DE3131042C2

DE3131042C2 - Circuit for detecting cardiac arrhythmias and for defibrillating the heart

Info

Publication number: DE3131042C2
Application number: DE3131042A
Authority: DE
Inventors: Marlin Stephen Gibsonia Pa. Heilman; Alois A. Pittsburgh Pa. Langer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-08-05
Filing date: 1981-08-05
Publication date: 1987-02-19
Also published as: GB2083363A; GB2083363B; JPS57501116A; WO1982000415A1; NL190185C; NL8103696A; DE3131042A1; JPH0245462B2; NL190185B; CA1171912A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Erfassen von Herzrhythmusstörungen eines Patienten und zur Defibrillation des Herzens des Patienten im Falle einer Herzrhythmusstörung, die aus einem Kammerflimmern oder einer starken oder schwachen Tachykardie bestehen kann. Beim Erfassen einer derartigen Herzrhythmusstörung wird die Herzfrequenz gemessen, um zwischen einem Kammerflimmern und einer starken Tachykardie einerseits und einer schwachen Tachykardie andererseits zu unterscheiden. Falls erkannt wird, daß es sich um ein Kammerflimmern oder um eine starke Tachykardie handelt, erfolgt automatisch eine Defibrillation des Herzens des Patienten. In einer Ausführungsform sind eine Basiselektrode und eine Spitzenelektrode mit einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionsschaltung (WDF-Schaltung) und einer Frequenzmeßschaltung verbunden. Wenn sowohl eine Herzrhythmusstörung als auch eine zu hohe Herzfrequenz erfaßt werden, erfolgt eine Defibrillation des Herzens des Patienten. In einer zweiten Ausführungsform ist mit dem Herzen auch ein Sensorknopf verbunden und zwischen den Elektroden und dem Sensorknopf einerseits und der Schnittstelle andererseits ein Schalter angeordnet. Während die WDF-Schaltung den Herzrhythmus überwacht, verbindet der Schalter die Elektroden automatisch mit der WDF-Schaltung. Während des Überwachens der Herzfrequenz verbindet der Schalter den Sensorknopf mit der Frequenzmeßschaltung. Wenn angezeigt wird, daß eine Defibrillation erforderlich ist,The invention relates to an arrangement and a method for detecting cardiac arrhythmias in a patient and for defibrillating the patient's heart in the event of a cardiac arrhythmia, which may consist of ventricular fibrillation or a strong or weak tachycardia. When such a cardiac arrhythmia is detected, the heart rate is measured in order to distinguish between ventricular fibrillation and a strong tachycardia on the one hand and a weak tachycardia on the other. If it is detected that it is ventricular fibrillation or a strong tachycardia, the patient's heart is automatically defibrillated. In one embodiment, a base electrode and a tip electrode are connected to a probability density function circuit (WDF circuit) and a frequency measuring circuit. If both a cardiac arrhythmia and an excessively high heart rate are detected, the patient's heart is defibrillated. In a second embodiment, a sensor button is also connected to the heart and a switch is arranged between the electrodes and the sensor button on the one hand and the interface on the other. While the WDF circuit is monitoring the heart rhythm, the switch automatically connects the electrodes to the WDF circuit. While monitoring the heart rate, the switch connects the sensor button to the rate measuring circuit. If it is indicated that defibrillation is required,

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Ermittlung von Herzrhythmusstörungen und zur Defibrillation des Herzens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a circuit for detecting cardiac arrhythmias and for defibrillating the heart according to the preamble of patent claim 1.

