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Die Erfindung betrifft Patientenüberwachungs- und Diagnosevorrichtungen, und insbesondere Patientenüberwachungs- und Diagnosevorrichtungen, welche Multikontaktelektrokardiografsignale erlangen und eine Rhythmusanalyse anhand der Signale durchführen können.
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Einschlägiger Stand der Technik dazu kann beispielsweise in der Druckschrift
US 5 123 419 A aufgefunden werden, welche eine Vorrichtung zur kombinierten Überwachung von Schrittmacherparametern und Lebenszeichen sowie ein Verfahren zur Anzeige derselben offenbart. Darüber hinaus offenbart die Druckschrift
JP-A-10014895 einen digitalen Holter-Elektrokardiograf zur sicheren Aufzeichnung von Schrittmacherimpulsen.
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Die Bereitstellung von Patientenüberwachungs- und Diagnosevorrichtungen ist allgemein bekannt, insbesondere von Elektrokardiografgeräten (EKG) mit Multikontakten, welche die Fähigkeit zur Anwendung bei komplexen EKG-Rhythmusanalysen aufweisen. Die Rhythmusanalysebefähigung ist üblicherweise eine Funktion der das Gerät steuernden Software. Typischerweise wird die EKG-Wellenform gefiltert und digitalisiert, d. h. in einen Analog-Digital-Wandler (A/D) eingegeben. Die digitalisierte Wellenform wird dann durch die Rhythmusanalysesoftware analysiert. Das Ziel der Rhythmusanalyse ist das Erzeugen einer genauen Diagnose des kardiologischen Befindens des zu untersuchenden Patienten.
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Es wird geschätzt, dass annähernd zwei bis drei Prozent aller unter Verwendung von Multikontakt-EKG-Geräten untersuchten Patienten implantierte Schrittmacher besitzen, welche die Herzleistung des Patienten unterstützen. Für die Bereitstellung einer genauen Rhythmusanalyse muss das EKG-Gerät zur Erfassung von Schrittmacherimpulsen in der EKG-Wellenform in der Lage sein und dem Kliniker einen Hinweis geben, dass das besondere Ereignis auf der EKG-Wellenform ein durch einen Schrittmacher ausgelöstes Ereignis und kein abnormales physiologisches Ereignis wie etwa ein ektopischer Herzschlag ist. Schrittmacherimpulse sind typischerweise als Hochfrequenzspitzen auf der EKG-Wellenform ersichtlich. Der Zeitabstimmungszusammenhang zwischen erfassten Impulsen und Merkmalen des EKG wird sodann durch den Algorithmus zur Bestimmung des Schrittgebermodus des implantierten Schrittmachers verwendet.
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Bekannte Patientenüberwachungs- und Diagnosevorrichtungen führen eine Schrittmacherimpulserfassung vor der Digitalisierung der EKG-Wellenform durch. Die Erfassung wird unter Verwendung von analogen Signalverarbeitungstechniken durchgeführt. Insbesondere wird ein Hochpassfilter zur Lokalisierung der Präsenz von Hochfrequenzelementen der EKG-Wellenform verwendet, welches das Auftreten eines Schrittmacherimpulses anzeigt. Die Information über den erfassten Schrittmacherimpuls wird danach an die EKG-Analysesoftware weitergegeben, indem künstliche Markierungen in die digitalisierten EKG-Daten eingesetzt werden, wo auch immer ein Schrittmacherimpuls angenommen wird. Die Analysesoftware erfasst sodann diese Markierungen und analysiert die EKG-Wellenform mit dem Wissen, dass die Ereignismarkierungen Schrittmacherimpulse anzeigen.
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Die Erfinder erkannten zwei Hauptnachteile der bekannten Verfahren zur Erfassung von Schrittmacherimpulsen in einer EKG-Wellenform gemäß Vorstehendem. Erstens ist die für die Erfassung der Hochfrequenzschrittmacherimpulse verwendete analoge Erfassungsschaltung allgemein einem in klinischen Umgebungen gemeinhin vorhandenen Hochfrequenzrauschen unterworfen. Dieses Rauschen wird oftmals fälschlicherweise als Schrittmacherimpuls gedeutet.
