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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der
Elektrokardiographie und insbesondere auf ein Echzeitverarbeitungssystem
und -verfahren zur Analyse und Darstellung von elektrokardiographischen
Signalen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Diagnose anormaler Zustände
des Herzens stützte
sich in der Vergangenheit auf sichtbare Veränderungen der P-, QRS- und
T-Wellen, d.h. von Teilen des periodischen Elektrokardiogramm-Signals.
Das Elektrokardiogramm-Signal weist einen Niederfrequenz-Teil und
einen eingeprägten
oder eingebetteten Hochfrequenz-Teil auf, und es wurde festgestellt,
daß der
höherfrequente
Teil des Signals zwar nicht besonders gut sichtbar ist, aber Informationen
enthält,
die eine höhere
Empfindlichkeit bei der Ermittlung gewisser Anomalien, insbesondere
Myokardischämie
oder -infarkt, ergibt.
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Das
herkömmliche
Elektrokardiogramm (EKG) kann ein sehr unsensibles Diagnosewerkzeug
sein. Beispielsweise zeigt ein signifikanter Prozentsatz der mit
einem Myokardinfarkt (Herzattacke) in die Notaufnahme eines Krankenhauses
eingelieferten Personen ein normales herkömmliches 12 Ableitungs-EKG.
Zudem gibt das herkömmliche
EKG nur die vorherrschende niederfrequente elektrische Aktivität des Herzens
genau wieder. Es sagt dem Kliniker wenig oder nichts über die
weniger vorherrschenden, hochfrequenten Anteile des Herzstromsignals,
die in die verschiedenen niederfrequenten Wellen des herkömmlichen
EKG eingebettet sind.
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Aus
Offline-Studien ist bekannt, daß eine
Verminderung der höherfrequenten
Anteile im Mittelteil des QRS-Komplexes des EKG ein hochsensibler
Indikator für
das Vorliegen einer Myokardischämie
oder eines Myokardinfarktes sein kann – sensibler als beispielsweise
Veränderungen
des ST-Segmentes im herkömmlichen
Niederfrequenz-Elektrokardiogramm. Bisher gab es jedoch keine Vorrichtung,
die in der Lage gewesen wäre,
Veränderungen
dieser Hochfrequenz-QRS-Anteile beim überwachten Patienten in Echtzeit
anzuzeigen. Zwar wurden akademische Software-Programme entwickelt,
welche die zentralen Hochfrequenz-QRS-Anteile analysieren, doch
benötigen
alle diese Progamme aufwendige Offline-Berechnungen und Nachbearbeitungen und
sind daher, wenn überhaupt,
nur von geringem klinischem Nutzen, da sie streng genommen Forschungswerkzeuge
sind. Somit besteht weiterhin Bedarf an einem System und einem Verfahren
zur Echtzeit-Analyse der Hochfrequenzanteile über das gesamte QRS-Intervall
mit Anwendbarkeit in der klinischen Umgebung. Ein solches System
sollte in Echtzeit das komplexe digitale Abtasten, Mitteln und Filtern
insgesamt durchführen, das
zum Erzeugen hochfrequenter QRS-EKG-Signale erforderlich ist. Das
System sollte diese hochfrequenten QRS-EKG-Signale sowie andere
hergeleitete Parameter anschließend
herzschlaggetreu in Echtzeit aktualisieren und damit die aus herkömmlichen
(d.h. niederfrequenten) EKG-Komplexen erhaltenen diagnostischen
Informationen ergänzen.
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Die
höherfrequenten
Signale im Mittelteil des QRS-EKG-Komplexes, die auf größtes Forschungsinteresse
hinsichtlich der Offline-Erkennung von Ischämie und Infarkt stießen, sind
die Signale im Bereich von 150 bis 250 Hz. Das unverarbeitete, analoge
EKG-Signal wird typischerweise ≥ 500
mal pro Sekunde abgetastet (zum Digitalisieren des Signals), um
der Nyquist-Abtastfrequenz, entsprechend mindestens dem Zweifachen der
höchsten
interessierenden Frequenz, zu genügen und die Informationen im
Signal verlustfrei zu erhalten. Bislang wurden die abgetasteten
Daten gespeichert und dann später
verarbeitet, um dem Forscher potentiell nützliche Informationen zu geben.
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Andererseits
schildert Simpson im US-Patent Nr. 4,422,459 ein System, das nur
den späten
Teil des QRS-Intervalls und den frühen Teil des ST-Segmentes offline
(d.h. anhand vorab gespeicherter Daten) analysiert, um Anomalien
des Herzens, insbesondere die Neigung zu Herzrhythmusstörungen,
anzuzeigen. Der späte
Teil einer QRS-Wellenform bei einem Patienten nach einem Myokardinfarkt
enthält
einen hochfrequenten (40–250
Hz) Signalausläufer,
der auf eine Neigung zur ventrikulären Tachykardie hinweist. Bei
dem System nach Simpson werden die QRS-Signale eines Patienten zeitlich
umgekehrt digital verarbeitet und gefiltert, um das hochfrequente
Ende zu isolieren und Filterschwingungen zu vermeiden, die das Signal
sonst verdecken würden.
Simpson setzt dabei voraus, daß die
Daten so gespeichert sind, daß sie
in umgekehrter zeitlicher Reihenfolge verarbeitet werden können.
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Albert
et al. konzentrieren sich im US-Patent Nr. 5,117,833 teilweise auf
die Analyse von Signalen im Mittelteil des QRS-Intervalls als Hinweis
auf eine Anomalie des Herzens. Das System von Albert et al. verwendet
ein bekanntes Verfahren zum Erstellen von Datenpunkten, um einen
Mittelwert von Herzschlagcharakteristiken zur Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses
abzuleiten. Dabei werden Daten gesammelt und gefiltert und dann
zur anschließenden
Analyse gespeichert. Somit ist dieses System kein Herzüberwachungsgerät, das die
Datenanalyse unmittelbar, d.h. in „Echtzeit", aus den vom Patienten abgefühlten Daten
bereitstellt.
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Gleichermaßen schildern
Albert et al. im US-Patent Nr. 5,046,504 die Erfassung von QRS-Daten und deren anschließende Analyse.
Anhand der zuvor berechneten und gespeicherten Daten werden Routineberechnungen
durchgeführt.
Ferner beinhaltet dieses System die Erzeugung einer Gruppe digitaler
Spektralwerte, die einem angenäherten
Leistungsdichtespektrum für
jedes einer großen
Anzahl meist in gleichem Abstand voneinander befindlicher Abtast-Zeitintervalle
der EKG-Wellenform entsprechen.
