DE29808952U1

DE29808952U1 - Vorrichtung zur Differenzierung von Vorhofflattern und Vorhofflimmern

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Publication number: DE29808952U1
Application number: DE29808952U
Authority: DE
Original assignee: JUNG JENS
Current assignee: JUNG JENS
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2008-05-21

Description

97JUN1483DEG

Vorrichtung zur Differenzierung von Vorhofflattern und

Vorhofflimmern

Beschreibung.·

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung von Herzrhythmusstorungen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und den Merkmalen des Anspruches 24.

Es ist in der Medizintechnik bekannt und gebräuchlich zur Feststellung von Herzrhythmusstorungen Meßvorrichtungen einzusetzen, die zur Unterscheidung der normalen Herzrhythmusanregung von einer abnormalen bzw. krankhaften Anregung des Herzens dienen. Bei diesen krankhaften Zuständen des Herzens handelt es sich im wesentlichen um Herzrhythmusstorungen, die sowohl im Herzvorhof als auch in der Herzkammer auftreten können. Vorhofflimmern unterscheidet sich von Vorhofflattern dahingehend, daß bei Vorhofflimmern die elektrische Erregung des Herzens in chaotischer Weise durch viele kleine kreisende Erregungen in den Vorhöfen des Herzens bestimmt werden. Bei Vorhofflattern handelt es sich um eine einzige kreisende Erregung im rechten Vorhof des Herzens, die in periodischen Abständen immer wiederkehrt. Bei Vorhofflimmern dagegen wird das abgeleitete Signal durch zufällig einfallende Erregungsfronten in unregelmäßigen Abständen generiert.

Die ersten diesbezüglich eingesetzten medizinischen Geräte, sogenannte Kammerdefibrillatoren, konnten im Meßbetrieb nur in der Kammer zwischen einer normalen Sinusanregung, einem hochfrequenten Kammerflimmern und einer niederfrequenteren Herzrhythmusstörung unterscheiden. Neuere Meßeinrichtungen

versuchen, insbesondere auch aufgrund der Erkenntnis, daß ein im Vorhof krankhaft bzw. abnormal erzeugtes Herzflimmern oder Herzflattern von einem Kammerdefibrilator als Kammerflimmern erkennbar ist, diese Kammerdefibrillatoren mit Sensoreinrichtungen und Meßeinrichtungen auszustatten, die elektrische Signale auch aus dem Vorhof mit einbeziehen.

Diese Geräte, die auch als Zweitkammerdefibrillatoren bezeichnet werden, sind in der Regel jedoch nicht zu einem differenzierten Auflösen zwischen dem normalen Sinusrhythmus, dem Vorhofflimmern und dem Vorhofflattern in der Lage.

Dem Stand der Technik sind verschiedene Meßvorrichtungen bekannt, die auf der Basis unterschiedlicher Ansätze zum einen eine Unterscheidung zwischen einem normalen Sinusrhythmus und abnormalen Herzrhythmus und insbesondere einem Differenzieren zwischen Vorhofflattern und Vorhofflimmern ermöglichen sollen.

Bei bekannten Geräten erfolgt dieses Analyse zum Teil durch aufwendige Meßeinrichtungen, die zum Beispiel einen Prozessor zum Berechnen der Amplitudenwahrscheinlichkeiten umfassen oder mit deren Steuer- bzw. Prozessoreinheiten eine umfangreiche Leistungsspektrumsanalyse durchführbar ist.

Diese Meßeinrichtungen weisen im wesentlichen zwei Nachteile auf. Zum einen sind diese Meßeinrichtungen sehr umfänglich, so daß sie insbesondere in den heute gebräuchlichen automatischen und implantierbaren Geräten nur mit großem Aufwand einbaubar sind, zum anderen liefern sie trotz der aufwendigen Ausgestaltung eine im Vergleich schlechte Empfindlichkeit und eine ungenügende Genauigkeit bei der Zuordnung der empfangenen Signale in Bezug auf den Sinusrhythmus, das Herzflattern oder das Herzflimmern.

Dem Stand der Technik ist im weiteren eine Meßvorrichtung zur Unterscheidung von Sinusrhythmus und Vorhofflimmern in einem implantierbaren Gerät zu entnehmen, die zwar eine relativ genaue Abgrenzung zwischen dem Sinusrhythmus und dem Vorhofflimmern ermöglicht, jedoch ist gegenüber dem Vorhofflattern kein Auflösen des Vorhofflimmerns möglich. Zudem umfaßt die vorangegangene Meßvorrichtung insbesondere eine aufwendige Sensoreinrichtung, so daß sie in bestehenden und derzeit gebräuchlichen Zweikammerdefibrillatoren zur Zeit nicht eingesetzt werden.

Eine Verbesserung bei der Erkennung von Vorhofflattern und Vorhofflimmern konnte in der letzten Zeit durch eine Auswerteeinrichtung erzielt werden, bei der die Diskriminierung zwischen den unterschiedlichen Herzzuständen durch das Einbeziehen von Abstandsmittelwerten und deren Standardabweichungen von aufeinanderfolgenden Signalen durchgeführt wird und welche in Zweikammerdefibrillatoren einsetzbar sind (Gebrauchsmusteranmeldung 29720690.7).

