DD281957A5 - REAL-TIME METHOD FOR COMPUTER-ASSESSED ARRHYTHMIA ANALYSIS DEVICES FOR DESCRIPTION OF THE STRUCTURE OF CARDIAC RHEIMTHMENTS - Google Patents

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DD281957A5
DD281957A5 DD32612589A DD32612589A DD281957A5 DD 281957 A5 DD281957 A5 DD 281957A5 DD 32612589 A DD32612589 A DD 32612589A DD 32612589 A DD32612589 A DD 32612589A DD 281957 A5 DD281957 A5 DD 281957A5
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Hans-Eberhard Krinke
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Carus Carl Gustav
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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Echtzeitverfahren fuer rechnergestuetzte Arrhythmieanalysegeraete zur Beschreibung der Struktur von Herzrhythmen. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dasz nach an sich bekannten Signalverarbeitungsverfahren Informationen ueber den Zeitpunkt des Auftretens der R-Zacken bzw. QRS-Komplexe sowie der P-Wellen fortlaufend erfaszt werden und erfindungsgemaesz in einem ereignisgesteuerten Beobachtungsfenster geeigneter Laenge, vorzugsweise der letzten 8 Herzschlaege, die momentane Herzfrequenz in einen logarithmischen Bildbereich transformiert wird, eine zweckmaeszige Zusammenfassung in Herzfrequenzklassen erfolgt, Mittelwert, Variationsbreite, Mannigfaltigkeit und Struktur der Sequenzen der Herzfrequenzklassen ermittelt werden, damit eine komplexe Beschreibung des Grades der Regelmaeszigkeit oder Unregelmaeszigkeit im Beobachtungsfenster und eine Formulierung von Verdachtsmomenten vorgenommen wird und unter Einbeziehung weiterer Merkmale ein gezielter Sprung in einen Zweig einer Entscheidungslogik, in dem die zutreffende EKG-Bewertung enthalten ist, erfolgt.{Arrhythmieanalysesystem; Elektrokardiogramm; Echtzeitverfahren; Herzfrequenzen; Transformation; Klassenbildung; Strukturbeschreibung; Regelmaeszigkeit; Formulierung von Verdachtsmomenten; Entscheidungslogik}The invention relates to a real-time method for computer-aided Arrhythmieanalysegeraete to describe the structure of heart rhythms. The object is achieved in that information about the time of occurrence of the R-waves or QRS complexes and the P-waves is continuously detected according to known signal processing methods and according to the invention in an event-controlled observation window of suitable length, preferably the last 8 heartbeats, the instantaneous heart rate is transformed into a logarithmic image area, a purposeful summary in heart rate classes, mean, range of variation, diversity and structure of the sequences of the heart rate classes are determined so that a complex description of the degree of regularity or irregularity in the observation window and a formulation of suspicions is made and, taking into account further features, a targeted leap into a branch of decision logic incorporating the appropriate ECG assessment. {arrhythmia analysis system; Electrocardiogram; Real-time process; Heart rates; Transformation; Class education; Structural description; regularity; Formulation of suspicions; Decision logic}

Description

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es ist bekannt, daß das System zur EKG-Bewertung in echtzeitfähigen, rechnergestützten Arrhythmieanalysegeräten entweder durch die erkannte und klassifizierte QRS-Morphologie gesteuert wird, oder daß die QRS-Sequenz lediglich oder zusätzlich als Punktprozeß untersucht wird (Feldmann, C. L.: Computer Detection of Cardiac Arrhythmias-Historic Review - IEEE Frontiers of Engineering and Computing in Health Care-1983 [5,1983, Columbus, Ohio]: Proceedings/IEEE Engineering in Medicine and Biology Society-1983).It is known that the system for ECG evaluation in real-time computer-aided arrhythmia analysis devices is controlled either by the recognized and classified QRS morphology, or that the QRS sequence is examined only or additionally as a point process (Feldmann, CL: Computer Detection of Cardiac Arrhythmias-Historic Review - IEEE Frontiers of Engineering and Computing in Health Care 1983 [5,1983, Columbus, Ohio]: Proceedings / IEEE Engineering in Medicine and Biology Society-1983).

