DE2060441A1

DE2060441A1 - Detektor fuer Anomalien im Elektrokardiogramm

Info

Publication number: DE2060441A1
Application number: DE19702060441
Authority: DE
Inventors: Eugene Temkin
Original assignee: Birtcher Corp
Current assignee: Birtcher Corp
Priority date: 1969-12-08
Filing date: 1970-12-08
Publication date: 1971-06-16
Also published as: FR2073110A5

Description

Sie Torliegende Erfindung betrifft medizinische Geräte und insbesondere eine neuartige und verbesserte Apparatur, die anomale Signale im Elektrokardiogramm abtastet.

Unregelmäßige Herzschläge sind oft ein Symptom für ernsthafte Herzbeschwerden. Im Elektrokardiogramm werden die Herzschläge τοη Patienten mit Herzbeschwerden aufgezeichnet· Tiele Herzkranke weisen in ihrem Elektrokardiogramm mehr elektrische Ausgangssignale Innerhalb einer gegebenen Zeitdauer auf. als bei normaler Herstätigkeit der Fall ist. Bin krankes Herz erzeugt anomale Signale im Elektrokardiogramm. Auch bei normaler Herztätigkeit werden anomale Signale erzeugt) bei Herzkranken treten jedoch innerhalb einer bestimmten Zeitdauer mehr Anomalien auf· Je ernster der Zustand

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des Patienten» um so häufiger sind die Anomalien. Typische Anomalien sind unter anderem Torzeitige ventrikulare Kontraktion, ventrikulares Fibrillieren und dergleichen (bundle branch block, tachycardia).

Bei bisherigen Geräten müssen die Signale des Elektrokardiogramms von einer Bedienungsperson dauernd überwacht werden, um feststellen zu können, ob und wann die Zahl der Anomalien gefährlich ansteigt. Wenn jedoch kein Bedienungspersonal zugegen ist, könnte eine gefährlich hohe Rate an Anomalien unerkannt auftreten und den Patienten gefährden, was in einigen Fällen tötliche Polgen haben könnte, wenn dieser Zustand nicht erkannt und augenblicklich medizinische Hilfe geleistet würde.

Elektrokardiograph und Herzimpulsmeseer sind den Fachleuten bekannt und werden schon jahrelang bei der Untersuchung von Patienten verwendet. Diese Geräte liefern Elektrokardiogramme, die auf bewegten Bändern oder Streifen überwacht werden; die Geräte enthalten jedoch keine Vorrichtung zur kontinuierlichen überwachung und haben erst dann ihren eigentlichen Zweck erfüllt, wenn das Elektrokardiogramm im einzelnen ausgewertet worden ist. Das heißt also, daß die Bänder von medizinisch geschultem Personal sorgfältig überprüft werden müssen, was eine gewisse Zeit In Anspruch nimmt. Dabei kann es vorkommen, daß die Auewertung erst lange nach einer kritischen Situation erfolgt, ·ο daß in solchen Fällen jede Hilfe zu spät käme.

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Dia Erfindung läßt aieh folgendermaßen zusammenfassen! Dia vorliegende Erfindung enthält einen Absolutwertrerstärker, der auf die Signale dee Elektrokardiograf β (MG-Signale) anspricht, die durch die Mechanische Herztätigkeit erzeugt werden. Der Absolutwertverstärker wandelt alle negativ verlaufenden Pulse in positive Pulse um. Alle ΪΚα-Signale werden nach einer vorherigen Schwellenwertabtastung integriert. Die integrierten Signale, die einen zweiten Schwellenwert überschreiten, triggera einen monostabilen Multivibrator, der daraufhin einen Puls mit fester Amplitude und Dauer liefert. Eine Zählvorrichtung zählt die Pulse des monostabilen Multivibrators und ist an eine Alarmvorrichtung angeschlossen, die bei einer bestimmten Zahl von Pulsen anspricht· Außerdem aind Zeitgebervorrichtungen vorgesehen, die die Zählvorrichtung nach einem bestimmten Zeltintervall zurücksetzen· .

