DD211922A3 - Verfahren und vorrichtung zur selektiven erfassung definierter herzaktionen im ekg - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft das Gebiet der intensivmedizinischen Patientenueberwachung u. dient vorzugsweise zur Ueberwachung von Patienten mit chronisch ischaemischerHerzkrankheit. Ziel ist die Signalisierung von Alarmsituationen hoher pathogenetischer Aussagekraft bei vertretbarem technischen Aufwand. D. Aufgabe der Erfindung besteht in der selektiven Erfassung klinisch relevanter Herzaktionen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit zur Ausloesung letaler Zustaende fuehren, wobei ein hohes Mass klinischer Adaption an die patientenspezifische Variabilitaet elektrokardiografischer Ereignisse ermoeglicht werden soll. D. Mittels geeigneter Detektorvorrichtungen erkannten Herzaktionen werden durch zwei Arten von Kennimpulsen dargestellt, die ihrerseits die Merkmale "Vorzeitigkeit" und "QRS-Breite" beschreiben. Auf der Grundlage von waehlbaren Merkmalsparametern, damit definierten Entscheidungsregeln, einer ereignisbezogenen Koinzidenzbedingung und einer variablen Haeufigkeitsbewertung erfolgt die Aufbereitung klinisch relevanter Ueberwachungssituationen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur selektiven Erfassung definierter Herzaktionen im Ekg

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist Bestandteil der intensivmedizinischen Patientenüberwachung.

Vorrangiges Anwendungsgebiet bildet die apparative Überwachung von Patienten mit chronisch ischämischer Herzkrankheit, insbesondere des akuten Myokardinfarktes.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Hersrhythmusstörungen gehören zu den bedeutsamsten letalitätssteigernden Paktoren bei klinisch manifestem Myokardinf arkt. Die klinische Wertigkeit der Herzrhythmusstörungen reicht vom belanglosen "Herzstolpern" bis hin zur Initiierung letaler Zustände, die oftmals plötzlich und ohne ausreichende vorherige Symptomatik eintreten

Von besonderer Wichtigkeit ist daher eine, an der klinischen Wertigkeit orientierte Systematik der Herzrhythmusstörungen, Es lassen sich Arten von Herzrhythmusstörungen definieren, denen ein vorrangiger Gefährdungsgrad zugesprochen:' werden muß. Diese Herzrhythmusstörungen weisen Besonderheiten hinsichtlich ihrer Morphologie und ihres Zeitverhaltens im Elektrokardiogramm (Ekg) auf. Der Kenntnis des Auftretens dieser Art von Herzrhythmusstörungen

1 J. U K Ι?. !·-> '- * ' ' > · ^{U Χ}

kommt hohe therapeutische Bedeutung zu, da jene eine hinreichend erwiesene pathogenetische Korrelation mit letalen Ereignissen besitzen,

Grundlage einer klinisch relevanten kardiologischen Patientenüberwachung, vorzugsweise einer Überwachung des Elektrokardiogramms, bildet daher die selektive Erfassung der genannten Art von Herzrhythmusstörungen (ektopische Ereignisse).

Technisch wird diese Problemstellung gegenwärtig meist sehr aufwendig mittels mathematischer Signalanalysen zur Morphologiebeschreibung in Verbindung mit unzureichenden Kriterien zum Zeitverhalten der zu erfassenden Ereignisse gelöst.

Im folgenden werden charakteristische- Eigenschaften des gegenwärtigen Standes aufgezeigt:

- Formanalyse (Morphologiebeschreibung) "normaler" elektro- kardiografi3cher Ereignisse (Herzaktionen) meist durch Mittelwertbildung über mehrere derartige "normale" Ereignisse und Vergleich dieses so gewonnenen morphologi-sehen Merkmals mit der Morphologie aller folgenden Ereignisse, Häufig beinhaltet dieses Merkmal den geometrischen Flächeninhalt des Ereignisses,

- Momentanwertschwankungen der Herzfrequenz (Herzperiodendauer) zur Beschreibung des Zeitverhaltens ektopischer Ereignisse. Als Merkmal wird das Maß der Abweichung aufeinander folgender Momentanwerte herangezogen.