Die bekannten Methoden beschränken sich auf die Erfassung der elektrischen Kammeraktivitäten und liefern somit eine relativ begrenzte Zahl von EKG-Diagnosen, die aus der Zeitserie der QRS-Komplexe bzw. R-Zacken und der QRS-Formanalyse abgeleitet werden. Weiterhin ist bekannt, daß die Palette der möglichen EKG-Bewertungen durch die Einbeziehung der P-Wellenerkennung auch für Echtzeitsysteme um klinisch wesentliche EKG-Diagnosen erweitert werden kann, die Störungen der elektrischen Vorhoftätigkeit und AV-Überleitung zu berücksichtigen gestattet (DD 263227).The known methods are limited to the detection of electrical chamber activities and thus provide a relatively limited number of ECG diagnoses derived from the time series of QRS complexes and R-waves and QRS shape analysis. Furthermore, it is known that the range of possible ECG evaluations can be expanded by the inclusion of P wave detection for real-time systems to clinically significant ECG diagnoses that allows to take into account disturbances of electrical atrial activity and AV conduction (DD 263227).

Nachteilig ist, daß sich hierbei die Entscheidungslogik stark erweitert und Algorithmen fehlen, die das Wesen des EKG-Verlaufs im Hinblick auf die Diagnose anhand globaler Kriterien wirksam vorabklärt und die richtigen, weiterbeschreibenden Zweige des Entscheidungsbaumes rationell auswählt.The disadvantage is that in this case the decision logic greatly expanded and lack algorithms that effectively clarify the nature of the ECG history with respect to the diagnosis based on global criteria and rationally selects the right, further describing branches of the decision tree.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Echtzeitverfahren für rechnergestutzte Arrhythmieanalysesysteme zur Beschreibung der Struktur von Herzrhythmen als Ausgangspunkt für verbesserte Möglichkeiten der echtzeitfähigen Analyse von Herzrhythmusstörungen.The aim of the invention is a real-time method for computer-aided arrhythmia analysis systems for describing the structure of heart rhythms as a starting point for improved possibilities of real-time capable analysis of cardiac arrhythmias.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das nach der Erkennung der R-Zacken und P-Wellen im Zeitregime einer fortlaufenden Signalverarbeitung eine rechentechnisch günstige Beschreibung der Regelmäßigkeit einer geeignet langen Folge der letzten Herzaktionen ermöglicht und Schlußfolgerungen über das Vorliegen von Herzrhythmusstörungen wie z.B. starke Sinusarrhythmie, Extrasystolie, AV-Überleitungsausfälle, absolute Arrhythmie usw. zuläßt.The object of the invention is to provide a method that allows for the detection of R-waves and P-waves in the time regime of continuous signal processing a computationally favorable description of the regularity of a suitably long episode of recent heart actions and conclusions about the presence of cardiac arrhythmias eg strong sinus arrhythmia, extrasystole, AV conduction failures, absolute arrhythmia, etc.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nach an sich bekannten Signalverarbeitungsverfahren Informationen über den Zeitpunkt des Auftretens der R-Zacken bzw. QRS-Komplexe sowie der P-Wellen fortlaufend erfaßt werden und erfindungsgemäß in einem ereignisgesteuerten Beobachtungsfenster geeigneter Länge, vorzugsweise der letzten 8 Herzschläge, die momentane Herzfrequenz in einen logarithmischen Bildbereich transformiert wird, eine zweckmäßige Zusammenfassung in Herzfrequenzklassen erfolgt, Mittelwert, Variationsbreite, Mannigfaltigkeit und Struktur der Sequenzen der Herzfrequenzklassen ermittelt werden, damit eine komplexe Beschreibung des Grades der Regelmäßigkeit oder Unregelmäßigkeit im Beobachtungsfenster und eine Formulierung von Verdachtsmomenten vorgenommen wird und unter Einbeziehung weiterer Merkmale ein gezielter Sprung in einen Zweig einer Entscheidungslogik, in dem die zutreffende EKG-Bewertung enthalten ist, erfolgtThe object is achieved in that according to known signal processing method information about the time of occurrence of the R-waves or QRS complexes and the P-waves are continuously detected and according to the invention in an event-controlled observation window of suitable length, preferably the last 8 heartbeats, the instantaneous heart rate is transformed into a logarithmic image area, an appropriate summary in heart rate classes, mean, range of variation, diversity and structure of the sequences of the heart rate classes are determined so that a complex description of the degree of regularity or irregularity in the observation window and a formulation of suspicions is made and taking into account further features, a targeted leap into a branch of decision logic containing the appropriate ECG assessment is made

