DE2161383A1 - Vorrichtung zur quantitativen analyse des herzrhythmus - Google Patents

Vorrichtung zur quantitativen analyse des herzrhythmus

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DE2161383A1
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analyzer
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DE2161383A
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Erich Dr Lehr
Gottfried Dipl Chem Dr Werner
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Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/318Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
    • A61B5/333Recording apparatus specially adapted therefor
    • A61B5/336Magnetic recording apparatus
    • AHUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/336Magnetic recording apparatus
    • A61B5/337Playback at speeds other than the recording speed

Description

  • Vorrichtung zur quantitativen Analyse des Herzrhythmuß.
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur quantitativen Analyse des Herzrhythmus unter Verwendung von EKG-Signalen.
  • EKG-Signale werden bereits seit langem untersucht und auch zur Diagnose von Erkrankungen herangezogen. Im wesentlichen haben sich diese Arbeiten jedoch auf eine Analyse der Kurvenform der EKG-Signale beschränkt. Erst in neuerer Zeit wurde auch die Aufmerksamkeit auf die Analyse des Herzrhythmus gelenkt. hierzu vg1. " Arzneimittel-Forschung (Drug Research)", 20, 901 bis 903, 1970.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der eine quantitative Analyse des Herzrhythmus möglich ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Vielkanalanalysatsr vorgesehen ist, dem die Signale zugE#ülrt werden und der die Frequenz oder#Periodendauer der Signale speichert und analysiert.
  • Durch die hiermit vorgesehene Verwendung eines Vielkanalanalysators wird es möglich, die Frequenz oder Periodendauer des Herzrhythmus unabhängig von der Kurvenform zu untersuchen und quantitativ zu analysieren. Dieser Vielkanalanalysator besitzt eine Vielzahl von Kanälen oder Adressen, und es können mehrere Programme vorgesehen sein, die die dem Analysator-zugeleiteten Signale auswerten.
  • Zur Frequenzanalyse ist ein erstes Programm vorgesehen, das nach einer vorbestimmten Speicherzeit von einem Kanal auf den nächstfolgenden umschaltet. Mit diesem Programm wird eine Frequenzanalyse möglich, in der dann die Frequenz über der Zeit dargestellt wird. Natürlich kann auch die Periodendauer, die der Kehrwert der Frequenz ist, über der Zeit dargestellt werden.
  • Bei diesem ersten Programm wird es bevorzugt, wenn die Speicherzeit groß ist im Vergleich zu der Periodendauer der Signale. Hierdurch wird einmal an Adressen bzw. an Kanälen gespart und die erhaltene Kurve wird übersichtlicher, weil jeder Kanal viele Werte speichert.
  • Ein zur sequentiellen Periodendauer - Analyse vorgesehenes zweites Programm ist dadurch gekennzeichnet, daß in den aufeinanderfolgenden Kanälen die Periodendauern oder Frequenzen der aufeinanderfolgenden Signale gespeichert werden. Dieses Programm gibt somit Auskunft über die Schwankungen der Herzryhthmik. Zusätzlich zum ersten Programm werden Auskünfte über das Maß einer ggf. vorhandenen Arrhythmik erhalten. Die Periodendauer-Analyse kann auch statistisch erfolgen. Hierzu ist ein drittes Programm vorgesehen, das 3edem eine bestimmte Periodendauer zuordnet und die Anzahl mit dieser Perioiendauer in dem betreffenden Kanal speichert, die während einer Analysenzeit eintreffen. Mit diesem Programm kann daher ein EKG-Histogramm erhalten werden.
  • Um Nullinien-Schwankungen der dem Analysator zugeführten Signale auszufiltern wird es bevorzugt, wenn dem Vielkanalanalysator ein Filterverstärker vorgeschaltet ist.
  • Zur direkten Darstellung des Ausgangs des Vielkanalanalysators kann dieser einen Sichtbildmonitor besitzen.
  • Wichtig ist es, wenn mit dem Eingang des Vielkanalanalysators ein Bandspeichergerät verbunden ist, das die EKG-Signale speichert. Die gespeicherten Signale können dann je nach Bedarf abgerufen und dem Analysator zugeleitet werden.