Diese Meßeinrichtung beruht auf das reine zeitliche Auflösen aufeinanderfolgender Einzelsignale des Vorhofflatterns und des Vorhofflimmerns. Das heißt, der auswertbare Parameter der Meßeinrichtung ist die Zeit zwischen den von einem Katheter empfangenen Signalen. Dabei ist jedoch eine wirklich sichere Unterscheidung zwischen dem relativ unregelmäßigen Vorhofflimmern oder dem relativ regelmäßigen Vorhofflattern nicht möglich. Für ein sicheres Diskriminieren zwischen den genannten Herzzuständen wäre ein Parameter zu verwenden, der nicht nur die Information über den zeitlichen Abstand aufeinanderfolgender Signale, sondern auch eine Betrachtung der Signale als solches ermöglicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung von

Vorhofflattern und Vorhofflimmern bereitzustellen, wodurch eine genaue Unterscheidung zwischen Vorhofflattern und Vorhofflimmern ermöglicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe wird bereits durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 24 erzielt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in zugeordneten Unteransprüchen aufgeführt.

Durch das Verwenden einer Sensoreinrichtung zum Erkennen von analogen Signalfolgen aus zugeordneten Signalquellen und einer Auswerteeinrichtung zum Bestimmen von Wavelet-Koeffizienten für die empfangenen Signale erfolgt mittels einer Analyseeinrichtung zum Bewerten von Standardabweichungen der Wavelet-Koeffizienten eine Zuordnung zu Klassen von Her&zgr;zuständen.

Die vorherstehend genannten Signale beziehen sich auf Signale, die durch Herzaktionsströme aufgrund unterschiedlicher Erregungszustände von Herzmuskelzellen entstehen und die somit ein Maß für die Herzaktivität hinweg darstellen.

Eine erfindungsgemäße Weiterbildung besteht insbesondere darin, daß die Meßvorrichtung eine Sensoreinrichtung umfaßt, die aus einer bipolaren Katheterelektrode besteht, wodurch die Meßvorrichtung direkt und unmittelbar die Erregungszustände des Herzvorhofs oder in der Herzkammer abgreifen kann. Andere Sensoreinrichtungen, wie beispielsweise multipolare Katheter liegen natürlich auch im Rahmen der Erfindung. Ferner hat es sich in der Praxis gezeigt, daß vorteilhafterweise bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung Verstärker zum Verstärken der Herzsignalen einsetzbar sind. Durch den Verstärkereinsatz sind insbesondere schwache Herzsignale bzw. Signalunterschiede erkennbar, die eine Auswertung der Signale erleichtert.

Es hat sich darüber hinaus auch als Vorteil erwiesen, wenn bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung mittels einer Filtereinrichtung bzw. eines Bandfilters unerwünschte eingehende Signale, wie zum Beispiel Signale aufgrund der Net&zgr;frequenz oder anderer Hintergrundgeräusche, ausblendbar sind, so daß die Messung nur in einem bevorzugten Signal- bzw. Frequenzbereich stattfindet. Wobei durch besagtes Ausblenden von unerwünschten Signalen eine im wesentlichen verkürzte und spezifischere Messung erzielbar ist.

Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung durch den Fachmann hat sich gezeigt, daß insbesondere bei der Unterscheidung zwischen Vorhofflimmern und Vorhofflattern der Bereiche der ausgefilterten Signale vorzugsweise zwischen 4 0 und 500 Hz liegen kann. Im verbleibenden Frequenzbereich zeigt die Meßvorrichtung bei der Unterscheidung zwischen insbesondere Vorhofflimmern und Vorhofflattern eine im wesentlichen optimale Meßleistung. Je nach Einsatzgebiet sind für den Fachmann erfindungsgemäß natürlich auch Messungen vorstellbar, die keine Filterung oder einen anderen Signalfilterbereich benötigen.

Daneben hat sich in der Praxis als vorteilhaft herausgestellt, wenn die erfindungsgemäße Meßeinrichtung neben einem Bandfilter auch eine Einrichtung zum Festlegen einer Signalschwelle umfaßt, wobei der Schwellwert insbesondere als relativer Wert mit Bezug auf die eingehenden Signalamplituden festlegbar ist.

Diese Einrichtung ist insbesondere dazu geeignet, um wesentliche bzw. störende Signale in den Bereichen auszufiltern, für die der Frequenzbandfilter durchlässig ist und in denen die zu detektierenden und zu unterscheidenden Signalen des normalen Sinusrhythmusses, des Vorhofflatterns und des Vorhofflimmerns liegen. Mit Hilfe der

Signalschwellwert-Einrichtung ist es somit möglich, das Auflösungsvermögen hinsichtlich der zu messenden Signale im wesentlichen weiter zu verbessern.

Dabei konnte gezeigt werden, daß die Signalschwelle der Signalschwellwert-Einrichtung vorzugsweise auf einen Wert von 25 % der eingehenden maximalen Signalamplituden einzustellen ist. Bei dieser Einstellung kann insbesondere mit Bezug auf die Unterscheidung zwischen Vorhofflattern und Vorhofflimmern eine im wesentlichen optimale Trennung dieser Zustände erfolgen. Natürlich sind auch andere Einstellungen denkbar.