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In
den US-Patenten Nr. 5,655,540 und 5,954,664 stellt Seegobin ein
Verfahren zur Erkennung einer koronaren Herzerkrankung bereit. Das
Verfahren stützt
sich auf eine Datenbank mit Hoch- und
Niederfrequenz-EKG-Daten, die von bekannten, gesunden und erkrankten
Probanden stammen. Ein Vergleich der Daten führte zu einer „Score"-Komponente, die
eine Abweichung der Daten eines Patienten von der Norm angibt. Dieser
Ansatz ist relativ rechenintensiv und schlägt keine Überwachung des Zustands eines
Patienten vor, sondern wird als Offline-Diagnosewerkzeug eingesetzt.
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Das
US-Patent Nr. 5,348,020 von Hutson schildert ein Verfahren zur annähernd in
Echtzeit erfolgenden Analyse und Anzeige. Das Verfahren umfaßt die Eingabe
von EKG-Daten aus mehreren aufeinanderfolgenden Zeitintervallen
und die Formatierung dieser Daten zu einer zweidimensionalen Matrix.
Die Matrix wird dann zerlegt, um entsprechende Einzelwerte und Vektoren
zur Datenkomprimierung zu erhalten. Die komprimierte Form der Matrix
wird analysiert und gefiltert, um interessierende EKG-Signalkomponenten
zu identifizieren und zu verstärken.
Wie bei anderen Systemen bezieht sich diese Druckschrift auf späte Potentiale,
einen Anteil des QRS-Intervalls, als Werkzeug zur Erkennung einer
Herzerkrankung.
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Die
US5020540 von Chamoun beschreibt
ein Herzbiopotential-Analysesystem und -verfahren zum nicht-invasiven
Detektieren und Quantifizieren nicht-linearer dynamischer Polarisations- und Repolarisationsstrukturen
herzschlaggetreu in Echtzeit mittels Bispektralanalyse. Dieses Dokument
beschreibt die Verwendung eines EKG-Signals, das von einer Elektrode
an einem Patienten stammt und verstärkt, digitalisiert und an einen
Computer übertragen
wird, wo ein Arrhytmie-freier QRST-Komplex interaktiv gewählt wird.
Mittels Kreuzkorrelationsstandardverfahren wird eine geeignete Anzahl
von Komplexen extrahiert, und diese extrahierten Komplexe werden
dann zum Berechnen von Bispektralparametern mittels eines Frequenzdomänen- oder
parameterbasierten Ansatzes verwendet. Eine klinische Referenzdatenbank
wird zur Identifikation von Frequenzpaaren verwendet, die besonders
empfindlich auf bestimmte Eingriffe oder interessierende Diagnosezustände sind.
Dann werden die Werte bei diesen Frequenzen aus den Bispektral-Arrays
des Patienten extrahiert. Zusammen werden die Werte für die bestimmte,
in Betracht gezogene diagnostische Bestimmung zum Berechnen eines
Einzelwertindexes verwendet, der als Diagnosekriterium dient, anhand
dessen der Zustand des Patienten beurteilt wird. Ein Kliniker kann
somit anhand der nicht-linearen dynamischen Eigenschaften der Frequenzstruktur
der QRST-Komplexe Informationen über
das Vorliegen und das Ausmaß einer
koronaren Herzerkrankung, einer Myokardischämie und anderer kardiologischer
Probleme ermitteln. Obwohl dieses Dokument zwar die Verwendung von
Hochfrequenz-QRST-Komplexen beschreibt und bestimmte dieser Komplexe
mittels Kreuzkorrelationsverfahren summiert, werden diese summierten
Komplexe dann einer Autobispektral- oder Kreuzbispektralanalyse
unterzogen, bevor die autobispektral oder kreuzbispektral analysierten
Daten dann in Verbindung mit der Vorbestimmung von aus klinischen
Studien abgeleiteten Referenz-Arrays verwendet werden, um Diagnoseindices
zu erzeugen, die den Zustand des Patienten angeben.
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Schließlich schildert „High-Frequency
Electrocardiogram Analysis of the Entire QRS in the Diagnosis and
Assessment of Coronary Artery Disease" von Abboud (Progress in Cardiovascular
Diseases, Bd. XXXV, Nr. 5 (März/April),
1993: S. 311–328)
das Konzept einer „Zone
mit reduzierter Amplitude" (RAZ)
als Diagnosewerkzeug. Diese Druckschrift verwendet jedoch ebenfalls
eine Nachbearbeitung und gibt keine Lehre für ein Echtzeitanalysesystem
an.
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Somit
wird weiterhin ein Elektrokardiograph benötigt, der in Echtzeit die Hochfrequenzkomponenten des
QRS-Komplexes analysiert, um einen wirksamen Monitor für Patienten
mit spezifischen Anomalien der Herzfunktion bereitzustellen. Die
vorliegende Erfindung ist auf einen solchen Elektrokardiographen
gerichtet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Elektrokardiograph zur Überwachung der Herzfunktion
eines Patienten bereitgestellt, mit: Mitteln zum Erfassen eines
Elektrokardiogramm-Signals (EKG) am Patienten, das den Herzschlag
des Patienten wiedergibt, Mitteln zum Isolieren des QRS-Intervalls
jedes Herzschlags aus dem EKG und Mitteln zur Analyse von Daten
innerhalb des QRS-Intervalls, die die Herzfunktion des Patienten betreffen,
wobei die Analyse zumindest die folgenden Schritte umfaßt: i. Bestimmen
eines Justierpunktes für jedes
QRS-Intervall, ii. Erzeugen, mittels eines ersten eingehenden QRS-Intervalls, eines
anfänglichen QRS-Musters,
gegen das eine Kreuzkorrelationsanalyse für jedes nachfolgende eingehende
QRS-Intervall durchgeführt
wird, iii. Entwickeln eines laufenden QRS-Musters durch wahlweises Akzeptieren
weiterer nachfolgender QRS-Intervalle, mit der Maßgabe, daß die weiteren
nachfolgenden QRS-Intervalle ausreichend gut mit dem ersten QRS-Intervall
im EKG kreuzkorrelieren, iv. Ausrichten der QRS-Intervalle im laufenden QRS-Muster durch Jitter-Anpassung
und Leiten der QRS-Intervalle an ein digitales Bandpaßfilter,
das zwischen 150 Hz und 250 Hz arbeitet, um aus den QRS-Intervallen
Hochfrequenz-QRS (HF-QRS)-Daten
zu erhalten, und
c. Mitteln zur Echtzeit-Anzeige der HF-QRS-Daten
auf einem Monitor, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse ferner den Schritt
der Durchführung
einer numerischen Berechnung mit den HF-QRS-Daten und ferner der
Echtzeit-Anzeige der HF-QRS-Daten zusammen mit den herkömmlichen,
ungefilterten EKG-Daten auf den Anzeigemitteln umfaßt, um einem
Kliniker sowohl eine graphische als auch eine numerische Echtzeit-Anzeige jeder
Veränderung
der Herzfunktion des Patienten während
der Überwachungsdauer
zu liefern.