Dia Zählvorrichtung kann zwei Signalspeichereinheiten enthalten, wobei eine dar Speichereinheiten für jaden vom monostabilen Multivibrator ausgegebenen anomalen Puls aufgeladen und entladen wird, wodurch dia zweite 8peicherelnheit aufgeladen wird. Jeder anomale Puls wird gespeichert, bis ein bestimmter gespeicherter Wert erreicht ist. Dann wird ein Gatter freigegeben, das ein Signal zum Auslösen der Alarmtorrichtung liefert.

Die Zeitgebervorrichtung entlädt die zweite Speichereinheit nach festgelegten Intervallen. Wenn die Anzahl der Anomalien eine bestimmte Zahl innerhalb dee festgelegten

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Intervalls überschreitet, wird der Alarm ausgelöst.

Diese und weitere Merkmale werden in der nun folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert, in denen entsprechende Abschnitte durch gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet sind.

Figur 1 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsoelspiels der Erfindung.

Figur 2 zeigt die Wellenformen der an bestimmten Punkten innerhalb des Blockdiagramms aus Figur 1 auftretenden Signale.

In figur 1 sind zwei Elektroden IU und 12 gezeigt, die die EKG-Signale eines herzkranken Patienten empfangen können. Die EKO-Signale des Patienten können aufgrund des Herzfehlers abnormale elektrische Ausgaben zeigen. Solche Anomalien bezeichnet man» wie schon erwähnt wurde, als vorzeitige ventrikulare Kontraktion, ventriculares Fibrillieren und dergleichen (bundle branch block, tachycardia). Jede dieser Krankheiten verursacht abnormale elektrische Ausgaben im QRST-Muster des EKGr. Wenn beispielsweise die R-Zacke über einem Schwellenwert liegt oder in zu rascher Folge auftritt, ist das ein Zeichen für einen Herzfehler. Das EKGr-Signal ist im Diagramm A der Figur 2 dargestellt.

Die Elektroden 10 und 12 sind mit einem Elektrokardiograph-Verstärker 14 verbunden, der die von diesen Elektroden empfangenen EKG-Signale verstärkt. Die verstärkten EKÖ-Signale werden dann zwei Dioden 16 und 18 und einem Absolutwert-

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verstärker 20 eingespeist. KLe Ausgangeleitung 22 des Verstärkers 14 ist mit der Kathode der Mode 16 verbunden, deren Anode an den negativen Eingang des Verstärkers 20 angeschlossen ist. Die Ausgangsleitung 22 ist außerdem mit der Anode der Mode 18 verbunden, deren Kathode am positiven Singang des Verstärkers 20 anliegt. Sie Diode 16 läßt dabei nur negative Abschnitte des BKS-Signals hindurch, während die Diode 18 nur positive Abschnitte des EKG-Signals leitet.

Der Absolutwertverstärker 20 kehrt die Polarität jeglicher negativ verlaufender Abschnitte des ÜKG-Signals um. Die Ausgangeleitung 24 des Verstärkers 20 führt aur Anode einer Diode 26, deren Kathode mit dem Widerstandsabsohnitt eines Potentiometers 50 verbunden ist. Die Diode 26 dient als nicht-lineares Element zur Gleichrichtung des EEG-Signals. Der Schleifer 32 des Potentiometers 30 führt eu einem Integrator 34· Die Diode 26 hat einen Spannungsabfall von etwa V2 Volt, weshalb ein SKG-Signal von weniger als V2 Volt nicht »um Integrator 34 weitergeleitet wird. Werte über V2 Volt

werden dagegen hindurchgelaesen und Integriert. Diese integrierten Signale sind im Diagramm 0 aus Figur 2 dargestellt und bilden ein Sägeeahl-Signal mit genügend grofier Amplitude, um von einer Diode 36 hindurchgelassen zu werden, deren Anode mit dem Ausgang 38 des Integrators 34 verbunden ist·

lin Schwellenwert, der im Diagramm B aus Figur 2 angegeben ist, kann geändert werden, damit der Integrator anspricht. Die Höhe des Schwellenwerts kann durch das Potentio-

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meter 30 eingestellt werden. Wenn sich der Schleifer 32 dem oberen Ende des Widerstandsabachnitta 2Θ nähert, erniedrigt sich der Schwellenwert-Pegel im Diagramm B aus Figur 2, so daß der Integrator 34 auf kleinere Amplituden des R-Signals oder QES-Muaters des EKG anspricht.

