DE2364312B1 - Vorrichtung zum Verarbeiten von EKG-Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verarbeiten von EKG-Signalen, mit einem Schwellenglied zum Erfassen der Ä-Zacken im EKG und mit einem Signalunterdrückerglied, das nach jeder vom Schwellenglied erfaßten /?-Zacke das EKG-Signal im Signalweg für eine bestimmte Zeitdauer unterdrückt, wobei diese Zeitdauer durch die Zeitspanne festgelegt ist, in der sich ein vor dem Anfallen der jeweiligen Ä-Zacke auf einen bestimmten Anfangsspannungswert aufgeladener Kondensator eines /?C-Zeitgliedes auf einen niedrigeren Abschaltspannungswert für das Unterdrückerglied entlädt.

Bei bekannten Vorrichtungen der genannten Art sind die Auf- und Entladezeitkonstanten des i?C-Zeitgliedes so gewählt, daß sich unabhängig von der jeweils vorliegenden Herzfrequenz der Zeitkondensator jeweils nach Anfall einer Ä-Zacke immer in einer in etwa der Herzrefraktärzeit bei sehr hohen Herzfrequenzen, z. B. 200/min, entsprechenden Entladezeitdauer von einem vorgegebenen maximalen Spitzenspannungswert (volle Aufladung) auf den Abschaltspannungswert für das Unterdrückerglied entlädt und sich anschließend mit einer demgegenüber noch sehr viel kürzeren Aufladezeit wieder auf seinen Spitzenspannungswert auflädt.
Die Wahl einer unabhängig von der jeweils vorliegenden Herzfrequenz immer gleichbleibend der Herzrefraktärzeit bei sehr hohen Herzfrequenzen entsprechenden Entladezeit für den Zeitgliedkondensator ist nachteilig, weil bekanntlich die Herzrefraktärzeit für unterschiedliche Herzfrequenzen nicht konstant ist, sondern sich mit der Abnahme der Herzfrequenz entsprechend von kurzen zu längeren Zeitspannen verschiebt (bei einer Herzfrequenz von 200/rrün beträgt beispielsweise erfahrungsgemäß die Herzrefraktärzeit in etwa 120 msec, bei einer Herzfrequenz von 80/min hingegen bereits in etwa 160 msec). Dies bedeutet, daß z. B. bei Frequenzen im Normalbereich (etwa 60/min bis 120/min) sowie auch bei abnorm tiefen Herzfrequenzen (z. B. 30/min) der Zeitgliedkondensator jeweils immer schon vor Ende der eigentlichen Refraktärzeit entladen ist und somit auch in unerwünschter Weise das Signalunterdrückerglied bereits vor Beendigung der jeweiligen, für diese Herzfrequenzen signifikanten Refraktärzeit abgeschaltet wird. Dies kann dann zur Folge haben, daß Anteile des QÄ5-Komplexes, z. B.

überhöhte 5-Zackenspitzen, wegen des zu kurzen Unterdrückerzeitintervalls in' unerwünschter Weise das Schwellenglied betätigen und somit als echte Λ-Zacken gewertet werden. Die beschriebene Wahl der Entlade-