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Gemäß einem
Aspekt zeigt die Erfindung die Hochfrequenzdaten des QRS-Komplexes
in Mikrovolt neben einer Millivolt-Anzeige der herkömmlichen
EKG-Daten. Unter einem anderen Aspekt der Erfindung werden die Hochfrequenzdaten
hinsichtlich ihrer Root Mean Square (RMS)-Spannungswerte (sowie
auf damit zusammenhängende
Werte, wie die Hochfrequenzenergie (HFQE) und das Hochfrequenzintegral
des Absolutwertes (HFAV), die beide nachfolgend beschrieben werden)
analysiert, wobei die diskreten Werte für jede Ableitung in Echtzeit
als nützliche
diagnostische Indikatoren für
eine Ischämie
angezeigt werden. Auch die Hochfrequenzdaten des QRS-Komplexes werden
mit eingebetteten Algorithmen analysiert, um das Vorliegen oder Fehlen
von Zonen mit reduzierter Amplitude, die nachfolgend als „RAZ" bezeichnet sind,
festzustellen. Die jeweilige RAZ, von der es mindestens drei mögliche Variationen
gibt (d.h. die „Abboud"-RAZ, die „NASA"-RAZ und die Steigung-Häufungsgrad-RAZ
oder „S-K"-RAZ; alle nachfolgend
beschrieben), wird auf dem Bildschirm als Echtzeit„Gut/Schlecht"-Signal angezeigt.
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Schließlich werden
gemäß noch einem
weiteren Aspekt der Erfindung nicht nur das Vorliegen oder das Fehlen
einer der drei Variationen der RAZ, sondern auch die RMS-Werte und
entsprechende Werte (HFQE und HFAV) über der Zeit als zeitveränderliche
Signale angezeigt.
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Gemäß wiederum
einem weiteren Aspekt der Erfindung detektiert der Elektrokardiograph
dieser Erfindung R-Wellen und QRS-Komplexe, richtet sie aus und
analysiert diese EKG-Signale nach Digitalisierung bei hohen Abtastraten
von mindestens 500 Abtastungen pro Sekunde, vorzugsweise aber bei
Abtastraten von 1000 Abtastungen pro Sekunde oder mehr. Mit dem
System werden auch aufeinanderfolgende QRS-Elektrokardiogrammkomplexe
in vom Benutzer einstellbarer Weise signalgemittelt, um das Signal/Rausch-Verhältnis zu
erhöhen.
Das resultierende gemittelte Signal wird mittels nicht-rekursiver
digitaler Bandpaßfilter,
die veränderliche
untere und obere Frequenzgrenzen haben, gefiltert und zusammen mit
mehreren anderen, hier beschriebenen abgeleiteten numerischen Meßwerten,
einschließlich
des Leistungsspektrums der gefilterten Daten, in Echtzeit angezeigt.
Die so erhaltenen Anzeigen liefern einem Kliniker Echtzeit-Informationen über Veränderungen
des Hochfrequenz-EKG-Komplexes,
die auf Myokardischämie,
Myokardinfarkt oder Änderungen der Myokardleitfähigkeit,
welche nicht mit einer Myokardischämie oder einem Myokardinfarkt
zusammenhängen,
hinweisen.
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Die
Erfindung umfaßt
eine Reihe von Merkmalen, die im Stand der Technik weder gezeigt
noch nahegelegt sind, einschließlich
einer Echtzeitanzeige von elektrischen Daten des Herzens, die so
bearbeitet sind, daß sie
einen klaren Hinweis auf Ischämie
und Infarkt geben.
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Die
Erfindung umfaßt
ferner eine Reihe durch den Benutzer wählbarer Parameter zur Verbesserung der
dem Kliniker bereitgestellten Informationen. Schließlich stellt
die Erfindung eine Reihe von Anzeigen bereit, die in Echtzeit nebeneinander
angeordnet sind, um einen parallelen Vergleich verschiedener Aspekte
des QRS-Komplexes in Echtzeit zu liefern.
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Diese
Merkmale der Erfindung und andere ergeben sich für den Fachmann bei der Durchsicht
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine schematische Darstellung des gesamten Systems dieser Erfindung;
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2 ist
eine schematische Darstellung einer Einzelheit der 1;
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3 zeigt
eine schematische Darstellung der von der Erfindung ausgeführten Logik;
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4 ist
eine Echtzeit-Bildschirmanzeige, die charakteristische, von einem
gesunden Probanden erhaltene Daten zeigt, mit gleichzeitiger Darstellung
eines Standard-EKG und eines gefilterten (Hochfrequenz-) EKG nebeneinander;
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5 ist
eine Echtzeit-Bildschirmanzeige, die charakteristische Daten zeigt,
die von einem Patienten mit einer bekannten Herzerkrankung gewonnen
wurden, mit gleichzeitiger Darstellung eines Standard-EKG und eines
gefilterten EKG nebeneinander;
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die 6 und 7 sind
Echtzeit-Bildschirmanzeigen, welche die Konfiguration eines QRS-Detektors für einen
normalen, gesunden Probanden bzw. für einen Patienten mit einer
bekannten Herzerkrankung zeigen;
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die 8 und 9 sind
Echtzeit-Bildschirmanzeigen der Kreuzkorrelation zwischen einer
laufenden, stetig aktualisierten Wellenform oder einem Muster und
einer erfaßten
Wellenform zur Bestimmung einer Abweichung vom Muster zwischen aufeinanderfolgenden
Herzschlägen;
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die 10 und 11 sind
Echtzeit-Bildschirmanzeigen von Kurzzelt-Trends verschiedener Daten
eines gesunden Probanden bzw. eines Patienten mit einer bekannten
Herzerkrankung;
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die 12 und 13 sind
Echtzeit-Bildschirmanzeigen von Langzelt-Trends verschiedener Daten eines
gesunden Probanden bzw. eines Patienten mit einer bekannten Herzerkrankung;
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die 14 und 15 sind
Echtzeit-Bildschirmanzeigen einer Hochfrequenz-QRS-Steigung gegenüber dem
Häufigkeitsgrad
bei einem gesunden Probanden bzw. bei einem Patienten mit einer
bekannten Herzerkrankung, und
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die 16 und 17 sind
Echtzeit-Bildschirmanzeigen des Leistungsspektrums bei normalen
bzw. bei erkrankten Patienten.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
ein vereinfachtes Funktions-Blockschema eines Echtzeit-Hochfrequenz-QRS-Elektrokardiographen 10,
der gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist. Die Erfindung überwacht mit mehreren Patientenelektroden 12 die
Herzfunktion eines Patienten. Die Elektroden liefern in herkömmlicher
Weise Meßwerte
der Herzstromfunktion an verschiedenen Kontaktstellen auf der Haut
eines Patienten. Beispielsweise ergeben bei der herkömmlichen
Anordnung 10 mit 12 Ableitungen auf der Haut des
Patienten angeordnete Elektroden beim herkömmlichen Aufbau acht Dateneingangs-Kanäle. Diese
acht Kanäle
werden ihrerseits in 12 Datenableitungen auf dem Patientenmonitor
umgewandelt, insofern Daten einer der bipolaren Extremitätenableitungen
sowie für
alle verstärkten
unipolaren Extremitätenableitungen
abgeleitet werden können,
wenn Daten von zwei der bipolaren Extremitätenableitungen bereits bekannt
sind. Die analogen Messungen werden über einen Kommunikationskanal,
wie z. B. ein Kabel 13, an eine Konsole 14 eingekoppelt.
