DE2755643A1 - Verfahren und anordnung zur elektronischen langzeit-herzueberwachung - Google Patents

Verfahren und anordnung zur elektronischen langzeit-herzueberwachung

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DE2755643A1 DE19772755643 DE2755643A DE2755643A1 DE 2755643 A1 DE2755643 A1 DE 2755643A1 DE 19772755643 DE19772755643 DE 19772755643 DE 2755643 A DE2755643 A DE 2755643A DE 2755643 A1 DE2755643 A1 DE 2755643A1
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Description

FIRMA CARL ZEISS, 7920 HEIDENHEIM (BRENZ)
Verfahren und Anordnung zur elektronischen Langzeit-Herzüberwachung
1 P 824
909825/01 1? 1 G 986
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Langzeit-Herzüberwachung mit auf der Haut des Patienten befestigten Abnahme-Elektroden, sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei der Behandlung mancher Herzschäden ist es erwünscht den Patienten über eine gewisse Zeit möglichst kontinuierlich zu überwachen um die Wirksamkeit der eingeleiteten Therapie bei wechselnden Belastungszuständen festzustellen und um die richtige Medikamenten-Dosierung möglichst genau festlegen zu können.
Es ist bekannt zu diesem Zweck auf der Haut des Patienten EKG-Abnahme-Elektroden zu befestigen und das von diesen gelieferte Signal analog auf einem langsam laufenden Magnetband zu speichern, das in einem vom Patienten getragenen kleinen Gerät untergebracht ist. Nach Speicherung des Elektrokardiogramms über beispielsweise 24 Stunden wird das Magnetband aus dem Aufnahmegerät entnommen und in ein zentrales stationäres Auswertegerät eingelegt. In diesem wird das EKG-Signal digitalisiert und dann nach einem vorgegebenen Programm ausgewertet.
Abgesehen davon, daß das Mitführen des kleinen Magnetbandgerätes für den Patienten lästig ist und daß ein solches Gerät nur eine Speicherkapazität für etwa 24 Stunden hat, ist die Auswertung über das stationäre Auswertegerät umständlich und mit einer in vielen Fällen sehr nachteiligen Zeitverzögerung verbunden. Das teure Auswertegerät kann nur dann befriedigend ausgelastet werden, wenn mehrere Patienten organisatorisch angeschlossen sind, was für den Einzelnen Wartezeiten bei der Auswertung bedingt.
Es ist auch bekannt auf der Haut des Patienten EKG-Abnahme-Elektroden zu befestigen und das von diesen gelieferte Signal über Funk oder Kabel ständig zu einem stationären zentralen Auswertegerät zu übertragen. Nur bei Funk-Übertragung ist der überwachte Patient in seiner Bewegung nicht ganz eingeschränkt, er muß sich jedoch ständig innerhalb der Reichweite seines Senders aufhalten. Solche Einrichtungen sind sehr teuer und auch störanfällig, da die Funkstrecke nicht immer völlig störfrei arbeitet. Außerdem
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erfolgt die Auswertung des Elektrokardiogramms verzögert, da aus Gründen der Auslastung des Auswertegerätes mehrere Patienten gleichzeitig übei— wacht werden und die Signale deshalb zwischengespeichert werden.
Es ist schließlich auch eine Einrichtung bekannt,welche stationär in der Praxis des Arztes aufgebaut ist und zur automatischen Aufnahme und Auswertung des Elektrokardiogramms nach einem vorgegebenen Programm dient. Solche Geräte stellen während einer Zeitdauer von wenigen Sekunden ein ungestörtes EKG-Signal fest und werten dieses sofort aus. Eine Langzeitüberwachung des Patienten ist mit einer solchen sehr teuren Einrichtung nicht möglich.
Die Langzeit-Überwachung spielt jedoch auch in der vorbeugenden Medizin eine immer größere Rolle. Es gibt Fälle, in denen der Patient über unklare Beschwerden klagt, die auf einen Herzschaden zurückzuführen sind, der im EKG nur zeitweise in Erscheinung tritt; im ungünstigsten Fall nur für einige Sekunden während eines Tages oder gar während einer Woche. Solche Schaden lassen sich nur einwandfrei diagnostizieren wenn der Patient tatsächlich über solche langen Zeiträume kontinuierlich überwacht wird. Auch für die Früherkennung von sich langsam bildenden Herzschäden ist eine überwachung über längere Zeiträume notwendig. Diese ermöglicht eine frühe und sichere Diagnose und deshalb eine gezielte Behandlung lange vor der Entstehung eines tatsächlichen Ausfalls von Teilfunktionen des Herzens. Erst solche bleibenden Schäden lassen sich in einem normalerweise nur über wenige Sekunden oder Minuten aufgenommenen EKG feststellen.