Eine derartige Schaltung ist aus der US-PS 42 02 340 bekannt. Bei der vorbekannten Schaltung wird ein Kammerflimmern unter Anwendung einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion erfaßt und ein Herzflimmern angezeigt, wenn die Kriterien der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion erfüllt sind und wenn ein Phasenregelkreis bei unregelmäßigem Abstand der R-Zacken nicht einrastet. Neuere Erfahrungen haben jedoch gezeigt, daß bei einem oder mehreren besonders abnormalen EKGs der bekannte Detektor, der unter Anwendung der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion arbeitet, bei nicht optimaler Einstellung nicht nur auf ein tatsächliches Kammerflimmern, sondern auch auf manche Formen von mehr oder weniger starker Tachykardie anspricht, besonders bei Kammerleitungsstörungen. Bei einer starken Tachykardie ist diese Ansprache zulässig, weil eine starke Tachykardie tödlich sein kann, wenn die Herzfrequenz so hoch ist, daß nicht mehr genügend Blut gepumpt wird. Dagegen ist eine Ansprache des Detektors bei einer schwachen, nicht lebensbedrohenden Tachykardie problematisch. Wenn bei einer schwachen Tachykardie ein Defibrillationsimpuls ausgelöst wird, kann dies für den Patienten gefährlich werden.Such a circuit is known from US-PS 42 02 340. In the previously known circuit, ventricular fibrillation is detected using a probability density function and cardiac fibrillation is indicated when the criteria of the probability density function are met and when a phase-locked loop does not lock in due to irregular spacing of the R waves. However, recent experience has shown that in the case of one or more particularly abnormal ECGs, the known detector, which works using the probability density function, responds, if not optimally adjusted, not only to actual ventricular fibrillation but also to some forms of more or less severe tachycardia, particularly in the case of ventricular conduction disturbances. This response is permissible in the case of severe tachycardia because severe tachycardia can be fatal if the heart rate is so high that not enough blood is pumped. In contrast, responding to the detector in the case of weak, non-life-threatening tachycardia is problematic. If a defibrillation pulse is triggered during a weak tachycardia, this can be dangerous for the patient.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannte Schaltung, nach der die Herzrhythmusstörung aufgrund der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion ermittelt wird, dahingehend weiterzubilden, daß sie sowohl bei Herzkammerflimmern als auch bei einer starken Tachykardie, die einen Defibrillationsstromstoß erfordert, auslöst, dagegen bei einer schwachen Tachykardie, bei der ein derartiger Stromstoß zu vermeiden ist, nicht.The object of the invention is therefore to further develop the known circuit according to which the cardiac arrhythmia is determined on the basis of the probability density function in such a way that it triggers both in the case of ventricular fibrillation and in the case of a strong tachycardia which requires a defibrillation current impulse, but not in the case of a weak tachycardia where such a current impulse is to be avoided.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hierdurch wird also eine Anordnung geschaffen, mit der unter Anwendung einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion das Vorhandensein einer Herzrhythmusstörung festgestellt und durch Messen der Herzfrequenz zwischen einem Kammerflimmern und einer starken Tachykardie einerseits und einer schwachen Tachykardie andererseits unterschieden werden kann.According to the invention, this object is achieved by the features specified in patent claim 1. This therefore creates an arrangement with which the presence of a cardiac arrhythmia can be determined using a probability density function and by measuring the heart rate it can be distinguished between ventricular fibrillation and a strong tachycardia on the one hand and a weak tachycardia on the other.

Aus der US-PS 38 57 398 ist es bekannt, ein Herzkammerflimmern dadurch zu ermitteln, daß sowohl die Herzschlagfrequenz als auch die Zeitdauer der Q-S-Periode des QRS-Komplexes ermittelt werden. Die Herzschlagfrequenz wird dabei in Abhängigkeit des Auftretens der QRS-Komplexe ermittelt. Wenn sowohl die Herzschlagfrequenz als auch die Q-S-Periode einen jeweils vorgegebenen Schwellenwert überschreiten, wird ein Herzkammerflimmern angezeigt und ein Defibrillationsimpuls ausgelöst.From US-PS 38 57 398 it is known to detect ventricular fibrillation by determining both the heart rate and the duration of the Q-S period of the QRS complex. The heart rate is determined depending on the occurrence of the QRS complexes. If both the heart rate and the Q-S period exceed a predetermined threshold value, ventricular fibrillation is indicated and a defibrillation pulse is triggered.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigtAn embodiment of the invention is described below with reference to the drawings.

