DE2524829A1

DE2524829A1 - Heart action recognition device for ECG - has complex system of "AND" and "OR" lattices

Info

Publication number: DE2524829A1
Application number: DE19752524829
Authority: DE
Inventors: Herwig Dipl Ing Dr Thoma
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-03-26
Filing date: 1975-06-04
Publication date: 1976-10-07

Abstract

The device for recognition of commence ment of heart action in an electrocardiogram (ECG) has an ECG amplifier, and more than two band pass filters attached to the output of the amplifier with a trigger circuit for each filter. A monostable multivibrator is connected to each trigger stage as Or and AND lattices and an OR lattice to open the appropriate AND lattice. A further AND lattice connects to the output of the previous AND lattice. LEads connect the inverting output of these AND lattices to the inputs of the previous AND lattices. A further Or lattice is powered by one of the outputs of the earlier AND lattices.

Description

Vorrichtung zur Erkennung der Herzaktion unter extremen Bedingungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichl,ung, welche unter Verwendung eines LKG-Verstärkers in Verbindung mit einer lielhe parallel geschalteter fixer Filter und Trigger mit Hilfe einer speziellen Schaltlogik den Beginn der Herzaktion auch unter extremen Uinständen erkennen käßt.Device for detecting the action of the heart under extreme conditions The invention relates to a Vorrichl, ung which using a LKG amplifier in connection with a long parallel connected fixed filter and trigger the beginning of the heart's action with the help of special switching logic recognize under extreme circumstances.

Die maschinelle Erkennung der Herzaktion ist heute eine selbstverständliche Forderung bei der Überwachung schwerkranker Patienten genauso wie im Bereich der Arbeitsmedizin. Bei Therapieverfahren wie z. B. bei der mechanischen Ünterstützung des Herzens, oder bei der Schrittmachertherapie, ist die Erfassung des Beginns der Herzaktion Von besonderer Bedeutung, da ein Ausfall dieser Information das Gerät irritiert m den Patientan aufs schwerste gefährden kann. Obwohl sich die Industrie der elektromedizinischen Apparate intensiv mit dem Problem beschäftigt, ist die sichere, störungsfreie Erkennung der elektrischen Herzaktion noch immer nicht möglich. Dies ist einerseits durch die Schwierigkeiten bei der Abnahme der elektrischen Herzaktion vom Körper des Patienten, andrerseits durch die Mannigfaltigkeit der Kurvenfermen der Herzaktionsspannung insbesondere beim schwerkranken Patienten bedingt. Während im Bereich der Arbeits- und Sportmedinzin dem ersten Froblem - dem Elektrodenproblem -besondere Bedeutung zukozmnt, ist in der Intensivpflege das zweite Problem vorrangig. Zur Erfassung des Beginns der Herzaktion sind heute folgende Methoden üblich: 1. Die Bewertung der Amplitude des EKG's über einen Amplitudentrigger, 2. die extreme Selektion eines bestimmten Frequenzbandes aus dem EKG bei nachfolgender Amplitudenbewertung mittels Fixtrigger, f. die Realisi.erung spezieller Filterkennlinien zur Bewertung verschiedener Teile des EKG's, wobei meist höhere Spektralanteile gegenüber tieferen käfig bevorzug werden und 4. eilie Kombination von Punkt 1 und 3.The machine recognition of the heart's action is a matter of course today Demand in the monitoring of seriously ill patients as well as in the area of Occupational medicine. In therapeutic procedures such as B. in mechanical support of the heart, or in pacemaker therapy, is the detection of the beginning of the Heart action Of particular importance, since a failure of this information affects the device irritates m can seriously endanger the patient. Although the industry of the electromedical apparatus is intensely preoccupied with the problem reliable, interference-free detection of the electrical heart action is still not possible. This is partly due to the difficulty in decreasing the heart's electrical action from the body of the patient, on the other hand through the variety of curve terms the heart action tension especially in seriously ill patients conditional. While in the field of occupational and sports medicine the first problem - The electrode problem is of particular importance in intensive care second problem paramount. The following are used today to record the start of the heart's action Usual methods: 1. The evaluation of the amplitude of the EKG via an amplitude trigger, 2. the extreme selection of a certain frequency band from the EKG for the following Amplitude evaluation by means of a fixed trigger, for the realization of special filter characteristics for evaluating different parts of the EKG, with mostly higher spectral components are preferred to deeper cages and 4. a combination of points 1 and 3.