Die Bauteile der Konsole sind in 2 genauer
gezeigt.
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Die
Konsole 14 konditioniert und digitalisiert das Analogsignal
und leitet das digitalisierte Signal über einen Kommunikationskanal 15,
der vorzugsweise ein herkömmliches
Kabel sein kann, oder über
einen Kanal zur drahtlosen Kommunikation mittels Funkfrequenzwellen
an einen Computer 16. Aufbau und Funktion des Computers
sind nachfolgend anhand der 3 gezeigt
und beschrieben. Der Computer 16 ist zur Echtzeitanzeige
des EKG-Signals programmiert, obwohl das EKG-Signal über einen
Kommunikationskanal 17 auch auf einem digitalen Aufzeichnungsmedium 18 zur
späteren
Anzeige über
einen Kommunikationskanal 17' gespeichert
werden kann.
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Der
Computer 16 ist mit einer Benutzerschnittstelle 20 gekoppelt,
die vorzugsweise Kommunikationsgeräte 22, wie eine Maus,
eine Tastatur und/oder einen Tastbildschirm umfaßt. Ferner umfaßt die Benutzerschnittstelle
einen Monitor 24 zur vom Benutzer steuerbaren Graphikanzeige
des EKG und verschiedener Aspekte des Signals, was ein Merkmal der
vorliegenden Erfindung ist. Der Computer 16 ist beispielsweise über bidirektionale
Kommunikationskanäle 19 und 19' mit der Schnittstelle 20 gekoppelt.
Die Aspekte der Graphikanzeige sind nachfolgend anhand der 4 bis 17 genauer
gezeigt und beschrieben.
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2 zeigt
den Aufbau der Konsole 14 genauer. Wie zuvor beschrieben,
ist der Patient über
eine Reihe von Elektroden 12, wie z. B. einer üblichen
Reihe von zehn Elektroden für
einen Elektrokardiographen mit 12 Ableitungen, verkabelt,
um die Herzfunktion an verschiedenen Punkten des Körpers des
Patienten zu überwachen.
Die Elektroden 12 leiten eine Reihe von analogen elektrischen
Signalen an die Konsole 14, wo sie von einem Vorverstärker 30 zum
Verstärken
der Amplitude der schwachen EKG-Signale empfangen werden. Die verstärkten Signale
werden dann einem Anti-Aliasfilter 32 zugeführt. Anschließend werden
die gefilterten Signale einem A/D-Wandler 34 zugeführt, von
dem die Signale zumindest mit der Nyquist-Frequenz, vorzugsweise 1000 Hz oder
mehr, abgetastet werden, um alle in den analogen Signalen enthaltenen
Informationen beizubehalten. Die abgetasteten/digitalisierten Signale
werden dann über
ein geeignetes Medium 15 an den Computer 16 gesendet.
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Der
Betrieb des Computers 16 ist in 3 dargestellt.
Die Konsole 14 führt
die digitalisierten EKG-Signale über
einen Kommunikationskanal 15 dem Computer zu, wie bereits
zuvor beschrieben. Der Computer 16 kommuniziert auch mit
der Benutzerschnittstelle 20 und empfängt die EKG-Signale in einem
Gerätetreiber 40,
der einfach das Schnittstellengerät und -programm für die Konsole
und den Computer ist. Der Gerätetreiber 40 leitet
die EKG-Signale parallel an eine R-Wellen-Detektionseinheit 42,
um das System durch Lokalisierung des Justierpunktes auf das Einsetzen
jedes Herzschlags zu synchronisieren. Die folgenden Forderungen
müssen
erfüllt
sein, damit eine Zeitmittelung effektiv arbeitet. Erstens muß das interessierende
Signal sich wiederholen und relativ unveränderlich sein. Zeitveränderliche
Signale, wie ektopische oder frühzeitige
Komplexe, werden vor der Mittelung entfernt, indem die eingehenden
Signale durch Anwendung eines Echtzeit-Kreuzkorrelationsverfahrens
mit einem zuvor erzeugten Muster verglichen werden. Zweitens muß das interessierende Signal
zeitlich auf einen Justierpunkt, z. B. nahe dem Peak des QRS-Komplexes,
fixiert sein, der einfach detektierbar ist und als Timing-Referenz
für den
Mittelungsalgorithmus dient. Wenn das interessierende Signal keine
festgelegte zeitliche Beziehung zum Timing-Referenzpunkt hat, wird
das resultierende Bemittelte Signal aufgrund von Referenz-Jitter
gefiltert und verzerrt, mit anschließendem Verlust der Hochfrequenzkomponenten.
Drittens müssen
das interessierende Signal und das Rauschen während des Mittelns unabhängig voneinander
sein und bleiben.
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Sobald
der Justierpunkt für
jeden eingehenden Schlag lokalisiert ist, werden die digitalisierten
Signale dem Block 44 zugeführt, in dem anfängliche
Muster der QRS-Komplexe erzeugt werden.
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Die
vorliegende Erfindung umfaßt
laufende Signalmittelwerte der QRS-Komplexe, die als Muster dienen,
wobei die Anzahl einzelner Schläge
in den laufenden Mustern vom Benutzer über die Benutzerschnittstelle 20 gewählt werden
kann. Der Benutzer kann auch den Prozentsatz der Kreuzkorrelation
zwischen jedem neuen eingehenden Schlag und den Mustern bestimmen,
der als Abweichung von der Norm erkannt werden soll, und bestimmen,
welcher Kanal (welche Kanäle)
für die
Kreuzkorrelationsfunktionen verwendet werden soll(en).