Zeitdauer wirkt sich aber ferner auch im umgekehrten Fall, d. h. bei extrem hohen Herzfrequenzen, z. B. bei Herzfrequenzen, die weit über 200/min liegen, nachteilig aus. Hier kann es vorkommen, daß auf Grund dieser hohen Herzfrequenzen die QÄS-Komplexe so dicht aufeinanderfolgen, daß bereits eine /?-Zacke auftritt, wenn der Zeitgliedkondensator noch nicht vollständig entladen ist. Da diese Ä-Zacke dann jeweils in das Unterdrückerzeitintervall fällt, wird sie vom Schwellenglied nicht erfaßt. Ein eventuell nachgeschalteter Herzfrequenzmesser zeigt damit also fälschlicherweise eine Herzfrequenz an, die gegenüber der tatsächlich vorliegenden Herzfrequenz halbiert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die geschilderten Nachteile nicht mehr auftreten können, d. h. daß die Gefahr einer Doppelzählung bei tieferen Frequenzen und die Gefahr einer Frequenzhalbierung bei extrem hohen Frequenzen von vornherein vermieden wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das /?C-Zeitglied, bezogen auf eine Herzfrequenz, die einem mittleren normalen Herzfrequenzwert, z. B. 80/min, nicht überschreitet, auf zwei Teilabschnitte des Pausenintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ä-Zacken eingestellt ist so, daß während des ersten Teilabschnittes der Kondensator des Zeitgliedes jeweils gerade aus dem voll geladenen Zustand bis auf den Abschaltspannungswert für das Unterdrückerglied entladen und anschließend während des zweiten Teilabschnittes wieder auf seine volle Ladespannung aufgeladen wird, wobei der erste Teilabschnitt zu einem Wert gewählt ist, der in etwa der Refraktärzeit des Herzens bei der ausgewählten Herzfrequenz entspricht und der zweite Teilabschnitt das Restpausenintervall ist.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung ist im Gegensatz zu den herkömmlichen Vorrichtungen die Auf- und Entladezeitdauer des Zeitgliedkondensators nicht mehr für alle Herzfrequenzen konstant Diese Zeiten verändern sich vielmehr selbsttätig in Abhängigkeit von der jeweils gerade vorliegenden Herzfrequenz. Liegt die Herzfrequenz im mittleren Normalbereich, z. B. bei 80/min, oder darunter, so wird der Kondensator praktisch immer voll auf den vorgegebenen Spannungsspitzenwert aufgeladen und von diesem auch wieder voll entladen. Die Auf- und Entladezeiten des Kondensators sind damit bei dieser Herzfrequenz jeweils maximal. Somit ist auch die Unterdrückungszeitdauer für die Signale — der längeren Herzrefraktärzeit bei diesen Frequenzen entsprechend — maximal. Steigt hingegen die Herzfrequenz an, so wird mit steigenden Herzfrequenzwerten der Kondensator immer weniger stark aufgeladen. Die Auf- und Entladezeiten verkürzen sich dementsprechend, womit auch das Signalunterdrückungszeitintervall — den kürzeren Herzrefraktärzeiten bei diesen höheren Herzfrequenzen entsprechend — verkürzt wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung paßt sich demnach das Signalunterdrückungszeitintervall selbsttätig an die für die verschiedenen Herzfrequenzen signifikanten Herzrefraktärzeiten an. Die Gefahr einer Frequenzverdoppelung bei niedrigeren Herzfrequenzen auf Grund zu kurzer Unterdrückungszeitintervalle sowie einer Frequenzhalbierung bei sehr hohen Herzfrequenzen auf Grund zu ⁶S langer Unterdriickungszeitintervalle ist damit weitgehend vermieden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.

Im Prinzipschaltbild nach der Figur werden die z. B. mittels Elektroden am Körper eines Patienten abgenommenen EKG-Signale an den Eingang E einer Vorverarbeitungseinrichtung 1 angelegt. Die Vorverarbeitungseinrichtung 1 enthält dabei z. B. einen Vorverstärker für die EKG-Signale, einen Bandpaß zur Selektion der z. B. für die QftS-Komplexe signifikanten Frequenzen und gegebenenfalls auch eine Amplitudenausgleichsregelungsschaltung für die Ä-Zackenamplituden. Die am Ausgang der Vorverarbeitungseinrichtung anfallenden EKG-Signale werden dann über eine Diode 2 mit dem nachgeschalteten ohmschen Widerstand 3 auf den Eingang Emk einer monostabilen Kippstufe 4 gegeben.

Die monostabile Kippstufe 4 weist dabei zwei Transistoren 5 und 6 auf. Der Transistor 5 ist hierbei basisseitig einerseits über den ohmschen Widerstand 7 an die negative Betriebsspannung -Uo (z.B. —15 V) angeschaltet und andererseits über den ohmschen Widerstand 8 mit dem Kollektor des Transistors 6 gekoppelt. Beide Transistoren 5 und 6 sind ferner über je einen Kollektorwiderstand 9 bzw. 10 mit der positiven Betriebsspannung + Uo (z. B. +15 V) verbunden. Entsprechendes gilt auch für den über eine Diode 12 an der Basis des Transistors 6 angekoppelten Basiswiderstand 11. Am Eingang der Diode 12 ist ferner der Kippkondensator 13 der monostabilen Kippstufe 4 angekoppelt. Die Anschaltung dieses Kippkondensators 13 an den Kollektor des Transistors 5 geschieht einerseits über einen hochohmigen Vorschaltwiderstand 14, sowie andererseits über eine dazu parallelgeschaltete Zenerdiode 15. Das Glied 16 stellt ein Anzeige- oder Verarbeitungsgerät für die Kollektorausgangsimpulse des Transistors 5 dar.

