DE19523199A1

DE19523199A1 - Plotting electrocardiogram signals obtained at several points of body

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Publication number: DE19523199A1
Application number: DE19523199A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr Scheiner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 1997-01-02

Abstract

The electrode signals possible amplified are determined and digitalised. The so processed signals are stored for the duration of at least one heart beat. The stored signals following the process are evaluated according to the Einthoven triangle. The vector sum of the evaluated signals is represented on a suitable output medium in the form of a polar representation of the corticoid graph. The scanning frequency can be 6 kHz.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1.

Das Elektrokardiogramm/EKG ist ein weit verbreitetes Diagnosever fahren zur Erkennung von Herzfehlern oder Herzerkrankungen. Seine Wirkungsweise beruht darauf, daß das Herz als Muskel während seiner Bewegung ein elektrisches Signal aussendet, das sich über den Körper verbreitet und dort erfaßt werden kann. Zur Erfassung der Signale des Herzens dienen Elektroden, die am Körper angebracht werden und deren elektrische Signale zu geeigneten Auswerteeinrichtungen gelangen, wo sie auf unterschiedliche Art und Weise aufgezeichnet, berechnet und dargestellt werden, derart, daß aus den dargestellten Spannungsverläufen ein Rückschluß auf die Befindlichkeit des Herzens gezogen werden kann.The electrocardiogram / EKG is a widely used diagnostic tool drive to the detection of heart defects or heart diseases. His Mode of action is based on the fact that the heart functions as a muscle during its Movement sends out an electrical signal that spreads over the body can be disseminated and recorded there. To acquire the signals of the heart are electrodes that are attached to the body and their electrical signals to suitable evaluation devices get to where they are recorded in different ways, be calculated and displayed in such a way that from the shown A course of tension draws conclusions about the state of the heart can be pulled.

Allgemein hängt die Aussagekraft und die Zuverlässigkeit dieser medizinischen Information dann natürlich ab von Art und Anordnung der Elektroden einerseits und Auswertungsverfahren andererseits. Im Laufe der Zeit sind hier verschiedene klassische Verfahren bekannt geworden, die nach ihren ersten Anwendern z. B. Einthoven heißen, dieses Verfahren wird auch beim erfindungsgemäßen Verfahren einge setzt.In general, the significance and reliability of this depends medical information, of course, depending on the type and arrangement the electrodes on the one hand and evaluation methods on the other. in the Various classic methods have become known here over time become after their first users z. B. are called Einthoven, this method is also used in the method according to the invention puts.

Es sind auch aufwendige Verfahren bekannt geworden, die zur Erken nung spezieller Herzerkrankungen geeignet sein sollen und mit denen mit einer Vielzahl von Informationen und spezieller Auswertungs verfahren möglichst zuverlässige Informationen über den medizini schen Zustand des Herzens gewonnen werden sollen (DE 42 43 889 A1, DE 41 31 103 C1). Elaborate methods have also become known for detection of special heart diseases should be suitable and with which with a lot of information and special evaluation proceed as reliably as possible information about the medicine state of the heart are to be obtained (DE 42 43 889 A1, DE 41 31 103 C1).

Das Ergebnis der Messungen stellt sich meistens als eine Vielzahl von Kurvenverläufen dar, die in direkter oder indirekter Form jeweils einer Elektrode und somit den Auswirkungen der elektrischen Erregung des Herzens am Ort dieser Elektrode entsprechen. Zu einer medizinisch korrekten Interpretation und somit Diagnose ist seitens des Arztes sehr viel Routine und Erfahrung nötig, wozu in ent sprechenden Lehrbüchern Atlanten mit beispielhaften "guten" und "schlechten" Kurvenverläufen dargestellt werden, um deren Zuord nungen zu typischen Herzerkrankungen zu ermöglichen und das Auge des analysierenden Arztes zu schulen.The result of the measurements mostly turns out to be a multitude of curves that are in direct or indirect form one electrode each and thus the effects of electrical Correspond to the excitation of the heart at the location of this electrode. To a medically correct interpretation and thus diagnosis is on the part of the doctor needs a lot of routine and experience, which is why in ent speaking textbooks atlases with exemplary "good" and "bad" curves are shown for their assignment allow for typical heart diseases and the eye of the to train an analyzing doctor.

