DE2217235A1 - Vorrichtung zur ueberwachung der herztaetigkeit eines patienten durch automatische auswertung des elektrokardiogramms - Google Patents

Vorrichtung zur ueberwachung der herztaetigkeit eines patienten durch automatische auswertung des elektrokardiogramms

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Description

FRtTZ HELLIGE & CO GMBK λ ' Uarz 3-972
HJC/ehh
FABRIK WISSENSCHAFTLICHER APPARATE FREIBURG IM BREISGAU
Patentanmeldung
Vorrichtung zur Überwachung der Herztätigkeit eines Patienten durch automatische Auswertung des Elektrokardiogramms
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur autoffiitischen Erkennung von und sofortiger Alarmgabe bei Veränderungen des Elektrokardiogramms (EKG) gegenüber dem zu beliebiger* Zeit registrierten Vergleichs-Elektrokai-diograrara.
Eingehende Untersuchungen haben ergeben, daß sich unmittelbar lebensbedrohliche Herzrhythmusstörungen wie Kammertachykardie, Herzkafiw.erflattern und --flimmern in den meisten Fällen schon durch vorher auftretende Veränderungen im Elektrokardiogramm ankündigen. Es ist z.B. bei Patienten mit erlittenem Herzinfarkt wichtig, diese Veränderungen rechtzeitig zu erkennen, um die drohenden lebensgefährlichen Rhythmusstörungen durch medikamentöse Behandlung zu verhindern.
Patienten mit frischem Herzinfarkt müssen deshalb nach Lehrmeinung heute mehrere Tage lang in der Weise überwacht werden, daß ihr EKG ununterbrochen beobachtet wird. In der Praxis ist diese Forderung in den meisten Kliniken nicht erfüllbar, da für diese Überwachung speziell ausgebildete Krankenschwestern fehlen. Außerdem führt die fortlaufende Beobachtung von Elelctrokardiogrammen schnell zur Ermüdung, so daß Veränderungen des EKG übersehen werden können.
Solche, auf Kammertachykardie, Herzkammerflattern und -flimmern hinweisenden Veränderungen des EKG sind insbesondere·QRS- oder Kammerkomplexe, die vorzeitig, also früher als der regelmäßigen Herzschlagfolge entsprechend, einfallen und/oder in ihrer Form gegenüber dem Normalschlag verändert sind.
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einer bestimmten Häufigkeit solcher Ereignisse Alarm auslösen.
Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß sie die nicht auf unmittelbare Gefahr hinweisenden SES mitzählen, also öfter als notwendig Alarm auslösen.
Es sind auch Anordnungen bekannt, die solche Extrasystolen gesondert zählen, welche nicht später als eine individuell einzustellende Zahl a von Millisekunden nach einem QRS-Komplex einfallen. Dabei kann die Zeit a zu Beginn der Überwachung so bestimmt werden, daß sie der QT-Strecke des EKG entspricht, so daß die besonders gefährlichen in die T-WeIle einfallenden Extrasystolen gesondert gezählt werden können*
Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß die Zeit a von Hand eingestellt werden muß und nur für die während der Einstellung herrschende Herzfrequenz der QT-Strecke entspricht, so daß bei Änderungen der Herzfrequenz und bei kurzzeitigen Schwankungen der Länge der RR-Interval'le Extrasystolen fälschlich als gefährlich klassifiziert oder tatsächlich gefährliche Extrasystolen nicht gezählt werden.
Es sind auch verschiedene Anordnungen zur Unterscheidung ventrikulärer Extrasystolen von supraventrikulären Extrasystolen und von normalen QRS-Komplexen bekannt.
Eine dieser Anordnungen mißt die Breite jedes QRS-Komplexes und prüft, ob diese Breite um mehr als 15 ms von der zu Beginn der Überwachung gemessenen QRS-Breite abweicht. Der um mehr als 15 ms verbreiterte QRS--Komplex wird als VES gezählt.
(Literatur: A. GRISHAM and T.C. HORTH; Reliable, Early Detection of Premonitory Cardiac Arrhythmias in ICU Patients in: Measuring for Mecicine and The Life Sciences Vol. 4, May-Aug. I969: 1 ... 8, (herausgegeben von Hewlett Packard) und US-J-Patent 3,524,442 Arrhythmia Detector and Method),
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■ - ι 221LiI5,
Diese Erregungen werden nach dem Ursprungsort der Erregung im Vorhofbereich bzw. im Kammerbereich des Herzens supraventrikuläre bzw. ventrikuläre Extrasystolen genannt.
Die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten einer lebensgefährlichen Herzrhythmusstörung ist je nach Typ und Häufigkeit der Extrasystolen sowie nach Abstand von der vorhergehenden Erregung verschieden groß.
In Fig. 1 sind Elektrokardiogramme mit verschiedenen Typen von Extrasystolen dargestellt, und zwar supraventrikulären Extrasystolen
2, die auf reguläre QRS-Koniplexe 1 folgen, ventrikulären Extrasystolen
3, die im dargestellten Beispiel etwa in der Mitte zwischen zwei regulären QRS-Komplexen einfallen^ ventrikulären Extrasystolen 4, die in die Phase der Erregungsrückbxldung fallen, und polytopen Extrasystolen 5 u*id 6. Fig. 2a zeigt in schematisierter Form ein Normal-EKG mit den gebräuchlichen Phasen-Bezeichnungen.
