i n g t h e d e s i g n t h e i d e a w a s t o r e c o g n i z e t h e a c t u a ls i g n a l b y m e a n s o f p a t t e r n - r e c o g n i t i o n . The b a s i c p r i n c i p l eo f t h i s s y s t e m i n v o l v e s t h e g e n e r a t i n g o f a n u p p e r l i m i t a n d a

l o w e r l i m i t w h o s e f o r m s s p e c i f y a c e r t a i n a r e a a s s h o w n i nF i g . 2 ( a ) . I f a g i v e n i n p u t f a l l s w i t h i n t h i s a r e a , a n i n d i c a t i o ni s g i v e n t h a t t h e r e q u i r e d s i g n a l h a s b e e n r e c e i v e d .I n t h i s f i g u r e t h e a c t u a l s i g n a l m e e t s t h e s p e c i f i c a t i o n s t o b er e c o g n i z e d i f t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n h o l d s :

CU > X > C l . ( 1 )I n o t h e r w o r d s , i f a n d o n l y i f t h e c o n f i g u r a t i o n o f t h e a c t u a ls i g n a l r e m a i n s b e t w e e n t h e u p p e r a n d l o w e r c o n t o u r - l i m i t s , ar e c o g n i t i o n w i l l b e p o s s i b l e , a n d t h i s r e c o g n i t i o n w i l l o c c u rd u r i n g t h e w h o l e t i m e t h a t t h e a c t u a l s i g n a l i s p r e s e n t i n t h ea r e a b o u n d e d b y t h e t w o c o n t o u r - l i m i t s . T h e a c c u r a c y o f t h et i m e d e t e c t i o n w i l l t h e n o b v i o u s l y b e d e p e n d e n t o n t h e w i d t ho f t h e b o u n d e d a r e a .

METHOD OF OPERATIONC o n t o u r - l i m i t s ( C " ) a n d ( C l ) a r e p r e s e n t i n a memory c o n -t a i n i n g t h e s e l i m i t s i n n s a m p l e s . A t h i r d memory c o n t a i n st h e l a s t n s a m p l e s o f t h e a c t u a l s i g n a l ( X ) . B e f o r e t h e n e x ts a m p l e o f ( X ) i s t a k en , t h e c o n t e n t s o f t h e s e t h r e e m e m o r i e sa r e c o m p a r e d a c c o r d i n g t o t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n :

c u i > X i > c l i ( 2 )i n w h i c h X i , C u 1 a n d C l 1 r e p r e s e n t t h e s a m p l e number i o f t h ea c t u a l s i g n a l a n d t h e c o n t o u r l i m i t s ( i = 1 , . * * , n ) .I f e q u a t i o n ( 2 ) i s n o t f u l f i l l e d , n o d e t e c t i o n s i g n a l w i l l o c c u r .T h e n a new s a m p l e f r o m t h e a c t u a l s i g n a l ( X ) i s a d d e d t o t h e( X ) memory w h i l e e l i m i n a t i n g t h e e a r l i e s t s a m p l e i n t h i sm e m o r y .A g a i n c o m p a r i s o n t a k e s p l a c e b e t w e e n t h e c o n t e n t s o f t h et h r e e m e m o r i e s . A f t e r a c e r t a i n n u m b e r o f s a mp l e s t h e c o n -f i g u r a t i o n o f ( X ) w i l l f i t i n t o b o t h c o n t o u r - l i m i t s , t h u s g e n -e r a t i n g a d e t e c t i o n s i g n a l . T h e a c c u r a c y o f t h i s d e t e c t i o ns i g n a l o n l y d e p e n d s on t h e s a m p l i n g f r e q u e n c y o f t h e s y s t e m .A d j u s t m e n t o f t h e c o n t o u r - l i m i t s i n s u c h a way t h a t( C u - C l ) i n c r e a s e s w i l l a l l o w s i g n a l s w i t h a s m a l l e r s i g n a l - t o -n o i s e r a t i o t o b e d e t e c t e d . T h e c o n t o u r - l i m i t s m ay b e g e n -e r a t e d a r t i f i c i a l l y o r b y u s i n g s a m p l e s o f t h e i n p u t s i g n a l .D e s i g n C o n s i d e r a t i o n s

I n o r d e r t o b u i l d s u c h a p i e c e o f e q u i p m e n t , c e r t a i n c h a r a c -t e r i s t i c s m u s t b e k e p t i n m i n d :1 . T h e ( t i m e - ) a c c u r a c y o f t h e d e t e c t i o n d e p e n d s upon t h es a m p l i n g f r e q u e n c y o f t h e s y s t e m .2 . T h e w i d t h o f t h e a r e a ( C u - C l ) d e t e r m i n e s t h e r a n g eo f v a r i a b i l i t y o f t h e i n p u t s i g n a l s w h i c h w i l l b e d e t e c t e d .3 . I t i s n o t n e c e s s a r y t h a t e q u a t i o n ( 2 ) b e t r u e f o r a l ls a m p l e s ( e x a m p l e : n o r m a l QRS w i t h s l i g h t a r t i f a c t ) .4 . I n t h e c a s e o f b i o l o g i c a l s i g n a l s i t i s a d v a n t a g e o u s t o b ea b l e t o u s e t h e s i g n a l i t s e l f i n s e t t i n g t h e l i m i t s .5 . A v i s u a l d i s p l a y i s n e c e s s a r y f o r t h e a d j u s t m e n t o f l i m i t s .

