DE2253967C3

DE2253967C3 - Verfahren zur Erfassung von Arrhythmien im Verlauf von Herzaktionsspannungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2253967C3
Application number: DE2253967A
Authority: DE
Inventors: Eugene Yardley Pa. King (V.St.A.)
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 1971-11-03
Filing date: 1972-11-03
Publication date: 1978-07-06
Also published as: NL7214417A; GB1398429A; US3821948A; JPS4853592A; FR2162886A5; DE2253967A1; JPS5241591B2; DE2253967B2; NL164196C; CH543270A; NL164196B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von Arrhythmien im Verlauf von Herzaktionsspannungen, bei dem aus einem die erste Ableitung eines elektrokardiographischen Signals darstellenden Eingangssignal Signale gewonnen werden, die je einem Herzschlag entsprechen.

Das Elektrokardiogramm (EKG) ist eines der wichtigsten Signale bei der Patientenüberwachung, besonders in Fällen von Koronarerkrankungen. Meistens wird mit Hilfe eines sogenannten QRS-Triggers die QRS-Gruppe des EKG identifiziert und für eine Vielzahl von Meßaufgaben verwendet, so beispielsweise als Zeitbasis für die Pulsmessung, für R —R-lmervallhistogramme etc. In vielen Fällen werden EKG-Daten zur Alarmauslösung bei Kammerflimmern oder Herzstillstand benutzt, um dem Patienten sofortige ärztliche Hilfe zukommen zu lassen. Aus diesem Grund besteht die zwingende Notwendigkeit einer genauen EKG-Überwachung, da Patientenleben von deren Qualität abhängen. Die Qualität der Überwachung hängt aber maßgeblich von der Qualität des eingesetzten QRS-Triggers ab. Die bisher üblichen QRS-Trigger sind meist analoge Systeme, in denen das EKG zum Zweck der Impulszählung gleichgerichtet, zur Beseitigung des Rauschens gefiltert und zur Gewinnung eines QRS-Impulses mit einer Schwelle verglichen wird.

Es ist ein Kardio-Tachometer bekannt (USA.-Patentschrift 36 02 222), der auf die R-Zacken eines EKG-Signals anspric ht. Dieser Kardio-Tachometer arbeilet wie folgt: Die Herzaktionsspannungen werden einem Verstärker 5 zugeführt, von wo aus sie durch ein Bandpaßfilter 8 mit einem Durchlaßbereich von etwa 12 bis 18 Hz hindurchgeführt werden, an dessen Ausgang nur die R-Zacke erscheint (vergl. B in Fig. 8). Die R-Zacken werden dann einem Impuls-Generator 15 zugeführt, in dem auf jede R-Zacke hin ein kurzer, negativer Impuls mit großer Flankensteilheit (C in Fig. 8) erzeugt wird, wenn die R-Zacke einen Schwellwert übersteigt. Dieser Schwellwert ist veränderbar und wird von einer an einem Kondensator 172 vorhandenen negativen Ladung bestimmt, die wiederum durch den vorhergehenden negativen Impuls gegeben ist (vergl. Spalte 9, Zeilen 2 bis 7). Die negativen, kurzzeitigen Impulse werden einem Steuersignalgenerator 18 zugeführt, der auf jeden kurzzeitigen, steilen Impuls C oder D (die Impulse werden aus invertierten R-Zacken hergeleitet), Normimpulse E und F erzeugt. Nach einigen Signalumformungen im Steuersignalgenerator 18 werden an dessen Ausgang schließlich Steuersignale der Form G, H, J und K erzeugt, die Integratoren 23 und 24 zugeführt werden. Beide Integratoren 23 und 24 sind so geschaltet, daß sie alternierend die Herzschlagfrequenz mit den zugehörigen R-Zacken messen. An ihren Ausgängen erscheinen die Impulse M und N. Diese Impulse werden einem Ausgangsübertrager 32 zugeführt, an dessen Ausgang die Impulsfolge O erscheint, die aus den Impulsen M l pci N entsteht, indem immer deren negativere Anteiie genommen werden (vergl. Spalte 11, Zeilen 64 bis 66). Diese Impulsfolge O wird einerseits einem Anzeige-

gerät 35 zugeführt, das jeweils die augenblickliche Herzschlagfrequenz anzeigt, und wird einem Arrhythmie-Anzeigegerät 37 zugeführt, das auf Änderungen der Herzschlagfrequenz anspricht und diese anzeigt, wenn sie über einem Schweilwert liegen.