- Bildung eines Zeitintervalls, das an morphologische Parameter des elektrokardiografischen Herzaktionsverlaufes

"gebunden ist. Als Merkmal gilt das Maß des Einfalls (Vorzeitigkeit) ektopischer Ereignisse in das gebildete Zeitintervall, (Vorzeitigkeitsindes nach BUCHlTER und SPFERT)

- Kombination mehrerer nichtvariabler Parameter (QRS-Fläche, QRS-Breite, Herzperiodendauer) zur Erkennung definierter

Herzaktionen (z. B. DS-OS 29 05 407, A 61 B, 5/04).

Die Nachteile der genannten Methoden, die in vielfältigen Variationen den technischen Stand repräsentieren, liegen

- in der bei technisch vertretbarem Aufwand unzureichenden morphologischen Beschreibung und der Schwierigkeit, ein "Morphologienormal" bei der Überwachung kardialpathologischen Patientengutes automatisch zu erfassen, desweiteren in der Definition klinisch relevanter Morphologiedifferenzmaße, denen kein adäquates Komparatibilitätsmaß in der konventionellen Ekg-Ausmessung entspricht

- in der ungenügenden Korrelation von Herzfrequenzmomentanwerten und dem Zeitverhalten ektopischer Ereignisse innerhalb eines arrhythmiebehafteten Elektrokardiogramms sowie der wenig relevanten Aussage des Vergleichs aufeinanderfolgender Momentanwerte ohne hinreichende Einbeziehung mehrerer vorangegangener Momentanwerte

- in der Begrenzung des Zeitintervalls durch morphologische Parameter (R-Welle, 'T-Wellenende), da die im Ekg ersichtlichen morphologischen Strukturen unter kardialpathologischen Bedingungen (Ischämie) elektrophysiologisch unrepräsentativ sind

- in der unzureichenden klinischen Spezifität eines Erkennungssystems bei Verwendung nichtvariabler Parameter, da. eine sichere Erfassung kritischer Ereignisse im Ekg ein hohes Maß klinischer Adaptation voraussetzt, um eine therapeutische Relevanz der Aussage (Alarmsituation) zu gewährleisten.

Ziel der Erfindung

¹O

Das Ziel der Erfindung besteht darin, bei der Überwachung des Ek g koronar geschädigter Patienten mit vertretbarem technischen Aufwand Alarmsituationen hoher pathogenetischer Aussagekraft zu signalisieren. Hiermit soll die Leistungsfähigkeit einer kardiologisch orientierten Patient enüberwachung im Prä- und Postinfarktstadium" b"e-~~" deutend erhöht werden.

7/esen der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der selektiven Erfassung klinisch relevanter Herzaktionen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit zur Auslösung letaler Zustände führen, wobei ein hohes Maß klinischer "Adaptation an die patientenspezifische Variabilität elektrokardiografischer Ereignisse ermöglicht werden soll«

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst-, daß -eine erste Art von Kenninipulsen zeitsynchron die Aufeinanderfolge aller auftretenden Herzaktionen abbildet und eine zweite Art von Kennimpulsen mit ihrer Impulsdauer die normierte QRS-Basisbreite jeder Herzaktion abbildet

Der aktuelle zeitliche Abstand der ersten Art von Kennimpulsen wird mit seinem gewichteten Mittelwert verglichen und bei Unterschreiten oder Überschreiten des gewichteten Mittelwertes erfolgt die Ausgabe eines Vorzeitigkeits- bzw, Hachzeitigkeitssignales, Die aktuelle Impulsdauer der zweiten Art von Kennimpulsen wird mit einem vorgegebenen wählbaren Basisbreitenparameter verglichen und bei Überschreiten oder Unterschreiten des wählbaren Basisbreitenparameters erfolgt die Abgabe eines Basisbreitenabweichungssignales, Bei gleichzeitigem Auftreten eines Vorzeitigkeits- bzwi ITachzeitigkeitssignales und eines Basisbreitenabweichungssignales wird ein Identifikationssignal abgegeben. Die Ide'ntifikations-