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Mit
den wie soeben beschrieben vom Benutzer gewählten Eingaben führt das
System im Block 48 an jedem aufeinanderfolgenden eingehenden
Schlag eine Zeit-Kreuzkorrelationsfunktion durch. Im Block 50 werden
Schläge,
die unter der vom Benutzer (oder vom Systemstandard) vorgegebenen
Schwelle liegen, abgewiesen, wobei der Block 52 nur gut
korrelierte Schläge
akzeptiert, um die laufenden Muster zu erzeugen. Dieses Merkmal
trägt dazu
bei, verrauschte, unzuverlässige
Wellenformen auszuschließen,
wenn die laufenden Muster erzeugt werden. Aus diesem Block zeigt
die Benutzerschnittstelle erfindungsgemäß eine stetig aktualisierte
laufende Gesamtzahl der im Block 51 akzeptierten bzw. abgewiesenen
Schläge
an.
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Der
Block 54 richtet die Schläge dann mittels Detektion und
Anpassung von etwaigem Signal-Jitter aus,
der durch viele hinlänglich
bekannte Faktoren, wie geringfügige
Inkonsistenzen bei der Detektion des Justierpunktes, Bewegungen
des Patienten oder auch die Atmung des Patienten, erzeugt sein kann.
Die ausgerichtete, Jitter-korrigierte Wellenform wird dann dem Block 56,
einem Bandpaßfilter,
vorzugsweise bei 150–250 Hz,
zugeführt,
um nur die interessierenden Frequenzen der Wellenform auszuwählen. Schließlich werden
die bandpaßgefilterten
Signale einem Block 58 zugeführt, in dem bei der vorliegenden
Ausführungsform
die Umwandlung der acht Kanäle
in 12 Ableitungen durchgeführt wird.
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Ab
diesem Punkt im Schema der 3 beschreiben
die Blöcke 62, 64, 68, 70 und 72 Daten,
die auf der Benutzerschnittfläche 20 angezeigt
werden, wie dies in den 4 bis 17 gezeigt
ist. Der Block 62 zeigt das augenblickliche, Echtzeit-Hochfrequenz-gefilterte
QRS-Signal für
jede Ableitung, wobei mit jedem Schlag aktualisiert wird, während dieser
Schlag in den Bemittelten Schlag integriert wird. Schlecht kreuzkorrelierte Schläge werden
abgewiesen, und somit werden die Mustermittelwerte und die Anzeige
durch solche Schläge nicht
verändert.
Die Anzeige ist in 4 mit dem Bezugszeichen 14 gezeigt.
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Der
Block 64 bestimmt automatisch und in Echtzeit das Einsetzen
und den Auslauf des ungefilterten QRS-Intervalls. Dieser Block empfängt ein
Eingangssignal vom Block 54, der in den gut kreuzkorrelierten Schlägen Jitter
detektiert und angepaßt
hat. Die Kreuzkorrelation und Jitter-Korrektur des Blocks 54 werden daher
ebenfalls auf der Benutzerschnittstelle angezeigt, wie dies in den 8 und 9 dargestellt
ist. Der Block 68 beschreibt die Anzeige der augenblicklichen
Hochfrequenz-QRS-RMS-, HFQE- und HFAV-Spannungen und das für jede Ableitung
unter Verwendung von Einsetzen und Auslauf des ungefilterten QRS-Intervalls erzeugte
Leistungsspektrum, wie dies in 4 mit den
Bezugszeichen 116 und 128 gezeigt ist.
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Der
Block 70 beschreibt die laufenden Plots der RAZ („Gut/Schlecht") sowie die Spannungen
für die RMS-,
HFQE- und HFAV-Werte des Hochfrequenz-QRS-EKG-Signals über der
Zeit aufgetragen für
jede Ableitung, wie dies in den 10 bis 13 dargestellt
ist. Die 10 (gesunder Proband) und 11 (Proband
mit koronarer Herzerkrankung) zeigen Kurzzeit-Datentrends, während die 12 (gesunder
Proband) und 13 (Proband mit bekannter koronarer Herzerkrankung)
längerfristige
Daten-Trends zeigen. Der Maßstab
der horizontalen Achse (Zeitachse) ist sowohl auf den Kurven für die langfristigen
Trends als auch auf denen für
die kurzfristigen Trends einstellbar und kann entweder in Schlägen (wie
hier gezeigt) oder in Sekunden dargestellt werden. Kliniker können diese
Trends nutzen, um zu bestimmen, wie sich die Herzfunktion eines überwachten Patienten
mit der Zeit, bis einschließlich
in die Gegenwart, verändert
hat. Insbesondere können
Kliniker identifizieren, ob und wann sich RAZ entwickelt haben oder
während
des Überwachungszeitraums
verschwunden sind, sowie den Grad, bis zu dem sich die RMS und ähnliche
Spannungen des Hochfrequenz-QRS-Komplexes über den gleichen Überwachungszeitraum
verändert
haben. Die Erkennung solcher Veränderungen
ist für
Kliniker in Situationen besonders wertvoll, in denen das Vorliegen
oder das Fehlen einer beginnenden Myokardischämie oder eines beginnenden
Myokardinfarktes sofort erkannt werden muß, wenn der Erfolg oder das Versagen
invasiver oder nicht-invasiver Behandlungen, die bei Ischämie und
Infarkt angewendet werden, sofort erkannt werden muß, und/oder
wenn kardiovaskuläre
Reaktionen während
pharmakologischer Versuche oder während Belastungsversuchen oder
während
der Bewegungsaktivität
eines Patienten beurteilt werden müssen.
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Schließlich beschreibt
der Block 72 ein weiteres Merkmal der Erfindung, nämlich die
online erfolgende, sofortige RAZ-Detektion für jede Ableitung. Das Vorliegen
einer „RAZ" oder „Zone mit
reduzierter Amplitude" innerhalb
der Einhüllenden
des Bemittelten Hochfrequenz-QRS-Signals
kann ein Hinweis auf eine anormale Herzfunktion sein. Eine RAZ,
wie sie ursprünglich
von Abboud definiert wurde (aber nur im Zusammenhang mit Offline-Analysen),
tritt klassischerweise dann auf, wenn mindestens zwei lokale Maxima
der oberen Einhüllenden
oder zwei lokale Minima der unteren Einhüllenden im Hochfrequenz-QRS-Signal
vorhanden sind. Ein lokales Maximum oder Minimum ist wiederum als
Einhüllenden-Meßpunkt (Maximum
oder Tal) innerhalb des QRS-Intervalls definiert, wobei der absolute
Wert seiner Spannung den der drei ihm unmittelbar vorausgehenden
und folgenden Einhüllenden-Meßpunktmaxima übersteigt.
Die RAZ ist somit der Bereich, der zwischen den beiden benachbarten
Maxima oder Minima liegt.
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Die
vorliegende Erfindung führt
eine Echtzeit-Berechnung durch, wobei nach lokalen Maxima und Minima
der QRS-Einhüllenden
nicht nur gemäß den vorveröffentlichten
Offline-Kriterien von Abboud (d.h. „RAZA" oder Abboud-RAZ),
sondern auch unabhängig
und speziell gemäß neuen
Kriterien gesucht wird, welche die Spezifität und Genauigkeit der RAZ-Detektion,
insbesondere für
die Online-Anwendung, verbessern.