Zwischen der Anode der Diode 36 und Erdpotential liegt ein Widerstand 40« Die Anode der Diode 36 ist mit einem monoetabilen Multivibrator 42 (gelegentlich auch als "one-shot" bezeichnet) verbunden· Der monostabile Multivibrator 42 wird durch das integrierte Sägezahn-Signal des Diagramme C aus Figur 2 getriggert und erzeugt für jeden Sägezahnpula ein Rechtecksignal bestimmter, festgelegter Dauer und Amplitude. Alle Sägezahnsignale oberhalb des Schwellenwerte der Diode triggern den Multivibrator 42. Auf diese Weise erzeugt der Multivibrator 42 einen Puls für jede EKG-Anomalie.

Sa ist nichta Ungewöhnliches, wenn ein normales Herz Anomalien erzeugt. Es kommt auf die Häufigkeit dieser Anomalien an, die einen Herzfehler kennzeichnen. Deshalb werden die Pulst des monostabilen Multivibrators 42 in einem Zähler 50 gezählt, und wenn eine gegebene Anzahl anomaler Pulse innerhalb einer gegebenen Periode festgestellt wird, wird ein Meßgerät und eine Alarmschaltung 52 betätigt, wodurch eine Bedienungsperson auf den Gafahrenzuatand eines Htrzpatienten aufmerksam gemacht wird, so daß geeignete medizinische Hilfe rasch erfolgen kann.

Der Zähler 50 enthält, wie Figur 1 zeigt, einen

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Kondensator 56, dessen eines Ende über einen widerstand 58 und eine Diode 60 auf Erdpotential liegt. Der Kondensator 56 lädt sich bei jedem Puls rom monostabilen Multivibrator 42 auf und entlädt sich nach dem Auftreten jeder Anomalie über den Widerstand 58 und Diode 60·

Das eine Ende eines Sondensators 62 führt über eine Diode 64- zu einer Verzweigung 66 zwischen Kondensator 56 und Widerstand 58· Das andere Ende des Kondensators 62 ist geerdet. Der Kondensator 62 wird nach Auftreten jeder Anomalie durch den Puls vom monostabilen Multivibrator 42 aufgeladen. Wie schon erwähnt wurde, entlädt sich der Kondensator 56 nach jeder Anomalie, während der Kondensator 62 seine Ladung beibehält. Die ladung des Kondensators 62 ist als Wellenform S in Figur 2 gezeigt. Die Kondensatoren 56 und 62 sollten von guter Qualität sein, so daß sie die stufenförmige Wellenform beibehalten. Auf diese Welse wird dafür gesorgt, daß keine Entladung des Kondensators 56 während der EKG-Anomalien auftritt. Jeder Puls des monostabilen Multivibrators 42 addiert eine gleiche ladungsmenge zur Ladung des Kondensators 62.

Wenn die Aufladung des Kondensators 62 einen bestimmten Wert erreicht, wird die Alarmschaltung 52 in Betrieb gesetzt. Dieses Betätigen der Alarmschaltung 52 erfolgt dadurch, daß der Kondensator 62 mit der Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors 67 verbunden ist, dessen Quell-Elektrode an einer Klemme 68 anliegt. Der Klemme 68 wird ein positives Potential zugeführt. Die abführende Elektrode des Feldeffekt-

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translators 67 führt zu der Alarmvorrichtung 52 und ist über einen Widerstand 70 geerdet.

Der Feldeffekttransistor 67 mißt nicht nur die Ladung am Kondensator 62, sondern dient auch als Anpassung für die hohe Impedanz des Kondensators 62 an die niedrige Impedanz des Meßgerätes und der Alarmvorrichtung 52.