DESCRIPTION OF THE SYSTEMT h e t o t a l s e t u p a s g i v e n i n F i g . 3 c a n b e d i v i d e d i n t o f o u rs u b - s y s t e m s :a . I n p u t - p r e p r o c e s s o r .b . A / D - c o n v e r t e r , m e m o r i e s a n d c o m p a r a t o r .c . O u t p u t - d i s p l a y .d . C l o c k .

( a ) ( b )F i g . 2 . T h e p r i n c i p l e o f c o n t o u r l i m i t i n g . ( a ) T h e c o n t o u r - l i m i t s ( C u )a n d ( C l ) d e r i v e d f r o m a p r e v i o u s t r i g g e r i n g s i g n a l a r e a d j u s t e d w h i l e anew s i m i l a r c o n f i g u r a t i o n ( X ) i s m o v i n g f r o m t h e r i g h t t o t h e l e f t i n t o .t h e c o n t o u r - l i m i t s . No t r i g g e r s i g n a l i s g e n e r a t e d . ( b ) T h e t r i g g e r i n gs i g n a l f i t s i n t o b o t h c o n t o u r - l i m i t s t h u s g e n e r a t i n g a t r i g g e r s i g n a l .

F i g . 3 . B l o c k d i a g r a m o f t h e s y s t e m. The u p p e r a n d l o w e r c o n t o u r -l i m i t s a r e s t o r e d i n t h e u p p e r a n d l o w e r s h i f t r e g i s t e r s , r e s p e c t i v e l y .T h e a c t u a l s i g n a l s h i f t t h r o u g h t h e m i d d l e r e g i s t e r . The c o n t e n t s o f a l lt h r e e r e g i s t e r s a r e c o m p a r e d f o r s i m i l a r i t y a n d D/ A c o n v e r t e d f o r d i s -p l a y p u r p o s e s .a . I n p u t - P r e p r o c e s s o r

T h e i n p u t p r e p r o c e s s i n g c o n s i s t s o f a w i d e b a n d a m p l i f i e ra n d a two s t a g e m u l t i p l e - f e e d b a c k f i l t e r h a v i n g a p a s s - b a n db e t w e e n 0 . 5 Hz a n d 5 0 0 H z . A t t h e o u t p u t o f t h e f i l t e r t h es i g n a l i s d i s t r i b u t e d on t h r e e l i n e s . Tw o o f t h e s e l i n e s a r e f e di n t o a m p l i f i e r s w h i c h c a n b e c o n n e c t e d t o t h e u p p e r a n d l o w e rc o n t o u r m e m o r i e s .T h r o u g h t h e u s e o f h i g h - r e s o l u t i o n p o t e n t i o m e t e r s a n d a1 0 - b i t A / D - c o n v e r t e r , t h e r e s o l u t i o n o f t h e c o n t o u r - l i m i t sr e t a i n e d i n memory i s 1 0 mV. I n F i g . 4 t h e s c h e m a t i cd i a g r a m o f t h e p r e p r o c e s s i n g u n i t i s g i v e n .b . Memory a n d C o m p a r a t o r

T h e p r e p r o c e s s e d s i g n a l n o w i s c o n v e r t e d i n t o two c o n t o u r -l i m i t s . T h e s e l i m i t s a r e f e d i n t o a p a i r o f 1 0 - b i t A / D c o n -v e r t e r s i f p u s h b u t t o n "READ" i s o p e r a t e d ( F i g . 3 ) . I f t h e"READ" s w i t c h i s d i s e n g a g e d o n l y t h e p r e p r o c e s s e d s i g n a l i sa v a i l a b l e o n t h e i n p u t o f o n e A/D c o n v e r t e r .T h e A / D c o n v e r t e d s a m p l e s o f 1 0 - b i t s a r e t h e n s t o r e d i n a1 0 2 4 X 1 0 b i t d y n a m i c s h i f t r e g i s t e r . S a m p l i n g i s d o n e a t ar a t e o f 1 o r 2 k H z . S a m p l e g a t e s a r e o p e n f o r a p p r o x i m a t e l y2 0 , i s . T h e l a s t s a m p l e i s f e d i n t o t h e ( X ) - b u f f e r , w h e r e u p o nt h e b u f f e r s a r e c i r c u l a t e d i n p a r a l l e l t h r o u g h t h e c o m p a r a t o r s .T h i s c o m p a r i s o n i s p e r f o r m e d a t a c l o c k f r e q u e n c y o f 1 . 2 MHzo r 2 . 4 M H z , a n d d u r i n g e a c h c l o c k p u l s e e q u a t i o n ( 2 ) i s p e r -f o r m e d on t h e t h r e e b i n a r y w o r d s p r e s e n t e d i n t h e t h r e eb u f f e r s .E a c h t i m e t h a t e q u a t i o n ( 2 ) i s s a t i s f i e d a l o g i c a l 1 w i l l b ep r e s e n t e d t o t h e c o u n t e r . The c o u n t e r t h e r e f o r e c o n t a i n s t h enumber o f t i m e s w h i c h e q u a t i o n ( 2 ) i s f u l f i l l e d .I n F i g . 5 a s i m p l i f i e d d i a g r a m o f t h e A / D c o n v e r t e r , me m o r ya n d c o m p a r a t o r s e c t i o n i s g i v e n .A f t e r c o m p l e t i n g t h e c y c l e , t h e c o u n t e r i s r e s e t . I n t h ei n s t r u m e n t a s m a l l c o u n t e r i s i n c o r p o r a t e d w h i c h c o u n t s t h enumber o f s u c c e s s i v e s a m p l e s f o r w h i c h t h e e q u a t i o n h o l d s .