Die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten von Kammertachykardie, Herzkammerflattern und -flimmern ist gering, wenn nur supraventrikuläre Extrasystolen (SES) auftreten; sie ist wesentlich größer, wenn ventrikuläre Extrasystolea (VES) auftreten-; unmittelbare Gefahr besteht, wenn eine Extrasystole in die Phase der Erregungsrückbildung, die sogenannte T-VJeIIe der vorausgehenden Erregung, einfällt oder wenn der Erregungsursprujig ventrikulärer Extrasystolen in der Herzkanuuermuskulatur wechselt. Die Extrasystolen der letzteren Art werden polytope oder multifokale oder polymorphe VSS genannt, und sie deuten fast immer auf unmittelbar bevorstehendes Herzkammer flimmern hin.
VES unterscheiden sich von normalen QRS-Komplexen und von supraventrikulären Extrasystolen (SES) durch ihre Form. Die Formen polytoper VES sind untereinander verschieden.
Es sind Anordnungen bekannt, die vorzeitig einfallende Extrasystolen mit Hilfe elektronischer Einrichtungen automatisch zählen und bei
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Eine andere solche Anordnung mißt die Fläche zwischen jedem QRS-Komplex und der Nullinie und prüft, ob diese Fläche um mehr als einen vorgegebenen Betrag von der zu Beginn der Überwachung gemessenen Fläche abweicht. Der QRS.-Koniplex, dessen Fläche entsprechend vergrößert ist, wird als VES gezählt.
(Literatur: J. M. NEILSON: A Special Purpose Hybrid Computer for Analysis of E.C.G. Arrhythmias, in I.E.E. Conference Publication No. 79, Sept. 1971: 15l)v
Ferner sind Anordnungen bekannt, die aus der Herzaktions spannung u als Funktion der Zeit t und der ersten Ableitung -rr- verschiedene den QRS-Komplex kennzeichnende, zusammengesetzte Funktionen wie
z.B. u . -TT- bilden. Das zeitliche Zusammentreffen bestimmter dt
Details dieser Funktionen wird in einigen Flip-Flop-Speichern festgehalten.
Aus Abweichungen dieser Funktionen im Laufe der Überwachung von den zu Beginn der Überwachung erhaltenen Funktionen wird auf ventrikuläre Extrasystolen geschlossen.
(Literatur: Deutsche Offenlegungsschrift 2 021 OkQ, Anordnung zur Auswertung von elektrokardiographischen Signalen),
Die bekannten Anordnungen zur Unterscheidung ventrikulärer Extrasystolen von supraventrikulären Extrasystolen und von normalen QRS-Komplexen haben den Nachteil, daß die eingesetzten elektronischen Mittel zur Erkennung der* VES unzureichend sind. Die Form der QRS-Komplexe wird nämlich durch die bekannten Mittel nur in sehr grober Weise erfaßt. Infolgedessen werden solche VES, die sich in ihrer Form nur wenig von SES oder Normalschlagen unterscheiden, nicht als solche gezählt.
Polytope VES werden von den bekannten Anordnungen nur dann erkannt, wenn die Formunterschiede der einzelnen VES sehr grob sind.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung soll demgegenüber eine bessere automatische Erkennung von Veränderungen des Elektrokardiogramms und dadurch eine sorgfältigere IJberwachung yon Herzrhythmusstörungen ermöglichen.
Die Erfindung ist mit den Ansprüchen gekennzeichnet. Sie besteht vor allem in der Anwendung logischer Schaltungsmittel zur Formerkennung , die die Lage von Schwellwerten charakteristischer Abschnitte des Elektrokardiogramms, insbesondere des QRS-Komplexes feststellen und vergleichen. Im einzelnen werden die zu beobachtenden Abschnitte des EKG digitalisiert, wobei ein abgetasteter Abschnitt eine Anzahl von Flip-Flops in die Arbeitslage versetzt, ein für diesen Abschnitt charakteristisches Bit-Muster erzeugt und dieses gespeichert wird. Durch Vergleich der während der Überwachung gewonnenen Bit-Muster mit dem gespeicherten Bit-Muster, nachfolgend Vergleichs-.Bit-Muster genannt, werden auch geringfügige pathologische Veränderungen der Kurvenform automatisch erkannt und gemeldet.
Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt es deshalb, Veränderungen in den markanten Abschnitten des EKG zu erkennen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale des Form-Erkennungs- und Vergleichsverfahrens gemäß der Erfindung für kritische Herzzustände ergeben sich aus den Figuren und der Beschreibung eines Ausführungsbeispxeles. Es zeigen:
Fig. 1 vier Elektrokardiogramme mit verschiedenen Formen von supravenirikulären (SES) und ventrikulären Extrasystolen (VES),
Fig. 2a ein schematisiertes normales Elektrokardiogramm, Fig. 2b ein gleichgerichtetes normales Elektrokardiogramm, Fig. 2c in zeitlicher Zuordnung die zur Auswertung benötigten
Impuls-Zeitfenster und
Fig. 2d die aus bestimmten Amplitudenschwellen des ausgewerteten Komplexes der Elektrokardiogramme gewonnenen Impulse;
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Fig. 3 die wesentlichen Organe der Übernahnielogik, der Speicherlogik, der Vergleichs- und der Auswertelogik der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Fig. k eine im Vergleich zu Fig. 2 geänderte Art der Gewinnung der Auswerte-Impulse und
Fig. 5 das Blockschaltbild eines Arrhythmie-Monitors gemäß der Erfindung.
