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Vorrichtung zur quantitativen Analyse des Herzrhythmuß.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur quantitativen Analyse
des Herzrhythmus unter Verwendung von EKG-Signalen.
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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.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
vorzuschlagen, mit der eine quantitative Analyse des Herzrhythmus möglich ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Um Nullinien-Schwankungen der dem Analysator zugeführten Signale auszufiltern
wird es bevorzugt, wenn dem Vielkanalanalysator ein Filterverstärker vorgeschaltet
ist.
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Zur direkten Darstellung des Ausgangs des Vielkanalanalysators kann
dieser einen Sichtbildmonitor besitzen.
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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.
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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.
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Es kann auch ein zweites Bandgerät angeschllossen werden.
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Bei einer praktischen Ausführungsform sind die Einzelgeräte in einer
kompakten Baueinheit untergebracht.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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Die gesamte Meßanlage besteht also aus einem Ableitetisch,EKG-Verstärker,
Direktschreiber, Bandspeicher, Filterverstärker und dem Vielkanal-Analsysator mit
dessen Plotter bzw. Drucker.
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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.
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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.
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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.
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Bei dieser Analyse wurden etwa 30.00Q EKG-Zyklen gezählt und ausgewertet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Anschließend wurde Mescalin gegeben. Dieser Zeitpunkt wurde gleich
Null gesetzt. Die darübergeschriebenen Zeilen der Fig.
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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.
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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.
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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.
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3 (sequentielle Periodendauer-Analyse).
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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.
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Gegenüber der statistischen Periodendauer-Analyse nach Fig. 4 zeigt
die sequentielle Periodendauer-Analyse nach Fig. 3 den genauen zeitlichen Verlauf
der Herzryhihmus- Schwankungen.
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Die Vorrichtung erlaubt neben reinen Frequenz- bzw. Periodenmessungen
auch Formanalysen, falls der Rechner des Vielkanal-Analysators R über einen Analog-Digitalkonverter
verfügt.
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Auf diese Weise können EKG-Zyklen auch digital gespeichert und später
wieder analog ausgegeben werden. Das ermöglicht genaue Zeitmessungen der einzelnen
Intervalle.
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Bei Untersuchungen der Herzrhythmik des Menschen genügt eine zeitliche
Auflösung der Apparatur von etwa 10 3 sec.
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Da nur einige, fest eingestellte Programme vorgesehen sind, kann der
Programmwechsel durch eine fest eingebaute Umschaltung vorgenommen werden.
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-Patent-bzw. Schutzansprüche