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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erkennung des Beginns der Herzaktion aus dem
Elektrokardiogramm (EKG) über einen EKG-Verstärker mit vorzugsweise geregelter Ausgangsspannung unter extremen Bedingungen.
Die maschinelle Erkennung der Herzaktion ist heute eine selbstverständliche Forderung bei der Überwachung schwerkranker Patienten genauso wie im Bereich der Arbeitsmedizin. Bei Therapieverfahren, wie z. B. bei der mechanischen Unterstützung des Herzens oder bei der Schrittmachertherapie, ist die Erfassung des
Beginns der Herzaktion von besonderer Bedeutung, da ein Ausfall dieser Information das Gerät irritiert und den
Patienten aufs schwerste gefährden kann. Obwohl sich die Industrie der elektromedizinischen Apparate intensiv mit dem Problem beschäftigt, ist die sichere, störungsfreie Erkennung der elektrischen Herzaktion noch immer nicht möglich.
Dies ist einerseits durch die Schwierigkeit bei der Abnahme der elektrischen Herzaktion vom
Körper des Patienten, anderseits durch die Mannigfaltigkeit der Kurvenformen der Herzaktionsspannung, insbesondere beim schwerkranken Patienten, bedingt. Während im Bereich der Arbeits- und Sportmedizin dem ersten Problem-dem Elektrodenproblem-besondere Bedeutung zukommt, ist in der Intensivpflege das zweite
Problem vorrangig. Zur Erfassung des Beginns der Herzaktion sind heute folgende Methoden üblich :
1.
Die Bewertung der Amplitude des EKG's über einen Amplitudentrigger,
2. die extreme Selektion eines bestimmten Frequenzbandes aus dem EKG bei nachfolgender
Amplitudenbewertung mittels Flixtrigger,
3. die Realisierung spezieller Filterkennlinien zur Bewertung verschiedener Teile des EKG's, wobei meist höhere Spektralanteile gegenüber tieferen mässig bevorzugt werden und
4. eine Kombination von Punkt 1 und 3.
Die unter Punkt 4 angeführte Kombination ist im Bereich der Intensivpflege theoretisch sehr gut, sie lässt sich technisch jedoch schwer realisieren, da die Form der Filterdurchlasskurve generell fast unmöglich optimiert werden kann ; sie hängt zu sehr vom Alter des Patienten und der Art der Erkrankung ab. Die unter Punkt 2 angeführte Methode ist störungssicher und einfach, lässt sich jedoch im Bereich der Intensivpflege deshalb nicht anwenden, da das zur Triggerung optimale Frequenzspektrum des EKG's bei einem bestimmten Patienten unbekannt ist und darüber hinaus spontane Änderungen im EKG sehr häufig vorkommen.
Ziel der Erfindung ist, den im letzten Abschnitt beschriebenen Nachteil der an sich störungsarmen Methode der frequenzselektiven Amplitudenbewertung zu beseitigen ; dies erfolgt bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch mehr als zwei an den Ausgang des Verstärkers angeschlossene Bandpassfilter, je eine an den Ausgang jedes Bandpassfilters angeschlossene Triggerstufe, je einen vom Ausgang der Triggerstufe betriebenen monostabilen Multivibrator sowie UND-Gatter, ein ODER-Gatter zur Öffnung besagter UND-GAtter, je ein vom Ausgang besagter UND-Gatter betriebenes weiteres UND-Gatter, je einer vom invertierenden Ausgang der UND-Gatter zum Eingang der UND-Gatter führenden Leitung, einem von den Ausgängen der UND-Gatter betriebenen ODER-Gatter und einer Ausgangsleitung des ODER-Gatters, welche den gewünschten,
dem Beginn der Herzaktion entsprechenden Schaltimpuls entweder zur Anzeige oder Steuerung von herzsynchronen Kreislaufpumpen führt.