Die unter 4 angeführte Kombination ist im Bereich der Intensivpflege theoretisch sehr gut, sie läßt sich technisch jedoch schwer realisieren, da die Form der Filterdurchlaf::kurve generell fast unmöglich optimiert werden kann, sie hängt zu sehr vom Alter des Patienten und der Art der Erkrankung ab. Die unter Punkt 2 angefiihrte Methode ist störungssicher und einfach, läßt sich jedoch im Bereich der Tntensivpflege deshalb nicht anelellden, da das zur Triggerung optimale Frequenzspektrum des EKG's bei einem bestimmten Patienten unbekannt ist und darüber hinaus sponttane Änderungen im EKG sehr hä@fig vorkommen. Diesen Nachteil der frequenzselcktiven Methode der Triggerung beseitigt erfindungsgemäß die nachfolgend beschriebene Methode an Hand einer beispielsweisen Auariihrun;sform (Fig.1): Der EKG-Verstärker 1 ist etwa üblicher Bauart, seine Aus;anzsspannung ist normiert und wird durch eine Reihe parallel zueinander liegende Filter 4,5,6 gesiebt. Erfindungsgemäß sind die Filter schmalbandig ausgeführt, wobei notwendigerweise die Anzahl der Filter mit deren Selektion steigt. Der Frequenzbereich soll 3 - 100 Hz umfassen, der Bereich von 4 - 20 Hz muß-hochselektiv durch beispielweise 8 Filter erfaßt werden, während zur Erfassung der höheren bzw. tieferen Frequenzanteile erfindung.sgeLaäß weniger Filter ausreichen. Im Ver.sorglmgsnetz eines 50 Hz Wechsclstromnetzes sind die Frequenzen 50 und 100 Hz mittels Bandsperren 3 auszusieben. Am Ausgang der Filter erscheint ein bestimmter Spektralanteil aus dem EKG. Diese Ausgangsspannung wird zur Triggerung der nachfolgenden Triggerstufen 7,8,9 verwendet. Der Triggerpegel kann fix eingestellt werden, er kann sich jedoch auch der Amplitude der jeweiligen Spannung anpassen. Sin bestimmter Spannungsverlauf des EKG's wird min eine bestimmte Kombination von Triggerstufen schalten.The combination listed under 4 is in the area of intensive care theoretically very good, but technically difficult to realize because the The shape of the filter throughput :: curve can generally be optimized almost impossible depends too much on the age of the patient and the nature of the disease. The under point Method 2 is fail-safe and simple, but can be used in the range Therefore do not activate intensive care because the frequency spectrum is optimal for triggering of the EKG is unknown in a particular patient and, moreover, spontaneous Changes in EKG occur very frequently. This disadvantage of the frequency selective According to the invention, the method of triggering eliminates the method described below on the basis of an exemplary configuration (FIG. 1): The EKG amplifier 1 is about the usual type of construction, its output voltage is standardized and is represented by a series Filters 4,5,6 lying parallel to one another are sieved. The filters are according to the invention executed narrow-band, with necessarily the number of filters with their Selection increases. The frequency range should encompass 3 - 100 Hz, the range from 4 - 20 Hz must be detected in a highly selective manner through, for example, 8 filters, while for Detection of the higher or lower frequency components according to the invention, fewer filters sufficient. In the supply network of a 50 Hz alternating current network, the frequencies are Filter out 50 and 100 Hz using bandstop filters 3. The filter appears at the output a certain part of the spectrum from the EKG. This output voltage is used for triggering of the following trigger levels 7,8,9 are used. The trigger level can be fixed However, it can also adapt to the amplitude of the respective voltage. A certain combination of Switch trigger levels.