Signale werden über ein Zeitintervall aufsummiert und mit einem vorgegebenen wählbaren Häufigkeitsparameter verglichen. Bei überschreiten eines Häufigkeitsgrenzwertes wird ein Alarmsignal abgegeben« Pur die Wichtung des Mittelwertes wird dabei vorzugsweise ein Paktor der Größe 0,3 ·.· 0,9 gewählt. Pur den wählbaren Basisbreitenparameter werden Werte zwischen 0,04 s ··· 0,14 s vorgegeben. Bevorzugte Werte für das Zeitintervall liegen zwischen 30 s ... 60 s. Pormalisiert läßt sich das Wesen der Erfindung mit Hilfe sogenannter Entscheidungsregeln SR (M 1), ER (M 2) und ER (M 3) darstellen, wobei erst die- konjunktive Erfüllung der beiden ersten Entscheidungsregeln zu einem definierten elektrokardiografischen Ereignis E (M 1, M 2) im erfindungsgemäßen Sinne führt. Die Erfüllung der Entscheidungsregel ER (M 3) wird in geeigneter Weise zur Signalisierung eines klinisch relevanten Zustandes verwendet.

Unter M 1, M 2 und M 3 sind die wie folgt definierten Merkmale zu verstehen:

M 1: momentane Intervalldauer ID in Relation zu einem mittleren Srwartungswert der Intervalldauer ID,

i = 1

und ID. der aktuelle zeitliche Abstand zweier Kennirnpulse der ersten Art ist

M 2: Breite B. der Kennimpulse der zweiten Art, stets in zeitlicher Koinzidenz zu den Kennimpulsen erster Art

M 3: Anzahl der nach Merkmal M 1 und M 2 bewerteten Ereignisse E (M 1; M 2) innerhalb eines Zeitintervalls T:

t = t₁ + T

E (M 1; M 2)

t =

Die Form der Entscheidungsregeln ER (M 1), ER (M 2) und ER (M 3) hat die Gestalt einfacher komparativer Operationen:

(M 1): ID₁. ^ P . Tb (M 1 ) : P -I Tb < ID_± ^ ΪΪ5 (M 1): ID > R . ϊϊ> mit R = 1 + P ₁ (M 2): Β_ί1> W ER₂ (M 2): 3 7 «* W

t = t. + T ER (M 3): ^> E (M 1; M 2) ^ H

"Ö ⁼ "C Λ

wobei P und R Parameter zur Bewertung der Vorzeitigkeit bzw, Nachzeitigkeit von Herzaktionen,

W einen wählbaren Basisbreitenparameter und.

H einen wählbaren Häufigkeitsparameter

mit jeweils einem der klinischen Fragestellung adäquaten Wertebereich darstellen.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die im Rahmen einer kardiologischen ITberwachung darzustellende Alarmsituation weitestgehend der konkreten klinischen Situation angepaßt werden kann. Es ist die Bildung eines parameterdefinierten Mehrklassensystems (n Klassen) dergestalt möglich, daß die Relationen der Klassenhäufigkeiten H als Punktion der Überwachungszeit den jeweils η

aktuellen klinischen Zustand des überwachten Patienten darstellen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend, an einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben werden·.

