DE1774162C2

DE1774162C2 - Anordnung zur Wiedergabe von Kardiogrammen

Info

Publication number: DE1774162C2
Application number: DE1774162A
Authority: DE
Inventors: Joseph R. Moorestown N.J. Levitt
Original assignee: Data Display Systems Inc New York Ny Us
Current assignee: Data Display Systems Inc New York Ny Us
Priority date: 1968-04-24
Filing date: 1968-04-24
Publication date: 1982-09-30
Also published as: DE1774162A1

Description

dadurch gekennzeichnet,daß

b) die Steuereinheit (22 bis 44) zwei Integrationsstufen (26, 38) aufweist,

c) die erste (ntegrationsstufe (26) zur Transformation des der Steuereinheit (22 bis 44) zugeführten Herzaktionssignals S(t) in die Größe

•)dt

20

ausgelegt ist,

d) die zweite Integrationsstufe (26, 38) zur Transformation des der Steuereinheit (22 bis 44) zugeführten Herzaktionssignals S(t) in die Größe

/J

30

S(t) dt at

ausgelegt ist,

e) der Ausgang jeder Integrationsstufe (26,38) mit dem Steuereingang genau einer Ablenkeinheit der Bildröhre (32) verbunden ist und

f) eine Einrichtung vorgesehen ist, die jeweils nach Ablauf einer Herzzyklusperiode T die Integrationsstufenausgänge auf ihre Anfangswerte rückgesetzt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwischen den Ausgängen der Integrationsstufen (26, 38) und den Ablenkeinrichtungen angeordnete Normierungsstufen (28, 34).

3. Anordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Integrationsstufe (26, 38) einen einem in der ersten Integrationsstufe (26) vorgesehenen ersten Integrator seriell nachgeschalteten zweiten Integrator aufweist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Rücksetzen der Integrationsstufenausgänge eine Zeitgeberstufe (22, 36, 44, 46, 48) aufweist, welche die Ausgänge der beiden Integrationsstufen (26, 38) durch Kurzschließen mit deren Eingängen am Ende einer Herzaktionsperiode Γ rücksetzt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildschirm (56) in zwei unterschiedlich markierte Bereiche (66, 68) unterteilt ist derart, daß die einen anomalen Herzzustand anzeigenden Variablenpaare (f, g) in den einen Bereich (68) fallen.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bereiche (66, 68) unterschiedliche Helligkeit aufweisen.

7. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet

durch eine vor dem Bildschirm (56) angeordnete Photozelleneinrichtung (69, 70, 72, 74, 76, 78, 80), deren Ausgangssignale unterschiedliche Werte annehmen, wenn die Variablenpaare (f, g) des Kardiogramms überwiegend in den einen (68) oder den anderen Bereich (66) fallen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Die gattungsgemäße Anordnung ist aus der US-PS }2 67 933 bekannt. Im einzelnen wird hierbei eine Herzzyklusperiode bzw. eine Periode des Kardiogrammsignals S(t) auf einem Oszilloskop aufgezeichnet und dabei das Oszilloskop so getriggert und ferner jeweils eine Kardiogrammperiode derart verzögert, daß jeweils zwei Kardiogrammperioden auf dem Bildschirm des Osziüoskops überlagert werden. Die bekannte Maßnahme dient der Aufgabe, die Auswertung von Kardiogrammen zu erleichtern und dabei auch anomale Herzaktionssignale zu erfassen, die nur gelegentlich auftreten. Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß in konventioneller Manier der Linienzug des Kardiogramms bzw. der Standardableitung Stück für Stück auf Abweichungen von der Norm hin untersucht werden muß, bevor eine Aussage über den Herzzustand getroffen werden kann. Diese Untersuchung ist zeitaufwendig und erfordert nach wie vor beachtliche Fähigkeiten des jeweils untersuchenden Arztes. Hinzu kommt, daß diese Art der Untersuchung nur schwer von einem Automaten durchgeführt werden kann.