1 5 5



3/7

IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, MARCH 1976

I n p u t

F i g . 4 . S i m p l i f i e d s c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e p r e p r o c e s s i n g u n i t . AU s w i t c h f u n c t i o n s a r e p e r f o r m e d b y m e a n s o f d i g i t a l l yc o n t r o l l e d FE T s w i t c h e s .

C l o c k 2

T r i g g e r

F i g . 5 . S i m p l i f i e d d i a g r a m o f t h e A / D c o n v e r t e r , memory a n d c o m p a r a t o r s e c t i o n . C l o c k 1 r e p r e s e n t s t h e h i g h f r e q u e n tc l o c k o f 1 . 2 - 2 . 4 MHz w h i c h r e c i r c u l a t e s t h e s h i f t r e g i s t e r s . C l o c k 2 i s t h e l o w f r e q u e n t c l o c k o f 1 - 2 kHz u s e d f o r sam-p l i n g o f t h e a c t u a l s i g n a l .

1 5 6



4/7

COMMUNICATIONS

F r o m L l __ nC u me n o r

X n m e o w r y r J ~ ~ ~ ~ ~ ~ r C o c 2C~~~1memor

00 1 0 0

F i g . 6 . S i m p l i f i e d d i a g r a m o f t h e d i s p l a y s e c t i o n . T h e Z - a x i s p a r t o f t h i s s e c t i o n i s d e s i g n e d t o b e u s e d w i t h a T e k t r o n i x7 9 0 4 o s c i l l o s c o p e . U s i n g d i f f e r e n t o s c i l l o s c o p e s , t h e Z - o u t p u t may c a u s e i n s u f f i c i e n t b l a n k i n g a n d u n b l a n k i n g . S u p p l y -i n g b o t h 2 N 3 9 0 4 ' s f r o m + 1 5 V a n d - 1 5 V may c o r r e c t t h i s .c . O u t p u t - D i s p l a y U n i t

I n o r d e r t o r e a d t h e d e s i r e d s i g n a l a n d f o r t h e c a s e o f a d j u s t -i n g t h e c o n t o u r - l i m i t s , i t i s n e c e s s a r y t o v i s u a l i z e t h e c o n t e n t so f a l l t h r e e b u f f e r s . T h i s c a n e a s i l y b e d o n e b y j u s t a d d i n gt h r e e D/A c o n v e r t e r s t o t h e s y s t e m , b e c a u s e f o r c o m p a r i n ga l l t h r e e b u f f e r s t h e n e c e s s i t y f o r c i r c u l a t i n g e x i s t s . A f t e r D/ Ac o n v e r s i o n o n e h a s a c o n t i n u o u s s i g n a l t h a t i s r e p e a t e d w i t he a c h c y c l e . B e c a u s e o f t h e r e l a t i v e h i g h s a m p l i n g f r e q u e n c yi t i s p o s s i b l e t o a l t e r n a t e t h e a n a l o g c o n v e r t e d c o n t e n t s o f a l lt h r e e b u f f e r s .An a p p r o p r i a t e t i m e b a s e i s d e r i v e d f r o m t h e c l o c k p u l s e su s e d f o r c y c l i n g o f t h e b u f f e r s . T h i s c l o c k i s f e d i n t o a 1 0 - b i tc o u n t e r w h i c h i s f o l l o w e d b y a D / A c o n v e r t e r . T h e o u t p u t o ft h i s D / A c o n v e r t e r p r e s e n t s a r a m p v o l t a g e d u r i n g c y c l i n g o ft h e b u f f e r s f a c i l i t a t i n g i n t h i s way t h e d i s p l a y o f t h e b u f f e rc o n t e n t s . I n F i g . 6 t h e s i m p l i f i e d d i a g r a m o f t h e d i s p l a y s e c -t i o n i s g i v e n . F u r t h e r m o r e t h i s s e c t i o n p r o v i d e s b l a n k i n g a n du n b l a n k i n g o f t h e d i s p l a y e d s i g n a l .I t i s p o s s i b l e t o s h i f t b o t h c o n t o u r - l i m i t s t o t h e r i g h t s i d e o ft h e s c r e e n i n s u c h a way t h a t t h e e n d o f t h e c o n f i g u r a t i o n t ob e r e c o g n i z e d e n d s t h e d i s p l a y . I n t h i s way a minimum d e l a yi s a c h i e v e d . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e d i s p l a y m a y b e c a l i -b r a t e d i n r e a l - t i m e f i g u r e s . S o i t w i l l b e p o s s i b l e t o a d j u s tp r e c i s e l y t h e d e l a y i n m i l l i s e c o n d s w h i l e l o o k i n g a t t h e t i m e -s c a l i n g d i s p l a y p r e s e n t e d a t a c l o c k r a t e o f 1 o r 2 k H z .d . C l o c k

T i m i n g i s a c h i e v e d t h r o u g h a v e r y s i m p l e c y c l i c a p p r o a c hc o n s i s t i n g o f o n e p a s s f o r s a m p l i n g a n d t h e n e x t f o r c y c l i n gt h e b u f f e r s . From t h e e n d o f t h e s a m p l i n g p a s s a r e a d p u l s ef e e d s t h i s s a m p l e i n t o t h e b u f f e r . T h e n memory c y c l i n g s t a r t sa t a f r e q u e n c y 1 2 0 0 t i m e s h i g h e r t h a n t h e s a m p l i n g f r e q u e n c y .