Gemäß dem vorliegenden Erfindungsgegenstand hat es sich als Vorteilhaft gezeigt, wenn die Meßeinrichtung auch eine Normiereinrichtung zum Normieren der Signalamplituden umfaßt. Normierte Signale sind insbesondere deshalb wichtig, weil die Weiterverareitung der analog empfangenen Signale in digitalisierter Form erfolgt. Ferner können auf diese Weise Störungen aufgrund von Amplitudenschwankungen im wesentlichen verhindert werden.

In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Normiereinrichtung zum Normieren der Signalamplituden vorzugsweise derart einzustellen, daß die Signale auf 1 normiert werden. Es hat sich gezeigt, daß mit diesem Wert eine im wesentlichen optimale Signalunterscheidung und Weiterverarbeitung möglich ist.

Im Rahmen der Erfindung liegt ebenfalls, der Meßeinrichtung einen Analogdigitalwandler beizustellen. Durch eine Digitalisierung der empfangenen Signale kann eine Weiterverarbeitung auf der Grundlage kommerziell erhältlicher Prozessoren erfolgen. Ferner können die Informationen auf Datenträger abgespeichert werden und unter Umständen zu einem späteren Zeitpunkt einer

Weiterverarbeitung zugeführt werden.

In der Regel empfängt die Meßvorrichtung innerhalb einer bevorzugten Periode von 10 see. 25 aufeinanderfolgende Einzelsignale, die einer Digitalisierung zugeführt werden. Der in der Auswerteeinrichtung befindliche Prozessor führt anhand der empfangenen und digitalisierten Signale eine Wavelet-Transformation durch. Dabei verwendet der Prozessor den sogenannten Mallat-Algorithmus. Die Wavelet-Transformation stellt eine lineare mathematische Operation dar, die Signaldaten in Komponenten zerlegt. Die Komponenten, das heißt die Wavelets der Transformation können die empfangenen Signale auf verschiedenen Auflösungsstufen sprich Skalen repräsentieren. Die Wavelets selbst werden durch sogenannte Wavelet-Koeffizienten beschrieben. Die Genauigkeit der Auflösung hängt dabei davon ab, wieviele Wavelet-Koeffizienten für die Signalbeschreibung verwendet werden. Zudem können bei der Wavelet-Transformation bestimmte Typen von Wavelets, die sich für die individuelle Anwendung besonders gut eignen, ausgewählt werden. Das heißt, die Wavelet-Transformation im Zusammenhang mit dem Mallat-Algorithmus erlaubt die Voreinstellung von Parametern, die für die zu messende Signalart als auch für die Messung und Auswertung selbst einsetzbar sind. Nicht notwendige und redundante Informationen können bei der Wavelet-Transformation von vorne weg ausgeschlossen werden. Die Wavelet-Transformation ermöglicht dadurch eine gezielte und schnelle Analyse der betreffenden Signale.

Bei der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn für jedes eingehende und zu untersuchende Signal über die Wavelet-Transformation vorzugsweise vier Wavelet-Koeffizienten gebildet werden. Die Verwendung von nur vier Wavelet-Koeffizienten entspricht einer Darstellung

der Signale auf der gröbsten Skala. Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß für eine im wesentlichen optimale Unterscheidung zwischen Vorhofflimmern und Vorhofflattern vier Wavelet-Koeffizienten auf der gröbsten Auflösungsstufe ausreichend sind. Darüber hinaus hat diese relativ grobe Auflösung den Vorteil, daß der Rechenaufwand des Prozessors vergleichsweise gering ist.

Zur Unterscheidung zwischen Vorhofflimmern und Vorhofflattern wird bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung nicht nur jeweils ein Meßsignal ausgewertet, sondern es werden beispielsweise während einer Periode von 10 see. vorzugsweise 25 Meßsignale zur Bewertung herangezogen. Es hat sich gezeigt, daß auf der Basis von im wesentlichen Signalen und einer möglichen Zusammenfassung gemessener Zeitfenster eine im wesentlichen optimale Zuordnung zwischen Vorhofflattern und Vorhofflimmern möglich ist. Wobei im Rahmen der Erfindung natürlich auch eine andere Anzahl an Signalen herangezogen werden kann.

Während des Analyse-Prozesses bestimmt die Meßvorrichtung, wie oben bereits beschrieben für jedes der einzelnen 25 Meßsignale jeweils vier Wavelet-Koeffizienten. Zu deren Analyse umfaßt die Meßvorrichtung vorteilhafterweise einen Mittelwertbildner zum Bilden von Mittelwerten aus den bestimmten Wavelet-Koeffizienten. Zur Bestimmung des Mittelwertes werden zunächst äquivalente, d.h. sich entsprechende Koeffizienten der Einzelsignale durch den Summenbildner addiert und dann der Mittelwert jeweiligen Einzelkoeffizienten gebildet Aus diesen Mittelwerten erzeugt eine Einrichtung zum Bilden von Standardabweichungen die zugeordnete Standardabweichungen der Einzelkoeffizienten. Zur präziseren Auswertung wäre es in diesem Zusammenhang auch mögich, mehrere Zeitfenster zur Bildung von Mittelwerten aus mehreren Standardabweichungen der