Es ist nun das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zirelektronischen Langzeit-Herzüberwachung zu schaffen, das eine überwachung des Patienten ohne jede Bewegungsbeschränkung über längere Zeiträume unter Erzeugung von jederzeit abrufbaren für eine sofortige Beurteilung geeigneten Signalen ermöglicht, und dessen Ausübung mittels einer wenig aufwendigen, den Patienten apparativ nicht belastenden Anordnung möglich ist.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das von den auf der Haut des Patienten befestigten EKG-Abnahme-Elektroden gelieferte
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SignaL unmittelbar digitaLisiert und nach einem vorgegebenen Programm ausgewertet wird und daß die Auswertesignale abrufbereit gespeichert werden.
Bei diesem Verfahren erfolgt also die Auswertung des EKG-Signals unmittelbar^, h. ohne Bandspeicherung und Telemetrieübertragung. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, das über lange Zeiträume nicht interessante Analog-Signal zu speichern. Gespeichert werden vielmehr nur die für die Diagnose wichtigen Auswertesignale, so daß ohne großen Aufwand eine für lange Übet— wachungszeiten ausreichende Speicherkapazität zur Verfügung gestellt werden kann. Durch Abrufen der gespeicherten Auswertesignale läßt sich zu jedem Zeitpunkt sofort und praktisch ohne zusätzlichen Aufwand eine gesicherte Diagnose stellen.
Es ist zweckmäßig die Auswertung des EKG-Signals simulatan nach mehreren Parametern, wie z. B. Herzfrequenz, Amplituden von Q-, R- und S-Phase, Dauer der S-Zacke, QRS-Komplex vorzunehmen und die sich ergebenden Auswertesignale in Form von Histogrammen zu speichern. Ein Histogramm zeigt jeweils für einen Parameter die Größenverteilung des Kennwerts integriert über die gesamte Dauer der überwachung. Der Arzt kann damit z. B. zur überwachung der Herzfrequenz aus dem betreffenden Histogramm sofort entnehmen wieviel Herzschläge in zwei Tagen im Frequenzbereich 60 bis 65 Schläge pro Minute lagen, wieviel im Bereich 65 bis 70 Schläge pro Minute usw. Die Unterteilung des Histogramms in einzelne Bereiche ist dabei lediglich eine Frage des apparativen Aufwandes.
Von ganz besonderem Vorteil ist es, das neue Verfahren so auszubilden, daß das einer vorbestimmten Anzahl von Herzschlägen entsprechende Digital-Signal zwischengespeichert wird und daß der dem jeweils nächstfolgenden Herzschlag entsprechende Signalabschnitt simultan zur Auswertung gelangt und die Löschung des am längsten gespeicherten Signalabschnitts bewirkt. Damit stehen ständig die Letzten z. B. 10 zurückliegenden Herzschläge in digitaler Form im Zwischenspeicher zur Verfugung. Bei einer durch die Auswertung festgestellten Signal-Anomalie wird dann das gesamte zwischengespeicherte Signal und eine vorbestimmte Anzahl von der AnomaLie folgenden Signalabschnitten bleibend gespeichert. Diese Speicherung kann vom Patienten, z. B. bei Auf-
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treten eines Symptoms auch manuell ausgelöst werden.
Der Arzt kann das gespeicherte Signal eines anomalen EKG-Verlaufs abrufen und den kurz vorher abgelaufenen normalen, den krankhaft veränderten und den nachfolgenden Signalbereich z. B. in Form der üblichen EKG-Kurven sichtbar machen oder ausdrucken. Er hat damit ein stets nachprüfbares Dokument zur Hand.
Um den so dargestellten Signalbereich der jeweiligen Belastung des Patienten zuordnen zu können wird vorteilhaft ein Uhrzeit-Signal erzeugt und beim Auslösen der bleibenden Speicherung zusammen mit dem EKG-Signal gespeichert.
Es ist zweckmäßig bei Erschöpfung der Speicherkapazität für die bleibende Signalspeicherung ein Warnsignal auszulösen. Der Patient kann dann entweder zum Arzt gehen und die dort gespeicherten Signale abrufen lassen; es ist jedoch auch möglich, daß er die gespeicherten Signale zu Hause abruft und auf einem Magnetband zwischenspeichert.