Die vorgeschlagene Überwachungsvorrichtung umfaßt vor allem Mittel zur Einteilung des dein zu überwachenden Komplex entsprechenden Zeitintervalls in Zeitabschnitte gleicher Breite, Mittel zur Ableitung von zwei oder mehr zum Vergleich dienenden Schwellwerten von der il-Zacke eines normalen QRS-Komplexes, Mittel zur Erzeugung von Komparator-Signalen aus diesen Schwellwerten, Mittel zui" Erzeugung eines bestimmten Norrnal-Bitmusters in einer Reihe νου Speichern, insbesondere Flip-Flop-Speichern, in Abhängigkeit von der Koinzidenz dieser Komparator-Signale mit den entsprechenden Zeitabschnitten, Mittel zur entsprechenden Erzeugung eines Bitmusters aus den folgenden Perioden des Elektrokardiogramms, Mittel zum Vergleich dieses Bitmusters mit dem Normal-Bitmuster und Mittel, die auf die Nichtidentität der verglichenen Bitmuster ansprechen.
Um der physiologischen Gegebenheit Rechnung zu tragen, daß das Normal-EKG eines Patienten nicht immer konstant ist, sondern zeitlichen Veränderungen unterworfen ist, die nicht nur die Änderung des R-R-Abstandes (z.B. bei respiratorischer Arrhythmie), sondern auch den QRS-Komplex betreffen, wird der QRS-Komplex des zu überwachenden Patienten zunächst in einer z.B. 20 Sekunden dauernden Speicherphase in all seinen individuellen Variationen gespeichert. Der QRS-Komplex des laufenden EKG wird nun in einen zweiten Speicher geleitet und mit dem ersten Speicher verglichen. Stimmt ein laufender QRS-Komplex nicht wenigstens mit einem der während der 20-Sekundcn-Speicherphase aufgenommenen QRS-Komplexe überein, wird über logische Verknüpfungsschaltungen Nicht-Identität erkannt und somit eine ventrikuläre Extrasystole VES angezeigt. g
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Wird innerhalb eines voreinstellbaren Zeitbereiches des normalen R-R-Intervalles ein QRS-Komplex erkannt, der mit dem ursprünglich eingespeicherten QRS-Komplex identisch ist, so wird eine supraventrikuläre Extrasystole SES erkannt.
Eine elektronische Zählschaltung gibt Alarm (Alarmorgane 27 und von Fig. 5), sobald die vom Arzt wählbare zulässige Anzahl von VES bzw. SES pro Minute überschritten wird. Ebenso werden aufeinanderfolgende VES bzw. SES ohne Unterbrechung durch einen Normalschlag als VES- bzw. SES-SaIve erkannt und alarmiert.
Durch ihren ungleichen Erregungsursprung in den Ventrikeln bedingt, unterscheiden sich nämlich polytope VES durch ihre voneinander abweichenden Formen.
Die Erkennung von Polytopie geschieht dadurch, daß eine erkannte VES in einen separaten Speicher übertragen wird. Die nächste identifizierte VES wird nun zusätzlich mit der eingespeicherten VES verglichen. Sind diese beiden VES ungleich, so wird auf polytope VES erkannt. Anschließend wird in den Polytopie-Speicher die alte VES durch die neue VES ersetzt, so daß letztere nun als Referenz für die Polytopie-Identifikation fungiert.
Für die Erkennung einer VES auf der T-Welle wird die bekannte Abhängigkeit der QT-Dauer vom vorhergehenden R-R-Abstand (QT = f· (RR)) verwendet. Die QT-Dauer wird meßtechnisch aus jedem vorhergehenden RR-Abstand bestimmt und hiervon wird im Zeitpunkt der T-Welle ein Zeitfenster von etwa 200 ms erzeugt. Ausschließlich während dieser 200 ms wird ein Auswertekreis aktiviert, der die Steilheit und Amplitude der Normal-T-Welle erfaßt. Weicht eine "T-Welle" um einen bestimmten Betrag von der Steilheit und/oder Amplitude der Normal-T-Welle ab, so wird eine VES auf der T-Welle (R on T-Phänomen)
alarmiert.
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Die verschiedenen, akustisch und optisch angezeigten Alarme (s. Fig. 5) erlauben es dem Arzt, sofort die entsprechenden Therapie-Maßnahmen einzuleiten, uin den normalen Herzrhythmus des Patienten wiederherzustellen.
Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird gemäß Fig. 5 das vom Patienten abgenommene und dem Eingang (ll) des Arrhythmie-Monitors zugeführte EKG-Signal in einein mit einer Hochfrequenzsperre ausgestatteten EK-Verstärker (12) verstärkt, im "Unterdrücker" 13 von störenden Nullinicnschwankungen befreit, gleichgerichtet und in einem automatischen Verstärkungsregler 1'} in seiner Amplitude auf einen bestimmten Normwert (siehe Fig.2b) gebracht. Von diesem werden zwei oder mehr Schwellwerte durch Spannungsteilung abgeleitet. Im folgenden wird zwecks besserer Übersichtlichkeit und Vereinfachung der Beschreibung von nur zwei Schwellwerten ausgegangen, deren Amplitude z. B. bei 30 % und 60 % der mittleren R-Zacken-Ainplitude liegt.
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Fig. 2a zeigt stilisiert den Normwert eines normalen QRS-Komplexes mit T-Welle, Fig. 2b dasselbe Signal vollweg gleichgerichtet mit den eingezeichneten Schwellen 51 und SlI und Fig. 2c die in zwei Zählwerken Z und Z erzeugten Taktimpulse (Zeitfenster) P1 Pn ... P.o gleicher Amplitude und gleicher Dauer, die lückenlos ein Zeitintervall überdecken, das dem auszuwertenden Bereich des Elektrokardiogramms entspricht. Die dazu benötigten Line.ar-Zähler Z und Z sind Teil des A-D-¥andlers l6.
In den Zeitpunkten, in welchen das aufgenommene EKG-Signal die Schwellen si und SII schneidet, werden mittels zweier Komparatoren mit anschließenden Differenzierstufen,die Teile des Analog-Digital-Wandlers l6 sind, kurze positive Impulse S1 S , S', S' ausgelöst, wie in Fig. 2d dargestellt ist. Der Impuls S startet den Linear-Zähler Z , während die Impulse S , S' und S· mit bestimmten Zeitfenstern, in dem bezeichneten Boipiel mit den Zeitfenstern P0, Pr und P zusammentreffen. Wie In Fig. 3 veranschaulicht, bedienen die Auswert-Iiapulse S , S' und S' je sine Gruppe von Und-Gattei~n UZ, die Organe der Übernahme-Logik 18 sind und deren Ausgänge zugeordnete Flip-Flops des Zwischenspeichers FP_ ansteuern» Die jeweil zweiten Eingänge der Und-Gatter wei-den von den Zeitfenster-Impulsen P ... P angesteuert. Der beispielsweise in das Zeitfenster P0 fallende Auswerte-Impuls ^p (Fig. 2b bis 2d) versetzt über das diesem Zeitfenster zugeordnete Und-Gatter UZ das zugehörige
b/
Flip-Flop des Zwischenspeichers FF„ in die Arbeitslage. S' fällt in das Zeitfenster P_ und setzt über das dem letzteren zuge-
ordnete Und-Gatter UZ das Flip-Flop d,
während der Impuls S' das ihm zugeordnete Flip-Flop m des Zwischenspeichers FF„ über das zugehörige Und-Gatter der Gruppe G„
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entsprechend steuert. Das erhaltene Bit-Muster b-d-m ist demnach für den in Fig. 2 dargestellten QRS-Komplex typisch und ist in Zwischenspeicher FF gespeichert.
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Es ist leicht einzusehen, daß ein hiervon abweichender QRS-Komplex ein anderes Bit-Muster zur Folge hat. Der Vergleich dieser beiden Bit-Muster würde zur Nichtidentität bzw. zur Erkennung einer VES führen. Um nun nicht bei jeder geringfügigen Veränderung des QRS-Komplexes auf Nichtidentität zu erkennen, muß die individuelle Toleranzbreite des QRS-Koniplexes eines Patienten miterfaßt werden. Dies geschieht vrährend des ca. 20 Sekunden dauernden Speichervorganges. Hierbei wird ein repräsentativer Querschnitt der irrelevanten Schwankungen des QRS-Komplexes des zu überwachenden Patienten erhalten und gespeichert, so daß während der Überwachung auftretende, für den Patienten als irrelevant festgestellte Veränderung im QRS-Komplex nicht als pathologische Kammerkontraktionen gedeutet werden. Um zu gewährleisten, daß das EKG während der Speicherphase frei von bedrohlichen Rhythmusstörungen ist, ist es unerläßlich, daß eine hierfür ausgebildefce Krankenschwester bzw. ein Arzt das EKG während der Speicherphase am Kardioskop kontrolliert, um gegebenenfalls (z.B. bei Aul treten von Extrasystolen) die Einspeicherphase neu vorzunehmen.
Die Speicher- und Vergleichselemente bestehen aus drei Gruppen Gl' G2 Ulld G3' v%'enn W3e im gezeigten Beispiel 2 Schwellen verwendet ,werden. Verwendet man aber eine größere Anzahl.von Schwellen, dann erhöht oich die Genauigkeit der Digitalisierung und entsprechend die Zahl der Speicher- und. Vergleichsgruppen. In der zur Beschreibung dienenden Ausführungsform wertet Gruppe G mit Impuls S aus, Gruppe G mit Impuls S^ und Gruppe G mit S'. Der Zähler Z , der Teil des A-D-Vandlers l6 ist, wird mit dem Impuls S gestartet und erzeugt an seinen Ausgängen die Zeitfensterimpulse gleicher Breite und Amplitude,im beschriebenen Beispiel die 12 Impulse P , P_ ... P4Oi wie in Fig. 2c dargestellt.In gleicher Weise erzeugt der Zähler Z , der ebenfalls Teil des A-Ü-Wandlers l6 ist,
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gesteuert durch den Impuls S' ,eine bestimmte Anzahl von Zeitfenster-Impulsen gleicher Amplitude und gleicher Breite, beispielsweise vier Impulse P', P', P' und P/.