  • Außerdem wird es bevorzugt, wenn zusätzlich ein Direktschreiber und/oder ein Sichtbildmonitor zur Aufzeichnung der EKG-Signale vorgesehen ist. Der Sichtbildmonitor soll dabei zwischen Filterverstärker und Eingang des Vielkanalanalysätors geschaltet sein, damit die Signale und die Triggerschwelle des Analysators Bontrdliert werden kann. Hit dem Ausgang des Vialkanalanalysators sollen Schreib- und/oder Speichergeräte verbunden sein. Beispielsweise können gleichzeitig oder wahlweise angeschlossen werden ei4K-Y-Schreiber oder - Plotter, ein Rollendrucker und ein Lochstreifen-Sende und Empfangsgerät.
  • Es kann auch ein zweites Bandgerät angeschllossen werden.
  • Bei einer praktischen Ausführungsform sind die Einzelgeräte in einer kompakten Baueinheit untergebracht.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt: Fig. 1 ei X atenflußdiagramm einer Vorrichtung nach der Erfindung; Fig. 2 am Beispiel einer Frequenzanalyse, bei der über der Zeit die ijerzfrequenz aufgetragen wurde; Fig. 3 ein Beispiel einer sequentiellen Periodendauer-Analyse, bei der über der Zeit die EKG-Periodendauer aufgetragen wurde; Fig.4 ein Beispiel einer statistischen Periodendauer-Analyse, bei der über der EKG-Periodendauer die Häufigkeit aufgetragen wurde.
  • Die wie üblich abgeleiteten EKG-Signale werden in einem EKG-Verstärker V1 auf etwa IV Spitze- Spitze verstärkt und kontinuierlich in einem Bandgerät B Frequenzmoduliert gespeichert.
  • Bei Bedarf werden sie mit einem Direktschreiber S1 aufgezeichnet und schon bei der Ableitung zur on-line-Auswertung einem Vielkanalanalysator R zugeleitet. Dieser Vielkanalanalysator gestattet verschiedene Frequenz- und Amplitudenuntersuchung der Signale.
  • Für Frequenzanalysen lassen sich mit einem Filterverstärker V2 die Nullinienschwankungen der Signale ausfiltern. Da nach der Bandaufzeichnung die Auswertung bei verschiedenen Wiedergabegeschwindigkeiten fortgesetzt wird, bewährt sich hierzu ein Filterverstärker mit variabel einstellbarem Bandpaß (Krohn-Hite).
  • Der Vielkanalanalysator R speichert die Rechenergebnisse und stellt sie auf einer Leuchtröhre analog dar. Entsprechend können sie auch durch einen X-Y-Plotter 52 aufgezeichnet werden. Außerdem lassen sie sich mit einem Rollendrucker D und / oder einem Lochstreifen-Sende- und Empfangsgerät L numerisch ausdrucken bzw. in Lochstreifen stanzen und von dort in andere Rechenanlagen oder auch wieder zurück in den Analysator einlesen.
  • Die gesamte Meßanlage besteht also aus einem Ableitetisch,EKG-Verstärker, Direktschreiber, Bandspeicher, Filterverstärker und dem Vielkanal-Analsysator mit dessen Plotter bzw. Drucker.
  • Fig. 1 zeigt noch, daß der Vielkanal-Analysator R eine Trigger-Logik t, eine Echtzeituhr z, eine Programmlogik p, einen Speicher s, eine Dekodierlogik d und einen Sichtbildmonitor m besitzt. Diese Bausteine des Analysators sind, wie nachstehend beschrieben, zur Analyse mit den verschiedenen Programmen notwendig.
  • Werden in die einzelnen Kanäle oder Adressen des Vielkanal-Analysators R nacheinander jeweils eine definierte, gleichbleibende Zeit lang alle während dieses Zeitraums eintreffenden Anzahletder EKG-Zyklen gespeichert, so ergibt dieses Programm einer Vielkanalzählung eine vollständige Frequenzanalyse. Ein Beispiel ist in Fig. 2 gezeigt. Dort ist über der Zeit in Stunden die Frequenz in Hz aufgetragen. Die Umschaltung von einem Kanal auf den anderen erfolgte dabei nach jeweils 80 Sek.
  • Die Zeiteinteilung der Abszisse ist auf eine Mescalin-Injektion (Pfeil) bezogen. Es ergibt sich, daß die Signalfrequenz bei dem betreffenden Versuchstier beginnend mit dieser Mescalin-Injektion von einem Wert von etwa 13 Hz auf 8 Hz absinkt. Die tnteton gat der t sich nach zwei Stunden etwa voll entwickelt und ist etwa 8 Stunden nach der Injektion wieder abgeklungen.