Das neue Verfahren wird vorteilhaft so ausgebildet, daß der Jitter der Herzimpulsabstände erfaßt wird. Dies geschieht indem jeweils für eine Gruppe von η aufeinanderfolgenden Herzschlägen das Frequenz- oder das Impulsabstandshistogramm aufgenommen und gespeichert wird, wobei η eine ganze Zahl > 50 ist. Solche Histogramme gestatten es dem Arzt tieferen Einblick in Herzrhytmusabweichungen zu gewinnen.
Die Anordnung zur Durchführung des neuen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß auf einer vom Patienten zu tragenden Platte eine vollständige Schaltung zur Gewinnung und zur programmierten Auswertung des Elektrokardiogramms sowie zur Speicherung der Auswertesignale angeordnet ist. Diese Schaltung wird unter Verwendung integrierter Schaltkreise aufgebaut, wobei zur Auswertung der EKG-Signale nach einem vorgegebenen Programm ein Mikroprozessor vorgesehen ist.
Die Schaltungsplatte ist mit Mitteln zur lösbaren Befestigung an der Kleidung des Patienten ausgerüstet. Zur überwachung des Patienten befestigt der Arzt die Ableitungselektroden auf der Haut des Patienten und verbindet diese
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über vorzugsweise farbig gekennzeichnete flexible Leitungen mit der Schaltungsplatte. Diese wird dann z. B. mittels einer sog. "Hook and Loop"-Vei— bindung am Hemd des Patienten befestigt und eingeschaltet. Jeder Herzschlag des Patienten wird jetzt nach dem eingeschriebenen Programm ausgewertet. Der Arzt kann nach einer bestimmten Zeit, beispielsweise nach einer Woche die als Statistik aufbereiteten Auswertesignale sowie gesondert digital gespeicherte Bereiche des mit Anomalien versehenen EKG-Signals abrufen. Dazu enthält die Schaltungsplatte eine entsprechend ausgebildete Elektronik-Schnittstelle.
Von ganz besonderem Vorteil ist es die Schaltungsplatte als flexible Folie auszubilden, auf der auch die Ableitungselektroden angeordnet und über flexible Leitungen mit der Auswerteschaltung verbunden sind. Eine solche Folie kann wie ein Heftpflaster auf der Haut des Patienten getragen wei— den und behindert kaum.
Die Unkompliziertheit der neuen Anordnung versetzt den Patienten auch in die Lage selbst und ohne Einschaltung des Arztes eine Besserung oder eine Verschlechterung seines Gesundheitszustandes an den ausgegebenen Zahlen abzulesen. Dazu kann z. B. ein heute für den Hausgebrauch erhältlicher Rechner für die Ergebnisdarstellung benutzt werden. Die neue Anordnung ist dazu mit einer an solchen Rechnern üblichen Elektronikschnittstelle, wie z. B. der IEC-Bus-SchnittstelIe versehen.
Es ist auch möglich die neue Anordnung so auszubilden, daß die Auswerteergebnisse z. B. in Form von Histogrammen auf dem Bildschirm des Haus-Fernsehempfängers sichtbar gemacht werden können.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 1 bis 5 der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 ein EKG-Signal während eines Herzschlages;
Fig. 2 das EKG-Signal der Fig. 1 während des Auftreten einer Anomalie;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der neuen Anordnung;
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— O —
Fig. 4a bis 4c Impulsabstandshistogramme für jeweils η Herzschläge in aufeinanderfolgenden Zeit int ervall en;
Fig. 5a bis 5c Impulsabstandshistogramme bei Vorliegen einer Drift für jeweils η Herzschläge in aufeinanderfolgenden Zeit intervallen
Fig. 1 zeigt das, beispielsweise bei Brustwand-Ableitung gewonnene normale EKG-Signal 1 während eines Herzschlages sowie die Bezeichnungen P, Q, R, S, T, für die verschiedenen Signalbereiche. Bei dem in Fig. 2 dargestellten EKG-Signal tritt im T-Bereich eine Anomalie 2 auf. Es ist die Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens solche und andere Anomalien automatisch zu erkennen, auszuwerten und zudem zusammen mit einem zeitlich voi— und nachlaufenden Signalbereich abrufbereit zu speichern.
Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist in Fig. 3 dargestellt. Die von den hier nicht gezeigten, auf der Haut des Patienten befestigten Abnahme-Elektroden gelieferten Signale werden dem Eingang eines Operationsverstärkers 3 zugeführt und gelangen von dort zu einem Analog-Digital-Wandler 4. Die Bezeichnung n,. an der Verbindungsleitung zwischen 3 und 4 bedeutet, daß tatsächlich n.. Verbindungsleitungen vorgesehen sind. Dasselbe gilt für die Bezeichnungen n^ bis n„ an den Verbindungsleitungen der anderen Schaltelemente.
Das in 4 digitalisierte EKG-Signal gelangt zu einem Zwischenspeicher 5, der so ausgebildet ist, daß er beispielsweise die Signale von zehn Herzschlägen speichert. Jeweils der Speicherplatz für den ältesten dieser zehn Herzschläge wird überschrieben bei Einspeicherung des nächstfolgenden Herzschlag-Signals zum Rechner 6. Dieser Rechner 6 ist unter Verwendung eines Mikroprozessors aufgebaut und erhält das Auswerteprogramm von einem Programmspeicher 7. Dieser Speicher ist so ausgebildet, daß auch bei Ausfall der von der schematisch dargestellten Batterie 8 gelieferten Versorgungsspannung das Programm erhalten bleibt (ROM).
Der Rechner 6 wertet die EKG-Signale entsprechend dem ihm zugeführten Programm nach verschiedenen Parametern aus und führt nur die Auswertesignale einem Ergebnisspeicher 9 zu. Dieser speichert also sozusagen eine nach ver-
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schiedenen Parametern geordnete Statistik der EKG-Signale während des gesamten Überwachungszeitraumes. Es kann vorteilhaft sein die Auswertung so durchzuführen, daß im Speicher mehrere Histogramme bereitstehen. Die Unterteilung der Histogramme in verschiedene Größenklassen ist nur eine Frage der Kapazität des Speichers 9, da für jede Größenklasse ein Zählspeicher vorgesehen sein muß.
Für jeden einzelnen Auswerte-Parameter ist im Programm ein Schwellwert gespeichert, bei dessen über- oder Unterschreitung der Rechner 6 eine Anomalie erkennt. Sobald eine solche Anomalie, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist vorliegt,gibt der Rechner 6 über die Leitung 10 einen Speicher frei, der mit dem Zwischenspeicher 5 verbunden ist. Der Speicher 11 hält jetzt die im Speicher 5 zwischengespeicherten Signale sowie beispielsweise die den nachfolgenden zehn Herzschlägen entsprechenden Signale fest. So stehen schließlich kurz vor der Anomalie abgelaufene normale, der krankhaft veränderte und der nachfolgende normale Signalbereich im Speicher 11 zur Verfügung.
Mit 12 ist eine elektrische Digitaluhr bezeichnet, die mit dem Speicher 11 verbunden ist. Sobald Signale zur Speicherung im Speicher 11 freigegeben werden, wird auch die zugehörige Uhrzeit mitgespeichert. Es ist auch möglich die Digitaluhr durch eine Zeitzählschleife im Rechenprogramm des Mikroprozessors im Rechner 6 zu ersetzen.
Der Speicher 11 ist so ausgelegt, daß er einige Hundert Abschnitte des EKG-Signals von jeweils z. B. zwanzig Herzschlägen speichern kann. Sobald der Speicherbereich des Speichers 11 voll ist, wird beispielsweise vom Rechner 6 ein akustisches oder ein Licht- oder Klopfsignal ausgelöst, das dem Patienten signalisiert, daß weitere Anomalien nicht mehr digital gespeichert werden können.
Die Leitung 10 kann auch einen, hier nicht dargestellten Schalter enthalten der vom Patienten manuell bedient wird und dann die Speicherung des entsprechenden Signalbereichs bewirkt.
Die Speicher 9 und 11 sind mit einer Ausgabeeinheit 13 verbunden, die als Elektronik-Schnittstelle ausgebildet ist und Stecker 14 zur Digital-Ausgabe der gespeicherten Signale enthält. Durch Anschluß eines geeigneten Gerätes
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an die Stecker 14 kann der Arzt jederzeit die im Speicher 11 digital gespeicherten interessanten Signalbereiche und die im Speicher 9 bereitstehenden Auswertesignale (Statistik) abrufen.