Die Und-Gatter U der Gruppe S setzen "bei Koinzidenz des Auswertimpulses S mit einem der beiden Zeitfenster der Gruppe S ,
die Und-Gatter der Gruppe G · bei Koinzidenz des Aus- ^ ■wertimpulses SJL mit einem der Zeitf ens t er impulse P. ·«· Fv . und die Und-Gatter der Gruppe G bei Koinzidenz des Auswertimpulses S' mit einem der Zeitfensterimpulse P' .... PJ das jeweils zugeordnete Flip-Flop des Zwischenspeichers FF„ in die positive Schaltstellung (logisch "L")? Während der Einspeicherphase wird, ausgelöst durch einen über den "Store"-Eingang 22 gegebenen lrStore"-Impuls, die Information vom Zwischenspeicher FF über die Und-Gatter U„ in den ebenfalls aus Flip-Flops gebildeten Hauptspeicher FF„ übernommen. Die Eingänge der Und-Gatter U„ sind mit den zugehörigen, miteinander korrespondierenden Flip-Flop-Ausgängen vom Zwischen (FF„)- und Hauptspeicher (FF11) verbunden, die Aus-
JU ti
gänge dieser Und-Gatter Uv führen gruppenweise auf die Eingänge der Oder-Gatter Od. Und-Gatter U und Oder Gatter Od sind Teile der Vergleichslogik-Schaltung 21. Die Ausgänge dieser 3 Oder-Gatter führen auf ein Und-Gatter U , dessen k. Eingang mit einem Abfrageimpuls I beaufschlagt wird. Der Hauptspeicher FF hat somit in seinen Flip-Flops am Ende der ersten Meßphase (Speicherphase) ein charakteristisches Bit-Muster oder Vergleichs-Muster des QRS-Komplexes eines zu überwachenden Patienten gespeichert. Bleiben dann nach Aufnahme einer nachfolgenden, auszuwertenden Periode in jeder der drei Erkennungsgruppen G , G und G der Vergleichsschaltung
1 d j
je\vreils wenigstens zwei miteinander korrespondierende Flip-Flops in Zwischen (FF„)- und Hauptspeicher (FFTJ) identisch, so ist in jeder Gruppe auch mindestens je ein Und-Gatter Uv am Ausgang auf dem Binär-Wert log. "L", d.h. alle 3 Oder-Gatter Od liegen am Ausgang auf log. "L". Bei Eintreffen des nach jedem erkannten QJRS-Komplex von der Ablaufsteuerung 17 gelieferten Abfrageimpulses Id (log. "L") ist die Und-Bedingung am Eingang von Und-
Gatter U erfüllt, so daß am Ausgang von U ein positiver Impuls J
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erscheint, der die Gleichheit des auszuwertenden QRS-Komplexes mit einem, während der Speicherphase aufgenommenen QRS-Komplex bestätigt. Wird in einer oder mehreren der 3 Gruppen nicht wenigstens eine Gleichheit von zugehörigen Flip-Flops in Zwischen- und Haupt-speicher festgestellt, so wird wenigstens ein Oder-Gatter nicht durch einen positiven Impuls auf log. 11L" gesetzt, und es liegt mindestens ein Eingang des Und-Gatters U auf dem Binär-Wert
log. "0", d-.h, daß der Ausgang auf log. 11O" liegenbleibt. Da zwischen dem Ausgang des Und-Gatters U und dem des Und-Gatters UIj eine Umkehrstufe 23 eingefügt ist, wird während des Jd-Impulses das Und-Gatter U aktiviert und der auftretende positive Impuls NJ am Ausgang vom Und-Gatter UxT zeigt deshalb eine ventrikuläre Extrasystole VES an.
Die Information im Zwischenspeicher FF„ wird nach jedem erkannten QRS-Komplex und erfolgtem Identitätsvergleich zwischen Haupt-(FF..) und Zwischenspeicher (FF„) mit einem automatisch erzeugten Rücksetzimpuls r_ gelöscht, so daß der Zwischenspeicher zur Aufnahme eines neuen QRS-Komplexes bereit ist. Der Reset-Impuls **„, der den Hauptspeicher in die Ruhelage versetzt, wird dagegen nur am Anfang einer neuen Einspeicherphase erzeugt.
Die unterschiedliche Zahl von Speicher- und Vergleichsstufen in den 3 Erkennungs-Gruppen G , G1 G ist durch folgenden Sachverhalt begründet: Der für Gruppe G zuständige Impuls S kommt zeitlich sehr bald nach dem Startimpuls S , weil beide Impulse auf der ansteigenden Flanke der R-Zacke erzeugt werden, so daß der zeitliche Abstand zwischen S und S je nach EKG minimal ca. 8 ms und maximal ca. 20 ms beträgt. Bei einer Taktbreite von z.B. 10 ms genügen demnach für Gruppe 1 z.B. 2 Zeitfenster P und P , die den Zeitbereich von 0 ... 20 ms überstreichen.