Abhängig von der Anordnung der Elektroden, die letztlich verschie dene Meßebenen des gleichen Vorgangs, nämlich des Spannungsimpulses des Herzens, darstellen, sind somit eine Vielzahl von EKG-Kurven dokumentiert; die durch typische Krankheiten gebildeten Kurvenab weichungen lassen sich in der Regel durch Bildung der Hauptablei tungen der Kurven darstellen, gegebenenfalls werden zusätzliche Elektroden an besonderen Körperstellen angebracht, diese Art der Auswertung bzw. Diagnose ist aus den genannten Gründen jedoch unübersichtlich und in ihrer Zuverlässigkeit daher beeinträchtigt.Depending on the arrangement of the electrodes, which ultimately differ their measuring planes of the same process, namely the voltage pulse of the heart are a multitude of ECG curves documented; the curves formed by typical diseases Softening can usually be done by forming the main shunt representations of the curves, if necessary, additional Electrodes attached to special parts of the body, this type of However, evaluation or diagnosis is for the reasons mentioned confusing and therefore impaired in their reliability.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, mit geringem technischen Aufwand bzw. verfügbaren technischen Mitteln dem diagnostizierenden Arzt eine schnelle und zuverlässige Übersicht über den aktuellen Gesundheitszustand des Herzens zu vermitteln.The object of the invention is therefore with little technical effort or available technical means to the diagnosing doctor a quick and reliable overview of the current To convey the state of health of the heart.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is according to the characterizing part of claim 1 solved.

Die Grundidee der Erfindung besteht darin, zur Darstellung der Herzfunktion auf die theoretische Erregungskurve (Korticoid-Kurve) zurückzugreifen, mit der das Erregungssignal des Herzens an einem Meßpunkt/Elektrodenpunkt in Polarkoordinaten theoretisch dargestellt ist, nach der GleichungThe basic idea of the invention is to illustrate the Cardiac function on the theoretical excitation curve (corticoid curve) with which the excitation signal of the heart is at one Measuring point / electrode point theoretically represented in polar coordinates is, according to the equation

r = a*(1 + b* sinϕ)r = a * (1 + b * sinϕ)

mit r = Spannung (Amplitude in der Regel in mV), Phasenwinkel und a*, b* konstante Faktoren.with r = voltage (amplitude usually in mV), phase angle and a *, b * constant factors.

Ein typischer Verlauf dieser Funktion ist in Fig. 1 dargestellt. Der Vorzug dieser Darstellungsform liegt in dem "runden", glatten Verlauf bei einem gesunden Herzen, wodurch Abweichungen gegenüber einem gestörten Ablauf leichter zu erkennen sind als durch Vergleich der bisher verwendeten Zeitdiagramme mit einer Vielzahl von Impuls spitzen, die zum Vergleich in Fig. 2 dargestellt sind. Man kann nachweisen, daß die Darstellungen der Fig. 1 und 2 verschiedene Darstellungen des gleichen Phänomens sind und durch entsprechende Transformationsregeln ineinander übergeführt werden können. Insofern kann die Polarkoordinatendarstellung der Fig. 1 auch als "Urkurve" bezeichnet werden.A typical course of this function is shown in FIG. 1. The advantage of this form of representation lies in the "round", smooth course in a healthy heart, as a result of which deviations from a disrupted process are more easily recognized than by comparing the previously used time diagrams with a large number of pulse peaks, which are shown in FIG. 2 for comparison are. It can be demonstrated that the representations of FIGS. 1 and 2 are different representations of the same phenomenon and can be converted into one another by corresponding transformation rules. In this respect, the polar coordinate representation of FIG. 1 can also be referred to as the "original curve".

Derartige geschlossene Darstellungen der Herzkurve können ansatz weise auch aus einzelnen Elektrodensignalen gewonnen werden und oszillographisch dargestellt werden (Vektorkardiographie), haben aber nur eine sehr begrenzte Aussagekraft.Such closed representations of the heart curve can begin can also be obtained from individual electrode signals and be displayed oscillographically (vector cardiography) but only a very limited meaningfulness.