Diese Kombination könnte auch zur Charakterisierung eines bestimmten Zustandes dienen. Der Kern der Erfindung besteht darin, daß in der Logik 13 nur der spektral jeweils h ö c h 5 t e Triggerimpuls ausgesiebt und zur weiteren Verarbeitung fre geben wird. Denn mir dieser Impuls gibt wie eine umfangreiche Untersuchung zeigte den Beginn der Herzaktion an (Lit.: .: H. oma, Automatische Regelung herzsynchroner Krislaufpumpen, Z.Biomed. Technik 1973 Nr. 2 & 3). Die Nummer des zugeordneten Filters wird in der Anzeige 2 zur Darstellung gebracht, da eine spontane Umschaltung auf tiefere Filter die Verschlechterung des Zustandes eines Patienten anzeigen kann. Die Amplitude des EKG's wird vom Pegelmesser 15 bestimmt. Zur Detektion einer Niedervoltage blockiert der anschließende Amplitudendisl.riminator 16, über die Torschaltung 14, den Ausgangsimpuls bei einem Absinken der EKG-Amplitude unter ca. 0,2 mV.This combination could also be used to characterize a particular one Serve the state. The essence of the invention is that in the logic 13 only the spectrally high trigger pulse is screened out and for further processing will give free. Because me this impulse there like an extensive Examination indicated the beginning of the heart's action (Lit .:.: H. oma, Automatic Control of heart-synchronous crisis pumps, e.g. Biomed. Technik 1973 No. 2 & 3). the The number of the assigned filter is shown in display 2, since a spontaneous switch to deeper filters worsens the condition of a patient can display. The amplitude of the EKG is determined by the level meter 15. The subsequent amplitude isolator blocks to detect a low voltage 16, via the gate circuit 14, the output pulse when the EKG amplitude drops below approx. 0.2 mV.

D.iese.s.Eroignis wird unter Alarm angezeigt.This event is displayed under Alarm.

Fig:2, zeigt eine beispielsweise technische Realisierung der Schaltlogik 13' Die von den Triggerstufen abgegebenen Irnpule, gelangen auf die Eingänge 17 - 23. Der Eingang 17 entspricht dem spektral höchsten Filter, mit einem Bereich ab 100 Hz, der Eingang 23 entspricht dem spektral niedrigsten Filterwert bei etwa 4 IIz. Diese Impulse gelangen generell auf die monostabilen Multivibratoren 24 - 30, mit ciner Tastzeit von etwa 10 ms und auf die UND-Gatter 32 - 38. Letztgenannte UND-Gatter lassen die Eingangsimpulse nur dann durch, wenn das ODER-Gatter 31 und das UND-Gatter 48 geöffnet sind. Die monostabilen ultivibratoren 24 - 30 lösen somit für jeweils etwa 10 ins den Analyseprozess aus.FIG. 2 shows an example of a technical implementation of the switching logic 13 'The coil emitted by the trigger stages are sent to inputs 17 - 23. The input 17 corresponds to the spectrally highest filter, with one range from 100 Hz, the input 23 corresponds to the spectrally lowest filter value at approx 4 IIz. These impulses generally reach the monostable multivibrators 24 - 30, with a scanning time of about 10 ms and to AND gates 32 - 38. The latter AND gates let the input pulses through only when the OR gate 31 and the AND gate 48 are open. The monostable ultivibrators 24 - 30 thus solve for about 10 each into the analysis process.