A t t h e s a m e t i m e a c o u n t e r s t o r e s t h e number o f w o r d ss h i f t e d . When t h e w o r d number 1 0 2 4 i s r e a c h e d , t h e c l o c ki s i n h i b i t e d . I n t h e m e a n t i m e a new s a m p l e i s t a k e n d u r i n g t h ec y c l i n g p r o c e d u r e a n d i s p r e s e n t e d a t t h e o u t p u t s o f t h e A / Dc o n v e r t e r . T h e n t h e r e a d p u l s e i s d e r i v e d w h i c h b r i n g s u s t ot h e b e g i n n i n g o f t h e m a i n c y c l e . I n F i g . 7 ( a ) t h e t i m i n g d i a -g r a m i s s h o w n .I f a r e a d p u l s e i s p r e s e n t e d t o t h e b u f f e r s a t t h e s a m e t i m e ,t h e i n p u t s t o t h e b u f f e r s m u s t b e e n a b l e d . U s e i s made o f d y -n a m i c s h i f t r e g i s t e r s r e q u i r i n g a t w o - p h a s e c l o c k - p u l s e o b -t a i n e d b y m e a n s o f a f l i p - f l o p .I n o r d e r t o r e d u c e t h e p o w e r d i s s i p a t i o n o f t h e s h i f t - r e g i s t e r si n t h e l o g i c a l - 0 s t a t e o f t h e c l o c k - p u l s e , t h e d u t y - c y c l e i s r e -d u c e d b y m e a n s o f a R . C . n e t w o r k . T h i s c o n f i g u r a t i o n i ss h o w n i n F i g . 7 ( b ) .

H o r i z o n t a l s h i f t i n g o f t h e c o n t o u r - l i mi t s i s a c h i e v e d b y u s i n gt h e r e a d c l o c k p u l s e w i t h o u t e n a b l i n g t h e i n p u t g a t e s . T h i ss h i f t i n g , w h i c h i s o n l y p o s s i b l e i n t h e t i m e - s c a l i n g m o d e , o b -s t r u c t s a p r o p e r p o s i t i o n i n g o f t h e s e l i m i t s d u e t o t h e f a s t mov-i n g d i s p l a y . I m p r o v e m e n t o f t h i s s h i f t i n g s p e e d i s e a s i l y o b -t a i n e d b y o m i t t i n g a c e r t a i n number o f r e a d p u l s e s b y meanso f g a t i n g .

A P P L I C A T I O N S , RESULTS1 . F i g . 8 s h o w s t h e r e s u l t s w h i c h a r e o b t a i n e d w i t h a n i n p u ts i g n a l h a v i n g a l a r g e n o i s e a r t i f a c t . L i n e B s h o w s t h e t r i g g e rs i g n a l r e s u l t i n g f r o m t h e c o n t o u r - l i m i t d e t e c t i o n w h i l e l i n e Cs h o w s t h e o u t p u t o f a c o n v e n t i o n a l QRS d e t e c t o r . I t c a n

c l e a r l y b e s e e n t h a t no t r i g g e r s i g n a l i s g a t h e r e d i n r e s p o n s e t o

1 5 7



5/7

IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, MARCH

C l o c k 2

Reade n a b l e

C o n v e r tc o m m a n d

1 / 2 SN 7 4 7 3

( b )

F i g . 7 . ( a ) T i n i n g d i a g r a m o f t h e c o n n e c t i o n b e t w e e n c l o c k 1 a n d c l o c k 2 a n d t h e d e r i v e d s a m p l i n g p u l s e s . S h i f t i n g o n ec o n t o u r - l i m i t w i t h r e s p e c t t o t h e o t h e r i s o b t a i n e d b y o m i t t i n g t h e r e a d e n a b l e p u l s e ( l o w e r t r a c e o f t h e e x t r a c t e d a r e a ) .( b ) S c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e d u t y - c y c l e r e d u c i n g c i r c u i t a p p l i e d t o c l o c k 1 .

F i g . 8 . S t r i p c h a r t r e c o r d i n g p r e s e n t i n g t h e a c t u a l s i g n a l ( t r a c e A ) a n d t h e d e r i v e d t r i g g e r s i g n a l ( t r a c e B ) . F o r c o m p a r i s o n ,t h e o u t p u t o f a c o n v e n t i o n a l d e t e c t o r i s r e c o r d e d ( t r a c e C ) . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t d u e t o t h e c y c l e t i m e o f t h e d e t e c t o ra c e r t a i n t i m e d e l a y b e t w e e n t h e o c c u r r e n c e o f t h e t r i g g e r i n g s i g n a l a n d t h e d e r i v e d t r i g g e r p u l s e i s g e n e r a t e d .t h e a r t i f a c t s . T h i s c a n b e o f a d v a n t a g e i n c a s e s w h e r e f a l s ep o s i t i v e t r i g g e r s m u s t b e a v o i d e d .2 . F i g . 9 s h o w s d e t e c t i o n o f e x t r a s y s t o l e s h a v i n g a s p e c i f i cc o n f i g u r a t i o n . S i n c e i t i s w e l l kn own t h a t t h e c o n f i g u r a t i o n o ft h e e x t r a s y s t o l e a s s e e n on t h e E CG i s d e p e n d e n t upon t h ep o i n t o f o r i g i n o f t h e e x t r a s y s t o l e , s u c h a n i n s t r u m e n t c o u l db e u s e d t o m o n i t o r p a t i e n t s s u s p e c t e d o f h a v i n g e c t o p i c f o c i .I t c a n c l e a r l y b e s e e n t h a t a n a r t i f a c t ( R ) , s i m i l a r t o t h ee x t r a s y s t o l e b u t n o t h a v i n g t h e c o r r e c t c o n f i g u r a t i o n , w i l l b er e j e c t e d .