jeweiligen Einzelkoeffizienten möglich. Bei der vorliegenden Meßeinrichtung bildet der Mittelwertbildner aus den vier
bestimmten Standardabweichungen der Mittelwerte der
jeweiligen Wavelet-Koeffizienten einen gemeinsamen
Mittelwert aller vier Wavelet-Koeffizienten. Die oben
beschriebene Bestimmung des Mittelwerts der
Standardabweichungen der Wavelet-Koeffizienten zeigt ohne
Beschränkung der Allgemeinheit eine Möglichkeit der
Bestimmung auf. Für den Fach ist jedoch offensichtlich, daß auch andere Möglichkeiten der Bestimmung des
Standarabweichung möglich sind. Wobei, wie bereits erwähnt, das Wavelet bzw. die Wavelet-Koeffizienten so gewählt
wurden, daß eine im wesentlichen exakte Unterscheidung
zwischen Signalen des Vorhofflatterns und des
Vorhofflimmerns erfolgt.

Dies bedeutet, daß die eigentliche Unterscheidung im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise auf Grundlage nur eines einzigen Auswerteparameters erfolgen kann nämlich dem Mittelwert der Standardabweichungen der Wavelet-Koef
f izienten. Erforderlich hierfür ist allerdings die
Festlegung eines Grenzwertes,- nach dem die Meßvorrichtung
bzw. Analyseeinrichtung die Unterscheidung zwischen
Vorhofflimmern und Vorhofflattern des Herzens vornimmt. Ein geeignetes Mittel zur Bestimmung des Grenzwertes für die
Standardabweichung der Wavelet-Koeffizienten, die innerhalb einer Meßperiode bestimmt wurden, ist eine Messung, die aus mehreren Einzelmessungen besteht, so daß aus den
Einzelmessungen der maximale Wert der gemittelten
Standardabweichung des Vorhofflattern und der minimale Wert der gemittelten Standardabweichung des Vorhofflimmerns
bestimmbar ist und der Grenzwert aus einem Zwischenwert
beider Größen definierbar ist.

Für die erfindungsgemäße Meßvorrichtung konnte gezeigt

werden, daß der maximale Wert der gemittelten Standardabweichung des Vorhofflatterns und der minimale Wert der gemittelten Standardabweichung des Vorhofflimmerns bei der Messung einer Summe von Zeitfenstern sich nicht gegenseitig überschneiden. Wobei dadurch auch gezeigt werden konnte, daß die Standardabweichung ein geeigneter Parameter zur Festlegung eines Grenzwertes ist. Es kann davon ausgegangen werden, daß die von der Prozessor-Einrichtung berechneten Wavelet-Koeffizienten der elektrischen Signale des Vorhofflatterns und des Vorhofflimmerns normal verteilt sind. Wobei der "Nichtüberlappungsbereich" zwischen den Intervallen der Standardabweichungen der Mittelwerte des Vorhofflimmerns und des Vorhofflatterns geeignet groß ist, wodurch auch die Ränder der Normalverteilung nicht überlagern. Messungen haben diesbezüglich gezeigt, daß wenn bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung bzw. Analyseeinrichtung die Größe des Grenzwertes auf 500 Einheiten bezüglich der Standardabweichung der Wavelet-Koeff izienten aus den elektrischen Signalen des Vorhofflimmerns und Vorhofflatterns festgelegt wird, eine im wesentlichen optimale Diskrimierung zwischen den benannten Herzzuständen erfolgen kann. Für den Fachmann ist offensichtlich, daß ein Verschiebung des Grenzwertes möglich ist, wenn beispielsweise eine andere Anzahl an gemessenen Signalen in einem Zeitfenster zugrunde gelegt wird oder wenn das für die Auswertung benutzte Zeitfenster verändert wird.

Ferner konnte in der Praxis gezeigt werden, daß die erfindungsgemäße Meßvorrichtung sehr vielseitig einsetzbar ist. Dabei läßt sie sich unter anderem in Herzschrittmachern, Defibrillatoren und Zweikammerdefibrillatoren verwenden. Sie ist besonders gut geeignet für Zweikammerdefibrillatoren, bei denen sowohl eine Unterscheidung zwischen Herzkammerflimmern und Herzkammerflattern als auch Hervorhofflimmern und

Herzvorhofflattern erfolgt, um eine differenzierte Unterscheidung zu ermöglichen. Die Unterscheidungsfähigkeit ist insbesondere deshalb nötig, weil vielfach ein im Vorhof krankhaft bzw. abnormal erzeugtes Herzflimmern oder Herzflattern von einem reinen Kammerdefibrillator als Kammerflimmern erkannt wird und so nicht auf differenzierte Weise die Ursache des Flimmerns oder Flatterns behandeln kann. Natürlich ist für den Fachmann offensichtlich, daß mittels der hier verwendeten Wavelettransformation und deren Analyse auf der Grundlage von Mittelwerten von Waveletkoeffizienten nicht nur geeignet ist eletktrische Signale des Vorhofflatterns und Vorhofflimmerns zu unterscheiden, sondern diese generell und flexibel auch auf andere elekrische Signale bzw. Zustände des Herzens angewandt werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand von Zeichnungen und Diagrammen unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben.

