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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zur Frequenzanalyse atrialer Fibrillation,
d. h. Mittel zum Bestimmen des Ausmaßes des mit der atrialen Fibrillation
verbundenen Krankheitszustands. Diese Erfindung kann verwendet werden,
um zu entscheiden, ob und wie der Zustand zu behandeln ist.
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Diese Erfindung kann als eine Weiterentwicklung
konventioneller EKG-Geräte
betrachtet werden. Durch Einrichtungen der Erfindung können die
EKG-Signale weiterverarbeitet werden, um Informationen über die
atriale Fibrillation zu erlangen. Diese Informationen bieten nützliches
Wissen über
den Mechanismus der atrialen Fibrillation und diese Informationen
werden benutzt, um den Krankheitszustand des Patienten zu bewerten.
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Stand der
Technik
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Die EKG-Technologie wird seit langer
Zeit zur Untersuchung der Herzfunktionen eingesetzt. Eine Störung der
Herzfunktionen, die durch das EKG bestimmt werden kann, ist die
atriale Fibrillation. Bis jetzt wurden nur oberflächliche
qualitative Analysen der atrialen Fibrillation durchgeführt und
es war bisher nicht möglich,
andere klinisch nützliche
Schlüsse als
diejenigen wie und ob sie auftritt oder nicht, zu ziehen.
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Bei der atrialen Fibrillation ist
die Krankheitsentwicklung mitunter derartig, dass sie nach einer Behandlung
spontan wieder auftritt. Mit der bisher bekannten Technologie war
es nicht möglich
zu bestimmen, ob die Behandlung der atrialen Fibrillation erfolgreich
sein würde
oder wie lange es dauern würde,
bis die Fibrillation spontan wieder auftreten würde. Infolgedessen wurden Ressourcen
mitunter unnötigerweise
für ineffektive
Behandlungen eingesetzt.
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Dieses Problem wird bei der vorliegenden Erfindung
durch die Tatsache, dass die atriale Fibrillation durch Beobachten
ihres Frequenzverhaltens qualitativ analysiert werden kann, beseitigt
oder zumindest reduziert. Mit Hilfe der Erfindung können genauere
Vorhersagen darüber
abgegeben werden, ob eine Behandlung der atrialen Fibrillation erfolgreich sein
wird oder nicht.
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EP
0 594 273 wird in Bezug auf den Stand der Technik als maßgeblich
angesehen. Die Präambel
des Anspruchs 1 basiert auf diesem Dokument. Der Defibrillator enthält Einrichtungen
zum Registrieren von elektrischen Signalen aus dem Herzen eines Patienten
und Einrichtungen zum Trennen eines aus den Vorhöfen herrührenden Signals.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Diese Erfindung stellt folglich eine
Vorrichtung für
die Frequenzanalyse der atrialen Fibrillation bereit. Die Vorrichtung
umfasst eine Einrichtung zum Aufzeichnen eines elektrischen Signals
aus dem Herzen eines Patienten und Einrichtungen zum Trennen eines
aus den Atria herrührenden
Signals.
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Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung weiterhin
Einrichtungen zur Frequenzanalyse des atrialen Signals. Die Trenneinrichtung
umfasst ferner Mittel zur Identifizierung von aus den Ventrikeln
herrührenden
Signalen, Mittel zum Klassifizieren der ventrikulären Signale,
Mittel zum Formatieren des Mittelwertes der klassifizierten ventrikulären Signale und
Mittel zum Subtrahieren der gemittelten klassifizierten ventrikulären Signale
von dem registrierten Gesamtsignal, um das atriale Signal zu erhalten.
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Vorzugsweise umfassen die Registrierungseinrichtungen
Elektroden, die auf dem Patienten zu platzieren sind und Elektroden
für das
gleichzeitige Registrieren eines konventionellen EKGs.