I n F i g . 1 0 a l o n g t e r m r e c o r d i n g i s shown w i t h t h e d e t e c t o ra d j u s t e d t o e x t r a s y s t o l e s .D I S C U S S I O NA p o i n t o f d i s c u s s i o n i s t h e n e c e s s i t y f o r a l l s a m p l e s t os a t i s f y e q u a t i o n ( 2 ) . F o r , i f t h e t r i g g e r i s g e n e r a t e d a t 100%

s i m i l a r i t y o f t h e t r i g g e r i n g s i g n a l w i t h t h e a d j u s t e d c o n tl i m i t s , i t i s p o s s i b l e t h a t a n a r t i f a c t w i l l i n h i b i t t h e a p p r o p rt r i g g e r t h o u g h t h e c o n f i g u r a t i o n w i t h o u t a r t i f a c t would mt h e s p e c i f i c a t i o n s p r e s e n t e d i n t h e s e c o n t o u r - l i m i t s . T h e r et h e d e s i g n p r o v i d e s t h e p o s s i b i l i t y o f g e n e r a t i n g a t r i g g e r sa t d i f f e r e n t s i m i l a r i t i e s o f t h e compared s a m p l e s . I n o u r100%=n, 7 5% 3 n , 5 0 % = 2 n a n d 25% = 1 n .Th e t r i g g e r a c c u r a c y w i l l depend on t h e t i m e e l a p s e dtween e n t r a n c e o f t h e c o n f i g u r a t i o n i n t h e bounded a r e ad e p a r t u r e from t h i s a r e a . S h i f t i n g one c o n t o u r - l i m i tr e s p e c t t o t h e o t h e r w i l l n a r r o w t h i s a r e a . Th e t r i g g e r a c c uw i l l t h e n b e i m p r o v e d b e c a u s e t h e c o n f i g u r a t i o n w i l l r e m a it h e bounded a r e a d u r i n g a s h o r t e r p e r i o d o f t i m e . T h i sa l l o w t h e c o n f i g u r a t i o n t o v a r y i n a m p l i t u d e w i t h i n bc o n t o u r - l i m i t s w i t h o u t c o n s i d e r a b l e r e d u c t i o n i n a c c u r a c y .I n t h e same way i t i s p o s s i b l e t o a d j u s t t h e b a s e l i n e o f b

158



6/7

F i g . 9 . S t r i p c h a r t r e c o r d i n g s h o w i n g t r i g g e r s i g n a l s ( t r a c e C ) d e r i v e d f r o m t h e i n s t r u m e n t w i t h c o n t o u r - l i m i t s a d j u s t e d t oa n e x t r a s y s t o l e . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t a n a r t i f a c t s i m i l a r t o a n e x t r a s y s t o l e ( R i n t r a c e A ) i s r e j e c t e d . T r a c e B s h o w st h e f i l t e r e d s i g n a l , w h i l e t r a c e D s h o w s t h e t r i g g e r s o b t a i n e d f r o m a c o n v e n t i o n a l QRS d e t e c t o r .

F i g . 1 0 . L o n g t e r m r e c o r d i n g s h o w i n g t r i g g e r s g e n e r a t e d w i t h t h e i n s t r u m e n t a d j u s t e d t o e x t r a s y s t o l e s ( t r a c e D ) . T r a c e As h o w s t h e a c t u a l s i g n a l , t r a c e B t h e f i l t e r e d s i g n a l a n d t r a c e C s h o w s t r i g g e r s g e n e r a t e d w i t h a c o n v e n t i o n a l d e t e c t o r .i n s u c h a manner t h a t t h e a r e a i n w h i c h t h e

o f t h e c o n f i g u r a t i o n h a s t o r e m a i n w i l l b e i n c r e a s e d .c a s e a c e r t a i n amount o f b a s e l i n e s h i f t w i l l b e a l l o w e d .b e c l e a r t h a t a n y p o s s i b l e c o m b i n a t i o n o f a m p l i f i c a t i o nb a s e l i n e a d j u s t m e n t a n d c o n t o u r s h i f t i n g c a n b e

t h e number o f s a m p l e s r a i s e s t h e p o s s i b i l i t y o f as a m p l i n g f r e q u e n c y , f a c i l i t a t i n g t h e d e t e c t i o n o f c o n -o f s h o r t e r d u r a t i o n . D e t e c t i o n o f s u c h phenomenar e q u i r e a h i g h e r t r i g g e r a c c u r a c y , w h i c h i s a u t o m a t i c a l l yd u e t o t h e i n c r e a s e d s a m p l i n g r a t e . A f t e r e a c h c y c l ec o m p a r a t o r / c o u n t e r c o n t a i n s t h e number o f s a m p l e s t h a te q u a t i o n ( 2 ) . I f t h e s y s t e m i s n o t o p e r a t e d a t 100%i t i s p o s s i b l e t o a p p l y some s t a t i s t i c a l a n a l y s i s t o t h eo f t h e c o u n t e r i n o r d e r t o d e t e c t p o s s i b l e r e p e t i t i v eT h e s e d r o p o u t s c o u l d b e t h e r e s u l t o f p e r i o d i c n o i s ew i t h t h e i n p u t s i g n a l .s l i g h t m o d i f i c a t i o n o f t h e i n s t r u m e n t e n a b l e s o n e t o s t o r e

more t h a n o n e c o n f i g u r a t i o n w i t h i n d i v i d u a l l i m i t a d j u s t m e n t .Thus a t r i g g e r o u t p u t c a n b e p r o d u c e d w i t h t h e o c c u r r e n c e o fany o n e o f s e v e r a l s t o r e d c o n f i g u r a t i o n s .