Der nicht invertierte Ausgang der UND-Gatter 34 - 38, wird auf jeweils ein weiteres UND-Gatter 40 - 44 geführt, der invertierte Ausgang führt zu alle spektral niedrigeren UND-Gatter. Dadurch wird erfindungsgemäß immer nur dasjenige UND-Gatter 40 - 44 geöffnet, welches dem spektral höchsten Filter zugeordnet ist Die Ausgänge genannter UND-Gatter fähren einerseits zur Anzeigeeinheit 2, andererseits zum gemeinsamen ODER-Gatter 45.The non-inverted output of AND gates 34-38 becomes on a further AND gate 40-44 led, the inverted output leads to all spectrally lower AND gates. As a result, according to the invention, there is always only that AND gate 40 - 44 open, which is assigned to the spectrally highest filter The outputs of said AND gates lead on the one hand to the display unit 2, on the other hand to common OR gate 45.

Der Kanal 17 hat insofern eine Sonderstellung, als dieser Kanal spektral schon außerhalb des EKG's liegt. Kurze Störimpulse lösen daher über diesen Kanal 17 den monostabilen Multivibrator 39, mit einer Tastzeit von ca. 11 ms aus.The channel 17 has a special position insofar as this channel is spectral is already outside of the EKG. Short glitches are therefore released via this channel 17 the monostable multivibrator 39, with a scanning time of approx. 11 ms.

DAdurch wird das vom Ausgang des ODER-Gatters 45 betriebene UND-Gatter 49 gesperrt, der Ausgangsimpuls 59 der gesamten Schaltlogik wird unterdrückt. Der Störimpuls wird von der Anzeig@einheit 2 angezeigt. Eine weiter Blockierung des Ausgangsgatters 49 erfolgt über den Arrhythmiedetektor 54 - 58.As a result, the AND gate operated by the output of the OR gate 45 49 blocked, the output pulse 59 of the entire switching logic is suppressed. Of the Interference is shown by display unit 2. Another blockage of the Output gate 49 takes place via the arrhythmia detector 54-58.

Die Ausgangsspannung des Periodendauermessers 54 speist zwei RC-Glieder 55,56 mit; unterschiedlicher Zeitkonstante, etwa im Bereich 1 - 3 Sekunden. Die Differenz der beiden Ausgangssignale von 55,56 - identisch dem E der Arrhythmie -wird vom Differenzverstärker 57 verstärkt. Das Maß von Arrhyt;Jimien, dis zu einer Blockierung des Ausgangsgatters 49 führt, wird vom Amplitudendiskriminator 58 bestimmt.The output voltage of the period meter 54 feeds two RC elements 55.56 with; different time constants, for example in the range of 1 - 3 seconds. the Difference between the two output signals of 55.56 - identical to the E of the arrhythmia - is amplified by the differential amplifier 57. Arrhyt's measure; Jimien, dis to one Blocking of the output gate 49 is determined by the amplitude discriminator 58.

Analeg zur Refraktärzit des Herzens wird nach einem Impuls für eine bestimmte Zeit von etwa 0,2 Sekunden, die Analyse unterbrochen. Der vom Ausgang des ODER-Gatters 45 betriebene monostabilen Multivibrator 46, mit einer Tastzeit von ca. 9 ins, ermöglicht den Abschluß des aktuellen Analysevorganges, der anschließende monostabile Multivibrator 47, mit einer Tastzeit von ca. 0,2 Sekunden, sperrt weitere Analyseversuche über das UND-Gatter 48. Da nach dieser Zeit die Schaltlogik für weitere Impulse durchlässig ist, ist es sinnvoll eine weitere Refraktärzeit von etwa 1,5 Sekunden für spektral wesentlich niedrigere Kanäle zu deftinieren. Über die monostabilen Multivibratoren 50 - 53, werden daher die jeweils spektral niedrigeren Knnile blockiert, wobei der nächst tiefer liegende Kanal deshalb nicht blockiert wird, weil bei Zwischenfrequenzen des EKG's in der Praxis einmal der eine, dann wieder der spektral nächst tiefere Kanal, getriggert werden kann.Analogue to the refractory of the heart becomes after an impulse for one certain time of about 0.2 seconds, the analysis interrupted. The one from the exit of the OR gate 45 operated monostable multivibrator 46, with a scanning time of approx. 9 ins enables the current analysis process to be completed, the subsequent monostable multivibrator 47, with a scanning time of approx. 0.2 seconds, blocks further analysis attempts via the AND gate 48. Since after this time the switching logic is permeable for further impulses, it makes sense to have another refractory period of about 1.5 seconds for spectrally much lower channels. Via the monostable multivibrators 50 - 53, the respective spectrally lower knuckle blocked, whereby the next lower lying canal is therefore not blocked, because with intermediate frequencies of the EKG in practice the one then again the next lower spectrally channel that can be triggered.