Fig. 1 ein Blockschema einer Anordnung gemäß der Erfindung, Fig. 1 is a block diagram of an arrangement according to the invention,

Fig. 2 ein ausführliches Schaltschema der in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 verwendeten Schaltung zum Messen der Herzfrequenz und Fig. 2 is a detailed circuit diagram of the circuit used in the embodiment of Fig. 1 for measuring the heart rate and

Fig. 3 eine Anzahl von Wellenformen, die zur Erläuterung der Wirkungsweise der Frequenzmeßschaltung gemäß den Fig. 1 und 2 herangezogen werden. Fig. 3 shows a number of waveforms which are used to explain the operation of the frequency measuring circuit according to Figs. 1 and 2.

Fig. 1 ist ein Blockschema einer Anordnung gemäß der Erfindung. Fig. 1 is a block diagram of an arrangement according to the invention.

Die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung 30 ist mit einer Basiselektrode 12, einer Spitzenelektrode 14 und einem Sensorknopf 32 verbunden, der der Spitzenelektrode 14 zugeordnet ist. Insbesondere sind die Elektroden 12 und 14 und der Sensorknopf 32 über einen Schalter 34 und die Schnittstelle 16 mit dem EKG-Verstärker 18 und dem Defibrillationsimpulsgeber 26 verbunden. Der EKG-Verstärker 18, dessen Ausgangssignal dank einer eingebauten Filterfunktion annähernd der Ableitung des Herzstromsignals entspricht, ist mit der WDF-Schaltung 20 verbunden und ist außerdem mit einem üblichen R-Zacken-Detektor 22 verbunden, der bei jeder R-Zacke einen Impuls erzeugt. Der Ausgang des R-Zacken- Detektors 22 ist mit einer Frequenzmeßschaltung 23 verbunden, die in der nachstehend beschriebenen Fig. 2 ausführlicher beschrieben ist. Der Ausgang der WDF-Schaltung 20 ist über das Flipflop 36 mit dem einen Eingang des UND-Gliedes 24 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang der Frequenzmeßschaltung 23 verbunden ist. Der Ausgang des Flipflops 36 ist mit der Frequenzmeßschaltung 23 verbunden, ferner mit dem Eingang eines Rücksetz-Zeitgebers 38 und mit dem Schalter 34. Der Ausgang des Rücksetzzeitgebers 38 ist mit dem Rücksetzeingang des Flipflops 36 verbunden. Der Ausgang des UND- Gliedes 24 ist außer mit dem Defibrillationsimpulsgeber 26 auch mit dem Rücksetzeingang des Flipflops 36 und dem Schalter 34 verbunden.The arrangement 30 shown in Fig. 1 is connected to a base electrode 12 , a tip electrode 14 and a sensor button 32 associated with the tip electrode 14. In particular, the electrodes 12 and 14 and the sensor button 32 are connected to the ECG amplifier 18 and the defibrillation pulse generator 26 via a switch 34 and the interface 16. The ECG amplifier 18 , whose output signal corresponds approximately to the derivative of the cardiac current signal thanks to a built-in filter function, is connected to the WDF circuit 20 and is also connected to a conventional R -wave detector 22 which generates a pulse at each R -wave. The output of the R -wave detector 22 is connected to a frequency measuring circuit 23 which is described in more detail in Fig. 2 described below. The output of the WDF circuit 20 is connected via the flip-flop 36 to one input of the AND gate 24 , the other input of which is connected to the output of the frequency measuring circuit 23. The output of the flip-flop 36 is connected to the frequency measuring circuit 23 , and also to the input of a reset timer 38 and to the switch 34. The output of the reset timer 38 is connected to the reset input of the flip-flop 36. The output of the AND gate 24 is connected not only to the defibrillation pulse generator 26 but also to the reset input of the flip-flop 36 and the switch 34 .