Die neue Anordnung ist zweckmäßig so ausgebildet, daß sie den Jitter der Herzimpulsabstände erfaßt. Dies geschieht, indem jeweils für eine Gruppe von z. B. hundert aufeinanderfolgenden Herzschlägen das Frequenzhistogramm oder das Impulsabstandshistogramm aufgenommen wird. Die Fig. 4a, 4b und 4c zeigen solche Histogramme für aufeinanderfolgende Zeitintervalle. Man erkennt, daß die als Analog-Kurve dargestellten Signale in etwa gleich sind, d. h. daß ein Jitter der Herzschläge vorliegt. Die in den Fig. 5a, 5b und 5c dargestellten Histogramme zeigen, daß eine Drift vorliegt, d. h. daß die Herzfrequenz ansteigt. Zugleich zeigt ein Vergleich der Fig. 4a und 5a nur eine sehr geringe Signalabweichung, d. h. aus einem Histogramm alleine kann nicht eindeutig auf normalen Jitter oder auf Drift geschlossen werden. Dies ermöglichen jedoch die zeitlich nachfolgenden Histogramme eindeutig.
Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung kann vorteilhaft auf einer flexiblen Folie angeordnet sein, wobei die Schaltelemente durch flexible Leitungen miteinander verbunden sind. Diese Folie kann auch die Abnahmeelektroden und die Batterie enthalten und kann vom Arzt nach Art eines Heftpflasters auf der Haut des Patienten befestigt werden. Durch Verwendung integrierter Schaltkreise ist die Anordnung so klein und leicht, daß sie eine Langzeitüberwachung des Patienten ohne apparative Beschwerden ermöglicht.
Es ist ohne weiteres klar, daß die in Fig. 3 gezeigte Prinzipschaltung nur ein Ausführungsbeispiel darstellt, und daß zur Auswertung der EKG-Signale andere Parameter wie sie beispielsweise hier genannt wurden, verwendet werden können.
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Claims (1)

1. Verfahren zur elektronischen Langzeit-Herzüberwachung mit auf der Haut des Patienten befestigten EKG-Abnahme-Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß das von diesen Elektroden gelieferte Signal unmittelbar digitalisiert und nach einem vorgegebenen Programm ausgewertet wird, und daß die Auswertesignale abrufbereit gespeichert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertesignale in Form von Histogrammen gespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswei— tung des EKG-Signals simultan nach mehreren Parametern erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einer vorbestimmten Anzahl von Herzschlägen entsprechende Digital-Signal zwischengespeichert wird, und daß der dem jeweils nächstfolgenden Herzschlag entsprechende Signalabschnitt simultan zur Auswertung gelangt und die Löschung des am längsten gespeicherten Signalabschnitts bewirkt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer durch die Auswertung festgestellten Signal-Anomalie das zwischengespeicherte Signal und eine vorbestimmte Anzahl von der Anomalie folgenden Signalabschnitten bleibend gespeichert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bleibende Speicherung des zwischengespeicherten Signals und der nachfolgenden Signalabschnitte auch manuell auslösbar ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erschöpfung der Speicherkapazität für die bleibende Signalspeicherung ein Warnsignal ausgelöst wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Uhi— zeit-Signal erzeugt und beim Auslösen der bleibenden Speicherung zusammen mit dem Signal gespeichert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Jitter der Herzimpulsabstände jeweils für eine Gruppe von η aufeinanderfolgenden Herzschlägen das Frequenz- oder das Impulsabstandshistogramm aufgenommen und gespeichert wird, wobei η eine ganze Zahl > 50 ist.
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INSPECTED
(10./ Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer vom Patienten zu tragenden Platte eine vollständige Schaltung zur Gewinnung und zur programmierten Auswertung des Elektrokardiogramms sowie zur Speicherung der Auswertesignale angeordnet ist.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte als
eine flexible Folie ausgebildet ist.
12. Anordnung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte mit Mitteln zur lösbaren Befestigung an der Kleidung des Patienten ausgerüstet ist.
13. Anordnung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte mit Mitteln zur lösbaren Befestigung auf der Haut des Patienten ausgerüstet ist.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Ableitungselektroden auf der Folie angeordnet und über flexible Leitungen mit der Auswerteschaltung verbunden sind.
15. Anordnung nach Anspruch 10 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Gewinnung und programmierten Auswertung des Elektrokardiogramms auch einen Speicher (11) zur Speicherung einer Anzahl von EKG-OsziI logrammen in digitaler Form enthält.
16. Anordnung nach Anspruch 10 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung eine Elektronikschnittstelle (13) zur Übergabe der Meßergebnisse an stationäre Anzeige- und/oder Auswertegeräte enthält.
17. Anordnung nach Anspruch 10 bis 16, gekennzeichnet durch den Aufbau unter Verwendung von integrierten Schaltkreisen.
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