Ein Problem bei den bekannten Geräten besteht darin, daß keine Schwelle vorgesehen ist, die sich schnell und genau an die sich ändernde Morphologie des Patienten anpaßt Ein weiteres Problem sind die im EKG enthaltenen Störsignale, wie sie beispielsweise durch den Elektrodenkontakt, durch Hochfrequenzstörungen aus der Umgebung, durch Herzschrittmacher etc. hervorgerufen werden, die den QRS-Trigger ebenfalls ansteuern und so eine falsche Alarmauslösung verursachen können, wodurch die Zuverlässigkeit des Systems stark vermindert wird.

Ein drittes Problem rührt von den starken Schwankungen der Amplitude und der Form der EKG-Zacken her, die zwischen aufeinanderfolgenden Herzschlägen bestehen und so groß sein können, daß die no-malerweise kleinen T-Zacken eine große Amplitude und einen Anteil an hohen Frequenzen aufweisen. Solche Veränderungen im EKG können bewirken, daß die Schaltung die QRS-Gruppen nicht identifizieren kann und die abnormen T-Zacken ebenfalls als QRS-Gruppen zählt, wodurch eine zu hohe Pulsrate angezeigt wird. Diese starken Amplitudenveränderungen können auch automatische Schaltungen stören, da die Wiedereinst .llung einer Schwelle auf ihre ursprüngliche Höhe, naendem diese durch eine abnorme T-Zacke verschoben wurde, eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt, während der kleinere QRS-Gruppen vernachläßigt werden. Schließlich besteht auch ein Problem darin, daß die Messungen der Pulsrate und die Auslösung eines Alarms auf der Ermittlung von Durchschnittswerten beruht, wodurch beispielsweise bei bestimmten Arten von Kammerflimmern auf Grund der Ähnlichkeit von Amplitude und Frequenz mit normalen EKG-Signalen mehrere Sekunden oder sogar Minuten vergehen können, bevor ein Alarm ausgelöst wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur EKG-Analyse anzugeben, das bzw. die mit erhöhter Zuverlässigkeit arbeitet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Eingangssignal integriert wird, um ein erstes integriertes Signal zu erzeugen, dessen Amplitudenverlauf vom Amplitudenverlauf des Eingangssignals über mehrere Herzperioden abhängig ist, das Eingangssignal integriert wird, um ein zweites integriertes Signal zu erzeugen, dessen Amplitudenverlauf vom Amplitudenverlauf des Eingangssignals während einer einzigen Herzperiode abhängig ist, und die beiden integrierten Signale miteinander verglichen werden, um einen einem Herzschlug entsprechenden Ausgangsimpuls zu erzeugen, wenn die Amplitude des zweiten integrierten Signals größer als die Amplitude des ersten integrierten Signals wird.

Auf diese Weise wird mit Hilfe des ersten integrierten Signals, dessen Amplitudenverlauf vom Amplitudenverlauf des Eingangssignals über mehrere Herzperioden abhängig ist, ein Echtzeit-Schwellensignal 32" (vergl. F ί g. 4c) erzeugt, das sich der veränderlichen Form des EKG-Signals eines Patienten jeweils genau anpaßt, und das von dem zweiten integrierten Signal, das jeweils einem Herzschlag entspricht, überschritten werden muß, damit ein Ausgangsimpi'ls erzeugt wird. Dieses erfindungsgemäße Verfahren arbeitet also unmittelbar mit den Herzaktionsspannungen entsprechenden Impulsen und benötigt keine eigenen Impulsgeneratoren. Auch das Schwellensignal wird jeweils unmittelbar aus den Herzaktionsspannungen bzw. deren Integration abgeleitet und nicht aus irgendwelchen Normimpulsen. Damit ist ein Verfahren geschaffen, das sich jeweils selbsttätig und in optimaler Weise der Herztätigkeit eines Patienten anpaßt.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Integrationsstufe, mit der das Eingangssignal integriert wird, um ein erstes Ausgangssignal zu erzeugen, eine zweite Integrationsstufe, mit der das Eingangssignal integriert wird, um ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen, wobei die erste Integvationsstufe eine solche Integrationszeitkonstante besitzt, daß der Amplitudenverlauf des ersten Ausgangssignals vom Amplitudenverlauf des Eingangssignals über mehrere Herzperioden abhängig ist, während die zweite Integrationsstufe eine solche Integrationszeitkonstante besitzt, daß der Amplitudenverlauf des zweiten Ausgangssignals vom Amplitudenverlauf des Eingangssignals über eine einzige Herzperiode abhängig ist, und eine Vergleichsschaltung zum Vergleich der Amplituden der Ausgangssignale der ersten und der zweiten Integrationsstufe miteinander und zur Abgabe eines einem Herzschlag entsprechenden Ausgangsimpulses, wenn die Amplitude des zweiten Ausgangssignals größer ist als die Amplitude des ersten Ausgangssignals. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen definiert.