  • Bei dieser Analyse wurden etwa 30.00Q EKG-Zyklen gezählt und ausgewertet.
  • Diese Frequenzanalyse gibt noch keine Auskunft über die Schwankungen der Herzrhythmik. Diese verdeutlicht aber die Auswertung der einzelnen EKG-Periodenlängen, die sequentiell oder statistisch erfolgen kann.
  • Fig. 3 zeigt eine sequentielle Auswertung der EKG-Periodenlängen. Dort ist wiederum die EKG-Periodendauer über der Zeit, bezogen auf eine Mescalin-Injektion M aufgetragen. Dieses #1agra-## ist mit einem Plotter 52 erhalten worden. Die einzelnen Plotpunkte sind die aufeinanderfolgenden, ausgemessenen Herzschläge. Es zeigt sich, daß die vorher schnelle und gleichmäßige Herzrhy2mik sich nach der Nescalin-Injektion M verlangsamt und unregelmäßig wird. Eine bei A erfolgte Atropin- Gabe beseitigt diese Rhythmusunregelmäßigkeit wieder und verkürzt die EKG-Periodendauer, allerdings nicht ganz bis zum Ausgangswert.
  • Eine statistische Analyse der Periodendauer ist in Fig. 4 gezeigt. Dabei wurde jeder Adresse bzw. jedem Kanal des Rechners des Vielkanal-Analysators eine bestimmte Periodendauer zugeordnet und darin die Anzahl der EKG-Zyklen mit dieser Periodendauer gespeichert, die während der Analysezeit eintrafen.
  • Während die in Fig, 2 und 3 dargestellten Versuche an einer Maus durchgeführt wurden, zeigt Fig. 4 ein EKG-Periodendauer-Histogramm von einem Goldhamster, dessen Herzperiodenlängen in aufeinanderfolgenden 3-Min.-Intervallen ausgewertet wurden.
  • Die unterste Zeile der Fig. 4 zeigt die statistische Häufigkeit der EKG-Signale bei normaler Herztätigkeit. Es ergibt sich, daß#zwischen etwa 120 und 130 ms liegt.
  • Anschließend wurde Mescalin gegeben. Dieser Zeitpunkt wurde gleich Null gesetzt. Die darübergeschriebenen Zeilen der Fig.
  • 4 zeigen jeweils diese 3-Min.-Intervalle. Es zeigt sich, daß die Periodendauer zunächst zwischen etwa 120 und 150 ms liegt (2.Zeile von unten) , und dann auf ca. 120 bis 220 und noch später auf ca. 150 bis 260 ms ansteigt, Nach einer Gabe von Scopolamin erscheinen die Häufigkeiten wieder dichtgedrängt bei einer Periodendauer von etwa 130 bis 150 ms. Dieses Ergebnis entspricht somit der Fig. 3, wo die Kurve nach der At#in-Gabe höher liegt als vor der Mescalin-Gabe.
  • Fig. 4 zeigt somit, daß die Periodendauern nach der Mesoalin Gabe um einen viel weiteren Bereich schwanken und kein ausgesprochenes Häufigkeitsmaximum mehr zeigen. Durch diese statistische Periodendauer-Analyse wird neben der Bradykardie (d.i.
  • eine Verlangsamung der #erztätigkeit) zusätzlich eine Axryhthmie erkennbar, die bei dem Programm nach Fig. 4 quantitativ noch besser ausgewertet werden kann als bei dem Programm nach Fig.
  • 3 (sequentielle Periodendauer-Analyse).
  • Es sei bemerkt, daß bei dieser Auswertung die Signale mit 50-fach beschleunigter Wiedergabegeschwindigkeit vom Bandspeicher B zum Vielkanal-Analysator R gelangten. Pro Sekunde mußten daher durchschnittlich 500 EKG-Zyklen gemessen und verrechnet werden. Die Graphik beweist neben der hohen zeitlichen Auflösung des Rechners (Unterschiede von einer ms werden noch sicher erfaßt) auch die Gleichlaufgenauigkeit de g ndmaschine.
  • Gegenüber der statistischen Periodendauer-Analyse nach Fig. 4 zeigt die sequentielle Periodendauer-Analyse nach Fig. 3 den genauen zeitlichen Verlauf der Herzryhihmus- Schwankungen.
  • Die Vorrichtung erlaubt neben reinen Frequenz- bzw. Periodenmessungen auch Formanalysen, falls der Rechner des Vielkanal-Analysators R über einen Analog-Digitalkonverter verfügt.
  • Auf diese Weise können EKG-Zyklen auch digital gespeichert und später wieder analog ausgegeben werden. Das ermöglicht genaue Zeitmessungen der einzelnen Intervalle.
  • Bei Untersuchungen der Herzrhythmik des Menschen genügt eine zeitliche Auflösung der Apparatur von etwa 10 3 sec.
  • Da nur einige, fest eingestellte Programme vorgesehen sind, kann der Programmwechsel durch eine fest eingebaute Umschaltung vorgenommen werden.
  • -Patent-bzw. Schutzansprüche