Erfindungsgemäß wird die Transformation durch eine Approximation der logarithmischen Funktion According to the invention, the transformation is achieved by an approximation of the logarithmic function

HFHF

HFKL = 16Id —r—- (1)HFKL = 16Id -r-- (1)

16bpm16bpm

mittels einer Treppenkurve mit nicht äquidistanten Stützstellen erreicht. Sie verbindet die Vorteile des logarithmischen Bildbereichs mit den Vorteilen eines Histogramms mit rechentechnisch und physiologisch optimierten Klassenbreiten, bei denen die normale, nichtpathologische Schwankungsbreite der Herzfrequenz nur wenige benachbarte Klassen belegt und erfüllt die Anforderungen nach Echtzeitfähigkeitreached by means of a stair curve with non-equidistant support points. It combines the advantages of the logarithmic image area with the advantages of a histogram with computationally and physiologically optimized class widths, in which the normal, non-pathological fluctuation range of the heart rate occupies only a few adjacent classes and fulfills the requirements for real-time capability

Im Ergebnis der Approximation wird folgende Tabelle erhalten: The result of the approximation is the following table:

HFKL HF/bpm HFKL-GruppeHFKL HF / bpm HFKL group

0...15 16(1)31 10 ... 15 16 (1) 31 1

16...31 31(2)63 216 ... 31 31 (2) 63 2

32...47 64(4)127 332 ... 47 64 (4) 127 3

48...63 128(8)255 448 ... 63 128 (8) 255 4

64...79 256(16)511 564 ... 79 256 (16) 511 5

In Klammern sind die Klassenbreiten in beat per minute (bpm) angegeben.In brackets the class widths are given in beat per minute (bpm).

In Anpassung an spezielle Aufgabenstellungen (z.B.: Untersuchung von Herzschlagfolgen beim Menschen oder bei der Maus) können Teile der Tabelle oder auch Erweiterungen nach dem erkennbaren Bildungsgesetz verwendet werden. Auch die Einführung einer nach oben offenen Klasse (2.B. einer Sammelklasse HFKL = 64für alle Herzfrequenzen HF >255bpm z.B. für die Untersuchung am erwachsenen Menschen) oder die Erweiterung des Ausschlusses niedriger Herzfrequenzen (z.B.In adaptation to special tasks (for example: examination of heartbeat sequences in humans or at the mouse) parts of the table or extensions according to the recognizable education law can be used. Also, the introduction of an open-top class (2.b., a collection class HFKL = 64 for all heart rates HF> 255bpm, e.g., for adult human examination) or extension of low heart rate exclusion (e.g.

HF < 128 bpm anstelle aller HF < 16 bpm, etwa für Untersuchungen an der Maus) können der Anpassung an die jeweilige Aufgabenstellung dienen.HF <128 bpm instead of all HF <16 bpm, for example for mouse examinations) can be used to adapt to the respective task.

Für die Darstellung einer Herzschlagfolge im Bildbereich werden 4 wesentliche Merkmale beschrieben, die im Zusammenhang mit weiteren bekannten Merkmalen die Erkennung von Herzrhythmusstörungen rechentechnisch günstig ermöglichen.For the presentation of a heartbeat sequence in the image area, four essential features are described which, in conjunction with other known features, make the detection of cardiac arrhythmias possible in a computationally favorable manner.

Diese Merkmale für die Erkennung der angegebenen Herzrhythmusstörungen werden im Bildbereich der Herzfrequenz für die Herzschläge im Beobachtungsfenster ermittelt und sindThese features for the detection of the indicated cardiac arrhythmias are determined in the image area of the heart rate for the heartbeats in the observation window and are

- die Variationsbreite der Herzfrequenzklassen als Differenz zwischen höchster und niedrigster auftretender Herzfrequenzklasse- The range of variation of the heart rate classes as the difference between the highest and lowest occurring heart rate class

- die Mannigfaltigkeit der Herzfrequenzklassen als Anzahl der auftretenden, verschiedenen Herzfrequenzklassen- The variety of heart rate classes as the number of occurring, different heart rate classes

- ein Mittelwert aus alien HFKL-Werten im Beobachtungsfenster- an average of all HFKL values in the observation window