Der Anspruch 3 ist auf eine Weiterbildung der Schaltung nach Anspruch 2 gerichtet, mit der Störsignale zusätzlich unterdrückt werden können.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 wird in besonders einfacher Weise möglich, auf Störsignale beruhende Ausgangsimpulse der Vergleichsschaltung 38 zu unterdrücken.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 5 wird erreicht, daß das Echtzeit-Schwellensignal 32' durch Störsignale nicht beeinflußt wird.

Die Ansprüche 6 und 7 sind auf ein Bandpaßfilter gerichtet, wie es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es stellt dar

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur EKG-Analyse,

F i g. 2 ein Blockschaltbild des in F i g. 1 dargestellten QRS-Detektors,

F i g. 3 ein Schaltbild der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Inlegrationsstufen,

Fig. 4 eine Reihe von typischen Signalverläufen in den mit a bis (/bezeichneten Punkten in den F i g. 1 und 2,

Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm des in Fig. 1 gezeigten Störsignaldetektors,

F i g. 6 ein Schaltbild der in F i g.'. als Block gezeigten Entladungsschaltung,

Fig. 7 eine Reihe von Spannungsverläufen im Falle von hochfrequenten Störungen.

Wie in Fig. I gezeigt, liefern an einem Patienten 12 angebrachte Elektroden 11 ein Elektrokardiogramm-Signal über ein Verbindungskabel 12' /u einem EKG-Eingangsverstärker 13. dessen Ausgang mit einem

Regelverstärker 14 verbunden ist. Hierbei ist zu beachten, daß übliche Regelverstärker häufig nicht schnell genug sind, um Arrhythmien im EKG zu erfassen und nicht auf einen plötzlichen Anstieg der EKG-Amplitude reagieren. Der Ausgang des Regelverstärkcrs 14 ist mit einer Differenzierschaltung 15 verbunden, die da/u dient, Signale mit steilem Anstieg hervorzuheben und dabei die P- und T-Zacke zu eliminieren.

Der Ausgang der Differenzierschaltung 15 ist mit einem QRS-Detektor 16 verbunden, der neben einer Schaltung zur Signalaufbereitung vor allem zwei Integrationsstufen 31,32 und eine mit deren Ausgängen verbundene Vergleichsschaltung enthält. Mit der Schaltung zur Signalaufbereitung des QRS-Detektors 16 ist außerdem ein Störsignaldetektor 17 verbunden, dessen Ausgang zu einem Eingang einer Vergleichsschaltung 19 führt, deren zweiter Eingang mit dem Ausgang der einen der beiden Integrationsstufen 32 des QRS-Detektors 16 verbunden ist. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 19 ist über eine monostabile Kippschaltung 67 (wahlweise auch direkt) mit einem Eingang eines NAND-Tors 21 verbunden, dessen zweiter Eingang an den Ausgang des QRS-Detektors 16 angeschlossen ist. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 19 ist weiter mit einem Entladungsschaltkreis 18 verbunden, dessen Ausgang zur ersten Integrationsstufe 32 führt. Das Ausgangssignal des NAND-Tors 21 bildet das eindeutig identifizierte QRS-Signal.