CONCLUSIONSI t s h o u l d b e c l e a r l y p o i n t e d o u t t h a t d e p e n d i n g on t h e p u r -p o s e f o r w h i c h t h e i n s t r u m e n t w i l l b e u s e d , a d j u s t m e n t o fc o n t o u r - l i m i t s h a s t o b e m ad e f o r m a x i m u m d e t e c t a b i l i t y o rm a x i m u m a c c u r a c y o f t h e g e n e r a t e d t r i g g e r s i g n a l s .As m e n t i o n e d b e f o r e , m a x i m u m a c c u r a c y c o n t r a i n d i c a t e sm a x i m u m d e t e c t a b i l i t y d u e t o t h e p r e s e n c e o f n o i s e i n t h e s i g -n a l . C o n f i g u r a t i o n s w i t h s l i g h t v a r i a t i o n s i n s i m i l a r i t y c a n b ed e t e c t e d , b u t d u e t o t h e a l l o w a n c e f o r t h e s e v a r i a t i o n s , w i t h ad e c r e a s e d a c c u r a c y . An i n t e r e s t i n g a p p l i c a t i o n w i l l b e t h ef i e l d o f s i g n a l a v e r a g i n g .a . A v e r a g i n g methods a p p l i e d t o t h e E CG i n o r d e r t o d e r i v e

a r e p r e s e n t a t i v e c o n f i g u r a t i o n f r o m t h e ECG t a k e n u n d e rs t r e s s w i l l b e i m p r o v e d by a h i g h e r t r i g g e r a c c u r a c y .b . Du e t o t h e a c c u r a c y i t w i l l b e p o s s i b l e t o u s e a v e r a g i n g

1 5 9



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IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, MARCH 1 9 7 6m e t h o d s i n o r d e r t o o b t a i n h i g h f r e q u e n t c o m p o n e n t s p r e s e n ti n t h e QRS c o m p l e x . F o r i n s t a n c e a v e r a g i n g o f " s l u r s a n dn o t c h e s " [ 4 1 , [ 5 ] .c . A l s o a v e r a g i n g o f t h e c o m p l e t e ECG w i l l b e p o s s i b l e .T h i s e n a b l e s n o n - i n v a s i v e i n v e s t i g a t i o n s o n t h e c o n d u c t i o ns y s t e m o f t h e h e a r t t o b e c a r r i e d o u t [ 6 1 .

ACKNOWLEDGMENTT h e a u t h o r s a r e v e r y g r a t e f u l t o M r . J . G . M e i j e r o f t h e D e -p a r t m e n t o f P h y s i o l o g y f o r t h e p h o t o g r a p h i c a s s i s t a n c e i nt h e p r e p a r a t i o n o f t h e i l l u s t r a t i o n s . T h e y a l s o w i s h t o t h a n kM r s . W . M . U . v a n B a r s c h o t f o r t h e a c c u r a t e t y p i n g o f t h em a n u s c r i p t .

REFERENCES[ 1 ] W . P . H o l s i n g e r , K . M . K e m p n e r a n d M . H . M i l l e r . A QRS p r e p r o -c e s s o r b a s e d o n d i g i t a l d i f f e r e n t i a t i o n . IEEE T r a n s . B i o m e d . E n g . ,v o l . B M E - 1 8 , n r . 3 , p p . 2 1 2 - 2 1 7 , Ma y 1 9 7 1 .[ 2 ] A . R . H a m b l e y , R . L . M o r u z z i a n d C . L . F e l d m a n . T h e u s e o fi n t r i n s i c c o m p o n e n t s i n a n ECG f i l t e r . IEEE T r a n s . B i o n m E n g . ,v o l . B M E - 2 1 , n r . 6 , p p . 4 6 9 - 4 7 3 , N o v e m b e r 1 9 7 4 .[ 3 ] A . S a n d m a n , D . W . H i l l a n d A . H . W i l c o c k . A n a l o g u e p r e p r o c e s -s o r f o r t h e m e a s u r e m e n t b y a d i g i t a l c o m p u t e r o f R-R i n t e r v a l sa n d R w a v e w i d t h s . M e d . B i o l . E n g . , v o l . 1 1 , n r . 2 , p p . 1 9 1 -

2 0 0 , M a r c h 1 9 7 3 .[ 4 ] N . C . F l o w e r s a n d L . G . H o r a n . D i a g n o s t i c i m p a c t o f QRS n o t c h -i n g i n h i g h - f r e q u e n c y e l e c t r o c a r d i o g r a m s o f l i v i n g s u b j e c t s w i t hh e a r t d i s e a s e . C i r c u l a t i o n , v o l . X L I V , p p . 6 0 5 - 6 1 1 , O c t o b e r 1 9 7 1 .[ 5 ] P . H . L a n g n e r , D . B . G e s e l o w i t z a n d S . A . B r i l l e r . W i d e b a n dr e c o r d i n g o f t h e e l e c t r o c a r d i o g r a m a n d c o r o n a r y h e a r t d i s e a s e .An. H e a r t J o u r n . , v o l . 8 6 , n r . 3 , p p . 3 0 8 - 3 1 7 , S e p t e m b e r 1 9 7 3 .[ 6 ] E . J . B e r b a r i , R . L a z a r r a , P . S a m e t a n d B . J . S c h e r l a g . N o n i n v a s i v et e c h n i q u e f o r d e t e c t i o n o f e l e c t r i c a l a c t i v i t y d u r i n g t h e P - R s e g -m e n t . C i r c u l a t i o n , v o l . X L V I I I , p p . 1 0 0 5 - 1 0 1 3 , N o v e m b e r 1 9 7 3 .