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Weil zweitens die erfassten Schrittmacherimpulse in die digitalisierten EKG-Wellenformdaten eingesetzt werden, korrumpiert eine hohe Rate an falscher Erfassung durch die analoge Schaltung die digitalisierten EKG-Daten. Diese Korrumpierung der digitalisierten EKG-Daten ist irreversibel und schränkt die Fähigkeit des Algorithmus und des Klinikers zur genauen Analyse der EKG-Wellenform schwer ein. Zur Vermeidung korrumpierter Daten schalten Kliniker oftmals die Schrittmachererfassungsbefähigung bekannter Patientenüberwachungs- und Diagnosesysteme aus.
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Bei ausgeschalteter analoger Schrittmachererfassung muss die Rhythmusanalysesoftware auf die restlichen in dem verarbeiteten digitalisierten EKG-Signal verbliebenen Schrittmacherimpulse vertrauen. Diese Restimpulse sind gemeinhin von reduzierter Amplitude und Dauer aufgrund der bei der Vorrichtung eingangsseitig durchgefuhrten Tiefpassfilterung. Dies beschränkt die Erfassungsleistung der Software (geringe Empfindlichkeit). Ein Interpretationsalgorithmus, der die Erfassung von Schrittmacherimpulsen bei ausgeschalteter analoger Erfassung versucht, wird selten einen falschen Schrittmacherimpuls erfassen (hohe Spezifität).
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Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Analyse von EKG-Wellenformen zur Erfassung von Schrittmacherimpulsen und zur Bestimmung von deren Schrittgebermodus bereitzustellen. Zudem wird erfindungsgemäß ein Patientenüberwachungssystem angegeben, welches das Verfahren für die Analyse von EKG-Wellenformen zur Erfassung von Schrittmacherimpulsen darin verwendet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen definierten Gegenstand gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das Patientenüberwachungssystem erlangt die physiologische Wellenform des Patienten über einen eingangsseitigen Instrumentierungsverstärker. Die physiologische Wellenform wird gleichzeitig an eine analoge Schritterfassungsschaltung und eine EKG-Verarbeitungsschaltung gesandt. Die analoge Schritterfassungsschaltung beinhaltet ein Hochpassfilter, das potentielle Schrittmacherimpulse in der analogen Wellenform erfasst. Das Hochpassfilter sucht nach Wellenformereignissen, die eine für einen Schrittmacherimpuls charakteristische hohe Anstiegsgeschwindigkeit (Hochfrequenzanteil) aufweisen. Die analoge Schritterfassungsschaltung übertragt analoge Erfassungsmarkierungen zusammen mit einem Anteil der in jedem erfassten Impuls enthaltenen Energie an einen Interpretationsalgorithmus. Der Interpretationsalgorithmus analysiert die Zeitabstimmung der analogen Erfassungsmarkierungen unter Verwendung von Zeitabstimmungsbeschränkungen und der Energie der analogen Erfassungsmarkierungen, damit die Unterscheidung von tatsächlichen Schrittmacherimpulsen von Rauschen oder anderen Artefakten unterstützt wird, welche irrtümlicherweise als potentielle Schrittmacherimpulse identifiziert wurden. Der Interpretationsalgorithmus eliminiert die irrtümlich erfassten Erfassungsmarkierungen. Anders ausgedrückt, der Interpretationsalgorithmus sucht bei den analogen Erfassungsmarkierungen und dem verbundenen Energieanteil und eliminiert Markierungen, die aufgrund von Rauschen durch Ignorierung von aufeinanderfolgenden Durchläufen vorhanden sein können, zeitlich sehr nahe beieinander liegende analoge Erfassungsmarkierungen und mit niederenergetischen Impulsen verbundene analoge Markierungen. Zu der gleichen Zeit, zu der die EKG-Wellenform durch die analoge Schritterfassungsschaltung verarbeitet wird, wird ein zweiter Kanal der EKG-Wellenform auf den Eingang einer EKG-Erfassungsschaltung gegeben, welche die EKG-Wellenform filtert und digitalisiert. Die EKG-Verarbeitungsschaltung gibt die digitalisierten EKG-Daten an den Interpretationsalgorithmus aus.