Der QRS-Detektor 16 ist in Fi g. 2 im Detail gezeigt. Seinen Eingang bildet ein Impedanzwandler 23, der auf Grund seiner hohen Eingangsimpedanz eine Entladung der Differenzierschaltung 15 verhindert. Der Impedanzwandler 23 ist mit einem Bandpaßfilter 24 verbunden, der bei 3 db eine Bandbreite von etwa 10 bis 15 Hz und eine Dämpfung von 24 db pro Oktave aufweist, um das niederfrequente Rauschen im Bereich 5 bis 8 Hz zu eliminieren. Dieses Fenster von 10 bis 15 Hz, das aucli ein eventuell vorhandenes Schrittmachersignal sperren würde, stellt einen geeigneten und unzweideutigen Überwachungsbereich für eine große Zahl von EKG-Morphologien dar. Der Ausgang des Filters 24 ist mit einer Gieichrichterschaltung 25 verbunden, deren Ausgang zu einem Verstärker 27 führt. Zwischen der Gleichrichterschaltung 25 und dem Verstärker 27 ist eine Abzweigung 26 vorgesehen, die mit dem nachstehend detailliert zu beschreibenden Störsignaldetektor verbunden ist.

Der Ausgang des Verstärkers 27 ist über je eine Diode 28, 29 mit zwei flC-Integrationsstufen 31. 32 verbunden und außerdem über eine Zenerdiode 33 geerdet. Eine Form der Integrationsstufen 31 und 32 ist in F i g. 3 gezeigt, wobei die Werte der die Anstiegszeit bestimmenden Impedanz Ra. der die Abfallzeit bestimmenden Impedanz Rr und der Kapazität C so gewählt werden, daß die Integrationsstufe 32 verhältnismäßig lange Anstiegs- und Abfallzeiten und die Integrationsstufe 31 verhältnismäßig kurze Anstiegs- und Abfallzeiten aufweist. Eine Kombination geeigneter Widerstands- und Kapazitätswerte für die Integrationsstufen 31 und 32 zeigt die nachstehende Tabelle:

Ra

Rr

Integrationsstufe 31
Integrationsstufe 32

100 Ω 5,5 μΡ
68.4 kn 5,5 kn

22 kn
510 kn

Die Ausgänge der beiden Integrationsstufcn 31 und 32 sind ic mit einem Verstärker 34, 35 verbunden. Die Ausgänge der beiden Verstärker 34, 35 sind über Impedanzen 36 und 37 mit den beiden Eingängen einer Vergleichsschaltung 38 verbunden. Der Vergleichsschaltung 38 ist eine monostabile Kippschaltung 46 mit einer Impulsdauer von 300 ms über das NAND-Tor 21 nachgeschaltet. Die Dioden 28 und 29 bewirken, daß nur positive Signale integriert werden und verhindern, daß ein Strom in Richtung auf den Verstärker 27 zurückfließt. Durch die hohe l.astimpedanz RL. die den hohen Eiingangswiderstand der Verstärker 34, 35 darstellt, ist die in F i g. 3 gezeigte Schaltung ein echter Integrator.

Mit den oben angegebenen Werten besitzt die Integrationsstufe 31 eine Anstiegszeitkonstante von ca. 0,6 ms und eine Abfallzcitkonstante von ca. 120 ms und die Integrationss'.ufe 32 eine Anstiegszeitkonstante von ca. 375 ms und eine Abfallzcitkonstante von ca. 1,5 s. Es ist jedoch klar, daß eine große Zahl verschiedener Kombinationen von Anstiegs- und Abfallzeitkonstantcn für die vorliegende Erfindung geeignet ist. So können z. B. die Anstiegszeiten wie auch die Abfallzeiten in einem Verhältnis von 2 : 1 zueinander stehen.

Die Funktion der Integrationsstufen läßt sich mit Vorteil an Hand der F i g. 4 erklären, in der mit a das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 15 gezeigt ist, wobei an der Stelle 41 eine QRS-Gruppe fehlt und die QRS-Gruppe 42 schwach ist. Das Signal b stellt das Ausgangssignal des Verstärkers 27 dar, und die Kurven 3Γ und 32' bei c geben die Funktion der Integrationsstufen 3t und32 wieder.