Der für Gruppe 2 zuständige Impuls S' kommt bei sehr schmalen R-Zacken minimal ca.10 ms nach S und bei ventrikulären Extrasystolen max. ca. 120 ras nach S., d.h. daß zwölf Zeitfenster P bis PiO
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der Breite von 10 ms nötig sind, um den Zeitbereich von O ms bis l20 ms zu überstreichen.
Der für die 3· Auswertgruppe zuständige Impuls S' kommt minimal ca. 10 ms und maximal ca. l6o ms nach S . Für diesen breiten Zeitbereich wären bei z.B. 10 ms Taktbreite l6 Speicher-, Vergleichsund Übernahmeelemente notwendig. Dieser Aufwand läßt sich erheblich verringern, wenn mit S' ein separater Zeitgenerator mit z.B. 10-ms-Taktbreite gestartet wird, der die 3· Auswertgruppe bedient. Die Anzahl der Fenster mit einer Breite von 10 ms läßt sich hierdurch auf vier verringern, da der maximale Zeitabstand zwischen dem Auswertimpuls S· und S' im allgemeinen 40 ms nicht übersteigt. Selbstverständlich läßt sich die Genauigkeit der Digitalisierung durch die Anzahl der Schwellen und der Taktimpulse sowie durch die Taktimpulsbreite beliebig beeinflussen.
Wie bereits fi~üher ausgeführt, wird während der Speicherphase die gesamte Schwankungsbreite des QRS-Komplexes im Hauptspeicher FFR festgehalten, so daß normalerweise mindestens in den Gruppen 6 und G jeweils mehrere Flip-Flops gesetzt sind. Für den laufenden QRS-Vergleich genügt es aber, daß pro Gruppe wenigstens ein Flip-Flop im Hauptspeicher mit einem korrespondierenden Flip-Flop im Zwischenspeicher übereinstimmt, um den laufenden QRS-Komplex als für den Patienten normal einstufen zu können. Besteht in einer oder mehreren Gruppen keine Identität zwischen Icorrespondierenden Flip-Flops in Zwischen- und Hauptspeicher, so wird das Auftreten einer venlrikulären Extrasystole angezeigt.
Für die Erkennung polytoper VES sind zusätzlich folgende Baugruppen vorgesehen: Ein VES-Speicher 20 mit derselben Bit-Kapazität wie der Zwischenspeicher FFZ in Fig. 3, eine Übernahmelogik und eine Vergleichslogik,jeweils aus Und-Gattern aufgebaut (s. Fig. 3). Die Übernahmelogik übernimmt jeweils,gesteuert durch den Impuls NJ des Und-Gatters NJ, die letzte erkannte VES aus dem Zwischenspeicher in den VES-Speicher analog der Speicherung im FFH-Speicher.
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Gleichzeitig mit dem Erkennen einer neuen VES im Zwischenspeicher prüft die Vergleichslogik (analog zu den Und-Gattern Uv in Fig. 3) die vorhergehende VES im VES-Speicher auf Identität mit der neuen VES im Zwischenspeicher. Erkennt die Vergleichslogik die beiden VES-Bit-Muster im Zwischen- und VES-Speicher als identisch, so wird nur VES alarmiert, bei Nichtidentitüt wird polytope VES alarmiert. Nach jeder VES-Identifikation wird die vorhergehende λ'Εε im VES-Speicher gelöscht und anschließend die neue VES aus dem Zwischenspeicher in den VES-Speicher übertragen, so daß die letzte VES generell als Referenz für den nächsten VES-Vergleich fungiert.
Ventrikuläre Extrasystolen mit gleichem Erregungsfokus können in ihrer elektrokardiografischen Kurvenform jedoch gewisse Unterschiede aufweisen, so daß monotope VES fälschlicherweise als polytope VES interpretiert werden könnten. Um diese Fehlauswertung zu vermeiden, wird in der, der Erfindung zugrunde liegenden Schaltung die Auswertetoleranzbreite dadurch erhöht, daß die Auswerteininulse S , S/, und S' in ihrer Impulsdauer zu etwa 50 % der
ti c. 1
Impulsdauer der Fenster P ... ^1O gewählt werden. Hierdurch wird gewährleistet, daß bei Eintreffen eines Auswerteimpulses in den Grenzbereich zweier Zeitfenster nicht nur ein, sondern beide Zeitfenster erfaßt werden und somit 2 zugehörige Flip-Flops aktiviert werden.