Es zeigen:

Fig. l detektierte Signale des Vorhofflatterns, die innerhalb eines Zeitfensters aufgenommen wurden.

Fig. 2 detektierte Signale des Vorhofflimmerns, die innerhalb eines Zeitfensters aufgenommen wurden.

Fig. 3 detektierte Signale des Vorhofflimmerns und deren Wavelet-Transformierten auf der Basis von 4 Wavelet-Koeffizienten.

Fig. 4 detektierte Signale des Vorhofflaterns und deren Wavelet-Transformierten auf der Basis von 4 Wavelet-Koeffizienten.

Fig. 5 ein Diagramm das die Abweichung des aus einem Zeitfenster bestimmten Durchschittswertes der gemittelten Standardabweichungen der Wavelet-Koeffizienten in einem Zeitfenster versus den gemessenen Zeitfenstern darstellt.

Fig. 6 ein Diagramm in Balkenform, daß die mittlere Standardabweichung von vier Wavelet-Koeffizienten bei Vorhofflattern und Vorhofflimmern darstellt.

Figs 7 und 8 ein Diagramm, das die Mittelwerte der gemittelten Standardabweichungen der einzelnen Wavelet-Koeffizient bei Vorhofflattern und Vorhofflimmern über mehrere Zeitfenster mit minimaler und maximaler Abweichung in Balkenform darstellt.

Fig.7 ein Diagramm, das die Mittelwerte der gemittelten Standardabweichungen der einzelnen Wavelet-Koeffizient bei Vorhofflattern über mehrere Zeitfenster mit minimaler und maximaler Abweichung darstellt.

Fig. 8 ein Diagramm, das die Mittelwerte der gemittelten Standardabweichungen der einzelnen Wavelet-Koeffizient bei Vorhofflimmern über mehrere Zeitfenster und mit minimaler und maximaler Abweichung darstellt.

Figs 9 bis 12 Diagramme, die die Mittelwerte der gemittelten Standardabweichungen der einzelnen Wavelet-Koeffizienten des Vorhofflatterns und Vorhofflimmerns über mehrere Zeitfenster im Vergleich darstellen.

Fig. 13 ein Diagramm das den Mittelwert der gemittel Standardabweichung von vier Wavelet-Koeffizienten innerhalb eines Zeitfensters über mehrere Zeitfenster in Gegenüberstellung des Vorhofflatterns und Vorhofflimmerns.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere die Unterscheidung zwischen Vorhofflimmern und Vorhofflattern zu treffen. Diese Differenzierung soll durch die Verwendung eines Wavelets und dessen Wavelet-Koeffizienten erfolgen, die ein Maß für die Signalveränderungen sind und mit deren Hilfe zwischen Klassen von Signaltypen unterschieden werden kann. Vorhofflattern und Vorhofflimmern stellen beispielsweise solche unterschiedlichen Signaltypen dar. Daß es sich dabei tatsächlich um unterschiedliche Signaltypen handelt ist beispielhaft aus den Figuren. 1 und 2 zu entnehmen. Fig. 1 zeigt Signale des Vorhofflatterns währen einer Meßperiode von lOsec. Deutlich ist aus dem Diagramm gemäß Fig. 1 zu erkennen, daß die Abweichung bei den Signalamplituden vergleichsweise schwach sind. Betrachtet man zudem die innere Struktur der Signale, so kann man gleiches feststellen. D.h. auch der frequentielle Verlauf der Einzelsignale ist vergleichbar. Dies bedeutet, daß die elektrischen Signale des Vorhofflatterns eine periodisch regelmäßige Struktur aufweisen. Im Vergleich zu Vorhofflattern sind in Fig. 2 Signale des Vorhofflimmerns aufgezeigt. Sowohl was die Amplitudenveränderungen als auch den frequentiellen Verlauf an geht, ist bei Vorhofflimmern ein im wesentlichen kaotisches Verhalten zu erkennen. Elektrische Signale des Vorflatterns sind demgemäß Signale vom periodischen und die des Vorflimmerns vom kaotischen Typ.

Eine anhand von vier Wavelet-Koeffizienten durchgeführte Wavelettransformation, an den in den Figs. I und 2 beschriebenen Signalen, ist in den Figuren 3 und 4 gezeigt. Die in den Figuren 3 und 4 zu sehenden durchgezogenen Linien geben die Rücktransformation auf der Basis der Waveletkoeffizienten an. In Fig. 3 ist die Rücktransformation des Vorhofflatterns aufgezeigt. Dagegen

sind in Fig. 4 die Rücktransformation der Wavelets des Vorhofflimmerns dargestellt. Im Hintergrund der Wavelets in den Figuren 3 und 4 sind die jeweiligen Ausgangssignale zu sehen. Aus Fig. 3 erkennt man, daß die Rücktransformation des Vorhofflatterns einen im wesentlichen regulären Verlauf besitzt und damit genau die wesentliche Eigenschaft, wie sie bereits oben diskutiert wurde. Im Gegensatz dazu sieht man aus Fig. 4, daß beim Vorhofflimmern auch die Rücktransformation keinen einheitlichen Verlauf besitzt. Genauer gesagt können beim Vorhofflimmern zwei aufeinanderfolgende Signale zwei völlig unterschiedliche Rücktransformationen besitzen. Diese Eigenschaft ist also bereits durch das Verwenden einer Wavelet-Transformation auf der Basis von nur vier Wavelet-Koeffizienten deutlich unterscheidbar und es ist genau diese Erkenntnis die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegt.