Die verhältnismäßig lange Anstiegszeit der Integrationsstufe 32 dient dazu, eine Veränderung der Schwellenspannung 32' durch Störungen in der Nähe des 10- bis 15-Hz-Fensters zu verhindern, und ihre Abfallzeit ist lang genug, um eine brauchbare Schwelle oberhalb der meisten Störsignale und des Eigenrauschens 43 aufrechtzuerhalten und dadurch eine Ansteuerung durch Störsignale, die die Schwelle 32' während einer Bradykardie oder einer fehlenden QRS-Gruppe überschreiten, zu verhindern. Auf der anderen Seite ist jedoch die Abfallzeitkonstante klein genug, um bei einem plötzlichen EKG-Ausfall (beispielsweise 2 bis 4 fehlende QRS-Gruppen hintereinander) einen Alarmzustand anzuzeigen. Dies wird dadurch erreicht, daß man die Abfallzeitkonstante des Signals 32' so wählt, daß beispielsweise 4,5 s (entsprechend 3 bis 4 normalen Herzschlägen) verstreichen wurden bevor die Spannung 32' auf 0 abfällt und somit eine Reaktion auf ein Verschwinden des EKG-Signals erst im dritten von drei aufeinanderfolgenden Herzschlagintervallen vorsieht. Es hat sich außerdem als zweckmäßig erwiesen die Vergleichsschaltung 38 mit einer Vorspannung 44 von etwa 0.5 V zu versehen, um die Schwellenspannung auf diesen festen Minimalwen anstatt auf 0 absinken zu lassen. Andernfalls würde die Schaltung beim Fehlen von QRS-Gruppen auf kleinste Störsignale ansprechen.

Die Integrationsstufe 31 besitzt hingegen kleine Anstiegs- und Abfallzeitkonstanten, weshalb das mit 31 bezeichnete Schwellensignal bei jeder Ansteuerung vor 0 beginnt und nicht von früheren Herzimpulser beeinflußt ist. Dies wird erreicht, indem eine Abfallzeitkonstante im Bereich zwischen 80 und 120 m< ausgewählt wird. Mit einer Zeitkonstante von 100 m« benötigt das Schwellensignal 31' beispielsweise die Dauer von drei Zeitkonstanten als 300 ms für den Abfal auf 0. was einer Herzfrequenz von 200 Schlägen prc Minute entspricht. Da normalerweise eine Herz frequenz über 150 Schläge pro Minute als Tachykardic

und damit als Alarmbedingung gilt, ist in einem solchen Fall der Abfall des Schwellensignals 31' auf 0 nicht erforderlich.

Die veränderlichen Verstärkungen der Verstärker 34 und 35 werden auf eine Differenzspannung von etwa 2 bis 3 V über einem simulierten normalen Teft-EKG eingestellt, so daß infolge der Überschreitung des Signals 33' durch das Signal 31' auch für schwache QRS-Gruppen die Ansteuerung nicht ausbleibt. Wie Fig. 4c zeigt überschreitet jeder integrierte EKG-Impuls inklusive des schwachen Impulses 42, die Schwelle 32', um am Ausgang der Vergleichsschaltung 38 bzw. am NAND-Tor 21 einen der Dauer der Überschreitung entsprechenden Ausgangsimpuls zu liefern. Wie bei Fig. 4b gezeigt, wird für jede Überschreitung von beispielsweise 5 mV ein ^RS-Tri^^erim^uls 46' erzeug der durch Nachschaltung der monostabilen Kippschaltung 46 eine Dauer von 300 ms aufweist.

Der früher genannte Störsignaldetektor 17 ist in F i g. 5 gezeigt. Ein Verstärker 51 mit variabler Verstärkung ist über die Leitung 26 mit der Gleichrichterschaltung 25 des QRS-Detektors verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 51 ist über eine Diode 52 mit einer Integrationsstufe 53 verbunden, die mit den Werten Ra=WCl, C=0,47μF und /?_r=150kn eine relativ kurze Zeitkonstante aufweist.

Die Zeitkonstante der Integrationsstufe 53 wird so gewählt, daß ihre Ausgangssignale bei dem typischen, das EKG begleitenden Rauschen das Schwellensignal der Integrationsstufe 32 nicht überschreiten. Störimpulse von Magnetbandgeräten, Schrittmachern, Schaltern etc. werden aber durch die Integrationsstufe

53 betont. Der Integrationsstufe 53 ist ein Impedanzwandler 54 nachgeschaltet. Der Ausgang des Impedanzwandlers 54 und ein Ausgang der Iniegrationsstufe 32 des QRS-Detektors 16 sind mit je einem Eingang der Vergleichsschaltung 19 verbunden, über die wie bereits erwähnt das Schwellensignal 32' eine Vorspannung von 0,5 V erhält, um im Falle eines EKG-Ausfalls eine Ansteuerung durch Rauschimpulse zu verhindern. Mittels des Verstärkers 51 wird der Impedanzwandler

54 so eingestellt, daß seine Impulsamplituden bei einem normalen Test-EKG etwa 1 V unterhalb der Schwellenspannung 32' liegen.