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Eine
besonders wichtige Modifikation, die zu einer solchen Verbesserung
beiträgt,
ist die Forderung, daß das
zweite, kleinere lokale Maximum innerhalb des Hochfrequenz-QRS-Signals, welches
das Vorliegen der RAZ definiert, eine mindestens zweimal und gegebenenfalls
bis zu drei- oder viermal größere Amplitude als
das RMS-„Rauschen" des Hochfrequenzsignals
aufweist, das sich außerhalb
des QRS-Intervalls befindet (d.h. in einem beliebigen vorgegebenen
Segment innerhalb der PR-, ST- oder TP-Intervalle). Ein anderes
Modifikationskriterium, das vom Benutzer gegebenenfalls im Online-RAZ-Detektor
implementiert wird, besteht darin, daß der absolute Wert der Amplitude
des kleineren der beiden lokalen Maxima (oder Minima), welche die RAZ
bilden, zumindest einen gewissen Prozentsatz des größeren der
beiden lokalen Maxima (oder Minima) darstellen muß. Diese
Modifikationen, die der Benutzer im Rahmen der vorliegenden Erfindung
wahlweise implementiert, werden zusammen mit der Forderung, daß mindestens
zwei lokale Maxima der oberen Einhüllenden „und" (nicht „oder") zwei lokale Maxima der unteren Einhüllenden
vorliegen müssen,
um eine RAZ zu bilden, als die Kriterien bezeichnet, welche die „NASA RAZ" oder „RAZN" bilden.
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Noch
eine weitere neue Gruppe vom Benutzer wählbarer Kriterien, die bei
der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um das Vorliegen oder
das Fehlen eines „statistischen" Typs von RAZ zu
beurteilen, betrifft die Anwendung einer Echtzeitberechnung sowohl
der Steigung als auch des Häufungsgrades
des eingehenden Hochfrequenz-QRS-Signals. Liegt ein Steigung-Häufungsgrad-Typ der RAZ vor,
wird diese als RAZS-K bezeichnet. Das Vorliegen
einer RAZA, RAZN und/oder
RAZS-K durch „Gut/Schlecht"-Indikatoren auf
der Anzeige kann, wie durch das Element 117 in 4 gezeigt
ist, auch als laufender Parameter mit der Zeit in ähnlicher Weise
wie in den 10 bis 13 angezeigt
werden.
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Unter
besonderer Bezugnahme auf die 4 und 5 ist
nun ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung die gleichzeitige
Echtzeit-Anzeige verschiedener Aspekte der Herzfunktion im Hinblick
sowohl auf das herkömmliche
als auch auf das Hochfrequenz-QRS-EKG. Ferner stellt die vorliegende Erfindung gleichzeitige,
nebeneinander angeordnete oder vertikale Anzeigen der Daten bereit,
um dem Kliniker ein Werkzeug zum Vergleichen dieser Aspekte des
EKG miteinander für
ein vollständigeres
Bild der Herzfunktion, als es bisher verfügbar war, zu liefern. Die vorliegende
Erfindung zeigt auch die herkömmlichen
und die Hochfrequenzkonfigurationen mit 12 Ableitungen
auf einer Benutzerschnittstellen-Anzeige an, während sie auf derselben Anzeige
das Vorliegen oder das Fehlen von RAZ anzeigt, um den Kliniker auf
eine potentiell anormale Herzfunktion hinzuweisen.
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Die
Anzeige der 4 und 5 umfaßt ein herkömmliches
Niederfrequenz-EKG-Signal, das mit dem Bezugszeichen 112 bezeichnet
ist. Das Anzeigesignal 112 umfaßt in üblicher Weise Signale von den
Ableitungen I, II, III, aVR, aVL, aVF und V1–V6. Ferner gleitet das Anzeigesignal 112 ebenfalls
in üblicher
Weise als Referenz für
den Kliniker von links nach rechts, wobei es bei jedem Schlag aktualisiert
wird. Unmittelbar benachbart oder unterhalb der herkömmlichen
EKG-Anzeige 112 ist eine Anzeige 114 eines laufenden,
augenblicklichen gefilterten (d.h. Hochfrequenz-) QRS-EKG-Signals
angeordnet, d.h. eine für
jede der zwölf
Ableitungen, entsprechend den Einzelableitungen der Anzeige 112.
Das Anzeigesignal 114 umfaßt die Signale von den Ableitungen
I, II, III, aVR, aVL, aVF und V1–V6, die den gleichen Signalen
in der Anzeige 112 entsprechen. Über jedem Hochfrequenz-QRS-Signal
befinden sich der augenblickliche RMS-Wert 116 in der jeweiligen
Ableitung und ein augenblicklicher RAZ-Indikator 117, die auf den
Standardwert des vom Benutzer gewählten RAZ-Typs (in diesem Fall
die RAZN) gesetzt ist.
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Unten
auf der Bildschirmanzeige der 4 und 5 befindet
sich eine Werkzeugleiste 120. Die Werkzeugleiste 120 stellt
eine Benutzersteuerung und eine Anzeige verschiedener für den Kliniker
nützlicher Daten
bereit. Sie umfaßt
einen vom Benutzer wählbaren
Indikator 122, bei dem der Benutzer wählen kann, welcher von mehreren
QRS-Komplexen erfaßt
werden soll. Die Anzeigen 124, 126 und 128 zeigen
jeweils den Zeitpunkt des QRS-Einsetzens und des QRS-Auslaufs sowie die
Dauer des QRS-Komplexes. Eine Anzeige 130 zeigt die Gesamtzahl
der Herzschläge,
die während
eines bestimmten Durchgangs detektiert wurden, während eine Anzeige 132 die
Anzahl abgewiesener Schläge
zeigt und eine Anzeige 134 die Anzahl der Schläge zeigt,
deren Verarbeitung, sofern sie erfolgt, noch ansteht. Mit Kippschaltern 136 und 138 kann
der Benutzer jeweils die Kreuzkorrelationsfunktion und die Schlagabweisungsfunktion
ein- und ausschalten. Anzeigetasten 140, 142, 144 und 146 ermöglichen
es dem Benutzer, wie gezeigt, andere Anzeigen für den Bildschirm zu wählen. Mit
einem Kippschalter 148 kann der Benutzer eine Funktion
zum automatischen Skalieren ein- und ausschalten, und eine Drucktaste 148 ermöglicht es
dem Benutzer, ein bestimmtes Bildschirmabbild seiner Wahl auszudrucken.