- die Struktur der Sequenzen der Herzfrequenzklassen innerhalb des Beobachtungsfensters (zur Erkennung von Bigeminie, Trigemenie, Salven von Extrasystolen usw.) als Sequenz der Abstände der Herzfrequenzklasse jedes Einzelschlages zur Herzfrequenzklasse eines Herzschlages mit normaler Überleitung der Sinusknotenerregung (Normalschlag) oder zu einer anderen Referenz-Herzfrequenzklasse (z.B. der niedrigsten, mittleren oder höchsten, belegten Herzfrequenzklasse im Beobachtungsfenster) oder als Sequenz von Merkmalen, die aus diesen Abständen abgeleitet werden.the structure of the sequences of the heart rate classes within the observation window (for the detection of bigeminy, trigemenia, salvos of extrasystoles, etc.) as a sequence of the intervals of the heart rate class of each individual beat to the heart rate class of a heartbeat with normal transition of the sinus node excitation (normal beat) or to another reference Heart rate class (eg the lowest, middle or highest, occupied heart rate class in the observation window) or as a sequence of characteristics derived from these intervals.

Gemeinsam mit weiteren Merkmalen, die nicht der erfindungsgemäßen Weiterverarbeitung der momentanen Herzfrequenz entstammen und neben Aussagen zu einer QRS-Verbreiterung vor allem die Anzahl der P-Wellen im Beobachtungsfenster, ihren Zeitbezug zu den QRS-Komplexen und T-Wellen, die Regelmäßigkeit der P-Wellenfolge innerhalb des Beobachtungsfensters und die Regelmäßigkeit der Zeitreihe der jeweils kleinsten PQ-Intervalle in den Herzschlägen betreffen, lassen sich so Herzrhythmusstörungen erkennen, die neben ventrikulärer Extrasystolie, supraventrikulärer Extrasystolie, ventrikulären Rhythmen, z. B. auch starke Sinusarrhythmie, absolute Arrhythmie und AV-Clberleitungsstörungen umfassen. Die Logik basiert erfindungsgemäß darauf, daß aufgrund der Regelmäßigkeit bzw. Unregelmäßigkeit oder speziellen Struktur der Herzschlagfolge verschiedene EKG-Bewertungen zu Gruppen zusammengefaßt werden, für jede Gruppe wird ein Subsystem eines Entscheidungsbaumes geschaffen, das die weitere Differenzierung in die Endbewertung realisiert, und das im Ergebnis der globalen Einschätzung der Regelmäßigkeit der Herzschlagfolge sofort angesprungen wird.Together with further features that do not derive from the further processing of the instantaneous heart rate according to the invention and, in addition to statements on a QRS broadening, in particular the number of P waves in the observation window, their time reference to the QRS complexes and T waves, the regularity of the P values. Wave sequence within the observation window and the regularity of the time series of the smallest PQ intervals in the heartbeats, can be detected as cardiac arrhythmia, in addition to ventricular extrasystole, supraventricular extrasystole, ventricular rhythms, z. B. also include strong sinus arrhythmia, absolute arrhythmia and AV conduction disorders. According to the invention, the logic is based on the fact that, due to the regularity or special structure of the heartbeat sequence, different ECG evaluations are grouped together, for each group a subsystem of a decision tree is created which realizes the further differentiation into the final evaluation the global assessment of the regularity of the heartbeat sequence is jumped on immediately.

So ist es möglich, daß bei steigender Variationsbreite V und Mannigfaltigkeit I der Herzschlagfolge als globale Merkmale der Regelmäßigkeit folgende Gruppen gebildet werden:Thus, it is possible that with increasing variation width V and manifold I of the heartbeat sequence as global characteristics of regularity, the following groups are formed:

a) R-Zacken regelmäßig (V < V1) л (I < 11):a) R waves regularly (V <V1) л (I <11):

- Sinusrhythmik- sinus rhythm

- AV-Block 2. Grades mit festem Überleitungsverhältnis- AV block 2nd degree with fixed transfer ratio

- totaler AV-Block- total AV block

- AV-Rhythmus, ventrikulärer Rhythmus- AV rhythm, ventricular rhythm

b) R-Zacken schwach unregelmäßig (V 1 SV< V2)b) R-waves slightly irregular (V 1 SV <V2)