Aus der US-PS 32 15 136 ist eine Anordnung zur Wiedergabe von Kardiogrammen auf dem Bildschirm einer Bildröhre mit einer Steuereinheit zur Verarbeitung der Herzaktionssignale und Steuerung der Ablenkeinheiten der Bildröhre bekannt Im einzelnen werden hierbei mehrere Perioden des Kardiogrammsignals S(t) zunächst auf einem Tonband aufgezeichnet und später in sehr rascher Folge wieder abgespielt Nach der bekannten Lehre wird hierdurch die Aufgabe gelöst, die Auswertung vieler Kardiogrammperioden in kurzer Zeit zu ermöglichen und dabei auch nur gelegentlich auftretende anomale Herzsignale erfassen zu können. Diese nur gelegentlich auftretenden Herzsignale liegen hierbei außerhalb desjenigen Bereichs, in welchen die übrigen Herzsignale fallen. Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß sie eines gesonderten Speichergerätes, nämlich des Tonbandes bedarf.

Aus der US-PS 31 74 478 ist eine Anordnung zur Wiedergabe von Kardiogrammen bekannt, deren Ausgangssignal eine lineare Funktion der Herzschlagrate ist. Der genaue Verlauf der Kardiogrammsignale innerhalb einer Periode wird hierbei unterdrückt. Die bekannte Anordnung eignet sich demnach lediglich zur Untersuchung der Herzschlagrate, nicht jedoch zur Untersuchung von Anomalien, die sich nicht in der Herzschlagrate äußern.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Anordnung derart auszugestalten, daß sie vom Herzen gewonnene Standardableitungen für einen bequemen Vergleich gleicher Standardableitungen aufbereitet. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs I gelöst.

Die angegebene Lösung hat den Vorteil, daß sich auf dem Bildschirm der Bildröhre ein einfach zusammenhängender Bereich und ein außerhalb dieses Bereiches liegender weiterer Bereich angeben läßt, wobei Kardiogrammkurven, die zumindest teilweise außerhalb s des einfach zusammenhängenden Bereiches liegen, eine Herzanomalie signalisieren, während die vollständig innerhalb des einfach zusammenhängenden Bereiches liegenden Karriiogrammkurven zumindest diese Anomanie nicht aufweisen und in der Regel dem normalen Herzen entsprechen. Bei einem Vergleich der von zwei gleicheil Standardableitungen erhaltenen Kardiogrammkurven muß aus medizinischer Sicht also lediglich darauf geachtet werden, ob die Kurven innerhalb des einfach zusammenhängenden Bereiches is oder zumindest teilweise außerhalb dieses Bereiches liegen. Die erfindungsgemäße Anordnung hat demnach den Vorteil, daß sie eine automatische Auswertung der aufgezeichneten Kardiogrammsignale ermöglicht.

Zwar ist die Maßnahme, die von Standardableitungen des Herzens gewonnenen Signale zu integrieren, an sich aus der US-PS 32 80 187 bekannt Im einzelnen ist aus dieser Druckschrift eine Anordnung zur Reihenuntersuchung des Herzens mittels EKG bekannt, die es auch einem Nicht-Herzspezialisten ermöglicht, eine Aussage darüber zu treffen, ob ein normales oder anomales Kardiogramm vorliegt Hierzu wird bei der bekannten Anordnung der HerzzykJus durch einen Taktgeber in genau definierte Phasen (systolisch, diastolisch, zweites Geräusch usw.) zergliedert und die den einzelnen Phasen zugeordneten Meßwerte voneinander getrennt aufgenommen. Diese Meßwerte werden nun über mehrere Herzzyklen integriert Überschreitet der durch Integration erhaltene Wert einen vorgegebenen Schwellwert, dann erscheint eine »Anomalie-Anzeige«. Bis auf die Maßnahme der Integration hat aber die aus dieser Druckschrift bekannte Anordnung keine Gemeinsamkeiten mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 wiedergegebenen erfindungsgemäßen Lösung.