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Besonders
zu beachten ist beim Vergleich der 4 und 5 die
kleine Anzahl von Zonen mit reduzierter Amplitude und beleuchteten
RAZ-Indikatoren 117 für
den in 4 gezeigten, gesunden Patienten gegenüber der
deutlich größeren Anzahl
von Zonen mit reduzierter Amplitude und beleuchteten RAZ-Indikatoren für das Subjekt
mit einer bekannten koronaren Herzerkrankung, wie dies in 5 gezeigt
ist.
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Die 6 und 7 zeigen
einen Konfigurationsbildschirm 160 für den Online-QRS-Intervalldetektor der
Erfindung, der mit der Taste 146 der 4 und 5 anwählbar ist.
Mit dem Konfigurationsbildschirm der 6 und 7 kann
der Benutzer einen Zeitraum innerhalb des P-R-Intervalls des EKG
mit speziellen Vor-Q-Versatz- und Intervallbreiten-Selektoren 162 bzw. 164 wählen, welche
die Bestimmung des Beginns des QRS-Komplexes förderen. Die Werte dieser in
den 6 und 7 gezeigten Parameter wurden
ausgehend von anfänglichen
Erfahrungen gewählt,
um eine zufriedenstellende Leistung der Erfindung für die umfassendste
Gruppe von Probanden zu ergeben, da die Herzfunktion sich typischerweise
von Patient zu Patient unterscheidet. Gleichermaßen kann der Benutzer mit den
Selektoren 166 und 168 den Versatz bzw. die Breite
eines Teils des ST-Segmentes wählen,
der die Bestimmung des Endes des QRS-Komplexes fördert. Der Konfigurationsbildschirm 160 zeigt
auch verschiedene Parameter an, die, wie gezeigt, anhand des aktuellen
Herzschlags gemessen wurden. Ein Indikator 170 zeigt dem
Benutzer, welche der Ableitungen gewählt ist; im Falle der 6 und 7 handelt
es sich bei dieser Ableitung um die Ableitung II. Als Erleichterung
für den
Benutzer ist auch ein RAZ-Indikator 117 vorgesehen.
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Die 6 und 7 umfassen
auch eingeblendete Anzeigen eines niederfrequent signalgemittelten EKG 172 und
eines gemittelten, gefilterten Hochfrequenz-Signals 174.
Die Ordinate auf der linken Seite der 6 und 7 zeigt
das gemittelte Niederfrequenzsignal 172 in Millivolt, und
die Ordinate auf der rechten Seite zeigt das gemittelte Hochfrequenzsignal 174 in
Mikrovolt.
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6 stellt
ein einzelnes lokales Maximum 176 und ein einzelnes lokales
Minimum 178 dar. 7, die Wellenformen
für einen
Patienten mit einer bekannten koronaren Herzerkrankung darstellt,
zeigt jedoch zwei lokale Maxima 180 und 182 sowie
zwei lokale Minima 184 und 186. Da die Maxima
und/oder Minima innerhalb des QRS-Komplexes auftreten und mittels
mindestens dreier Einhüllenden-Abtastpunkte
mit geringeren absoluten Amplituden dazwischen voneinander getrennt
sind, legen sie eine Zone mit reduzierter Amplitude fest, wie sie
auch auf dem beleuchteten RAZ-Indikator 117 gezeigt ist.
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Die 8 und 9 zeigen
Kreuzkorrelations-Anzeigen 190 der Erfindung. Die Anzeige 190 wird
von einem Benutzer mit der Taste 144 (4)
gewählt
und umfaßt
eine Anzeige 192 eines Musters, das über eine vom Benutzer wählbare Anzahl
von Schlägen
gemittelt ist. Eine Anzeige 194 zeigt das Niederfrequenz-EKG des
aktuellen Schlages, und eine Anzeige 196 zeigt die Kreuzkorrelation
zwischen den Wellenformen der Anzeige 192 und der Anzeige 194.
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Ein
Benutzer kann die Schwelle für
die Kreuzkorrelation, unterhalb welcher der Schlag abgewiesen wird,
mit einem Selektor 197 wählen, wobei ein Indikatorlicht 198 aufleuchtet,
wenn ein Schlag abgewiesen wird.
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Es
ist zu beachten, daß in 9 der
auf der Anzeige 194 angezeigte aktuelle Herzschlag verrauscht ist
und eine andere Form als das Muster aufweist. Der aktuelle Schlag
ist auch gegenüber
dem Muster der Anzeige 192 zeitlich versetzt. Folglich
ist auch die Kreuzkorrelation zwischen diesen schlecht, wie sich
dies in der Anzeige 196 widerspiegelt, die nur ein Maximum
bei 0,951 hat (d.h. unterhalb der vom Benutzer wählbaren Schwelle, die in diesem
Fall auf 0,970 eingestellt ist), und der Schlag wird abgewiesen,
wie dies durch das Indikatorlicht 198 angezeigt ist. Somit
wird der aktuelle Schlag nicht in das laufende Muster des gemittelten
EKG aufgenommen.
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Die 10 bis 13 zeigen
Trendlinien für
RMS, HFQE und HFAV sowie den aktuellen Wert dieser Parameter. Diese
Anzeigen enthalten ferner Linien, welche das Vorliegen als Funktion
des Fehlens von drei der hier beschriebenen Arten von RAZ darstellen.
Diese Anzeigen veranschaulichen ein weiteres Merkmal der vorliegenden
Erfindung, indem sie einen Zeit-Trend von Parametern zeigen. Insbesondere
stellen die auf einem Bildschirm 200 gezeigten Linien,
die laufend in Echtzeit aktualisiert werden, das Vorliegen (als
Funktion des Fehlens) aller drei Arten von RAZ über einen vom Benutzer wählbaren
Zeitraum (immer bis einschließlich zum
gegenwärtigen
Zeitpunkt) sowie die Spannungstrends für RMS, HFQE und HFAV über denselben
vom Benutzer wählbaren
Zeitraum für
alle am Patienten angebrachten Ableitungen dar. Die 10 und 11 geben
Beispiele für
Trendlinien auf einer Kurzzeitskala für einen gesunden Probanden
bzw. für
einen Patienten mit einer bekannten koronaren Herzerkrankung, während die 12 und 13 entsprechende
Beispiele für Tendlinien
auf einer Langzeitskala für
dieselben Personen geben. Der Benutzer kann gleichzeitig auf die
Kurzzeit- und Langzeit-Trendlinien-Plots
zugreifen, und die Zeitintervalle (die horizontalen Achsen, die
hier in Einheiten von Schlägen
dargestellt sind) auf beiden Plots sind, um es zu wiederholen, vollständig vom
Benutzer wählbar.
Die jeweiligen Parameter, die auf diesen Plots dargestellt sind,
sollen nur veranschaulichend sein, und andere Parameter können gleichermaßen dargestellt
werden. Die Ordinate für
jeden Plot ist gegenüber RMS,
HFQE und HFAV in Mikrovolt angegeben (die RAZ sind einheitslose „Gut/Schlecht"-Größen), während die
Abszisse zur Charakterisierung des Trends entweder in Schlägen oder
in Sekunden angegeben sein kann.