Eine beispielhafte Ausführungsform einer Meßanordnung zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Darstellungsverfahrens ist in Fig. 3 dargestellt. Hierbei erfolgt die Ableitung der Meßwerte vom Körper des Patienten in bekannter Weise von den Elektroden (RA, LA, RL) an Handgelenken und Fußgelenken (die andere Elektrode LL liegt an Masse). Ebenfalls dargestellt bei Fig. 3 ist auf dem Körper des Patienten das sogenannte Einthoven-Dreieck, in dem drei Geraden I, II und III die Elektroden untereinander gedanklich verbinden und in dessen Mittelpunkt das Herz liegt. Die Signale der Elektroden (RA, LA, RL) gelangen zu einem Präzisions-Gleichspannungsverstärker, wo sie etwa um den Faktor 10³ von mV in V verstärkt werden. Diesem Verstärker ist ein schneller A/D-Wandler zugeordnet, der von einem nachgeschalteten Rechner (beispielsweise PC) steuerbar ist. Die mit typisch bei 6kHZ liegender Abtastfrequenz einlaufenden drei EKG- Analogsignale (im folgenden als UI, UII und UIII bezeichnet) werden hier mit hoher Auflösung digitalisiert und diese Werte werden nacheinander im Speicher des Rechners abgelegt. Hierzu sind mindestens vier Kanäle vorgesehen. Die Speicherkapazität muß so bemessen sein, daß die derart abgetasteten und digitalisierten EKG- Signale für die Dauer mindestens eines Herzschlages abgespeichert werden können (hierfür ist in der Regel ein Speicherplatz von 60 kB ausreichend). Die hohe Abtastgeschwindigkeit zusammen mit der hohen Auflösung des A/D-Wandlers führen zu äußerst präzisen digitalisierten Meßwerten, so kann beispielsweise in der Spanne zwischen den Erregungszuständen R und S von etwa 0,1 Sekunden ein Meßbereich von mindestens 50 Meßpunkten bei einer Abtastfrequenz von 500 Hz bis 600 Meßpunkten bei einer Abtastfrequenz von 6 kHz liegen.An exemplary embodiment of a measuring arrangement for carrying out the display method according to the invention is shown in FIG. 3. The measurement values are derived from the patient's body in a known manner from the electrodes (RA, LA, RL) on wrists and ankles (the other electrode LL is connected to ground). Also shown in FIG. 3 is the so-called Einthoven triangle on the patient's body, in which three straight lines I, II and III connect the electrodes to one another and the heart lies in the center. The signals from the electrodes (RA, LA, RL) go to a precision DC amplifier, where they are amplified by a factor of 10³ from mV to V. A fast A / D converter is assigned to this amplifier, which can be controlled by a downstream computer (for example a PC). The three ECG analog signals arriving at a sampling frequency of typically 6 kHz (hereinafter referred to as UI, UII and UIII) are digitized here with high resolution and these values are stored one after the other in the memory of the computer. At least four channels are provided for this. The storage capacity must be such that the ECG signals sampled and digitized in this way can be stored for at least one heartbeat (a storage space of 60 kB is usually sufficient for this). The high scanning speed together with the high resolution of the A / D converter lead to extremely precise digitized measurement values, for example a measuring range of at least 50 measuring points at a sampling frequency of 500 can be in the span between the excitation states R and S of approximately 0.1 seconds Hz to 600 measuring points with a sampling frequency of 6 kHz.

Sind die Elektrodenspannungen UI, UII, UIII derart digitalisiert abgespeichert, so werden diese zum Erhalt einer vektoriellen Gesamtdarstellung der drei einzelnen Spannungen im Sinne der oben genannten Korticoid-Kurve wie folgt behandelt, wobei die drei Winkel ϕ1, ϕ2 und ϕ3 den Spannungen gemäß dem Einthovenschen Dreieck wie folgt zugeordnet werden:
Wenn UI < 0 ist, dann ist ϕ1 = 180°, sonst ist ϕ1 = 0.
Wenn UII < 0, dann ist ϕ2 = 240°, sonst ist ϕ2 = 60°.
Wenn UIII < 0, dann ist ϕ3 = 300°, sonst ist ϕ3 = 120°.If the electrode voltages UI, UII, UIII are stored digitized in this way, they are treated as follows to obtain a vectorial overall representation of the three individual voltages in the sense of the corticoid curve mentioned above, the three angles ϕ1, ϕ2 and ϕ3 being the voltages according to Einthoven's Triangle can be assigned as follows:
If UI <0, then ϕ1 = 180 °, otherwise ϕ1 = 0.
If UII <0, then ϕ2 = 240 °, otherwise ϕ2 = 60 °.
If UIII <0, then ϕ3 = 300 °, otherwise ϕ3 = 120 °.

Die Darstellung der Korticoidkurve in kartesischen Koordinaten x und y ergibt sich dann wie folgt:
x = x1 - x2 + x3
y = y1 - y2 + y3
mit
x1 = UI cos ϕ1
x2 = UII cos ϕ2
x3 = UIII cos ϕ3
y1 = UI sin ϕ1
y2 = UII sin ϕ2
y3 = UIII sin ϕ3The representation of the corticoid curve in Cartesian coordinates x and y is then as follows:
x = x1 - x2 + x3
y = y1 - y2 + y3
With
x1 = UI cos ϕ1
x2 = UII cos ϕ2
x3 = UIII cos ϕ3
y1 = UI sin ϕ1
y2 = UII sin ϕ2
y3 = UIII sin ϕ3