- starke Sinusarrhythmie- strong sinus arrhythmia

- gestörte Herzschlagfolge ohne erkennbare Extrasystolen und ohne erkennbare einzelne AV-Überleitungsausfälle- Disturbed heartbeat without recognizable extrasystoles and no detectable single AV conduction failures

c) R-Zacken stark unregelmäßig und große Mannigfaltigkeit (V > V2) л (I > 12)c) R-waves strongly irregular and large manifold (V> V2) л (I> 12)

- massive polytope Extrasystolie- massive polytopic extrasystole

- absolute Arrhythmie- absolute arrhythmia

- AV-Block 2. Grades, Typ Wenckebach- AV block 2nd degree, type Wenckebach

d) R-Zackenfolge stark unregelmäßig und geringe Mannigfaltigkeit (V > V2) л (I < 12)d) R-serrations strongly irregular and low manifold (V> V2) л (I <12)

- nomotope Extrasystolie- nomotope extrasystole

- einzelne AV-Überleitungsausfälle.- single AV bypass failures.

Die weitere Differenzierung innerhalb einer Arrhythmiebewertungsgruppe erfolgt dann unter Einbeziehung der weiteren genannten Merkmale. V1, V2 sowie 11 und 12 sind aus entsprechenden EKG-Daten vorgelernte Schwellwerte. Die vorgestellte Lösung der Aufgabe ist noch erweiterbar bei Arrhythmieanalysesystemen, die Morphologieunterscheidungen für QRS-Komplexe benutzen, indem die verschiedenen QRS-Morphologien in Klassen zusammengefaßt und geordnet nach ihrem Abstandsmaß zu einer Referenzmorphologie, vorzugsweise der des Normal-QRS-Komplexes, angeordnet werden. Die Bewertung von Variationsbreite, Mannigfaltigkeit und Struktur der Morphologieklassen-Sequenz im Beobachtungsfenster erhöht wesentlich die Sicherheit für die EKG-EndbewertungThe further differentiation within a Arrhythmiebewertungsgruppe then takes place with the inclusion of the other features mentioned. V1, V2 as well as 11 and 12 are pre-learned threshold values from corresponding ECG data. The presented solution of the problem is even more expandable in arrhythmia analysis systems that use morphology differentiations for QRS complexes by grouping the various QRS morphologies and ordering them according to their distance to a reference morphology, preferably that of the normal QRS complex. The assessment of the breadth of variation, diversity and structure of the morphology class sequence in the observation window significantly increases the safety for the ECG final evaluation

Die Vorteile des Verfahrens liegen darin, daß The advantages of the method are that

- die natürliche Schwankungsbreite der momentanen Herzfrequenz infolge normaler, nichtpathologischer Sinusarrhythmie sich auf wenige benachbarte Herzfrequenzklassen abbildet und somit einfach von der weiteren Betrachtung eliminiert werden kann; sie belastet die Weiterverarbeitung nichtthe natural fluctuation range of the instantaneous heart rate as a result of normal, non-pathological sinus arrhythmia is reflected in a few adjacent heart rate classes and can thus be easily eliminated from further consideration; it does not burden further processing

- Extrasystolen deutlich mit mehr als 7 Herzfrequenzklassen oberhalb und AV-Überleitungsausfälle deutlich mit mehr als 15 Herzfrequenzklassen unterhalb der Herzfrequenzklasse eines Normalschlages liegen- Extrasystoles clearly with more than 7 heart rate categories above and AV conduction failures are significantly more than 15 heart rate classes below the heart rate class of a normal beat

- absolute Arrhythmie und massive polytope Extrasystolie mittels der Merkmale Variationsbreite und Mannigfaltigkeit im Bildbereich der Herzfrequenz sowie Anzahl und Typ von P-Wellen im Beobachtungsfenster der letzten Herzschläge wirksam getrennt werden können- Absolute arrhythmia and massive polytopic extrasystoles can be effectively separated by means of the features variation width and diversity in the image area of the heart rate as well as number and type of P-waves in the observation window of the last heart beats

- die Transformation in den logarithmischen Bildbereich rechentechnisch günstig realisierbar ist und damit ein bisher gerätetechnisch nicht realisierbarer erheblicher Rationalisierungseffekt bei der Handhabung umfangreicher Entscheidungslogik zur EKG-Bewertung im Echtzeitbetrieb erreicht wird.- The transformation into the logarithmic image area is computationally low feasible and thus a previously device technology not feasible significant rationalization effect in the handling of extensive decision logic for ECG evaluation in real-time operation is achieved.