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Der Schrittmacherinterpretationsalgorithmus analysiert sodann unabhängig die digitalisierten EKG-Daten für die Festsetzung von digitalen Schritterfassungsmarkierungen, die getrennt und verschieden von den durch die analoge Erfassungsschaltung erzeugten analogen Erfassungsmarkierungen sind. Diese Markierungen werden auf der Grundlage der Erfassung der Restschrittmacherimpulse in den digitalisierten EKG-Daten erzeugt und werden durch den Algorithmus als ”wahre” Impulse registriert. Die analogen Erfassungsmarkierungen werden mit den registrierten Markierungen des digitalisierten EKG's verglichen. Wo auch immer die analogen Erfassungsmarkierungen den registrierten Markierungen des digitalisierten EKG's entsprechen ist klar, dass ein Schrittmacherimpuls auftrat. Für jede analoge Erfassungsmarkierung, die keine entsprechende registrierte Markierung des digitalisierten EKG's aufweist, werden jedoch die digitalisierten EKG-Daten für die Suche nach einem Hochfrequenznachweis lokal analysiert, der das Vorhandensein eines Schrittmacherimpulses gemäß dem Hinweis der analogen Erfassungsmarkierungen erhärtet. Falls ein derartiger Nachweis gefunden wird, wird dann eine neue Schritterfassungsmarkierung als ”wahrer” Impuls registriert.
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Der Schrittmacherimpulserfassung folgend verwendet der Algorithmus die Zeitabstimmungsinformation der erfassten Impulse und vergleicht sie mit der Zeitabstimmung und der Morphologie bestimmter EKG-Merkmale (QRS, P-Welle usw.) zur Bestimmung des Schrittgebermodus des implantierten Schrittmachers.
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Die Erfindung weist den prinzipiellen Vorteil der Bereitstellung eines hochspezifischen und hochempfindlichen Patientenüberwachungssystems zur Erfassung der Schrittmacherimpulse in einer EKG-Wellenform auf.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen herausgestellt.
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1 zeigt eine Darstellung der bekannten Schrittmacherimpulserfassungsverfahren.
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2 zeigt ein Beispiel einer unter Verwendung eines bekannten Impulserfassungsverfahrens durch falsch erfasste Schrittmacherimpulse korrumpierten EKG-Wellenform.
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3 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Patientenüberwachungssystems.
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4 zeigt ein Flussdiagramm des Interpretationsalgorithmus der Schrittmacherimpulserfassungslogik.
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1 zeigt das Verfahren, durch das die bekannten Elektrokardiografen durch Schrittgeber beeinflusste Elektrokardiogramme (EKG's) erfassen und anzeigen. Gemäß 1 erlangt der Elektrokardiograf die EKG-Wellenform und gibt sie in eine Schritterfassungsschaltung ein. Die Schritterfassungsschaltung analysiert die EKG-Wellenform und erzeugt Schrittmacherimpulsmarkierungen in Reaktion auf die Erfassung von EKG-Wellenformanteilen, welche die Charakteristiken von Schrittmacherimpulsen aufweisen. Die Schrittmacherimpulsmarkierungen werden der EKG-Wellenform hinzugefügt, damit eine ”Schrittgeber-verbesserte” EKG-Wellenform erzeugt wird, die dem EKG-Interpretationsalgorithmus eingegeben wird. Der Interpretationsalgorithmus stellt eine klinische Analyse der ”Schrittgeber-verbesserten” EKG-Wellenform bereit. Bei dem in 1 gezeigten Fall bestimmte der Interpretationsalgorithmus korrekterweise, dass der der EKG-Wellenform zugrundeliegende Patient ventrikuläres Schrittgeben erfährt.
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Die Verwendung der bekannten Schrittmacherimpulserfassungsschaltungen kann jedoch zur Erzeugung korrumpierter Daten führen. Insbesondere kann, wie auch in 2 gezeigt ist, die EKG-Wellenform korrumpiert werden, falls die Schrittmacherimpulserfassungsschaltung fälschlicherweise Umgebungsrauschen der klinischen Umwelt als Schrittmacherimpulse identifiziert. Einige der irrtümlich erfassten Schrittmacherimpulse sind mit Markierungen ”E” in 2 identifiziert. Die falsche Erfassung führt zu einer Einfügung von fehlbaren Schrittmacherimpulsmarkierungen in der EKG-Wellenform. Gemäß 2 wird die EKG-Wellenform durch falsch erfasste Schrittmacherimpulse korrumpiert, welche unter Verwendung einer Schritterfassungsschaltung und eines Interpretationsalgorithmus aus dem Stand der Technik erzeugt wurden.