Da eine Auswertung der Wavelet-Koeffizienten jedes einzelnen Signals einen vergleichsweise hohen Rechenaufwand darstellen würde, verarbeitet die im Rahmen der Meßvorrichtung eingesetzte Prozessoreinrichung innerhalb vordefinierbarer Zeitfenster bzw. Perioden eine Summe von Wavelet-Koef fizienten. Die Analyse der Signale erfolgt dabei durch das Bilden des Mittelwertes der jeweiligen Wavelet-Koef f izienten und der jeweils zugeorneten Standardabweichung innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters. Aus den daraus resultierenden vier Standardabweichungen ist dann der Mittelwert zu bestimmen. Dieser Mittelwert dient dann zur eigentlichen Analyse. Abbildung Fig. 5 zeigt in diesem Zusammenhang, daß die gemittelte Standardabweichungen der Wavelet Koeffizienten durchaus ein probater Analyse-Parameter ist. In Fig. 5 ist hierzu ein Diagramm gezeichnet, aus dem die gemittelte Standardabweichung des Vorhofflimmerns (runde Punkte) und des Vorhofflatterns (dreieckige Punkte) zu erkennen sind. Es wurden Empfangsperioden von lOsec. eingestellt. In diesen

Zeitfenstern wurden jeweils 25 Einzelsignalen aufgenommen. Insgesamt umfaßt die in Fig. 5 dargestellte Messung 82 Datensegmente bzw. Zeitfenster. Die gemittelten Standardabweichungen der Wavelet-Koeffizienten jedes einzelnen der 82 Datentensegments wurde dabei gemäß Fig. 5 gegen die jeweiligen Datensegmente aufgetragen. Dabei kann auch aus dieser Darstellung erkannt werden, daß die als kreisförmige Punkte dargestellten Abweichungen der gemittelten Standardabweichungen des Vorhofflimmerns eine starke Streuung aufweisen, wohingegen diese beim Vorhofflattern (als Dreiecke gezeichnet) vergleichsweise gering ist. Weiterhin vorteilhaft ist jedoch auch, daß sich die Streuung der gemittelten Standardabweichungen nicht gegenseitig überlappen, wodurch ein erster Hinweis gegeben ist, daß die Standardabweichungen durchaus ein geeignetes Mittel darstellen, um ein erfolgreiches Differenzierung zwischen Vorhofflimmern und Vorhofflattern zu ermöglichen.

Ein entsprechendes Ergebnis hinsichtlich der Datenstreuung kann auch aus dem in Fig. 6 dargestellten Balkendiagramm entnommen werden. Bei den schraffierten Balken handelt es sich um die gemittelten Standardabweichungen des Vorhofflimmers über mehrere Zeitfenster und die nicht schraffierten Balken zeigen die gemittelten Standardabweichungen des Vorhofflatterns. Wobei bei dieser Darstellung gemittelte Standardabweichungen von jeweils äquivalenten Wavelet-Koeffizienten gezeigt sind, d.h. von den Wavelet-Koeffizienten 1, 2, 3 und 4. Deutlich ist aber auch hierbei, daß die Abweichungen beim Vorhofflimmern wesentlich größer sind als beim Vorhofflattern.

Eine für die Unterscheidung zwischen Vorhofflimmern und Vorhofflattern vorteilhafts Ergebnisse ist aus den Figuren und 8 zu entnehmen. In Figuren 7 und 8 sind die gemessenen und gemittelten Standardabweichungen der äquivalenten