Nit dieser methode kann auch im Bereich der Intensivpflege.This method can also be used in intensive care.

ohne spezielle Adjustierung von Geräten, an einem beliebigen Patientengut, beliebigen Alters, der Beginn der Herzaktion auf Grund schmalbandiger Selektion des G's wesentlich sicherer wie bisher festgestellt werden.without special adjustment of devices, on any patient population, any age, the beginning of the heart action based on narrow-band selection of the G's can be determined much more reliably than before.

Claims

Patent Claims:

1. Device for recognizing the start of the Iferzaktion from the electrocardiogram (EKG) via an EKG amplifier with preferably regulated output voltage extreme conditions, there are no more than two to the Bandpass filter (4,5,6) connected to the output of the amplifier, one each at the output trigger stage (7,8,9) connected to each bandpass filter, one each from the output of the Trigger stage operated monostable multivibrator (24-30) and UJ-Gattor (35-38), an OR gate (31) for opening said AND gates, one from the output AND gate operated further AND gate (40-44), one each from the inverting Output of the AND gate (33-38) to the input of the AND gate (40-44) leading line (60-64) and one of the outputs of the AND gates (40-44) operated OR gates (45).

2. Device according to claim 1 for the selection of high-frequency interference pulses, G e. k e n n z e i c Ii n e t th u r c h an AND gate (32), which is from that trigger.stuSe, which is above the spectrally highest portion of the EKG is operated, one of the AND gate downstream monostable multivibrator (39), cinen from the inverting Output of the monostable multivibrator (39) operated AND gate (49) llnsl one from the output of the OR gate (45) to the input of said AND gate (49) Line (65).

) ung according to claim 1 and 2 for blocking of pulses from low frequencies Parts of the EKG, e n z e i c h n e t d u Z C @@@@ switched to the AND gate (33-36) after @@ stable multivibrator (50-53) mi, a preferred scanning time of approx. 1.5 seconds and one @or output each had monostable multivibrators for the input of the AND gate (41-44) leading line (66,67,10,11).

4. Apparatus according to claim 1 to 3 for blanking interference pulses shortly after a trigger pulse triggered by the heart action, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h two in series operated by the output of the OR gate (45) monostable multivibrators (46, 47) with a preferred scanning time of total about 0.2 seconds and one from the inverting output of the monostable cultivibrator (47) operated AND gate (48).

5. Apparatus according to claim 1 to 4 for blocking strongly arrhythmic Pulse sequences from the EKG, characterized by one operated by the OR gate (45) Period duration meter (54), downstream RC elements (55, 56) with preferably different Time constants of about 1 and 3 seconds, one the difference between the RC elements (55X56) occurring output voltage amplifying amplifier (57) one from the output the amplifier (57) operated trigger (58) and one from the inverting output line (12) leading to the Uifl) gate (49).

6. Apparatus according to claim 1 to 5 for suppressing the basic and / or the first harmonic of the network frequency, g e k e n n z c i c h n e t d u r c h bandstop filters (3) preferably in series with the output of the EKG amplifier.

7. Apparatus according to claim 1 to 6 for detecting a low voltage in the KG in particular a cardiac arrest, characterized by a level meter (15) with subsequent amplitude discriminator (16) and subsequent gate circuit (14).

8. Apparatus according to claim 1 to 7, characterized by a not linear gradation of the B. aldpaB filter, in particular, adapted to the spectrum of the EKG encompassing the range from four to twenty Hertz in fine stages.

9. Apparatus according to claim 1 to 8, characterized by a display device (2) to display the channel number used for triggering.