Anstatt nur ein selektives Bandfilter wird demgemäss eine Reihe von parallel zueinanderliegenden Filtern vom EKG-Verstärker angesteuert. Die Filter überstreichen insgesamt das gesamte Frequenzspektrum des EKG's. Jeder Filterausgang ist mit dem Eingang jeweils eines Amplitudendiskriminators versehen. Somit wird bei jeder Herzaktion selbst bei spontanen Änderungen des Spektrums des EKG's die Triggerschwelle mindestens eines Amplitudendiskriminators überschritten. Da der Beginn der Herzaktion durch die rascheste Änderung im EKG-Verlauf gekennzeichnet ist, besteht der Kern der Erfindung aus einer Schaltlogik, welche das Signal jenes Bandpassfilters bevorzugt, das dem spektral jeweils höchsten Frequenzanteil im EKG zugeordnet ist.
Mit der im folgenden beschriebenen Vorrichtung kann auch im Bereich der Intensivpflege ohne spezielle Adjustierung von Geräten, an einem beliebigen Patientengut, beliebigen Alters, der Beginn der Herzaktion auf
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1), parallel zueinanderliegendenBandpassfiltern --4, 5, 6--mit nachfolgenden Amplitudendiskriminatoren--7, 8, 9--sowie der speziellen Schaltlogik-13-. Im Blockschema nach Fig. 1 sind nur 3 Filter eingezeichnet. Die EKG-Eingänge des Verstärkers--l--sind nur symbolisch eingezeichnet, der den Beginn der Herzaktion kennzeichnende Ausgangsimpuls verlässt das Symbol--14--. Der Ausgangsimpuls kann, wie schon beschrieben, entweder zur Anzeige weiterverarbeitet werden-beispielsweise im Bereich der Intensivpflege-, oder auch als Synchronisationsimpuls beim Betrieb eines herzunterstützenden Pumpsystems.
Fig. 2 zeigt das logische Schema der Schaltlogik --13-- sowie das Anzeigegerät--2--. In Fig. 2 sind sieben Eingänge vorgesehen (Eingang --17 bis 23--). Die Ausgangsleitung--59--nach Fig. 2 entspricht sinngemäss der Verbindungsleitung von Schaltlogik --13-- zum UND-Gatter --14--.
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Der EKG-Verstärker--l--ist etwa üblicher Bauart, seine Ausgangsspannung ist normiert und wird durch eine Reihe parallel zueinander liegender Filter--4, 5, 6--gesiebt. Erfindungsgemäss sind die Filter schmalbandig ausgeführt, wobei notwendigerweise die Anzahl der Filter mit deren Selektion steigt.
Der
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Frequenzbereich soll 3 bis 100 Hz umfassen, der Bereich 4 bis 20 Hz muss hochselektiv durch beispielsweise 8 Filter erfasst werden, während zur Erfassung der höheren bzw. tieferen Frequenzanteile erfindungsgemäss weniger Filter ausreichen. Im Versorgungsnetz eines 50 Hz Wechselstromnetzes sind die Frequenzen 50 und 100 Hz mittels Bandsperre--3--auszusieben. Am Ausgang der Filter erscheint ein bestimmter Spektralanteil aus dem EKG. Diese Ausgangsspannung wird zur Triggerung der nachfolgenden Triggerstufen--7, 8, 9-verwendet. Der Triggerpegel kann fix eingestellt werden, er kann sich jedoch auch der Amplitude der jeweiligen Spannung anpassen. Ein bestimmter Spannungsverlauf des EKG's wird nun eine bestimmte Kombination von Triggerstufen schalten. Diese Kombination könnte zur Charakterisierung eines bestimmten Zustandes dienen.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass in der Logik--13--nur der spektral jeweils höchste Triggerimpuls ausgesiebt und zur weiteren Verarbeitung freigegeben wird. Denn nur dieser Impuls gibt, wie eine umfangreiche Untersuchung zeigt, den Beginn der Herzaktion an (Lit. : H. Thoma, Automatische Regelung herzsynchroner Kreislaufpumpen, Z. Biomed. Technik, [1973] Nr. 2 & 3). Die Nummer des zugeordneten Filters wird in der
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eingestellt, im Normalfall ist der Ausgang dieses Amplitudendiskriminators--16--logisch auf EINS. Die von der Schaltlogik--13--abgegebenen, dem Beginn der Herzaktion entsprechenden Impulse werden über die Leitung --59-- dem einen Eingang des UND-Gatters --14-- zugeführt.