Ferner ist noch aus der US-PS 26 46 465 eine Einrichtung zur Laut- bzw. Worterkennung bekannt, mittels welcher feststellbar ist, ob ein zu untersuchender Prüflaut in einen durch eine Maske auf einem Oszilloskopschirm abgegrenzten Bereich fällt oder nicht

Bevorzugte Ausführungsformen des Gegenstandes des Anspruchs 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 7 wiedergegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand graphischer Darstellungen von Karuiograrnmsignalen und deren Transformierten sowie an Hand eines Ausführungsbeispiels der ei/indungsgemäßon Anordnung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 die Kurve einer Kardiogramm-Standardableitung, die als normal gilt,

Fig.2 die Kurve einer Kardiogramm-Standardableitung, die als anomal gilt,

Fig.3 die transformierten normalen Standardableitungen,

Fig.4 die transformierten anomalen Standardableitungen,

Fig.5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig.6 ein Schaltbild einer im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 verwendeten Zeitschaltung und

F i g. 7a bis 7d Darstellungen von Signalformen, zur Erläuterung der Schaltung gemäß Fig. 6.

F i g. 1 stellt den zeitlichen Verlauf eines Kardiogramms 10, genauer einer Standardableitung dar. Das Kardiogramm 10 verläuft periodisch, wobei did einzelnen Periodenanfänge mit O,T\ und T₂ bezeichnet sind. Das Kardiogramm 10 wurde vom normal arbeitenden Herz eines Menschen abgenommen. Für die vorliegenden Zwecke wurden 14 Kardiogramme normaler Herzen ausgewählt Sie bilden die Klasse der normalen Zustände.

F i g. 2 zeigt ein Kardiogramm 12 genauer die gleiche Standardableitung wie in Fig. 1, das nach ärztlicher Kenntnis jedoch ein anomales Kardiogramm darstellt Es ist ebenfalls periodisch mit den Periodeneinsätzen O, 71 und T2. Für die vorliegenden Zwecke wurden ebenfalls 14 solcher anomaler Kardiogramme Yl zusammengestellt Die Klassifikation in normale und anomale Kardiogramme kann beispielsweise durch Analyse des Befindens des betreffenden Menschen kurz vor und nach der Anfertigung der einzelnen Kardiogramme 10 bzw. 12 gewonnen werden. Für die Erläuterung der erfindungsgemäßeti Anordnung ist es unerheblich, auf welchem Wege die Klassifikation normal und anomal zustandekommt Sie wird als gegeben hingenommen.

Um nun gleiche Standardableitungen besser miteinander vergleichen und gegebenenfalls in zwei unterschiedliche Klassen, z. B. normal und anomal klassifizieren zu können, werden dieselben einer Transformation unterworfen, welche das Koordinatenpaar (S,t) der Standardableitung S(t) aus der 5-i-Ebene in das Koordinatenpaar (f,g) der Λ^-Ebene überführt. Diese Transformation hat die allgemeine Form:

J/

5"did/.

Haben die Exponenten m und π jeweils den Wert 1, dann ergibt sich eine Darstellung, in der die Daten der einen Klasse leicht von denen der anderen unterschieden werden können. Daraus ergibt sich folgende Transformation:

■ί

Sd/,

■//

Sdtdt.

Die transformierten Daten wtrden nun so normiert, daß sich innerhalb einer Periode 7*für die Koordinate /der Maximalwert 1 und für die Koordinate g der Maximalwert 1000 ergibt. Hierzu werden die Transformationsformeln wie folgt definiert:

, mit0<<<7·

i ι

g = P₂J \sdldt, mitO<f<7\

Hierbei sind P\ und Pi Normierungsfaktoren und Tist die Periode von 5.