Claims (11)

  1. Patent- bzw. Sbhutzansprüche 1. Vorrichtung zur quantitativen Analyse des Herzryhthmus Unter Verwendung von EKG-Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vielkanal-Analysator (R) vorgesehen ist, dem die Signale zugeführt werden und der die Frequenz oder Periodendauer der Signale speichert und analysiert.
  2. 2-. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Programm vorgesehen ist, das zur Frequenzanalyse nach einer vorbestimmten Speicherzeit von einem Kanal auf den nächstfolgenden umschaltet (Fig. 2).
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzeit groß ist im-Vergleich zu der Periodendauer der Signale.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Programm vorgesehen ist, das zur sequentiellen Periodendauer- Analyse in den aufeinanderfolgenden Kanälen die Periodendauern oder Frequenzen der aufeinanderfolgenden Signale speichert (Fig 3>.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Programm vorgesehen ist, das zur statistischen Periodendauer- Analyse jedem Kanal eine bes-timmte Periodendauer zuordnet und die Anzahl der Signale mit dieser Periodendauer in dem betreffenden Kanal speichert, die während einer Analysen-Zeit eintreffen (Fig.4).
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 5, dadurch gekermzeichnet, daß dem Vielkanal-Analysator (R) ein Filterverstärker (V2) vorgeschaltet wird.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vielkanal#nalysator (R) einen Sichtbildmonitor (m) besitzt.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Eingang des Vielkanal-Analysators (R) ein Eandspeichergerät (B) verbunden ist, das die EKG-Signale speichert.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Direktschreiber (S1) und / oder ein Sichtbildmonitor (M) zur Aufzeichnung der EKG-Signale vorgesehen ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des Vielkanalanalysators (R) Schreib- und/oder Speichergeräte verbunden sind.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelgeräte in einer kompakten Baueinheit untergebracht sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2419712A1 (fr) * 1978-03-15 1979-10-12 Asahi Medical Co Appareil de diagnostic

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2419712A1 (fr) * 1978-03-15 1979-10-12 Asahi Medical Co Appareil de diagnostic

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