Bei der monostabilen Kippstufe 4 nach der Figur stellt der Transistor 5 ein Schwellenglied für die 7?-Zakken der von der Vorverarbeitungseinrichtung kommenden EKG-Signale dar. Der Transistor 5 wird hierbei jeweils beim Anfallen einer derartigen 7?-Zacke in den leitenden Zustand gesteuert. Bei leitendem Transistor 5 entlädt sich nun der Kondensator 13 über den Basiswiderstand 11 des Transistors 6 sowie die Diode 15 und die leitende Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 5 von einem bestimmten Anfangsspannungswert so lange, bis die Schleusenspannung der Diode 12, sowie der Basis-Emitterdiode des Transistors 6 erreicht wird. Der Transistor wird hierdurch leitend und der Transistor 5 gesperrt. In der Zeitdauer bis zum Auftreten der nächstfolgenden Λ-Zacke am Engang des Transistors 5 lädt sich der Kondensator 13 nunmehr über den Kollektorwiderstand 9, sowie den Vorschaltwiderstand 14 auf einen neuen Spannungswert auf.

In der monostabilen Kippstufe 4 sind nun der Kondensator 13 in seinem Kapazitätswert sowie die Widerstände 9,11 und 14 in ihren Widerstandswerten so bemessen, daß bei einer Herzfrequenz von etwa 80/min der Kondensator 13 während der Sperrphase des Transistors 5 gerade etwa auf die Spannung +Uo (Spannungsspitzenwert) aufgeladen wird und bei leitendem Transistor 5 entsprechend wieder vollständig von diesem Wert entladen wird. Die Entladezeitdauer beträgt dabei bei dieser Frequenz etwa 160 msec und die Aufladezeitdauer etwa 590 msec. Diese Entladezeitdauer von etwa 160 msec entspricht dabei im wesentlichen der für diesen Herzfrequenzwert von 80/min signifikanten Re-