Ein Zeitimpulsgeber erzeugt die Kennimpulse erster Art K 1 und markiert damit die Zeitpunkte des Auftretens von Herzaktionen. Diese Kennimpulse K 1 werden einem Intervalldauer-Spannungs-Wandler 1 zugeführt, dem ein erster Komparator 5 und eine Mittelwertschaltung 2 nachgeschaltet sind. Ein Multiplikator 3 ist mit dem Ausgang der Mittelwertschaltung 2 und einer ersten Wähleinrichtung verbunden. Der Ausgang des Multiplikators 3 führt ebenfalls zum Komparator 5, der eine Verbindung zum Koinzidenzglied 8 besitzt. Ein Basisbreitenimpulsgeber liefert die Kennimpulse zweiter Art K 2, die die normierte QRS-Basisbreite der Herzaktionen abbilden. Diese werden dem Eingang eines zweiten Komparators β zugeführt, der an eine zweite Wähleinrichtung 7 angeschlossen ist und dessen Ausgang ebenfalls mit dem Koinzidenaglied 8 verbunden ist. Das Koinzidenzglied 8 besitzt einen Signalausgang 9 und ist an einen Zähler 10 angeschlossen. Dessen Ausgang wird einem dritten Komparator 12 zugeführt, der mit einer dritten Wähleinrichtung 11 und einer Signaleinrichtung 13 verbunden ist. Der Intervalldauer-Spannungs-Wandler 1 erzeugt eine der Intervalldauer der Kennimpulse K 1 proportionale Spannung, In der Mittelwertschaltung 2 wird dieser Spannungswert über η Impulsperioden gemitteit, im Multiplikator mit einem wählbaren Paktor, der durch die Wähleinrichtung voreinstellbar ist, multipliziert und gleichzeitig mit dem aktuellen Sparmungswert dem Komparator 5 zugeführt, 3ei Unterschreiten des gewichteten Mittelwertes durch den aktuellen Spannungswert erscheint am Ausgang des Komparator 5 ein Steuersignal (Vorzeitigkeitssignal), Im Komparator S wird die Impulsbreite der Kennimpulse

K 2 mit einem wählbaren Zeitimpuls, dessen Impulsbreite mittels der zweiten Wähleinrichtung 7 voreinstellbar ist, verglichen. Beim Überschreiten der voreingestellten Impulsbreite erfolgt die Abgabe eines Steuersignales (Basisbreitenabweichungssignal) an das Koinzidenzglied 8. Bei gleichzeitigem Anliegen eines Steuersignales vom Komparator 5 und vom Komparator β liegt am Ausgang des Koinzidenzgliedes 8 ein Identifikationssignal an, das über den Signalausgang 9 einer unmittelbaren Anzeige oder Registrierung zugeführt werden kann. Desweiteren werden die Id.entifikationssignale mittels des Zählers 10 über ein Zeitintervall T aufsummiert und. im Komparator 12 mit einem wählbaren Häufigkeitsgrenzweri; der durch die Wähleinrichtung 11 voreinstellbar ist, verglichen. Bei Überschreiten des Häufigkeitsgrenzwertes wird von der Signaleinrichtung 13 ein Alarmsignal abgegeben und damit das Vorliegen eines klinisch relevanten Ereignisses angezeigt.

Die Komparatoren 5 und 6 können ebenfalls so ausgelegt werden, daß die Abgabe von Steuersignalen auch bei Unterschreiten der wählbaren Parameter erfolgt. Bevorzugte Parameterwerte sind:

für die Wichtung des Mittelwertes 0,3 ··· 0,9 für die Impulsbreite des wählbaren Zeitimpulses

0,04 ... 0,14 s.

Die Eingabeelemente der Wähleinrichtungen 4 und 7 sind dabei so ausgelegt, daß der Paktor für die ¥/ichtung des Mittelwertes in Stufen von 0,1 und die Impulsbreite des wählbaren Zeitimpulses in Stufen von 0,01 s voreinstellbar sind.