An I n t e r a c t i v e C o m p u t e r P e r i p h e r a l t o M e a s u r e t h eE l e c t r o m y o g r a p h i c S i l e n t P e r i o d

S . S . ALTUG, C . T . C H I L D R E S S , J R . , S . M . DEMUND,W . D . McCALL, J R . , MEMBER, I E E E , AND M . M . A S H , J R .A b s t r a c t - A d e v i c e t o p r o v i d e a u t o m a t e d m e a s u r e m e n t o f t h e e l e c t r o -m y o g r a p h i c s i l e n t p e r i o d w i t h r e a l t i m e c a p a b i l i t y u f l i z i n g a v o l t a g e -t i m e w i n d o w i s d e s c r i b e d . T h i s d e v i c e i s b e i n g u s e d i n t h e c l i n i c a ld e n t a l d i a g n o s i s a n d t r e a t m e n t o f f u n c t i o n a l d i s o r d e r s o f t h e m a s t i -

c a t or y s y s t e m . T h e d e s i g n , p e r f o r m a n c e , u t i l i z a t i o n , a n d o t h e r a p p l i c a -t i o n s o f t h i s d e v i c e a r e d i s c u s s e d .INTRODUCTION

C o n t r o v e r s y a b o u n d s i n c l i n i c a l d e n t i s t r y o v e r t h e n o -m e n c l a t u r e , e t i o l o g y [ 1 ] - [ 4 ] , a n d t r e a t m e n t [ 5 ] - [ 9 ] o f p a i na s s o c i a t e d w i t h t h e m u s c l e s o f m a s t i c a t i o n a n d t h e t e m p o r o -m a n d i b u l a r j o i n t ( T M J ) . D e B o e v e r [ 1 0 ] h a s r e v i e w e d t h e s ec o n t r o v e r s i e s w h i l e A g e r b e r g a n d C a r l s s o n [ 1 1 ] h a v e r e p o r t e de p i d e m i o l o g i c a l e v i d e n c e t h a t u p t o 5 7 p e r c e n t o f t h e a d u l tp o p u l a t i o n r e p o r t one o r m o r e s y m p t o m s o f TMJ d y s f u n c t i o nM a n u s c r i p t r e c e i v e d O c t o b e r 2 2 , 1 9 7 4 ; r e v i s e d A p r i l 2 5 , 1 9 7 5 . T h i sw o r k w a s s u p p o r t e d b y t h e USPHS u n d e r G r a n t DE 0 2 7 3 1 .T h e a u t h o r s a r e w i t h t h e B i o e n g i n e e r i n g a n d O c c l u s i o n a b o r a t o r y ,D e p a r t m e n t o f O c c l u s i o n , D e n t a l R e s e a r c h I n s t i t u t e , S c h o o l o f D e n -t i s t r y , U n i v e r s i t y o f M i c h i g a n , An n A r b o r , M I 4 8 1 0 4 .

a n d a b o u t 1 2 p e r c e n t o f t h e p o p u l a t i o n r e p o r t p a i n o n j a wo p e n i n g . T h i s s y n d r o m e a p p e a r s t o b e a p r o b l e m o f somec o m p l e x i t y , a n d t h e r e f o r e a q u a n t i t a t i v e d i a g n o s i s w o u l d b ev a l u a b l e i n a s s e s s i n g symptom s e v e r i t y , t r e a t m e n t p r o g r e s s ,a n d c o m p e t i n g t r e a t m e n t p l a n s .O u r l a b o r a t o r y h a s t a k e n a m u l t i - f a c e t e d a p p r o a c h t o t h ep r o b l e m o f q u a n t i f y i n g t h e d i a g n o s i s o f TMJ p r o b l e m s [ 1 2 ] -[ 1 5 ] . T h e g o a l i s t o i m p r o v e t h e c u r a t i v e a n d p r e v e n t i v et e c h n i q u e s o f t h e d e n t i s t b y p r o v i d i n g q u a n t i t a t i v e m e a s u r e -m e n t s f o r d i a g n o s i s .One q u a n t i t a t i v e m e a s u r e m e n t t e c h n i q u e r e p o r t e d t o h a v ed i a g n o s t i c s i g n i f i c a n c e i s t h e d u r a t i o n o f t h e e l e c t r o m y o g r a p h i c(EMG) s i l e n t p e r i o d f o l l o w i n g t h e j a w - j e r k o r m y o t a t i c r e f l e x .B e s s e t t e , B i s h o p , a n d M o h l [ 1 6 ] h a v e r e p o r t e d t h a t t h e s i l e n tp e r i o d d u r a t i o n i s g r e a t e r t h a n 3 2 ms i n d i a g n o s e d TMJp a t i e n t s a n d l e s s t h a n 2 8 ms i n a s y m p t o m a t i c p a t i e n t s .F u r t h e r , t h e y r e p o r t t h a t s u c c e s s f u l t r e a t m e n t r e s u l t s i n ad e c r e a s e o f t h e s i l e n t p e r i o d d u r a t i o n t o w i t h i n t h e n o r m a lr a n g e [ 1 6 ] . S t u d i e s f r o m o u r l a b o r a t o r y h a v e c o n f i r m e d a n de x t e n d e d t h e s e r e s u l t s [ 14 ] , [ 15 ] .P r e v i o u s t e c h n i q u e s f o r m e a s u r i n g t h e d u r a t i o n o f t h e s i l e n tp e r i o d w h e t h e r u s i n g a m e c h a n i c a l d e v i c e [ 1 6 ] , o p t i c a l s c a n n e r[ 1 7 ] , o r p h o t o g r a p h i c p r o j e c t i o n [ 1 8 ] a l l i n v o l v e s l o w , p o s t -e x p e r i m e n t h a n d m e a s u r e m e n t s w i t h t h e a t t e n d a n t p o s s i b i l i t i e sf o r b i a s a n d e r r o r . T h e i m p o r t a n c e o f t h e p h e n o m e n a , t h en u m b e r o f m e a s u r e m e n t s r e q u i r e d , a n d t h e p o s s i b i l i t y o fhuman e r r o r a l l s u g g es t t h a t a r a p i d , a u t o m a t e d t e c h n i q u e f o rm e a s u r i n g s i l e n t p e r i o d d u r a t i o n w o u l d s i g n i f i c a n t l y e n h a n c er e s e a r c h p r o g r e s s . T h e p u r p o s e h e r e i s t o d e s c r i b e a d e v i c e t h a ti m p l e m e n t s s u c h a t e c h n i q u e . A p r e l i m i n a r y r e p o r t h a s b e e np r e s e n t e d [ 1 9 ] .DESIGN CONSIDERATIONS