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3 stellt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Patientenuberwachungssystems dar. Während das Patientenüberwachungssystem eine beliebige Patientenüberwachungseinrichtung beinhalten kann, die ein Elektrokardiogramm oder eine EKG-Wellenform erlangt, umfasst das bevorzugte Ausführungsbeispiel ein Elektrokardiografgerät 10 mit Multikontakten. Das Elektrokardiografgerät 10 beinhaltet einen Satz Kontakte 14 mit einer Vielzahl von mit dem Patienten 18 verbundenen (nicht gezeigten) Elektroden. Es ist allgemein bekannt, dass EKG-Überwachungen unter Verwendung von 3, 5, 12 oder mehr Kontaktsätzen durchgeführt werden. Die Elektroden werden mit einer Eingangsseite oder der Ausstattung eines Verstärkers 22 verbunden, der die physiologische elektrische Aktivität der Elektroden empfängt und die analoge EKG-Wellenform verstärkt. Die analoge EKG-Wellenform wird sodann gleichzeitig einer analogen Schritterfassungsschaltung 26 und einer EKG-Verarbeitungsschaltung 30 zugeführt.
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Die analoge Schritterfassungsschaltung 26 beinhaltet ein Hochpassfilter. Das Hochpassfilter erfasst potentielle Schrittmacherimpulse in der analogen Wellenform. Das Hochpassfilter führt EKG-Wellenformanteile hindurch, welche eine sehr hohe Anstiegsgeschwindigkeit (oder Hochfrequenzanteil) aufweisen, wie sie für einen gewöhnlichen Schrittmacherimpuls charakteristisch ist. Die analoge Schritterfassungsschaltung 26 überträgt analoge Erfassungsmarkierungen, welche die Position der erfassten potentiellen Schrittmacherimpulse anzeigen, zusammen mit einer Messung der in jedem erfassten Impuls enthaltenen Energie an einen Interpretationsalgorithmus 34. Einige der analogen Erfassungsmarkierungen können Fehler sein, welche das Ergebnis des Hochfrequenzrauschens der umgebenden Umwelt sind. Der Interpretationsalgorithmus 34 wendet Zeitabstimmungs- und Energiepegelbeschränkungen auf die analogen Erfassungsmarkierungen an, damit die Unterscheidung von tatsächlichen Schrittmacherimpulsen von Rauschen oder anderen Artefakten unterstützt wird, welche fälschlicherweise als potentielle analoge Schrittmacherimpulse identifiziert wurden. Insbesondere der Interpretationsalgorithmus 34 analysiert die analogen Erfassungsmarkierungen und eliminiert Markierungen, die aufgrund von Rauschen durch Ignorieren aufeinanderfolgender Durchläufe vorhanden sind, analoge Erfassungsmarkierungen, die zeitlich sehr nahe beieinander liegen und mit niederenergetischen Impulsen verbundene analoge Markierungen.
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Auf ähnliche Weise filtert und digitalisiert die EKG-Verarbeitungsschaltung 30 die analoge EKG-Wellenform. Die EKG-Verarbeitungsschaltung 30 gibt die digitalisierten EKG-Daten an den Interpretationsalgorithmus 34 auf einem zweiten Kanal aus.
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Der Schrittmacherinterpretationsalgorithmus 34 analysiert sodann die digitalisierten EKG-Daten zur Erzeugung von Schritterfassungsmarkierungen, welche getrennt und verschieden von den durch die analoge Schritterfassungsschaltung 26 erzeugten analogen Erfassungsmarkierungen sind. Diese Markierungen werden automatisch durch den Algorithmus als ”wahre” Schrittmacherimpulse registriert. Die analogen Erfassungsmarkierungen werden mit den registrierten Markierungen des digitalisierten EKG's verglichen. Wo auch immer eine analoge Erfassungsmarkierung einer registrierten Markierung des digitalisierten EKG's entspricht, ist klar, dass ein Schrittmacherimpuls aufgetreten ist. Für jede analoge Erfassungsmarkierung, der jedoch keine registrierte Markierung des digitalisierten EKG's entspricht, werden die digitalisierten EKG-Daten für die Suche nach einem Hochfrequenznachweis lokal analysiert, der das Vorhandensein eines Schrittmacherimpulses gemäß dem Hinweis der analogen Erfassungsmarkierung erhärtet. Falls ein derartiger Nachweis gefunden wird, dann wird eine neue Schritterfassungsmarkierung als ”wahrer” Impuls registriert.