Claims (8)

Erfindungsanspruch

1· Verfahren zur selektiven Erfassung definierter Herzaktionen im Ekg, bei dem als Selektionsmerkmale die normierte QRS-Basisbreite und der zeitliche Abstand der Herzaktionen verwendet werden, ein Vergleich dieser Selektionsmerkmale mit Merkmalsparametern erfolgt und eine Identifikation der definierten Herzaktionen nach logischer Verknüpfung der Vergleichsergebnisse vorgenommen wird, wobei eine erste Art von Kennimpulsen zeitsynchron die Aufeinanderfolge aller auftretenden Herzaktionen abbildet und eine zweite Art von Kennimpulsen mit ihrer Impulsdauer die normierte QRS-Basisbreite jeder Herzaktion abbildet, dadurch gekennzeichnet, daß der aktuelle zeitliche Abstand der ersten Art von Kennimpulsen mit seinem gewichteten Mittelwert verglichen wird, bei Unterschreiten oder Überschreiten des gewichteten Mittelwertes die Ausgabe eines Vorzeitigkeitssignales bzw, Nachzeitigkeitssignales erfolgt, die aktuelle Impulsdauer der zweiten Art von Kennimpulsen mit einem vorgegebenen wählbaren Basisbreitenparameter verglichen wird, bei Überschreiten oder Unterschreiten des wählbaren Basisbreitenparameters die Abgabe eines Basisbreitenabweichungssignales erfolgt, bei gleichzeitigem Auftreten eines Vorzeitigkeits- bzw. Uachzeitigkeitssignales und eines Basi3breitenabweichungssignales ein Identifikationssignal abgegeben wird, die Identifikationssignale über ein Zeitintervall aufsummiert und mit einem vorgegebenen wählbaren Häufigkeitsparameter verglichen werden und daß bei Überschreiten eines Häufigkeitsgrenzwertes ein Alarmsignal abgegeben wird.

(2) und einem ersten Komparator (5) besitzt, daß der Ausgang der Mittelwertschaltung (2) und der Ausgang einer ersten Wähleinrichtung (4) einem Multiplikator

2· Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Y/ichtung des Mittelwertes vorzugsweise ein Paktor der Größe 0,3 ... 0,9 gewählt wird.

(3) zugeführt sind, dessen Ausgang mit dem ersten Komparator (5) verbunden ist, daß der Basisbreitenimpulsgeber und eine zweite Wähleinrichtung (7) mit einem zweiten Komparator (6) zusammengeschaltet sind, daß die Ausgänge der Komparatoren (5, 6) mit einem Koinzidenzglied (8) verbunden sind, das einen Signalausgang (9) besitzt und an einen Zähler (10) angeschaltet ist, dessen Ausgang einem dritten Komparator (12) zugeführt ist, der 'mit einer dritten Wähleinrichtung (11) und einer Signaleinrichtung (13) verbunden ist·

3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den wählbaren Basisbreitenparameter vorzugsweise Werte zwischen 0,04 s ··. 0,14 s vorgegeben werden.

4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werte für das Zeitintervall vorzugsweise 30 s 60 s gewählt werden.

5. Vorrichtung zur selektiven Erfassung definierter Herzaktionen im Ekg mit einem Zeitimpulsgeber, der die Zeitpunkte des Auftretens von Herzaktionen markiert, einem Basisbreitenimpulsgeber, dessen Ausgangsimpulse die normierte QRS-Basisbreite abbild.en, und einer Auswertelogik zur Weiterverarbeitung der genannten Signale, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zeitimpulsgeber ein Intervalldauer-Spannungs-Wandler (1) nachgeschaltet ist, der eine Verbindung zu einer Mittelwertschaltung

6. Vorrichtung.nach Punkt 5> dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wähleinrichtung (4) über Singabeelemente zur Voreinstellung von Wichtungsfaktoren der Größe 0,3 . ♦· 0,9 in Stufen von 0,1 verfügt.

7. Vorrichtung nach Punkt 5* dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wähleinrichtung (7) über Eingabeeletnente zur "Voreinstellung für die Impulsbreite eines wählbaren Zeititnpulses der Große 0,04 s ·.· 0,14 s in Stufen von 0,01 s verfügt.

8· Vorrichtung nach Punkt 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte '/Zähleinrichtung (11) über Singabeeletnente zur Auswahl klinisch relevanter Häufigkeitsgrenzwerte verfügt·

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