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Wavelet-Koeffizienten aus 41 Perioden des Vorhofflatterns (Fig. 7) und 41 Perioden des Vorhoff1immern (Fig. 8) eingetragen. Ferner ist aus den Abbildungen ersichtlich, daß zu den gemittelten Standardabweichungen (lange Linien) auch die minimalen und maximalen Standardabweichungswerte zu den jeweils gemittelten Standardabweichung der jeweiligen Koeffizienten (Balken bei den jeweiligen gemittelten Standardabweichungen) dargestellt sind. Fig. 7 zeigt in diesem Zusammenhang gemittelte Standardabweichungen über mehrer Zeitfenster des Vorhofflatterns und Fig. 8 entsprechende gemittelte Standardabweichungen des Vorhofflimmerns. Dabei ist darauf zu achten, daß der Koeffizient 4 in Fig. 7 mit einem Wert von 175 nach oben die maximale Abweichung von der gemittelten Standardabweichung aufweist. Betrachtet man im Gegenzug in Fig. 8 die größte Abweichung der gemittelten Standardabweichung der Wavelet-Koeffizienten nach unten, die gemäß der Zeichnung bei liegt, so erkennt man, daß durch diese Mittelwerte der Standardabweichung der Einzelkoeffizienten zwar eine Grobunterscheidung zwischen Vorhofflattern und Vorhofflimmern zu lassen, jedoch eine genaue Differenzierung nicht ermöglichen. Die in den Figuren 7 und 8 getrennt dargestellten gemittelten Standardabweichungen des Vorhofflatterns und des Vorhofflimmerns für die jeweiligen Wavelet-Koeffizienten sind in den Figs 9 bis 12 nochmals im einzelnen gegenübergestellt. Fig. 9 zeigt dabei einen Vergleich der gemittelten Standardabweichungen der Wavelet-Koeff izienten 1 des Vorhofflatterns la und des Vorhofflimmerns Ib und die Figs IO bis 12 jeweils einen Vergleich der Koeffizienten 2 bis 4. Bei den zuletzt genannten Figuren ist zu ersehen, daß auch bei einem Einzelvergleich stets ein Überlapp zwischen den minimalen und maximalen Standardabweichungen vorliegt. Die Wavelet-Koeff izienten 2 bis 4 eignen sich daher für sich nicht zur vollständigen Differenzierung. Einzig bei Fig. 9, d.h. beim

Vergleich der Koeffizienten 1, ist keine Überschneidung der Standardabweichungen der Mittelwerte der Wavelet-Koeffizienten zu erkennen, so daß dieser durchaus zur gewünschten Unterscheidung zwischen Vorhofflattern und Vorhofflimmern herangezogen werden könnte. Um jedoch die Datensicherheit zu erhöhen ist es wünschenswert, wenn mehr als nur ein Auswerteparameter an der Analyse beteiligt ist. Dies bezieht sich auch insbesondere darauf, daß der Abstand zwischen den Balken der Standardabweichung des Vorhofflatterns und Vorhofflimmerns nicht all zu groß ist und somit dennoch ein zufälliges Überlappen der Verteilungskurven erfolgen kann.

Aus diesem Grund erfolgt die Auswertung bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung nicht nur auf der Basis des Wavelet-Koeffizienten 1, sondern vorteilhafterweise auf der Grundlage der gemittelten Standardabweichungen aus der Summe der Standardabweichungen aller Wavelet-Koeffizienten, die innerhalb einer Meßperiode von beispielsweise lOsec gemessen werden. Es hat sich nämlich bei mehrfachen Messungen gezeigt, daß auch bei der erwähnten Summe kein Überlapp zwischen den minimalen und maximalen Werten Standardabweichungen des Vorhofflatterns und Vorhofflimmerns existiert, so daß derart ein eindeutiges Auflösen zwischen den elektrischen Signalen des Vorhofflatterns und des Vorhofflimmers erfolgen kann. Entsprechende Meßergebnisse sind in Fig. 13 veranschaulicht. Die Darstellungsweise entspricht den Figuren 7 bis 12. Es sind in Fig. 13 Mittelwerte von gemittelten Standardabweichungen der Wavelet-Koeffizienten innerhalb einer Periode über mehrere Zeitfenster, hier jeweils 41 für Vorhofflattern und Vorhofflimmern, und die jeweils eingezeichneten minimalen und maximalen gemittelten Standardabweichungen des Vorhofflatterns und Vorhofflimmerns gegenübergestellt. Links ist der Mittelwert der gemittelten Standardabweichung des

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Vorhofflaterns und rechts die des Vorhofflimmers zu erkennen. Deutlich ist auch hier zu sehen, daß keine Überschneidung zwischen den jeweiligen minimalen und maximalen Werte der Standardabweichungen des Vorhofflatterns und Vorhofflimmers vorliegt. Vorteilhafterweise ist der Unterschied, d.h. die Lücke zwischen den Balken vergleichsweise groß, so daß davon ausgegangen werden kann, daß die Verteilungskurve, die sich durch einen relativ stellen Flankenverlauf auszeichnen, auch über die minimalen bzw. maximalen gemittelte Standardabweichungen hinaus kein Überlapp bildet, so daß von einer vollständigen Auflösung zwischen Vorhofflattern und Vorhofflimmern gesprochen werden kann. Für die in der Praxis durchgeführten Differenzierung bedeutet dies, daß gemäß entsprechenden Messungen wie sie beispielhaft in Fig. 13 veranschaulicht sind, ein Grenzwert bestimmt werden kann, mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Lage ist die gewünschte Unterscheidung zwischen Vorhofflattern und Vorhofflimmern vorzunehmen. Gemäß der vorliegenden Meßergebnisse liegt dies Grenzwert bei 500 Einheiten. Für den Fachmann ist offensichtlich, daß ein derartiges Vorrichtung bzw. Verfahren nicht nur für die Erkennung von Vorhofflatter und Vorhofflimmern einsetzbar ist, sondern daß auf diese Weise die unterschiedlichsten Signaltypen bzw. Signalgruppen unterschieden werden können. D.h. die Erfindung bezieht sich nicht nur auf die Unterscheidung von Vorhofflattern und Vorhofflimmern, sondern auch andere Zustände des Herzens. Beim praktischen Einsatz der Meßvorrichtung erfolgt die Analyse nicht auf der Grundlage mehrerer Meßperioden, sondern darauf, daß die gemittelten Standardabweichungen der Wavelekoeffizienten mit dem eingegebenen Grenzwert verglichen wird.