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Numerische
Meßwerte
des Hochfrequenz-QRS-EKG lassen sich auf verschiedene Weisen berechnen.
Diese Meßwerte
sind wichtig, da sie häufig
kleiner werden, wenn eine Ischämie
vorliegt. Der wohl verbreitetste Meßwert ist die Root-Mean-Square
(RMS)-Spannung des QRS- Signals,
die der „Fläche unter
der Kurve" des Leistungsspektrums
entspricht und definiert ist als:
wobei X
i die
gefilterte Spannung an einem bestimmten Abtastpunkt, ufqon und ufqoff
das Einsetzen bzw. der Auslauf des QRS-Intervalls und UFQRSD die
Dauer des ungefilterten QRS-Intervalls
ist, die durch ufqon und ufqoff definiert ist. In diesem Zusammenhang
stehen der Begriff „Einsetzen" für den Start
des QRS-Intervalls und der Begriff „Auslauf" für
das Ende des QRS-Intervalls. Dies ist der primäre numerische Meßwert, der
bei der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Auch
andere numerische Meßwerte
für das
Hochfrequenz-QRS-Signal wurden von Xue et al. (siehe Xue Q., B.
R. Reddy und T. Aversano, Analysis of high-frequency signal-averaged
ECG measurements, J Electrocardiol 28: 239–45, 1995) vorgeschlagen (und
ausschließlich
offline verwendet). Diese numerischen Meßwerte umfassen das Hochfrequenzintegral
absoluter Werte (HFAV) und die Hochfrequenz-QRS-Energie (HFQE).
Xue et al. definierten HFAV und HFQE wie folgt:
wobei
AVNL dem mittleren Rauschpegel des gefilterten Signals im ST-Segment
in einem 40 ms-Fenster entspricht, das 60 ms vom QRS-Auslauf liegt.
Es sei angemerkt, daß Xue
et al. in ihren eigenen Definitionen für HFAV und HFQE (wie oben gezeigt)
beim Versuch, das Rauschen und die Veränderlichkeit des Rauschens
zu reduzieren, sowohl das QRS-Einsetzen als auch dessen Auslauf
um jeweils zusätzliche
10 ms „puffern", vermutlich um Potentialungenauigkeiten
und -inkonsistenzen im Zusammenhang mit der Bestimmung des QRS-Intervalls
auszugleichen.
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Bei
der derzeit bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die Definitionen für HFAV und
HFQE auf zwei Weisen modifiziert. Erstens, weil die vorliegende
Erfindung eine Möglichkeit
zur Betrachtung des Hoch- und Niederfrequenz-EKG-Signals in Echtzeit
bietet, wodurch für
die Zuverlässigkeit
bei der Bestimmung des QRS-Intervalls gesorgt ist und die Notwendigkeit
(oder das Fehlen einer solchen), die 10-Millisekunden-Pufferzeiträume zu verwenden,
dem Wunsch des Benutzers überlassen
ist. Zweitens verwendet die vorliegende Erfindung vorzugsweise eher
das PR-Intervall oder das TP-Segment als das ST-Segment, um den
AVNL der Grundlinie zu bestimmen, da ein Segment des Herzzyklus
bevorzugt ist, bei dem weder eine Depolarisation noch eine Repolarisation
vorliegt. Bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, die hier
offenbart ist, wird der AVNL als RMS-Rauschen des gefilterten Signals
bestimmt, das innerhalb eines 25 ms-Intervalls im PR-Segment liegt.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
wird HFAV gemessen als
wobei AVNL (mittlerer Rauschpegel)
dem „Rauschen" des Hochfrequenzsignals
(d.h. des gefilterten Signals) innerhalb des soeben erwähnten Teils
des PR-Intervalls entspricht.
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Ferner
wird die Hochfrequenz-QRS-Energie (HFQE) berechnet als
wobei der AVNL in gleicher
Weise wie beim HFAV bestimmt wird.
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Eine
nützliche
Charakterisierung eines Datensatzes beinhaltet Steigung und Häufungsgrad.
Die Steigung ist ein Maß für die Symmetrie
oder, genauer gesagt, für
mangelnde Symmetrie. Eine Verteilung oder ein Datensatz ist symmetrisch,
wenn sie/er links und rechts des Mittelpunktes gleich aussieht.
Der Häufungsgrad ist
ein Maß dafür, ob die
Daten gegenüber
einer Normalverteilung erhaben oder flach verlaufen, d.h. Datensätze mit
einem hohen Häufungsgrad
haben meist ein deutliches Maximum nahe dem Mittelwert, fallen relativ rasch
ab und haben starke Ausläufer.
Datensätze
mit niedrigem Häufungsgrad
haben nahe dem Mittelwert meist eher ein flaches oberes Ende als
ein deutliches Maximum. Der Extremfall wäre eine gleichförmige Verteilung.
Durch die graphische Darstellung der Steigungswerte alleine, der
Häufungsgrad-Werte
alleine oder der Steigung als Funktion des Häufungsgrads, mit einem Wert
auf der Ordinate und dem anderen auf der Abszisse, kann der Kliniker
aus den Hochfrequenz-QRS-Signalen Informationen gewinnen, die potentiell
auf eine Herzkrankheit hinweisen. Gemäß den 14 und 15 ist
eine Anzeige 250 zur Echtzeit-Darstellung laufend aktualisierter
Plots der Steigung als Funktion des Häufungsgrads vor einer Hintergrundlinie
einer Verteilungsfunktion für
die normal Bevölkerung
vorgesehen. Wenn die S-K-Daten eines Patienten in einer bestimmten
Ableitung auf oder über
die Verteilungsfunktion dieser Ableitung fallen, werden die Daten
für diese
Ableitung für „normal" erachtet, wie dies
bei den meisten Ableitungen der 14 gezeigt
ist, während
Daten einer bestimmten Ableitung, die unter die Verteilungsfunktion
dieser Ableitung fallen, wie dies in den meisten Ableitungen der 15 gezeigt
ist, einen visuellen Hinweis auf eine potentielle Herzkrankheit,
d.h. einen positiven „RAZS-K",
ergeben.
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In
den 16 und 17 ist
nun eine Anzeige 270 vorgesehen, um das Leistungsspektrum
des Hochfrequenz-QRS-Signals für
jede Ableitung zu zeigen. Eine Änderung
der Form des Spektralplots dergestalt, daß nicht nur ein, sondern zwei
deutliche Maxima auftreten, kann ein weiterer Hinweis auf eine Herzstörung sein.
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Die
Prinzipien, die bevorzugte Ausführungsform
und die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung sind in der vorhergehenden
Beschreibung beschrieben.