Die Transformation in die Herzfrequenzklassen kann ζ. ß. nach der BeziehungThe transformation into the heart rate classes can be ζ. ß. after the relationship

HFKL = int [(HF - HFGU)/HFKLB] + HFKLU (2)HFKL = int [(HF-HFGU) / HFKLB] + HFKLU (2)

HFGU = niedrigste Herzfrequenz der KlassengruppeHFGU = lowest heart rate of the class group

HFKLU = niedrigste Herzfrequenzklasse der KlassengruppeHFKLU = lowest heart rate class of the class group

erfolgen.respectively.

Die benötigte Zahl der Abfragen a nach der Gruppenzugehörigkeit bei der Einordnung der momentanen Herzfrequenz HF zu einer HFKL-Gruppe hängt von der Anzahl Z der vorhandenen Gruppen ab und istThe required number of queries a for the group membership in the classification of the current heart rate HF to an HFKL group depends on the number Z of existing groups and is

a = 1 d Z,a = 1 d Z,

bzw. es gilt a = η für 2" > Z > 2n "1.or a = η for 2 ">Z> 2 n " 1 .

Nach Gleichung (2) kann somit die Transformation in den optimierten logarithmischen Bildbereich mit lediglich a Vergleichsoperationen, 1 Addition, 1 Subtraktion und maximal (Z - 1) Bitverschiebungen durchgeführt werden und ist für Echtzeitbetrieb ausreichend schnell.According to equation (2), the transformation into the optimized logarithmic image area can thus be carried out with only a comparison operations, 1 addition, 1 subtraction and maximum (Z-1) bit shifts and is sufficiently fast for real-time operation.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird am Beispiel eines Teils der Entscheidungslogik für ein Arrhythmieanalysesystem näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen inThe invention is explained in more detail using the example of part of the decision logic for an arrhythmia analysis system. The accompanying drawings show in

Fig. 1: GesamtablaufFig. 1: Overall sequence

Fig. 2: AktualisierungFig. 2: Update

Fig.3: Test auf ArrhythmieFig.3: Test for arrhythmia

Fig.4: Grobtest auf einzelnen AV-ÜberleitungsausfallFig.4: Gross test on individual AV-Überleitungsausfall

Fig. 5: Grobtest auf einzelne ExtrasystoleFig. 5: Gross test for individual extrasystole

Fig. 6: Feintest auf einzelne ExtrasystoleFig. 6: Fine test for individual extrasystole

Fig. 7: Feintest auf einzelnen AV-ÜberleitungsausfallFig. 7: Fine test on individual AV-Überleitungsausfall

Der Teil der Entscheidungslogik wird in einem Arrhythmieanalysesystem implementiert, das u. a. zur Identifikation von absoluter Arrhythmie, einzelner Extrasystolen und einzelner AV-Überleitungsausfälle dient.The part of the decision logic is implemented in an arrhythmia analysis system, which u. a. to identify absolute arrhythmia, single extrasystoles and single AV conduction failures.

Die Erkennung solcher Arrhythmien sind wesentlicher Bestandteil sowohl der kardiologischen Überwachung als auch der elektrokardiologischen Funktionsdiagnostik.Detection of such arrhythmias is an integral part of both cardiac monitoring and electrocardiological functional diagnostics.

Im Ausführungsbeispiel wird zur Identifikation von Extrasystolen und AV-Überleitungsausfällen nicht auf die Herzfrequenzklasse eines „normalen Herzschlages" bezogen, d. h. einer Herzaktion, bei der eine normale Überleitung der Vorhoferregung zu den Herzkammern erfolgt. Aus praktischen Gründen dient statt dessen ein Mittelwert aller Herzfrequenzklassen im Beobachtungsfenster der letzten 8 Herzschläge als Referenzwert. Das führt zu einer Veränderung der Schwellwerte VAV und VEX gegenüber den genannten Herzfrequenzklassenabständen von 7 bzw. 15 Herzfrequenzklassen, wobei zusätzlich die Art der Mittelwertbildung zu berücksichtigen ist.In the exemplary embodiment, the identification of extrasystoles and AV conduction failures is not related to the heart rate class of a "normal heartbeat", ie, a cardiac action that normal conducts the atrial pacing to the ventricles.For practical reasons, an average of all heart rate classes in the observation window is used instead This leads to a change of the threshold values VAV and VEX in relation to the stated heart rate class intervals of 7 or 15 heart rate classes, whereby additionally the type of averaging has to be considered.