Das eine Ende eines Widerstands 72 führt zu einer Verzweigung 74 zwischen der Diode 64 und der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 67· Das andere Ende des Widerstands 72 führt zu dem einen Ende eines Schalters 76, dessen anderes Ende auf Erdpotential liegt« Der Schalter 76 wird durch einen Motor 78 betätigt. Der Motor 78 bewirkt, daß der Schalter 76 einmal pro Umdrehung geschlossen wird. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Motorgeschwindigkeit des Motors 78 1 Umdrehung pro Minute·

Bei typischem Betrieb entlädt sich der Kondensator 62 einmal in jeder Minute, indem der Motor 78 den Schalter 76 schließt. Der Schalter 76 bleibt etwa 1 Sekunde lang geschlossen, was ausreicht, um den Kondensator 62 restlos zu entladen. Die Alarmvorrichtung 52 spricht auf eine Anzahl von innerhalb einer Minute abgetasteten Anomalien an, die Über einer bestimmten Anzahl liegt. Bei normaler Herztätigkeit treten auch Anomalien auf, die jedoch keine genügend hohe Zählung erreichen, durch die der Kondensator 62 auf αen Alarmwert aufgeladen werden könnte, da die Häufigkeit dieser Anomalien zu gering ist.

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Claims

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1.) Veroesserter .Detektor für Anomalien im Elektrokardiogramm, gekennzeichnet durch erste Detektorvorrichtungen (34, 42) zum Abtasten von Anomalien innerhalb der Elektrokardiograph-Signalej Zählvorrichtungen (50), die auf die Detektorvorrichtungen ansprechen; und zweite Detektorvorrichtungen, die dann ansprechen oder abtasten, wenn die Zählvorrichtung (50) einen bestimmten Wert erreicht.

2. detektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zeitgebervorrichtungen (76, 78), die mit der Zählvorrichtung (50) verbunden sind, um diese Zählvorrichtung in bestimmten Zeitintervallen zurückzusetzen.

3· detektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Alarmvorrichtungen (52), die mit der zweiten Detektorvorrichtung verbunden sind und in Betrieb gesetzt werden, wenn der bestimmte Wert abgetastet wird·

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4. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Detektorvorrichtung folgende Komponenten enthält! einen Integrator (34) zum Integrieren der Elektrokardiograph-Signale; und einen monostabilen Multivibrator (42), der auf den Integrator anspricht und für jedes integrierte Elektrokardiograph-Signal, das oberhalb eines bestimmten Werts liegt, einen Puls erzeugt.

5. Detektor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Absolutwertverstärker (20), der auf die Elektrokardiograph-Signale anspricht und nur Elektrokardiograph-Signale einer einzigen Polarität an den Integrator liefert.

6. ^etektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählvorrichtung (50) folgende Komponenten enthält* eine erste Elektronenspeichervorrichtung (56), die bei jeder abgetasteten Anomalie aufgeladen und entladen wird; eine zweite Elektronenspeichervorrichtung (62), die jedesmal, wenn die erste Elektronenspeichervorrichtung aufgeladen wird, um einen bestimmten Betrag aufgeladen wird und in bestimmten Zeitintervallertentladen wird j und Steuervorrichtungen (67), die auf die zweite Elektronenspeichervorrichtung ansprechen und ein Ausgangesignal liefern, wenn die zweite Elektronenspeichervorrichtung eine bestimmte Ladung erreicht.

7. detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dafi die erste und zweite Elektronenspeichervorrichtung

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Kondensatoren (56, 62) sind und daß die Steuervorrichtung ein Feldeffekttransistor (67) ist«

8. Detektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zeitgebervorrichtungen (76, 78), die mit der zweiten Elektronenspeichervorrichtung in bestimmten Zeitintervallen verbunden werden.

9· Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgebervorrichtung einen Schalter (76) zwischen der zweiten Elektronenspeichervorrichtung (62) und Erdpotential und einen Motor (78) tnthält, der bei jeder Motorumdrehung den Schalter schließt.

10· Detektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Detektorvorrichtung folgende Komponenten enthält t einen Integrator (34) zum Integrieren der Elektrokardiograph-Signalej und einen monostabilen Multivibrator (42), der auf den Integrator anspricht und für jedes integrierte Elektrokardiograph-Signal, das oberhalb eines bestimmten Werts liegt, einen Pul* erzeugt·

11. Detektor nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen AbBolutwertverstärker (20), der auf die Ilektrokardiogfaph-Signale anspricht und nur Elektrokardlograph-eignale einer einzigen Polarität an den Integrator liefert.

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