I n p u t S i g n a l C o n s t r a i n t s : W h i l e p h y s i o l o g i c a l l y t h e s i l e n tp e r i o d i s c o m p r i s e d o f a c o m p l e x i n t e r a c t i o n o f d i s f a c i l i t a t i o na n d i n h i b i t i o n a t t h e m o t o n e u r o n , o p e r a t i o n a l l y a s i m p l ed e f i n i t i o n m u s t b e u s e d . E x p e r i e n c e s u g g e s t e d t h a t a d e f i n i -t i o n i n c l u d i n g b o t h a n a m p l i t u d e c r i t e r i o n a n d d u r a t i o nc r i t e r i o n w o u l d b e s a t i s f a c t o r y . An a m p l i t u d e window i sn e c e s s a r y b e c a u s e n o i s e i n t h e r e c o r d i n g s y s t e m p r e c l u d e s a na b s o l u t e l y " s i l e n t " s i l e n t p e r i o d . A t i m e w i n d o w , c o n s t r a i n i n gt h e d u r a t i o n o f a c c e p t a b l e s i l e n t p e r i o d s t o w i t h i n r e f e r e n c eminimum a n d m a x i m u m d u r a t i o n s , i s n e c e s s a r y t o e x c l u d ez e r o c r o s s i n g s a n d o t h e r s h o r t p e r i o d s o f l o w a c t i v i t y o n t h eminimum s i d e a n d r e s t a n d o t h e r p e r i o d s o f l o w a c t i v i t y o n t h ema x imum s i d e .E v e n w i t h t h e t w o w i n d o w s , some p a r t s o f EMG t r a c e s w e r ee x p e c t e d t o f i t t h e o p e r a t i o n a l d e f i n i t i o n o f t h e s i l e n t p e r i o da n d c a u s e f a l s e a l a r m s , s o a m o n i t o r i n g t e c h n i q u e w o u l d b en e c e s s a r y . T h i s w o u l d r e t a i n t h e c l i n i c a l j u d g e m e n t o f t h ec l i n i c i a n a s t o w h a t c o n s t i t u t e d a s i l e n t p e r i o d w h i l e r e l i e v i n gh i m o f t h e m e a s u r e m e n t c h o r e . T h e i n t e n t i s n o t t o r e p l a c et h e d e n t i s t b u t t o r e l i e v e h i m o f n o n - c l i n i c a l l y o r i e n t e d t a s k s .

A n o t h e r f e a t u r e o f t h e EMG s i g n a l i s v a r i a b i l i t y o f s i g n a l a n dn o i s e a m p l i t u d e f r o m p a t i e n t t o p a t i e n t . H e n c e t h e a b i l i t y t oc o n t r o l t h e w i n d o w s w a s c o n s i d e r e d n e c e s s a r y . V a r i a t i o n s ont h e o r d e r o f m i l l i s e c o n d s w e r e e x p e c t e d f r o m t h e n a t u r e o f t h ew a v e f o r m a s t h e EMG s i g n a l e n t e r e d a n d l e f t t h e s i l e n t p e r i o d .T h e r e f o r e d e v i c e a c c u r a c y o n t h e o r d e r o f 1 p e r c e n t w a sc o n s i d e r e d a d e q u a t e . T h i s w o u l d amount t o 8 0 M u s f o r t h es h o r t e s t s i l e n t p e r i o d e x p e c t e d . T h e EMG s i g n a l h a s as p e c t r u m t h a t e x t e n d s t o a f e w h u n d r e d Hz b u t most o f t h ep o w e r i s c o n c e n t r a t e d b e t w e e n 3 0 a n d 1 0 0 Hz [ 2 0 1 , [ 2 1 1 .H e n c e c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e d e v i c e s w o u l d g i v e a d e q u a t ef r e q u e n c y r e s p o n s e .L a b o r a t o r y E n v i r o n m e n t : T h i s d e s i g n must i n t e r f a c e t oo t h e r i t e m s o f l a b o r a t o r y e q u i p m e n t . The f l o w o f i n f o r m a t i o ni s shown i n F i g . 1 . T h e EMG a m p l i f i e r s a n d p o l y g r a p h w e r e

1 6 0

1976_a digital qrs detector based on the principle of

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