Die Auflösung der obigen Gleichungen nach P\ und Pi gibt die folgenden Ausdrücke:

J Sat

·; o<i<r

Sd/d/

; 0<ί<Γ

Die Werte von P\ und Pi hängen also von der Menge der Daten 5 ab und können deshalb mit diesen schwanken.

Werden die Maxima von /"und g auf I bzw. 1000

normiert, so reduzieren sich die obigen Ausdrücke auf:

Λ =

ί SuI

1000
'3 η
ί ι S dt dl

; 0</₂<Γ

Hierbei sollen t\ und h in den Ausdrücken für Pi und Pi diejenigen Zeitpunkte von / bedeuten, in welchen die Integrale im Nenner jeweils einen Maximalwert haben. Der Zeitpunkt fo fällt hierbei mit dem Periodenbeginn zusammen, also mit dem Zeitpunkt O, Ti bzw. Ti. Eine derartige Normierung führt zu den Darstellungen in F i g. 3 und 4; sie wird mittels des in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiels selbstätig durchgeführt.

Fig. 3 zeigt den Verlauf verschiedener normaler Kardiogramme in der (f.g)Ebene, während Fig. 4 den Verlauf verschiedener anormaler Kardiogramme in der (Ig)-Ebene zeigt.

Das Kardiogramm 10 der Fig. 1 spiegelt sich in der (f.g)- Ebene gemäß Fig. 3 als strichpunktierte Linie 10'wider. während das Kardiogramm 12 der Fig. 3 in der (f.g)-Ebenz gemäß Fig.4 als Kurve 12' verläuft. Man erkennt, daß die gewählte nichtlineare Transformation (Exponenten m und η = 1) eine ausreichende Unterscheidung zwischen den beiden Kardiogrammklassen ermöglicht. Die kräftig ausgezogenen Hüllkurven 14 und 16 umschließen ein Gebiet 18, in das sämtliche normalen Kardiogramme vollständig fallen. Die normalen Kardiogramme überschreiten also nirgends die Hüllkurven 14, 16. In F i g. 3 sind nur fünf der 14 ausgewählten Kardiogramme der Deutlichkeit halber eingezeichnet Die gewählte Transformation überführt also sämtliche normalen Kardiogramme in einen eng begrenzten Bereich der (f.g)-Ebcne.

Dagegen läßt F i g. 4 erkennen, daß mindestens ein Teil, häufig jedoch der weitaus größte Teil der transformierten anomalen Standardableitungen außerhalb des für die normalen Kurven vorgesehenen Bereichs 18 verlaufen. Infolgedessen lassen sich die Anomalien aufweisenden transformierten Standardableitüngen leicht von solchen unterscheiden, die diese Anomalien nicht aufweisen.

Soil nun eine neue Standardableitung klassifiziert werden, so braucht sie nur der gleichen Transformation unterworfen und in die (f.g)Ebene der F i g. 3 und 4 eingezeichnet zu werden. Verläuft die transformierte Kurve innerhalb des Bereichs 18, so wird die neue Standardableitung als normal klassifiziert; fällt dagegen ein mehr oder weniger großer Teil der Ableitung außerhalb des Bereichs 18, so wird sie als anomal angesehen.

Die dargestellten Kardiogramme sind offensichtlich von der Kardiographenelektrode Nr. Il abgeleitet.
in Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindiingsgemäßen Anordnung beschrieben: F i g. 5 zeigt schematisch eine Anordnung 19, deren Eingangsklemme 20 die zeitlich veränderlichen Kardiogrammsignale S(t) bzw. 86 in F i g. 7a zugeführt werden können. Sie entsprechen "i den Standardableitungen der F i g. I oder 2. Die Signale 86 haben eine Periode T. Das Eingangssignal 86 wird über ein erstes Relais 22 dem Eingang eines ersten Integrators 26 zugeführt, wenn der Reiaisanker an einem Kontakt 24 aniiegt. Das am Ausgang des Integrators 26 auftretende Signal wird über ein erstes Potentiometer 28 auf den Eingang eines Verstärkers 30 gegeben, dessen Ausgangsleitung 31 die Horizontalablenkplatten einer Bildröhre 32 speist.