Die derart gebildeten Summen werden dann auf dem Bildschirm des PC dargestellt und zeigen eine geschlossene Darstellung der Korticoid funktion. Die erreichte Korticoidkurve liegt allerdings schräg im Raum, was darauf zurückgeht, daß infolge des Dipolcharakters des Herzens dieses gegenüber der Meßebene geneigt ist. Eine weitere Veranschaulichung kann man auf einfache Art und Weise erreichen, wenn man die Korticoidkurve mittels einer Koordinatendrehung mit der VorschriftThe sums formed in this way are then displayed on the PC screen shown and show a closed representation of the corticoid function. The corticoid curve reached is at an angle in the Space, which is due to the fact that due to the dipole character of the Heart this is inclined to the measuring plane. Another Illustration is easy to achieve if you use a coordinate rotation with the Regulation

x1 = x*cosβ +y*sinβ und y1 = x*sinβ -y*cosβx1 = x * cosβ + y * sinβ and y1 = x * sinβ -y * cosβ

aufrichtet, wobei der Winkel β ein Maß für den Winkel darstellt, mit dem die Dipolachse des Herzens gegenüber der durch die 3 Meßpunkte aufgespannten Meßebene geneigt ist.stands up, the angle β being a measure of the angle, with which the dipole axis of the heart compared to that by the 3rd Measuring points spanned measuring plane is inclined.

Bei einem gesunden Herzen ergibt die so erhaltene Korticoidkurve einen weitgehend glatten Verlauf, der mit der theoretischen Korticoidkurve gemäß Abb. 1 vergleichbar ist. Störungen der Herzfunktion lassen sich somit sehr einfach durch entsprechende "Dellen" oder "Einbeulungen" dieser Kurve erkennen und zumindest zu einer ersten, vorläufigen Diagnose herangezogen werden; zur ein gehenderen Abklärung können dann in bekannter Art und Weise die Zeitfunktionen der einzelnen Elektrodensignale herangezogen werden oder die eingangs erwähnten aufwendigeren Verfahren bei bestimmten Herzfehlern und Herzkrankheiten zusätzlich für Diagnose herangezogen werden.With a healthy heart, the corticoid curve obtained in this way results in a largely smooth course, which is comparable to the theoretical corticoid curve according to Fig. 1. Cardiac dysfunctions can thus be recognized very easily by corresponding "dents" or "dents" of this curve and at least used for a first, preliminary diagnosis; for more detailed clarification, the time functions of the individual electrode signals can then be used in a known manner, or the more complex methods mentioned at the outset for certain heart defects and heart diseases can also be used for diagnosis.

Es ist auch möglich, eine zusätzliche Elektrode in der kritischen Richtung, die auch vom Rechner ermittelt werden kann, am Patienten anzubringen und dann den dort gemessenen Zeit-Verlauf des Elektro densignals zu bewerten.It is also possible to add an additional electrode in the critical Direction, which can also be determined by the computer, on the patient to attach and then the time course of the electrical measured there to evaluate the signals.

Die Programmierung beispielsweise eines 486-PC nach den oben genannten Vorschriften ist dem Fachmann ohne weiteres möglich, so daß auf weitere Erläuterungen hierzu verzichtet werden kann, da Meßwerterfassungen und deren rechnergesteuerte Verarbeitung in weiten Bereichen der Technik bekannt geworden sind.Programming a 486 PC, for example, according to the above The above-mentioned regulations are readily possible for the expert, so that further explanations can be dispensed with, since Measured value acquisitions and their computer controlled processing in wide areas of technology have become known.

Claims

1. A method for displaying ECG signals, which are obtained at several points in the body via electrodes, and in which the voltages emitted by the electrodes and / or additional signals derived therefrom are represented graphically or optically in such a way that a medical evaluation of the represented Signals is enabled, characterized by the following process steps:

1) The possibly amplified electrode signals from at least three electrodes are recorded and digitized cyclically with a sampling frequency of at least 500 Hz,
2) the signals processed in this way are stored for at least one heartbeat,
3) the stored signals are evaluated according to the Einthoven triangle method, and
4) the vector sum of the evaluated signals is displayed on a suitable output medium in the form of a polar representation of the corticoid curve.

2. The method according to claim 1, characterized by a Tastfre frequency of 6 kHz.

3. The method according to claim 1, characterized in that the resulting polar representation of the corticoid curve is rotated by a correction angle (β) in its plane according to the following coordinate equations: x1 = xcos β + ysin β
y1 = xsin β + ycos βmit (x1 / y1) = corrected coordinates and (x / y) = measured coordinates.

4. The method according to claim 4, characterized in that the Correction angle (β) approximately the angle of inclination of the heart compared to the measuring plane spanned by the three electrodes is selected.