Es sei hier erwähnt, daß die Möglichkeit besteht, den Ausgangsimpuls der Vergleichsschaltung 19 entweder direkt über die Leitung 67' oder über die monostabile Kippschaltung 67 verzögert dem NAND-Tor 21 zuzuführen. Als Verzögerungszeit für die Kippstufe 67 hat sich einen Wert von 0,5 bis 1 s als günstig erwiesen.

In der in Fig.6 gezeigten Entladeschaltung ist die Basis eines Transistors 55 über einen Widerstand 56 mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung 19 verbunden. Der Emitter des Transistors 55 ist geerdet und sein Kollektor liegt über einen Widerstand 57 an positiver Spannung. Gleichzeitig ist der Kollektor des Transistors

55 mit der Gatt-Elektrode eines Feldeffekttransistors 58 verbunden, der als Schalter mit einer sehr hohen Eingangsimpedanz von etwa 10⁷Ω dient und dessen Emitter über einen Widerstand 59 geerdet ist. F i g. 7 zeigt die Funktion der Entladeschaltung 18, wobei, wenn das integrierte Schwellensignal 32' im Punkt 61 von einem starken Störimpuls 63 überschritten wird, von der Vergleichsschaltung 19 ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches den Schalttransistor 55 und den Feldeffekttransistor 58 durchschaltet und so die Impedanz des letzteren auf etwa 200 Ω reduziert. Wenr der Feldeffekttransistor durchgeschaltel ist, wird die Integrationsstufe 32 während der Dauer der Impuls Überschreitung entladen, wodurch während diesel

^r> Dauer Störsignale gesperrt werden. Mit anderer Worten wird die Tendenz der Integrationsstufe 32, siel· auf Grund des Störsignals gemäß der Kurve 6i aufzuladen, durch die Entladung kompensiert, so dal: sich der Verlauf 66 für das Schwellensignal gibt.

κι Es ist offensichtlich, daß die Kompensation vor starken Störsignalen durch die Entladeschaltung 18 eine bessere und schnellere Anpassung an die veränderliche Morphologie des EKG-Signals eines Patienten erlaubt Ohne diese Vorkehrung würde es je nach der Größe dei

ι -i Störsignale häufig etwa 10 bis 15 s oder die gleiche Zah von Herzschlägen dauern, bis das integrierte Schwellensignal 32' wegen der großen Abfallzeitkonstante dei Integrationsstufe 32 wieder auf eine normale Höhe abgesunken wäre, auf der ein Erfassen von QRS-Grup-

2<i pen möglich ist.

Im Betrieb wird das EKG-Signal mittels Elektroder vom Patienten 11 abgenommen und in den Verstärkerr 13 und 14 und der Differenzierstufe 15 aufbereitet. Eine weitere Aufbereitung im QRS-Detektor 16 liefert das in Fig.4b gezeigte Signal, welches in den Integrationsstufen 31 und 32 integriert wird, um die beiden in F i g. 4c gezeigten integrierten Schwellensignale 31' und 32' zu liefern.

Das erste integrierte Signal 32, das von mindestens einem vorhergehenden Herzschlag beeinflußt wird dient zur genauen Anpassung an die veränderliche Morphologie des EKG-Signals eines Patienten und bildet damit ein Echtzeit-Schwellensignal. Das zweite integrierte Signal 3Γ beginnt für jeden Impuls von 0 und

J5 ist nicht von vorhergehenden Herzschlägen beeinflußt Durch Vergleich der Signale 31' und 32' in der Vergleichsschaltung 38 wird, wie in Fig. 4c gezeigt, ein QRS-Triggersignal gewonnen.

Das QRS-Triggersignal kann normalerweise das NAND-Tor 21 passieren, wird aber bei Vorhandensein eines Störsignals gesperrt. Das letztere tritt ein, wenn ein Ausgangsimpuls vom Störsignaldetektor 17 das Schwellensignal 32', wie in F i g. 7 gezeigt, überschreitet und dadurch über die Vergleichsschaltung 19 das NAND-Tor 21 entweder direkt über die Leitung 67' oder mit einer Verzögerung über die monostabile Kippschaltung 67 sperrt. Infolge der kurzen Anstiegszeit der im Störsignaldetektor enthaltenen Integrationsstufe 53 kommt das Sperrsignal immer früher zum Tor 21 als das QRS-Triggersignal.