Das Ausgangssignal des ersten Integrators 26 gelangt ferner über ein zweites Potentiometer 34 und ein zweites Relais 36 zum Eingang eines zweiten Integrators 38. Das zweite Relais 36 ist hierzu erregt, so daß sein Ankc-i den Kontakt 40 berührt. Vom Ausgang des zweiten Integrators 38 wird das doppelt integrierte Kardiogrammsignal S(t) über Leitung 42 zu den Vertikalablenkplatten der Bildröhre 32 geführt.

Eine Zeitschaltung 44 erregt und entregt alternierend die Wicklungen 46 und 48 der Relais 22 und 36, und zwar jeweils während der Dauer einer Periode des an der Eingangsklemme 20 empfangenen Kardiogrammsignals S(t). Im entregten Zustand, also für die Dauer einer Periode, sind die Wicklungen 46 und 48 stromlos, so daß die Relais 22 und 36 in dieser Zeit abgefallen sind und ihre Anker die Ruhekontakte 50 und 52 berühren. Dadurch werden die Ausgänge der Integratoren 26 und 38 mit ihren Eingängen kurzgeschlosen, wodurch sie entladen werden und für eine weitere Integration in der nächsten Periode des Eingangssignals S(t) vorbereitet werden. Die Ausgangsleitungen 31 und 42 liefern also in jeder zweiten Periode des Eingangssignals 86 gemeinsame Ablenksignale für die Bildröhre 32, während in den dazwischenliegenden Perioden die Integratoren 26, 38 zurückgestellt werden.

Durch die geschilderte Anordnung 19 wird das

so Eingangssignal 86 als Kurve 54 auf dem Bildschirr" 56 der Bildröhre 32 abgebildet. Der Bildschirm 56 stellt eine Ebene dar, auf der die Koordinaten f und g in horizontaler und vertikaler Richtung aufgetragen sind.

Um die Kurve 54 in der eingangs erläuterten Weise zu normieren, wird das erste Potentiometer 28 so eingestellt, daß das Maximum der Kurve 54 in Horizontalrichtung die gestrichelt dargestellte vertikale Linie 58 gerade berührt wie bei 62 gezeigt Ferner wird das zweite Potentiometer 34 so eingestellt, daß der Maximalwert der Vertikalablenkung bei 64 gerade die gestrichelt dargestellte horizontale Linie 60 berührt

Der Bildschirm 56 weist einen durchscheinenden Bereich 66, der dsm Bereich 18 in Fig.3 und 4 entspricht und durchsichtige Bereiche 68 außerhalb des durchscheinenden Bereiches 66 auf. Dadurch kann derjenige Teil der Kurve 54, der innerhalb des durchscheinenden Bereiches 66 liegt, zwar erkannt werden. Er ist jedoch weit dunkler als derjenige Teil der

Kurve, der außerhalb dieses Bereiches 66, el. h. im durchsichtigen Gebiet 68 liegt. Ein Beobachter kann infolge der unterschiedlichen Helligkeit leicht feststellen, in welche Klasse das der Eingangsklemme 20 zugeführte Signal S(t) fällt, denn er braucht nur festzustellen, ob die auf dem Bildschirm erscheinende Kurve 54 vollständig im Bereich 66 verläuft oder ob ein erheblicher Teil derselben in das Gebiet 68 fällt. So läßt sich sofort sagen, ob es sich um ein normales Kardiogramm handelt.