fraktärzeit des Herzens. Erhöht sich nun die Herzfrequenz, so wird der Kondensator 13 nicht mehr auf seinen vollen Spannungswert aufgeladen. Die Aufladespannung des Kondensators 13 wird vielmehr mit zunehmender Herzfrequenz immer geringer. Entsprechend verkürzen sich auch die Auf- und Entladezeiten des Kondensators 13. Dies bedeutet, daß auch die Zeitdauer der instabilen Phase der monostabilen Kippstufe 4 mit zunehmender Herzfrequenz zu kleineren Werten verschoben wird. Weist z. B. der Kondensator 13 einen Kapazitätswert von etwa 0,5 μΡ auf und ist der Widerstand 9 zu etwa 15 kQ, der Widerstand 11 zu etwa 470 kO und der Widerstand 14 zu etwa 350 kQ gewählt, so ergibt sich beispielsweise bei einer Herzfrequenz von 200/min die Zeitdauer der instabilen Phase der Kippstufe 4 zu etwa 120 msec. Dies entspricht in etwa der Refraktärzeit des Herzens bei dieser hohen Frequenz. Bei der Vorrichtung nach der Figur paßt sich somit — wie erwünscht — die Dauer der instabilen Phase der Kippstufe 4 selbsttätig an die für die verschiedenen Herzfrequenzen signifikanten Herzrefraktärzeiten an. Frequenzverdoppelungen auf Grund zu kurzer Unterdrückungszeitintervalle bei niedrigen Frequenzen sowie Frequenzhalbierungen auf Grund zu langer Unterdrückungszeitintervalle bei sehr hohen Herzfrequenzen können damit von vornherein nicht auftreten. Die Diode 15 im Entladekreis des Kondensators 13 stellt deswegen bevorzugt eine Zenerdiode dar, damit bei sehr hohen Herzfrequenzen zu Meßbeginn der Kondensator 13 wenigstens einmal sehr rasch auf seinen Maximalwert aufgeladen wird. Die Zenerspannung der Zenerdiode 15 liegt hierbei bei etwa 9 bis 10 V und kann damit durch die zu Meßbeginn erstmalig angelegte positive Betriebsspannung der monostabilen Kippstufe von +15 V leicht überschritten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verarbeiten von EKG-Signalen, mit einem Schwellenglied zum Erfassen der /?-Zacken im EKG und mit einem Signalunterdrückerglied, das nach jeder vom Schwellenglied erfaßten /?-Zacke das EKG-Signal im Signalweg für eine bestimmte Zeitdauer unterdrückt, wobei diese Zeitdauer durch die Zeitspanne festgelegt ist, in der sich ein vor dem Anfallen der jeweiligen #-Zacke auf einen bestimmten Anfangsspannungswert aufgeladener Kondensator eines /?C-Zeitgliedes auf einen niedrigeren Abschaltspannungswert für das Unterdrückerglied entlädt, dadurch gekennzeichnet, daß das /?C-Zeitglied (9,11, 13 bis 15), bezogen auf eine Herzfrequenz, die einen mittleren normalen Herzfrequenzwert, z. B. 80/min, nicht überschreitet, auf zwei Teilabschnitte des Pausenintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden i?-Zacken eingestellt ist so, daß während des ersten Teilabschnittes der Kondensator (13) des Zeitgliedes jeweils gerade aus dem voll geladenen Zustand bis auf den Abschaltspannungswert für das Unterdrückerglied (4) entladen und anschließend während des zweiten Teilabschnittes wieder auf seine volle Ladespannung aufgeladen wird, wobei der erste Teilabschnitt zu einem Wert gewählt ist, der in etwa der Refraktärzeit des Herzens bei der ausgezählten Herzfrequenz entspricht und der zweite Teilabschnitt das Restpausenintervall ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Herzfrequenz von etwa 80/min der erste Teilabschnitt eine Länge von etwa 160 msec und der zweite Teilabschnitt eine Länge von etwa 590 msec aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschaltspannungswert für das Signalunterdrückerglied (4) nahe bei Null und der Spannungswert bei Vollaufladung des Kondensators (13) betragsmäßig vorzugsweise bei 15 V liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer monostabilen Kippstufe als Unterdrückerglied (4) die Kippstufe in ihrem kapazitiven Rückkoppelkreis (9, 11 bis 15) so eingestellt ist, daß bei der ausgewählten Frequenz die Zeitdauer der instabilen Phase jeweils den ersten Teilabschnitt und die Zeitdauer der stabilen Phase jeweils den zweiten Teilabschnitt des i?-Zackenpausenintervalls bei dieser Frequenz festlegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, mit einer monostabilen Kippstufe, die zwei kapazitiv rückgekoppelte Transistoren aufweist, von denen einer als Schwellenglied für die i?-Zacken der EKG-Signale dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorwiderstand (9) des Schwellenglied-Transistors (5) zusammen mit einem dem Kippkondensator (13) vorgeschalteten hochohmigen Widerstand (14) bei gesperrtem Schwellenglied-Transistor (5) den Aufladewiderstand für den Kippkondensator bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei leitendem Schwellenglied-Transistor (5) der hochohmige Basiswiderstand (11) des zweiten Kippstufen-Transistors (6) den Entladewiderstand für den Kippkondensator (13) bildet, wobei zur Entladung des Kondensators über die Kollektor-Emitter-Strecke des Schwellenglied-Transistors der hochohmige Vorschaltwiderstand (14) des Kondensators durch eine Diode (15) überbrückbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (15) eine Zenerdiode ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kapazität des Kondensators (13) bei etwa 0,5 ,uF, sowie einer Kippstufenbetriebsspannung von betragsmäßig etwa 15 V, der Aufladewiderstand (9, 14) vorzugsweise zu etwa 370 kQ und der Entladewiderstand (11) vorzugsweise zu etwa 470 kQ gewählt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschaltwiderstand (14) des Kippkondensators bei etwa 350 kQ liegt.