Um außerdem den Einfluß von Störsignalen auf die Schwelle 32' zu eliminieren, wird durch die Vergleichsschaltung 19 während der Zeit, in der der Störimpuls das Signal 32' überschreitet, auch die Entladeschaltung 18 angesteuert Die Entladeschaltung kompensiert die der Integrationsstufe 32 infolge des Störsignals zugeführte Spannung und bewirkt damit, daß das Schwellensignal 32'seine Höhe beibehält

Wie in F i g. 1 gezeigt kann der Ausgangsimpuls der Vergleichsschaltung 38 dazu verwendet werden, eine monostabile Kippschaltung 46 anzusteuern, die beispielsweise eine Impulsdauer von 250 bis 300 ms besitzt um einen Mehrfachimpuls während einer einzigen QRS-Gruppe zu vermeiden. Dabei wird die Kippschaltung von der Anstiegsflanke des Ausgangssignals der Vergleichsschaltung angesteuert

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erfassung von Arrhythmien im Verlauf von Herzaktionsspannungen, bei dem aus einem die erste Ableitung eines elektrokardiographischen Signals darstellenden Eingangssignal Signale gewonnen werden, die je einem Herzschlag entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal integriert wird, um ein erstes integriertes Signal zu erzeugen, dessen Amplitudenverlauf vom Amplitudenverlauf des Eingangssignals über mehrere Herzperioden abhängig ist, das Eingangssignal integriert wird, um ein zweites integriertes Signal zu erzeugen, dessen Amplitudenverlauf vom Amplitudenverlauf des Eingangssignals während einer einzigen Herzperiode abhängig ist, und die beiden integrierten Signale miteinander verglichen werden, um einen einem Herzschlag entsprechenden Ausgangsimpuls zu erzeugen, wenn die Amplitude des zweiten integrierten Signals größer als die Amplitude des ersten integrierten Signals wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Integrationsstufe (32), mit der das Eingangssignal integriert wird, um ein erstes Ausgangssignal zu erzeugen, eine zweite Integrationsstufe (31), mit der das Eingangssignal integriert wird, um ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen, wobei die erste Integrationsstufe eine solche Integrationszeitkonstante besitzt, daß der Amplitudenverlauf des ersten Ausgangssignals vom Amplitudenverlauf des Eingangssignals über mehrere Herzperioden abhängig ist, während die zweite Integrationsstufe eine solche Integrationszeitkonstante besitzt, daß der Amplitudenverlauf des zweiten Ausgangssignals vom Ampiitudenverlauf des Eingangssignals über eine einzige Herzperiode abhängig ist, und eine Vergleichsschaltung (38) zum Vergleich der Amplituden der Ausgangssignale der ersten und der zweiten Integrationsstufe miteinander und zur Abgabe eines einem Herzschlag entsprechenden Ausgangsimpulses, wenn die Amplitude des zweiten Ausgangssignals größer ist als die Amplitude des ersten Ausgangssignals.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine dritte Integrationsstufe (53) mit einer zur Betonung von Störsignalen geeigneten Zeitkonstanten und eine zweite Vergleichsschaltung (19) zum Vergleich der Ausgangssignale der ersten und der dritten Integrationsstufe (32 und 53) miteinander und zur Abgabe eines Ausgangsimpulses, wenn die Amplituden der Ausgangssignale der ersten und der dritten Integrationsstufe in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine mit dem Ausgang der zweiten Vergleichsschaltung (19) verbundenen Sperreinrichtung (NAND-Tor 21) zur Sperrung der Ausgangsimpulse der ersten Vergleichsschaltung (38).

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine mit dem Ausgang der zweiten Vergleichsschaltung (19) verbundene Entladeschai tung (18). deren Ausgang zur Entladung der ersten Integrationsstufe (32) mit dieser verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch ein den Integrationsstufen (31 und 32) vorgeschaltetes Bandpaßfilter (24) zum Filtern des Eingangssignals.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandpaßfilter (24) einen Durchlaßbereich zwischen etwa 10 bis 15 Hz aufweist.