Die Kardiogrammauswertung läßt sich auch leicht automatisieren. Hierzu ist eine Photo/eile 69 vorgesehen, die mittels eines Schirms 70 das vom Bildschirm 56 ausgehende Licht empfängt. Die Anode der Photozclle 69 liegt auf positivem Potential. Die Photokathode ist über ein Potentiometer 72 mit einstellbarem Abgriff 74an Erde geführt. Das vom Abgriff 74 des Potentiometers 72 abgenommene Signal wird auf einen Schwellenverstarker 76 gegeben, der nur dann ein ÄusgaiigsMgnai über eine Leitung 78 auf ein Anzeigegerät 80 gibt, wenn die Beleuchtung der Photozelle 69 einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Das Anzeigegerät 80 kann ein digitales Registriergerät oder ein Warngerät sein, das eine Lampe aufleuchten oder einen Summer ertönen läßt, wenn die untersuchte Standardableitung sich als anomal herausstellt. Der Abgriff 74 des Potentiometers 72 wird so eingestellt, daß die Belichtung durch eine innerhalb des Bereiches 66 verlaufende Kurve 54 nicht ausreicht, um den Schwellenwert des Verstärkers 76 zu überschreiten. Befindet sich dagegen ein nicht unerheblicher Teil der Kurve 54 außerhalb des Bereiches 66, so reicht die Belichtung der Photozelle 69 aus, um den Schwellenwert des Verstärkers 76 zu überschreiten und ein Signal zu erzeugen, das die Klassifizierung des Eingangssignals in die anomale Gruppe anzeigt.

Die Zeitgeberanordnung 44 ist in F i g. 6 im einzelnen dargestellt. Das Eingangssignal 86 wird dieser Anordnung von der Eingangsklemme 20 über ein Potentiometer 82 zugeführt, das den erforderlichen Eingangspegel für einen Begrenzer 84 einzustellen erlaubt. Das Eingangssignal 86 ist in Fig. 7a dargestellt. Die Endpunkte der einzelnen Perioden sind mit 71, T₂. T₁ bezeichnet. Der Begrenzer 84 verarbeitet in bekannter Schaltung das Eingangssignal zu einem begrenzten und geglätteten Signal 88 mit umgekehrter Polarität gemäß F i g. 7b. Das Signal 88 wird einer Differenzierstufe 90 zugeführt, die ebenfalls in bekannter Weise aufgebaut ist und das Signal 88 in ein Signal 92 (F i g. 7c) umformt, das positive und negative Nadelimpulse 94 und 96 aufweist.

Das Signal 92 wird einem Gleichrichter 98 zugeführt, der ein Ausgangssignal erzeugt, welches nur noch die negativen Spannungsspitzen % des Signals 92 in F i g. 7c ilUIWCIM. l^dS ilCgdtiVc fAÜSgäFigaSigilHi Ji· Wi"vj SUi CImC" Multivibrator IW mit nachgeschaltetem Verstärker gegeben, der eine Rechteckschwingung 102 (Fig. ⁷J) liefert, welche zur Speisung der Wicklungen 45 und 48der Relais 2i und 36 dient. Die Rechteckschwingung 102 hat abwechselnd einen positiven Abschnitt 104 und einen Abschnitt 106 mit verschwindender Spannung. Die Abschnitte 104 und 106 haben je die Dauer einer Periode 7"des ankommenden Kardiogrammsignals S(t). In den positiven Abschnitten 104 des Signals 102 sind die Relais 22 und 36 e regt, so daß die Eingangssignale 86 über die Relaiskontakte 24 und 40 zu den Integratoren 26 und 38 gelangen. In den Abschnitten 106 mit der Amplitude Null sind die Relais 22, 36 dagegen abgefallen, so daß ihre Ruhekontakte 50 und 52 für die Entladung der Integratoren 26 und 38 und für deren Vorbereitung auf eine weitere Integration in der nachfolgenden Kardiogrammperiode sorgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Wiedergabe von Kardiogrammen auf dem Bildschirm (56) einer Bildröhre (32) mit

a) einer Steuereinheit (22 bis 44) zur Verarbeitung von ihr zugeführten Herzaktionssignalen S(t) und Steuerung der Ablenkeinheiten der Bildröhre (32),