Fig. 4 soll diesen Vorgang verdeutlichen: Fig. 4 a zeigt zwei ventrikuläre Extrasystolen mit gleichem Erregungszentruni (monotop!) VES und VES (zwecks Vereinfachung der Erklärung übereinander gezeichnet), die sich in ihrer elektrokardiographischen Kurvenform geringfügig unterscheiden. Fig. 4 b zeigt zugehörige Zeitfenster (Taktimpulse). Fig. 4 c zeigt die Auswerteimpulse S und S von
VES bzw. VES hervorgerufen, wobei die Auswerteimpulse sehr viel χ <£
kürzer als die Taktimpulse? P I1 P 2, P 3 usw. sind. FiS· 4 d zeigt dieselben Auswerteimpulse mit einer vergrößerten Impulsbreite
S- · und S · (z.B. 5OJOd. Taktimpulsbreite). Der Einfachheit & χ . <£w
halber wird die Auswertung nur bei der Überschreitung der Schwelle
S erläutert; VES erzeugt den Auswerteirapuls S , der mit Takt-2 1 *-1
impuls P3 koinzidiert. VESn erzeugt S__, der aber mit Taktimpuls 2
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zusammenfällt, so daß zwei verschiedene Speicher-Flip-Flops gesetzt würden und damit durch die Auswertelogik-Schaltung 24 Polytopie erkannt würde. Werden die Auswerteimpulse nach k d verwendet, so trifft S ' wiederum in Takt P3 während Spp' jetzt in Takt P2 und Takt P3 fällt. Die Gleichheit der zu Takt P3 gehörenden, miteinander korrespondierenden Flip-Flops in Zwischen- und VES-Speicher stuft deshalb für die S -Auswertung die beiden VES als monotop ein. iJies gilt in analoger Weise auch für geringfügig voneinander abweichende normale QIvS-Komplexe.
Die Vorrichtung zur Erkennung und automatischen Auswertung von Elektrokardiogrammen gemäß der Erfindung enthält noch'weitere, an sich bekannte Auswerteorgane, um nicht nur Alarmgabe zu erreichen, wenn Polytope VES auftreten (durch das Alarmorgan 26), sondern auch bei Auftreten von Artefakten. (Alarmorgan 25)j Überschreiten einer gewissen Zahl von SES oder VES pro Minute (Alarmorgane 2? und 29), von SES- oder VES-Salven (Alarmorgane 28 und 30), sowie bei dem besonders gefährlichen Einfall einer SES in die T-WeHe ("R on T") (Alarmvorrichtung 31)„ Das logische funktioneile Zusammenwirken aller Organe der Vorrichtung geht aus dem schematischen Blockschaltbild Fig. 5 hervor und bedarf im Rahmen der vorliegenden Erfindung keiner näheren Erläuterung.
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Claims (1)

  1. FRITZ HELLIGE & CO GMBH · FABRIK WiSSENSCHAKTLICHtR APPARATE · FREIBURG IM BREISGAU
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    Patentansprüche 2217235
    ι 1.) Vorrichtung zur Überwachung der Herztätigkeit eines Patienten durch automatische Auswertung des Elektrokardiogramms, indem dieses erfaßt, gespeichert und seine Form bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß logische Schaltungsmittel vorgesehen sind, die zur Formerkennung die Lage von Schwellwerten charakteristischer Abschnitte des Elektrokardiogramms, insbesondere des QRS-Komplexes feststellen und vergleichen.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit folgenden Schaltungsrnitteln:
    a) Mittel (17» Z ., Z_ ... ) zur Einteilung des dem zu überwachenden Komplex entsprechenden Zeitintervalls in Zeitabschnitte gleicher Breite,
    b) Mittel zur Ableitung von zwei oder mehr zum Vergleich dienenden Schwellverten von der R-Zacke eines normalen QRS-Komplexes,
    c) Mittel zur Erzeugung von Koniparator-Signalen aus diesen Schwellwerten.
    d) Mittel ( 17i l8 f FFjjjFFz) zur Erzeugung eines bestimmten Normal-Bitmusters in einer Reihe von Speichern, insbesondere Flip-Flop-Speichern, in Abhängigkeit von der Koinzidenz dieser Komparator-Signale mit den entsprechenden Zeitcibschnitten.
    e) Mittel zur entsprechenden Erzeugung eines Bitmusters aus den folgenden Perioden des Elektrokardiogramms,
    f) Mittel zum Vergleich dieses Bitmusters mit dem Normal-Bitmuster .
    g) und Mittel, die auf die Nichtidentität der verglichenen Bitmuster ansprechen.
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    Vorrichtung nach Anspruch 2 ttiit folgenden elektronischen Schaltungsmitteln:
    a) Eine Ablauf-Steuerung (17) mit Zählern Z , Z , die das auszuwertende Intervall des Elektrokardiogramms in aufeinanderfolgende Zeitabschnitte unterteilen und für jeden Zeitabschnitt einen Impuls gleicher Breite und gleicher Amplitude (Zeitfenster P bzw. P ... P )an den Eingang jeweils zugeordneter- Und-Qatter U„ liefern;
    b) ein Analog-Digital-Wandler, durch den für wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere nach Amplitude charakteristische Schwellenwerte des zu überwachenden Komplexes des Elektrokardiogramms bestimmte .Auswerteimpulse S^, S30,.S^, S' erzeugt werden, deren Koinzidenz mit den Zeitfenstern P ... P _ in den Und-Qattern U„ verglichen wird;
    c) ein Zwischenspeicher (FF„) und einen Hauptspeicher (FF,..) in welchen das Koinzidenz-Muster (Bit-Muster) gespeichert wird;
    d) eine Gruppe von Und-Gattern U mit je zi^ei Eingängen, von welchen der eine Eingang von dem zugehörigen Flip-Flop des Zwischenspeichers FF„ und der andere Eingang von dem zugehörigen Flip-Flop des Hauptspeichers FF„ gesteuert wird, so daß in diesem Und-Gatter Uv das Vergleichs-Bit-Muster des Hauptspeichers mit dem jeweils neuerzeugten Bit-Muster des Zwischenspeichers für neueinlaufende Perioden des Elektrokardiogramms verglichen wird;
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    e) eine Vergleichs- und Auswertelogik (21, 24), durch welche bei Nichtidentität der verglichenen Bit-Muster eine Alarmvorrichtung (26 oder 27 ··· 30) in Tätigkeit gesetzt wird.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 mit einem VES-Speicher '20), in welchen bei erkannter Nichtidentität des im Zwischenspeicher FF7 erzeugten Bit-Musters eines neueinlaufenden Herzschlagsintervals mit dem Vcrgleichs-Bit-Muster im Hauptspeicher das Bit-Muster der erkannten ventrikulären Extrasystole übertragen wird und mit Mitteln (24) zum Vergleich des im VE3-Speicher (20) gespeicherten Bit-Musters mit dem Bit-Muster der nachfolgenden erkannten VES, sowie mit Mitteln zur Anzeige der Ungleichheit der beiden Bit-Muster und Einstufung der neuen VES als polytox^e VES.