Nach dem Einlaufen eines neuen RR-Intervalls werden die entsprechenden Merkmale für die aktuelle Herzaktion sowie das Beobachtungsfenster über die letzten 8 Herzaktionen aktualisiert (Fig. 2), für die vorgegebene Aufgabenstellung uninteressante, regelmäßige Herzschlagfolgen anhand der Variationsbreite (V < 2) eliminiert, absolute Arrhythmien anhand von Variationsbreite V, Mannigfaltigkeit I, Zahl PV bzw. Art der P-Wellen erkannt (Fig.3), ein Grobtest auf einzelne AV-Überleitungsausfälle anhand der Variationsbreiten-Schwellwerte VAV (Fig.4) und bei negativem Testergebnis ein Grobtest anhand des Variationsbreiten-Schwellwertes VEX auf einzelne Extrasystolen durchgeführt (Fig. 5). Gibt ein positives Testergebnis Anlaß zur Vermutung, daß ein einzelner AV-Überleitungsausfall vorliegen könnte (Fig. A), schließt sich ein Feintest (Fig.7) an, bei dem eine RR-Intervallverlängerung infolge kompensatorischer Pause nach einer vorangehenden Extrasystole ausgeschlossen wird und ein AV-Überleitungsausfall nur als bestätigt gilt, falls spezielle P-Wellenbedingungen erfüllt sind. Gibt ein positives Testergebnis Anlaß zur Vermutung, daß der letzte Herzschlag eine Extrasystole sein könnte (Fig. 5), schließt sich ein Feintest an, bei dem die RR-Intervallverkürzung infolge einer vorangegangenen interponierten Extrasystole ausgeschlossen wird (Fig. 6).After the passage of a new RR interval, the corresponding features for the current heart action and the observation window are updated over the last 8 heart actions (FIG. 2), for the given task eliminating uninteresting, regular heartbeat sequences based on the variation width (V <2), absolute Arrhythmias on the basis of variation width V, diversity I, number PV or type of P-waves detected (Figure 3), a coarse test for individual AV conduction failures based on the variation width thresholds VAV (Figure 4) and a negative test based on a gross test of the variation width threshold value VEX to individual extrasystoles (FIG. 5). If a positive test result gives reason to suspect that a single AV conduction failure may have occurred (Figure A), a fine test (Figure 7) follows, in which an RR interval prolongation due to compensatory pause after a previous extrasystole is excluded and AV bypass failure is considered as confirmed only if special P-wave conditions are met. If a positive test result gives reason to suppose that the last heartbeat might be an extrasystole (Figure 5), a fine test follows, excluding the RR interval shortening due to a previous interposed extrasystole (Figure 6).

Die Testungen auf kompensatorische Pause in (Fig.7) und auf interponierter Extrasystole in (Fig.6) stützen sich auf Untersuchungen im Originalbereich, so daß der Einfluß der normalen biologischen Variabilität z. B. infolge normaler Sinusarrhythmie, durch eine Schwankungsbreite der Herzperiodendauer um HPDA berücksichtigt werden muß.The tests for compensatory pause in (Figure 7) and interposed extrasystole in (Figure 6) are based on studies in the original range, so that the influence of normal biological variability z. B. due to normal sinus arrhythmia, must be considered by a range of fluctuation of the cardiac period to HPDA.

Claims (7)