Der zweite Eingang des UND-Gatters - ist mit dem Ausgang des Amplitudendiskriminators--16--verbunden, so dass im Fall eines Herzstillstandes über dieses UND-Gatter der Ausgangsimpuls der Vorrichtung automatisch blockiert wird.
Fig. 2 zeigt eine beispielsweise technische Realisierung der Schaltlogik--13-- : Die von den Triggerstufen
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Triggerimpuls den Ausgang des ODER-Gatters--31--hochschaltet. Der Ausgang des ODER-Gatters--31-wird auf das UND-Gatter--48--geführt. Die Funktion dieses UND-Gatters--48-- wird später noch beschrieben. Der Ausgang des UND-Gatters --48-- führt auf je einen Eingang der UND-Gatter--32 bis 38--, so dass, setzt man voraus, dass das UND-Gatter--48--geöffnet ist, der jeweilige Triggerimpuls für etwa 10 m/sec auch am Ausgang des zugeordneten UND-Gatters--32 bis 38--erscheint.
Die monostabilen
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- 40 bis 44-geführt, der invertierte Ausgang der UND-Gatter-33 bis 37-führt zu allen spektral niedrigeren weiteren UND-Gattern--40 bis 44--. Dadurch wird erfindungsgemäss immer nur dasjenige der UND-Gatter geöffnet, welches dem spektral höchsten Filter zugeordnet ist. Die Ausgänge dieser weiteren UND-Gatter--40 bis 44-- führn einerseits zur Anzeigeeinheit--2--, anderseits zu einem gemeinsamen ODER-Gatter-45-.
Der Kanal --17-- hat insofern eine Sonderstellung, als dieser Kanal spektral schon ausserhalb des EKG's liegt. Kurze Störimpulse lösen daher über diesen Kanal--17--den monostabilen Multivibrator --39-- mit einer Tastzeit von zirka 11 m/sec aus. Dadurch wird das vom Ausgang des ODER-Gatters--45--betriebene UND-Gatter--49--gesperrt, der Ausgangsimpuls--59--der gesamten Schaltlogik wird unterdrückt. Der Störimpuls wird von der Anzeigeeinheit--2--angezeigt. Eine weitere Blockierung des Ausgangsgatters --49-- erfolgt über den Arrhythmiedetektor--54 bis 58--. Die Ausgangsspannung des Periodendauermessers--54--speist zwei RC-Glieder--55, 56--mit unterschiedlicher Zeitkonstante, etwa im Bereich 1 bis 3 sec.
Die Differenz der beiden Ausgangssignale der RC-Glieder--55, 56---identisch dem
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Analog zur Refrektärzeit des Herzens wird nach einem Impuls für eine bestimmte Zeit von etwa 0, 2 sec die Analyse unterbrochen. Der vom Ausgang des ODER-Gatters--45--betriebene monostabile Multivibrator --46-, mit einer Tastzeit von zirka 9 m/sec, ermöglicht den Abschluss des aktuellen Analysevorganges, der anschliessende monostabile Multivibrator--47--, mit einer Tastzeit von zirka 0, 2 sec, sperrt weitere Analyseversuche über das UND-Gatter--48--.
Da nach dieser Zeit die Schaltlogik für weitere Impulse durchlässig ist, ist es sinnvoll, eine weitere Refraktärzeit von etwa 1, 5 sec für spektral wesentlich niedrigere Kanäle zu definieren. über die monostabilen Multivibratoren--50 bis 53--werden daher die jeweils spektral niedrigeren Kanäle blockiert, wobei der nächst tiefer liegende Kanal deshalb nicht blockiert wird, weil bei Zwischenfrequenzen des EKG's in der Praxis einmal der eine, dann wieder der spektral nächst tiefere Kanal, getriggert werden kann.