Die in der Fig. 1 gezeigte Schnittstelle 16 ist eine übliche Schnittstelle, die den EKG-Verstärker 18 vor den Defibrillationsimpulsen schützt, die der Impulsgeber 26 abgibt. Dabei gestattet die Schnittstelle 16 jedoch die Überwachung der Herztätigkeit durch den EKG-Verstärker 18. Man kann als Schnittstelle 16 beispielsweise die Schaltung anwenden, die in der US-PS 44 40 172 beschrieben ist. Die WDF-Schaltung 20 ist eine übliche Schaltung für die Prüfung anhand der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion und ist beispielsweise in der US-PS 41 84 493 und der US-PS 42 02 340 ausführlicher beschrieben.The interface 16 shown in Fig. 1 is a conventional interface which protects the ECG amplifier 18 from the defibrillation pulses emitted by the pulse generator 26. The interface 16 , however, allows the cardiac activity to be monitored by the ECG amplifier 18. The circuit described in US Pat. No. 4,440,172, for example, can be used as the interface 16. The WDF circuit 20 is a conventional circuit for testing using the probability density function and is described in more detail in US Pat. Nos. 4,184,493 and 4,202,340, for example.

Im Betrieb befindet sich der Schalter 34 zunächst in dem mit 40 bezeichneten Zustand. In diesem als RHYTHMUSÜBERWACHUNG bezeichneten Betriebszustand der Anordnung überwacht der EKG-Verstärker 18 die Herztätigkeit über die Schnittstelle 16, den Schalter 34 und die Elektroden 12 und 14. Dabei gibt der Verstärker 18 sein Ausgangssignal an die WDF-Schaltung 20 ab. (Die Frequenzmeßschaltung 23 ist zunächst noch ausgeschaltet.) Wenn die WDF-Schaltung 20 eine Herzrhythmusstörung erfaßt, legt sie ein Ausgangssignal an den Setzeingang des Flipflops 36 an. Bei gesetztem Flipflop 36 wird das Vorhandensein einer Herzrhythmusstörung gespeichert und gibt das Flipflop 36 an seinem Ausgang Q ein Signal ab.In operation, the switch 34 is initially in the state designated 40. In this operating state of the arrangement, referred to as RHYTHM MONITORING, the ECG amplifier 18 monitors the heart activity via the interface 16 , the switch 34 and the electrodes 12 and 14. The amplifier 18 sends its output signal to the WDF circuit 20. (The frequency measuring circuit 23 is initially still switched off.) If the WDF circuit 20 detects a cardiac arrhythmia, it applies an output signal to the set input of the flip-flop 36. When the flip-flop 36 is set, the presence of a cardiac arrhythmia is stored and the flip-flop 36 sends a signal at its output Q.

Das Signal vom Ausgang Q des Flipflops 36 wird an den Aktivierungseingang des UND-Gliedes 24 angelegt und als START-Befehl an die Frequenzmeßschaltung 23 und den Rücksetz-Zeitgeber 38 angelegt. Ferner wird das Signal vom Ausgang Q des Flipflops 36 als Signal FREQUENZMESSUNG an den Schalter 34 angelegt, der dadurch in den Zustand 42 gebracht wird. Jetzt ist die Anordnung im Zustand FREQUENZMESSUNG, d. h. die Frequenzmeßschaltung 23 überwacht die Herzfrequenz. In dem Zustand 42 des Schalters ist die Schnittstelle 16 mit dem Sensorknopf 32 verbunden, so daß die Frequenzmeßschaltung 23 über den R-Zacken-Detektor 22, den Schalter 34, die Schnittstelle 16 und den EKG-Verstärker 18 die Herzfrequenz überwachen kann. Da der EKG-Verstärker 18 mit einer Elektrode mit sehr kleiner Fläche verbunden ist, werden scharfe Depolarisationen nach wie vor von dem R-Zacken-Detektor 22 erfaßt, so daß sie eine einwandfreie Anzeige der Herzfrequenz bewirken. Es sei daran erinnert, daß die Frequenzmeßschaltung 23 durch das Signal vom Ausgang Q des Flipflops 36 ausgelöst wurde, welches dieses Signal abgibt, wenn die WDF-Schaltung 20 eine Herzrhythmusstörung erkennt, weil die Kriterien der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion erfüllt sind.The signal from the Q output of the flip-flop 36 is applied to the activation input of the AND gate 24 and applied as a START command to the frequency measuring circuit 23 and the reset timer 38. Furthermore, the signal from the Q output of the flip-flop 36 is applied as a FREQUENCY MEASUREMENT signal to the switch 34 , which is thereby brought into state 42. The arrangement is now in the FREQUENCY MEASUREMENT state, ie the frequency measuring circuit 23 monitors the heart rate. In state 42 of the switch, the interface 16 is connected to the sensor button 32 so that the frequency measuring circuit 23 can monitor the heart rate via the R -wave detector 22 , the switch 34 , the interface 16 and the ECG amplifier 18 . Since the ECG amplifier 18 is connected to a very small area electrode, sharp depolarizations are still detected by the R wave detector 22 , so that they give a correct indication of the heart rate. It is recalled that the rate measuring circuit 23 was triggered by the signal from the Q output of the flip-flop 36 , which emits this signal when the WDF circuit 20 detects a cardiac arrhythmia because the criteria of the probability density function are met.