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4 stellt die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Schritte dar. Insbesondere verwendet der Interpretationsalgorithmus Zeitabstimmungs- und Energiepegelbeschränkungen zur Entfernung von falschen analogen Erfassungsmarkierungen 100. Der Interpretationsalgorithmus führt sodann eine Schrittmacherimpulserfassung bei den digitalisierten EKG-Führungsdaten 105 durch und registriert die erfassten Impulse als ”wahre” Schrittmacherimpulse 110. Danach wird die erste analoge Erfassungsmarkierung untersucht 115 und mit den registrierten Erfassungsmarkierungen verglichen 120, damit bestimmt wird, falls ein ”wahrer” Schrittmacherimpuls der analogen Erfassungsmarkierung entspricht. Für jede nicht einer registrierten Markierung entsprechenden analogen Erfassungsmarkierung wird die EKG-Wellenform analysiert, damit bestimmt wird, ob es einen Nachweis für Schrittmacheraktivitt in den digitalisierten EKG-Führungsdaten 130 gibt. Falls es keinen derartigen Nachweis gibt und gemäß Schritt 135 bestimmt wurde, dass es zusätzliche analoge Erfassungsmarkierungen gibt, dann wiederholt der Vorgang sich einfach selbst 140 fur die nächste analoge Erfassungsmarkierung. Falls es andererseits einen Nachweis für Schrittmacheraktivität gibt, dann wird ein ”wahrer” Schrittmacherimpuls registriert 145. Falls mehrere Erfassungsmarkierungen zu untersuchen 135 sind, wiederholt 140 sich der Vorgang abermals für die nächste analoge Erfassungsmarkierung. Nachdem alle analogen Erfassungsmarkierungen auf die vorstehende Weise ergründet wurden, wird der Zeitabstimmungszusammenhang zwischen den registrierten ”wahren” Impulsen und bestimmten Merkmalen des EKG (QRS, P-Welle usw.) für die Bestimmung 150 des Schrittgebermodus des implantierten Schrittmachers verwendet. Dies vervollständigt 155 das Verfahren.
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Hinsichtlich der näheren Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist es evident, dass die Erfindung sich in ihrer Anwendung nicht auf die Einzelheiten des Aufbaus und der Anordnung der beschriebenen oder in der Zeichnung dargestellten Bestandteile beschränkt. Die Erfindung umfasst weitere Ausführungsbeispiele und kann auf verschiedene Arten ausgeführt werden. Zudem ist die vorliegend verwendete Ausdrucksweise und Terminologie zum Zwecke der Beschreibung gedacht und nicht einschränkend zu verstehen.
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Vorstehend sind ein Patientenüberwachungssystem zur Erlangung einer physiologischen Wellenform und ein Verfahren zur Erfassung von Schrittmacherimpulsen in dieser beschrieben. Ein erfindungsgemäßes Patientenüberwachungssystem umfasst eine Eingangsschaltung zur Erlangung eines analogen EKG's, eine analoge Schritterfassungsschaltung, die mit dem Eingangsverstärker zur Erzeugung von analogen Schrittmacherimpulsmarkierungen und Energiemessungen aus dem analogen EKG verbunden ist, eine digitale EKG-Verarbeitungsschaltung zur Bereitstellung einer digitalisierten Ausgabe des analogen EKG's und Software zur Analyse der digitalisierten Ausgabe für die Festsetzung von digitalen Schritterfassungsmarkierungen und zum Vergleich der analogen Schrittmacherimpulsmarkierungen und Energiemessungen mit den digitalen Schritterfassungsmarkierungen für die Eliminierung von falsch erfassten Schrittmacherimpulsen. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erfassung von Schrittmacherimpulsen in einer EKG-Wellenform umfasst die Schritte Erlangen einer analogen EKG-Wellenform, Analysieren der analogen EKG-Wellenform zum Erzeugen von ersten Schrittmacherimpulsmarkierungen und Energiemessungen, Digitalisieren der analogen EKG-Wellenform zum Erzeugen von digitalen EKG-Daten, Analysieren der digitalen EKG-Daten zum Erzeugen von zweiten Schrittmacherimpulsmarkierungen, Vergleichen der ersten Schrittmacherimpulsmarkierungen und Energiemessungen mit den zweiten Schrittmacherimpulsmarkierungen und Analysieren des Zeitabstimmungszusammenhangs zwischen erfassten Schrittmacherimpulsen und bestimmten EKG-Merkmalen zur Bestimmung des Schrittgebermodus des implantierten Schrittmachers.