Vorstellbar ist aber auch ein Unterscheidung zwischen z.B. Vorhofflattern und Vorhofflimmern und der normalen Sinusknotenanregung des Herzens eine Vorselktion

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vorzunehmen. Diese Vorauswahl könnte mit bereits bekannten Verfahren bzw. Geräten erfolgen bei denen diese Auswahl sicher über eine Frequenzanalyse oder über Auswertung von Standardabweichungen der Abstandsmittelwerte zwischen aufeinanderfolgenden Einzelsignalen erfolgt. Eine entsprechende Vorrichtung Möglichkeit ist in der Grauchsmusteranmeldung Nr. 297 20 690.1 offenbart.

Claims

1. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen umfassend:
eine Sensoreinrichtung zum Erkennen von analogen Signalfolgen aus zugeordneten Signalquellen, eine Auswerteeinrichtung zum Bestimmen von Wafelet-
Koeffizienten für die empfangenen Signale
eine Analyseeinrichtung zum Bewerten von Mittelwerten
von Standardabweichungen der Wavelet-Koeffizienten,
wobei unter Verwendung der Standardabweichungen eine Zuordnung zu Klassen von Herzzuständen erfolgt.

2. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung vor Flattern und vor Flimmern des Herzens unterscheiden kann.

3. Meßvorrichtung zuer Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung eine Sensoreinrichtung mit einer bipolaren Katheterelektrode umfaßt.

4. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung eine Verstärkereinrichtung zum Verstärken von Signalen umfaßt.

5. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung einen Filter zum Filtern von Signalen umfaßt.

6. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgefilterte Signalbereich insbesondere zwischen 40 und 500 Hz liegen kann.

7. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung eine Einrichtung zum Festlegen eines Schwellenwertes für die Signalamplituden der Eingangssignale umfaßt.

8. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert bei insbesondere 25% der maximalen Signalamplitude festlegbar ist.

9. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung eine Normiereinrichtung umfaßt.

10. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach Abspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalamplituden im wesentlichen auf Eins nomiert sind.

11. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Meßvorrichtung Zeitfenster, während denen die Messung durchführbar ist, entlang einer empfangenen Signalfolge definierbar sind.

12. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitfenster insbesondere eine Periode von 10 sec. aufweisen.

13. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Periode vorzugsweise 25 aufeinanderfolgende Signale erfaßbar sind.

14. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung einen Analog-Digital-Wandler zum Digitalisieren analoger Signale aufweist.

15. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertereinrichtung einen Prozessor zum Durchführen einer Walvet- Transformation gemäß dem Mallat-Algorithmus umfaßt.

16. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertereinrichtung aus der Wavelet-Transformation vorzugsweise 4 Wavelet- Koeffizienten auf der gröbsten Skala pro Signal bildet.

17. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertereinrichtung einen Summenbildner zum Summieren von Wavelet- Koeffizienten aufweist.

18. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung einen Mittelwertbildner zum Bilden von Mittelwerten umfaßt.

19. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Signalanalyse die Meßvorrichtung eine Einrichtung zum Bilden von Standardabweichungen umfaßt.

20. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwertbildner den Mittelwert der Standardabweichungen der Wavelet- Koeffizienten in einem Zeiterfenstern bildet.

21. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwertbildner den Mittelwert der gemittelten Standardabweichung der Wavelet-Koeffizienten aus mehreren Zeitfenster bildet.

22. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert für die Standardabweichung der Wavelet-Koeffizienten vorzugsweise bei 500 Einheiten liegt.

23. Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert zur Unterscheidung zwischen insbesondere den Signalen des Herzflatterns und des Herzflimmerns im wesentlichen zwischen dem maximalen Wert der gemittelten Standardabweichung der Wavelet-Koeffizienten des Vorhofflatters und dem minimalen Wert der gemittelten Standardabweichung der Wavelet-Koeffizienten des Vorhofflimmerns bestimmbar ist.

24. Verfahren zum Erkennen von Herzrhythmusstörungen gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

a) detektieren von analogen Signalen des Herzens,

b) Ausführen einer Wavelet-Transformation an den detektierten Signalen,

c) Bildung einer Standardabweichung aus den Wavelet- Koeffizienten der Wavelet-Transformation,

d) Analyse der Standardabweichung und Zuordnung der detektierten Signale zu Klassen von Herzzuständen.

25. Meßgerät gekennzeichnet durch eine Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorherstehenden Ansprüche von 1-24.

26. Herzschrittmacher gekennzeichnet durch eine Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorherstehenden Ansprüche von 1-24.

27. Defibrilator gekennzeichnet durch eine Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorherstehenden Ansprüche von 1-24.

28. Zweikammer-Defibrilator gekennzeichnet durch eine Meßvorrichtung zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorherstehenden Ansprüche von 1-24.