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Die Erfindung wird durch die begleitenden Patentansprüche ausführlich definiert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird im Folgenden unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1A–D ist ein Diagramm, das verschiedene Krankheitsverläufe in Verbindung
mit atrialen Fibrillation zeigt.
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2A ist
eine schematische Darstellung des Erregungsleitungssystems des Herzens. 2B zeigt eine normale EKG-Kurve.
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3A ist
eine schematische Darstellung eines Herzens, die atriale Fibrillation
zeigt. 3B ist eine Kurve,
die ein in Verbindung mit der genannten atrialen Fibrillation erhaltenes
elektrisches Signal zeigt.
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4A und 4B zeigen verschiedene Kurven aus
einer EKG-Aufzeichnung an einem Patienten mit atrialen Fibrillation.
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5 ist
ein Diagramm, das eine EKG-Kurve wie auch eine getrennte Atrium-Kurve
zeigt und
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6 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel der Frequenzanalyse der Atrium-Kurve
der 5 zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
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Untersuchungen haben gezeigt, dass
die Krankheit der atrialen Fibrillation mit Frequenzerhöhung mit
zunehmendem Alter auftritt. Bei Personen unter 50 Jahren ist die
Krankheit ungewöhnlich,
jedoch ist bei Personen über
50 Jahren ein eher starker Anstieg der Krankheitsfälle zu beobachten.
Es wurde berechnet, dass in Schweden ungefähr 100 000 Menschen an dieser
Krankheit in ihrer chronischen Form leiden.
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Die 1 zeigt
den typischen Verlauf der Krankheit der atrialen Fibrillation. In
dem Diagramm zeigt ein High-Level das Auftreten der atrialen Fibrillation
an und ein Low- Level
bezeichnet Nichtauftreten. Die vertikalen Pfeile zeigen erfolgte
Behandlungen an. Wie in der Kurve A gezeigt, sind die Behandlungen
vorübergehend
erfolgreich, jedoch tritt die Krankheit, jedes Mal nach einem kürzeren Zeitabstand,
wieder auf. Schließlich
ist es nicht lohnenswert, jegliche Art von Behandlung durchzuführen. In dem
Fall B nimmt die Krankheit einige Male spontan ab, bevor sie den
gleichen Verlauf wie in A nimmt, d. h., dass sie schließlich ein
Stadium einer chronischen atrialen Fibrillation erreicht. In dem
Fall C tritt die Krankheit von Zeit zu Zeit auf, entwickelt sich
jedoch nie zu einer chronischen atrialen Fibrillation. In dem Fall
D herrscht die Krankheit über
einen verlängerten Zeitraum
vor, zieht sich jedoch spontan ohne Behandlung zurück. Infolgedessen
sind Verschiedenheiten in der Erscheinungsform vorhanden und es
ist ein Bedarf für
eine Vorrichtung und für
ein Verfahren zum Evaluieren der atrialen Fibrillation vorhanden, um
zu bestimmen, ob eine Behandlung Aussicht auf Erfolg hat.
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Zum besseren Verständnis der
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2A das Erregungsleitungssystem
des Herzens kurz erklärt.
In der 2A wird das Herz
eines Patienten von der Vorderseite gezeigt, d. h., rechts in der
Figur ist links aus der Sicht des Patienten und umgekehrt. Der Herzrhythmus
wird durch den sinoatrialen Knoten 1 gesteuert, der ein elektrisches
Signal aussendet, das durch die ungefähr konzentrischen, gestrichelten
Kreise dargestellt wird. Diese Signale erreichen den atrioventrikulären Knoten
(AV-Knoten) 2, der als ein Kollektor und Filter für die Impulse
aus dem sinoatrialen Knoten wirkt. Die Signale werden durch einen „Kabelbaum" von kardiomuskulären Fasern
3 an die Ventrikel übertragen.
Ansonsten sind die Atria und die Ventrikel durch eine Barriere 4
elektrisch isoliert.