Wenn die von der Frequenzmeßschaltung 23 erfaßte Frequenz über einem vorherbestimmten Schwellenwert liegt, gibt die Frequenzmeßschaltung 23 ein Ausgangssignal an das UND-Glied 24 ab. Wenn dieses durch das Signal vom Ausgang Q des Flipflops 36 aktiviert ist, gibt das UND-Glied 24 dieses Ausgangssignal an den Aktivierungseingang des Defibrillationsimpulsgeber 26 weiter, ferner an den Rücksetzeingang des Flipflops 36, das dadurch zurückgesetzt wird, und an den Eingang RHYTHMUSÜBERWACHUNG des Schalters 34, der dadurch in den Zustand 40 gebracht wird. Jetzt befindet sich die Anordnung 30 wieder in dem Zustand RHYTHMUSÜBERWACHUNG. Ferner gibt der über das UND-Glied 24 angesteuerte Defibrillationsimpulsgeber 26 über die Schnittstelle 16 und den im Zustand 40 befindlichen Schalter 34 einen Defibrillationsimpuls an die Basiselektrode 12 und die Spitzenelektrode 14 ab, so daß das Herz des Patienten defibrilliert wird.If the frequency detected by the frequency measuring circuit 23 is above a predetermined threshold value, the frequency measuring circuit 23 delivers an output signal to the AND gate 24. When this is activated by the signal from the Q output of the flip-flop 36 , the AND gate 24 passes this output signal to the activation input of the defibrillation pulse generator 26 , to the reset input of the flip-flop 36 , which is thereby reset, and to the RHYTHM MONITORING input of the switch 34 , which is thereby brought into the state 40. The arrangement 30 is now again in the RHYTHM MONITORING state. Furthermore, the defibrillation pulse generator 26 , which is controlled via the AND gate 24 , delivers a defibrillation pulse to the base electrode 12 and the tip electrode 14 via the interface 16 and the switch 34 in state 40 , so that the patient's heart is defibrillated.