1. Echtzeitverfahren für rechnergestützte Arrhythmieanalysegeräte zur Beschreibung der Struktur von Herzrhythmen zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen, das nach bekannten Signalverarbeitungsverfahren Informationen über den Zeitpunkt des Auftretens von R-Zacken bzw. QRS-Komplexen sowie der P-Wellen laufend erfaßt und eine instantane Herzfrequenz aller Herzschläge einer begrenzten Herzschlagfolge aus dem RR-Intervall ermittelt, gekennzeichnet dadurch, daß1. A real-time method for computer-based Arrhythmieanalysegeräte to describe the structure of heart rhythms for detecting arrhythmia, which continuously detects information on the timing of the occurrence of R-waves or QRS complexes and the P-waves according to known signal processing methods and an instantaneous heart rate of all heartbeats limited heartbeat sequence determined from the RR interval, characterized in that - eine Transformation der instanten Herzfrequenz in einen logarithmischen Bildbereich, der den nächsten Schritt der Klassenbildung unterstützt, mit sich anschließender- A transformation of the instantaneous heart rate in a logarithmic image area, which supports the next step of class formation, with subsequent - Bildung von geordneten Herzfrequenzklassen im Bildbereich vorgenommen wird,Formation of ordered heart rate classes in the image area is performed, - eine Beschreibung der Irregularität der begrenzten Herzschlagfolge im Bildbereich anhand der Variationsbreite und der Zahl der belegten, unterschiedlichen Klassen sowiea description of the irregularity of the limited heartbeat sequence in the image area on the basis of the breadth of variation and number of occupied, different classes and - eine Zuordnung der so beschriebenen Irregularität zu vorgegebenen Einsprungstellen für die weitere Abarbeitung in einer Entscheidungslogik anhand vorgelernter Schwellwerte und nachfolgend- An assignment of the irregularity described to predetermined entry points for further processing in a decision logic based on pre-learned thresholds and below - die Abarbeitung der einzelnen, reduzierten Entscheidungsbäume entsprechend medizinischer Vorgaben realisiert wird.- The processing of individual, reduced decision trees according to medical standards is realized. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Transformation durch die logarithmische Funktion2. The method according to claim 1, characterized in that the transformation by the logarithmic function HFKL= 16Id HF HFKL = 16Id HF 16bpm16bpm oder ihre Approximation erfolgt.or their approximation is done. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Zuweisung der Herzfrequenz zu einer Herzfrequenzklasse nach der Tabelle3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the assignment of the heart rate to a heart rate class according to the table realisiert wird.is realized. 4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Zuweisung der Herzfrequenz zu einer Herzfrequenzklasse nach der Beziehung4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the assignment of the heart rate to a heart rate class according to the relationship HFKL = int ([HF - HFGU]/HFKLB + HFKLU)HFKL = int ([HF-HFGU] / HFKLB + HFKLU) realisiert wird.is realized. 5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Entscheidungslogik darauf basiert, daß aufgrund der durch Variationsbreite und Anzahl der belegten, unterschiedlichen Klassen im Bildbereich beschriebenen Regelmäßigkeit bzw. Unregelmäßigkeit der Herzrhythmen und der Struktur der Sequenz der Klassen und ihrem Mittelwert verschiedene EKG-Bewertungen zu Gruppen zusammengefaßt werden, für jede Gruppe eine Subsystem eines Entscheidungsbaumes geschaffen wird, das die weitere Differenzierung in die Endbewertungen realisiert, und das im Ergebnis der globalen Einschätzung der Regelmäßigkeit und Struktur der Herzschlagfolge sofort angesprungen wird.5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the decision logic is based on that due to the variability and number of occupied, different classes in the image area described regularity or irregularity of the heart rhythms and the structure of the sequence of classes and their mean different ECG evaluations are grouped together, a subsystem of a decision tree is created for each group, which realizes the further differentiation into the final scores, and which is jumped immediately as a result of the global assessment of the regularity and structure of the heartbeat sequence. 6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß anstelle der oder zusätzlich zu den geordneten Herzfrequenzklassen geordnete Morphologieklassen der QRS-Komplexe verwendet werden.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that instead of or in addition to the ordered heart rate classes ordered morphology classes of the QRS complexes are used. HierzuFor this 7 Seiten Zeichnungen7 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Medizin. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren im Rahmen der Echtzeitverarbeitung des Elektrokardiogramms mittels digitaler Rechner, insbesondere Mikrorechner, zur Analyse oder Überwachung von Herzrhythmusstörungen.Field of application of the invention is medicine. The invention relates to a method in the context of real-time processing of the electrocardiogram by means of digital computers, in particular microcomputers, for the analysis or monitoring of cardiac arrhythmias.
DD32612589A 1989-03-01 1989-03-01 REAL-TIME METHOD FOR COMPUTER-ASSESSED ARRHYTHMIA ANALYSIS DEVICES FOR DESCRIPTION OF THE STRUCTURE OF CARDIAC RHEIMTHMENTS DD281957B5 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6339720B1 (en) 1999-09-20 2002-01-15 Fernando Anzellini Early warning apparatus for acute Myocardial Infarction in the first six hours of pain

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