    5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis /^, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Und-Gatter U2 und Uv sowie dio einzelnen Flip-Flops des Zwischenspeichers FF? und des Hauptspeichers FFU in einer Anzahl von Gruppen G , G1 G ... unterteilt sind, und zwar in Zuordnung zu dem zweiten, dritten, vierten ... zur Steuerung der Auswertung dienenden Schwellenwerten 31, SII, SIII ..., deren Auswerteimpulse S , S', S·
    — * ti cL x_
    jeweils dem einen Eingang der Und-Gatter U„ zugeführt werden
    ti
    und damit diesen steuern,deren zweiter Eingang durch den zugeordneter Zeitfensterimpuls gesteuert wird, während der Linear-Zähler Z , der die Zeitfenster-Impulse der ersten und zweiten Gruppe G und G2 erzeugt, durch den Schwellen-V.ert-Impuls SJ der Linear-Zähler Z durch den Schwel len-»Tert-Impuls S' gestartet wird.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichslogik, die zum Vergleich des im Hauptspeicher FF„ gespeicherten Normal-Bit-Musters mit dem im Zwischenspeicher FF7 jeweils neugespeicherten Bit-Muster der einlaufenden EKG-Signale dient, aus Und-Gattern Uv besteht, deren einer Eingang von dem zugehörigen Flip-Flop des Hautpspeichers FF„ und deren anderer Eingang von dem zugehörigen
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    Flip-Flop des Zwischenspeichers FF_ gesteuert wird, während die Ausgänge der Und-Gatter jeweils einem Oder-Gatter Od der Gruppe G bzw. G ... zugeführt werden, so daß die Nichtidentität zweier verglichener Bit-Muster sich durch die Steuerung wenigstens eines Oder-Gatters Od in dem Ausgangszustand logisch "0" kennzeichnet.
    7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge jedes je einer Gruppe Gl,G2 ...zugeordneten Oder-Gatters an den Eingängen eines Und-Gatters UT liegen, das einen weiteren Eingang für einen Abfrage-Impuls Id besitzt, so daß sich die Nichtidentität zweier verglichener Bit-Muster durch den Ausgangs-Schaltzustand logisch "0" des Und-Gatt.ers U kennzeichnet, durch welchen geeignete Alarm- oder Anzeigemittel in Tätigkeit gesetzt werden.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erkennung polytoper, ventrikulärer Extrasystolen (VES) dienende Auswertelogik, wie die Vergleichslogik aufgebaut ist, die zur Erkennung von ventrikulären Extrasystolen dient (siehe Ansprüche 2 bis 5)·
    g. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, mit Mitteln,die selbsttätig nach einer erfolgten Polytopie-Auswertung das im VES-Speicher gespeicherte Bit-Muster für die Vergleichs-VES löschen und das Bit-Muster der nachfolgenden erkannten VES als Referenz für die nächste Polytopie-Auswertung in den VES-Speicher (20) einschreiben.
    jO. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Analog-Digital-Wandlers (l6) die Breite der Auswerteimpulse S^S2, S', S' ... so groß gewählt wird,!vorzugsweise halb so groß wie die Breite der Zeitfenster P^, P ...,daß das Eintreffen eines Steuerimpulses in den Grenzbereich zweier benachbarter Zeitfenster als Koinzidenz mit beiden Zeitfenstern·gewertet wird» so daß die natürlichen Unterschiede sowohl normaler QRS-Komplexe als auch monotoper VES nicht fehlinterpretiert werden.
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    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekonnzeichnet durch Schaltungsmittel (311 32, 33 )> die selbsttätig jeweils aus dem RR-Abstand der vorhergehenden Herzschlagspeiiode ein Zeitfenster für das Eintreffen der nachfolgenden T-Welle ermitteln und durch einen speziellen Auswertekreis, der nur in diesem Zeitfenster aktiv ist, eine von der Normal-T-WeHe um einen bestimmten Betrag abweichende T-Welle als VES auf der T-Welle (R und T-Phänomen) identifiziert.
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