Vorstehend wurde schon erwähnt, daß durch das Signal vom Ausgang Q des Flipflops 36 der Rücksetz-Zeitgeber 38 ausgelöst wird, wenn die WDF-Schaltung 20 eine Herzrhythmusstörung erfaßt hat. Wenn dann während eines vorherbestimmten Zeitabschnitts die Frequenzmeßschaltung keine Herzfrequenz über dem vorherbestimmten Schwellenwert erfaßt hat, gibt der Rücksetz-Zeitgeber 38 an den Rücksetzeingang des Flipflops 36 und an den Rücksetzeingang des Schalters 34 ein Rücksetzsignal ab, so daß das Flipflop 36 und der Schalter 34 in den Zustand 40 zurückgesetzt werden. Somit wird die Anordnung 30 in den Zustand RHYTHMUSÜBERWACHUNG zurückgesetzt, wenn nach dem Erfassen einer Herzrhythmusstörung durch die WDF-Schaltung 20 innerhalb einer vorherbestimmten Zeitspanne keine über dem vorherbestimmten Schwellenwert liegende Herzfrequenz erfaßt wird. Nach dem Rücksetzen kann die WDF-Schaltung 20 das Herzstromsignal wieder überwachen. Der Rücksetzzeitgeber 38 bewirkt nach seinem Ablauf, daß das Signal von dem Aktivierungseingang des UND-Gliedes 24 weggenommen, die Frequenzmeßschaltung 23 ausgeschaltet und der Schalter 34 in den Zustand 40 für die Rhythmusüberwachung zurückgesetzt wird. Dann wird mittels der WDF-Schaltung 20 und der Basiselektrode 12 und der Spitzenelektrode 14 über den Schalter 34, die Schnittfläche 16 und den EKG-Verstärker 18 wieder die Herztätigkeit überwacht, so daß jede Herzrhythmusstörung erfaßt werden kann.As mentioned above, the reset timer 38 is triggered by the signal from the Q output of the flip-flop 36 when the WDF circuit 20 has detected a cardiac arrhythmia. If the frequency measuring circuit has not detected a heart rate above the predetermined threshold value during a predetermined period of time, the reset timer 38 issues a reset signal to the reset input of the flip-flop 36 and to the reset input of the switch 34 , so that the flip-flop 36 and the switch 34 are reset to the state 40. Thus, the arrangement 30 is reset to the RHYTHM MONITORING state if, after the WDF circuit 20 has detected a cardiac arrhythmia, no heart rate above the predetermined threshold value is detected within a predetermined period of time. After the reset, the WDF circuit 20 can monitor the cardiac current signal again. After its expiration, the reset timer 38 causes the signal to be removed from the activation input of the AND gate 24 , the frequency measuring circuit 23 to be switched off and the switch 34 to be reset to the state 40 for rhythm monitoring. The cardiac activity is then again monitored by means of the WDF circuit 20 and the base electrode 12 and the tip electrode 14 via the switch 34 , the interface 16 and the ECG amplifier 18 , so that any cardiac arrhythmia can be detected.

Fig. 2 ist ein ausführliches Schaltschema der in Fig. 1 gezeigten Frequenzmeßschaltung 23. Fig. 3 zeigt mehrere Impulsdiagramme, die zur Erläuterung der Wirkungsweise der Frequenzmeßschaltung 23 in Fig. 1 herangezogen werden. Gemäß der Fig. 2 besitzt die Frequenzmeßschaltung 23 einen Eingangswiderstand 50, einen npn-Transistor 52, eine Stromquelle 54, einen Kondensator 56, einen als Vergleicher dienenden Differenzverstärker 58, einen Maximumdetektor 60, ein Schieberegister 62 und ein UND-Glied 64. Fig. 2 is a detailed circuit diagram of the frequency measuring circuit 23 shown in Fig. 1. Fig. 3 shows several pulse diagrams which are used to explain the operation of the frequency measuring circuit 23 in Fig. 1. According to Fig. 2, the frequency measuring circuit 23 has an input resistor 50 , an npn transistor 52 , a current source 54 , a capacitor 56 , a differential amplifier 58 serving as a comparator, a maximum detector 60 , a shift register 62 and an AND gate 64 .

Im Betrieb werden Herzstromsignale 70 in Fig. 3 an einen R-Zacken-Detektor 22 (Fig. 1) angelegt, der einen entsprechenden Puls 75 in Fig. 3 an die Basis des npn-Transistors 52 anlegt. Der Transistor 52 wird durch jeden Impuls des Pulses 75, d. h. auf Grund jeder erfaßten R-Zacke 72, durchgeschaltet. Während der Intervalle zwischen den einzelnen R-Zacken 72 (oder 74) in Fig. 3 ist der Transistor 52 gesperrt, so daß die Stromquelle 54 an dem Kondensator 56 eine Spannung aufbaut. Dieser Aufbau der Spannung an dem Kondensator 56 wird allgemein durch das Impulssignal 76 in Fig. 3 dargestellt.In operation, cardiac current signals 70 in Fig. 3 are applied to an R -wave detector 22 ( Fig. 1) which applies a corresponding pulse 75 in Fig. 3 to the base of NPN transistor 52. Transistor 52 is turned on by each pulse of pulse 75 , ie, in response to each detected R -wave 72. During the intervals between each R -wave 72 (or 74 ) in Fig. 3, transistor 52 is turned off so that current source 54 builds up a voltage across capacitor 56. This buildup of voltage across capacitor 56 is generally represented by pulse signal 76 in Fig. 3.

Bei jedem Auftreten einer R-Zacke 72 oder 74 wird der npn- Transistor 52 (Fig. 2) durchgeschaltet, so daß der Kondensator 56 durch den Transistor entladen wird. dies ist in Fig. 3 durch einzelne Impulse 78 und 80 dargestellt. Bei normaler Herzfrequenz (Impulse 72 in Fig. 3) wird der Kondensator 56 mit relativ niedriger Frequenz entladen (Impulse 78 in Fig. 3), so daß die Stromquelle 54 an dem Kondensator 56 eine relativ hohe Spannung aufbauen kann, die den vorherbestimmten Bezugspegel REF (86 in Fig. 3) überschreitet. Wenn dagegen R-Zacken mit abnorm hoher Frequenz auftreten (Impulse 74 in Fig. 3), wird der Kondensator 76 mit höherer Frequenz entladen (Impulse 80 in Fig. 3), so daß der Bezugspegel REF nicht überschritten wird.Each time an R wave 72 or 74 occurs, the NPN transistor 52 ( Fig. 2) is turned on so that the capacitor 56 is discharged through the transistor. This is shown in Fig. 3 by individual pulses 78 and 80. At a normal heart rate (pulses 72 in Fig. 3), the capacitor 56 is discharged at a relatively low frequency (pulses 78 in Fig. 3) so that the current source 54 can build up a relatively high voltage across the capacitor 56 which exceeds the predetermined reference level REF ( 86 in Fig. 3). On the other hand, when R waves occur at an abnormally high frequency (pulses 74 in Fig. 3), the capacitor 76 is discharged at a higher frequency (pulses 80 in Fig. 3) so that the reference level REF is not exceeded.

Gemäß der Fig. 2 wird an den Minuseingang des Differenzverstärkers 58 eine Spannung angelegt, die der an dem Kondensator 56 aufgebauten Spannung entspricht, und wird an den Plus-Eingang des Differenzverstärkers 58 eine Spannung angelegt, die dem vorherbestimmten Bezugspegel 86 in Fig. 3 entspricht. Wenn daher die Spannung an dem Kondensator 56 den vorherbestimmten Bezugspegel REF überschreitet, wie dies bei den Impulsen 78 der Fall ist, gibt der Differenzverstärker 58 als Ausgangssignal x ein 0-Signal (negativgehende Rechteckimpulse 84 in Fig. 3) an das Schieberegister 62 ab. Wenn dagegen die Spannung an dem Kondensator 56 unter dem Bezugspegel 86 liegt (Impulse 80 in Fig. 3), gibt der Differenzverstärker 58 als Ausgangssignal X ein 1-Signal an das Schieberegister 62 ab.According to Fig. 2, a voltage corresponding to the voltage developed across the capacitor 56 is applied to the minus input of the differential amplifier 58 , and a voltage corresponding to the predetermined reference level 86 in Fig. 3 is applied to the plus input of the differential amplifier 58. Therefore, when the voltage across the capacitor 56 exceeds the predetermined reference level REF exceeds the reference level 86, as is the case with the pulses 78 , the differential amplifier 58 outputs a 0 signal (negative-going square pulses 84 in Fig. 3) to the shift register 62 as output signal x . If, on the other hand, the voltage across the capacitor 56 is below the reference level 86 (pulses 80 in Fig. 3), the differential amplifier 58 outputs a 1 signal to the shift register 62 as output signal X.

Der Frequenzmeßkreis 23 in Fig. 2 besitzt ferner einen Maximumdetektor 60. Dies ist eine übliche Schaltung zum Erfassen des Vorhandenseins von Maxima in den R-Zacken 70 in Fig. 3. Beim Erfassen jedes Maximums gibt der Detektor 60 an den Schiebergister 62 ein Signal SHIFT ab, worauf das jeweilige Ausgangssignal X des Differenzverstärkers 58 in eine Endstufe des Schieberegisters 62 geschoben wird und der Inhalt des Registers 62 entsprechend um eine Stufe nach rechts verschoben wird.The frequency measuring circuit 23 in Fig. 2 also has a maximum detector 60. This is a conventional circuit for detecting the presence of maxima in the R waves 70 in Fig. 3. When each maximum is detected, the detector 60 outputs a signal SHIFT to the shift register 62 , whereupon the respective output signal X of the differential amplifier 58 is shifted into an end stage of the shift register 62 and the contents of the register 62 are shifted accordingly by one stage to the right.

Das Ausgangssignal des Schieberegisters 62 entspricht dem Inhalt jeder Stufe desselben und wird an das UND-Glied 64 angelegt, das an den einen Eingang des UND-Gliedes 24 (Fig. 1) ein Ausgangssignal nur abgibt, wenn alle Stufen des Schieberegisters 62 eine Eins enthalten. An den anderen Eingang des UND-Gliedes 24 wird vom Ausgang Q des Flipflops 36 das Signal angelegt, das besagt, daß die WDF-Schaltung 20 festgestellt hat, daß die Kriterien der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion erfüllt sind.The output signal of the shift register 62 corresponds to the content of each stage thereof and is applied to the AND gate 64 , which only supplies an output signal to one input of the AND gate 24 ( Fig. 1) if all stages of the shift register 62 contain a one. The signal indicating that the WDF circuit 20 has determined that the criteria of the probability density function are met is applied to the other input of the AND gate 24 from the output Q of the flip-flop 36 .

Wenn beide Kriterien der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion erfüllt sind und eine zu hohe Herzfrequenz festgestellt worden ist, aktiviert das UND-Glied 24 den Defibrillationsimpulsgeber 26, der jetzt an das Herz des Patienten einen Defibrillationsimpuls abgibt. Wenn dagegen auch nur in einer Stufe des Schieberegisters 62 eine Null gespeichert ist, gibt das UND-Glied 64 kein Ausgangssignal ab, was besagt, daß die Frequenzmeßschaltung 23 keine ständig zu hohe Herzfrequenz erfaßt hat. In dem Schieberegister werden somit die Frequenzen der vorhergehenden Herzschläge gespeichert. Je mehr Stufen das Schieberegister besitzt, desto mehr R-Zacken müssen mit einer hohen Frequenz auftreten, ehe eine zu hohe Herzfrequenz angezeigt wird. Infolgedessen erfolgt u. U. keine Defibrillation, auch wenn die Kriterien der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion erfüllt sind.If both criteria of the probability density function are met and an excessively high heart rate has been detected, the AND gate 24 activates the defibrillation pulse generator 26 , which now delivers a defibrillation pulse to the patient's heart. If, on the other hand, a zero is stored in just one stage of the shift register 62 , the AND gate 64 does not output a signal, which indicates that the frequency measuring circuit 23 has not detected a heart rate that is constantly too high. The frequencies of the previous heartbeats are thus stored in the shift register. The more stages the shift register has, the more R waves must occur at a high frequency before an excessively high heart rate is indicated. As a result, defibrillation may not take place even if the criteria of the probability density function are met.

Claims

1. Circuit for detecting cardiac arrhythmias and for defibrillating the heart, comprising,
a probability density function (WDF) circuit ( 20 ),
an R -wave detector ( 22 ) and
a defibrillation pulse generator ( 26 ) to which a signal is fed from an AND gate ( 24 ),
characterized,
that a flip-flop ( 36 ) is provided which is set when the WDF circuit ( 20 ) detects a cardiac arrhythmia and outputs a signal to the AND gate ( 24 ),
that when the flip-flop ( 36 ) is set, a frequency measuring circuit ( 23 ) is activated which determines the frequency of the signals coming from the R -wave detector ( 22 ) and outputs a signal to the AND gate ( 24 ) when this frequency exceeds a predetermined threshold value,
and that the flip-flop ( 36 ) is reset when the defibrillation pulse generator ( 26 ) has been activated or when a time predetermined by a reset timer ( 38 ) has elapsed since the flip-flop ( 36 ) was set.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the frequency measuring circuit ( 23 ) only outputs a signal to the AND circuit ( 24 ) if an increased heart rate has been detected over a predetermined period of time.

3. Circuit according to claim 2, characterized in that a shift register ( 62 ) and a further AND circuit ( 64 ) determine whether an increased heart rate is present over a predetermined period of time.