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Die 2B zeigte
eine normale EKG-Kurve. Der erste Impuls P rührt von dem sinoatrialen Knoten her,
wohingegen der QRS-Komplex und die T-Welle von den Ventrikeln ausgehen.
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Die 3A zeigt
ein Herz mit atrialer Fibrillation. Der Figur kann entnommen werden,
dass der sinoatriale Knoten seine Funktion nicht erfüllen kann, da
irgendwie Feedback-Schleifen
5 in den Atria aufgetreten sind und eine konzentrische Ausbreitung der
sinoatrialen Knotenimpulse unmöglich
machen. Eine Feedback-Schleife kann um ein funktionsbedingtes oder
anatomisches Hindernis herum auftreten. Ein typisches Merkmal ist
das Fehlen einer so genannten P-Welle in dem EKG.
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onsbedingtes oder anatomisches Hindernis herum
auftreten. Ein typisches Merkmal ist das Fehlen einer so genannten
P-Welle in dem EKG.
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Die 3B zeigt
ein typisches Signal von einem Herzen mit atrialer Fibrillation.
Das Signal besteht aus einem auf das Fibrillations-Signal überlagerten
ventrikulären
Signal, von dem die Spitzen (peaks) leicht zu identifizieren sind.
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Dabei gilt das Folgende: WL ≥ CV × RPwobei
WL die Wellenlänge
(~ 1/f) ist, CV die Leitgeschwindigkeit ist und RP die Refraktärperiode
ist, d. h. die Erholungsperiode der kardiomuskulären Faser nach der Erregung
durch einen elektrischen Impuls. Es wurde nachgewiesen, dass umso
kürzer
die Wellenlänge
ist, d. h., je höher
die Frequenz ist, desto schwieriger ist es, das Herz gegen Fibrillation
zu behandeln. Infolgedessen besteht ein Interesse, die Frequenz
der atrialen Fibrillation zu untersuchen, welches der Erfinder durchgeführt hat.
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In den 4A und 4B wird die Aufzeichnung eines
EKGs eines Patienten mit atrialer Fibrillation gezeigt. Die verschiedenen
Signal V1–V6,
AVL, I, aVR, II, aVF, III sind solche, die normalerweise durch Oberflächenelektroden,
die auf einem Patienten an konventionellen Stellen aufgelegt werden,
während eines
EKGs registriert werden. Wenn das Herz gesund gewesen wäre, wäre eine
P-Welle beobachtet worden, die am klarsten in den Signalen V1 und
II sichtbar gewesen wäre.
Stattdessen tritt jetzt ein überlagertes
Fibrillations-Signal auf.
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In der 5 wird
gezeigt, wie mit Hilfe der vorliegenden Erfindung das Fibrillations-Signal oder Atrial-Signal
extrahiert wird. Das unbearbeitete EKG-Signal V1 wird auf der Oberseite
der Figur gezeigt. Ein konventionelles EKG-Gerät wird durch verschiedene Einrichtungen
zum Weiterverarbeiten des EKG-Signals ergänzt. Zuerst werden die leicht
identifizierbaren QRS-Spitzen identifiziert. Die QES-Spitzen werden
dann einzeln in verschiedene Typen klassifiziert. Im Anschluss daran
wird eine Durchschnittszeit der Registrierungsperiode innerhalb
jedes Typs gebildet. Die Durchschnitte der Klassen werden dann von
dem EKG-Gesamtsignal abgezogen, wodurch das reine Fibrillations-Signal subecg erhalten
wird. Das Diagramm zeigt ebenso das Signal syntecg, das be rechnet
wurde und das von dem Gesamtsignal abgezogen wird. Dieses Signal
entspricht dem „ventrikulären Signal".
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Das erhaltene Fibrillations-Signal
kann im Anschluss daran mit einem Frequenzanalysator analysiert
werden. Die 6 zeigt
ein Diagramm einer derartigen Analyse. Wie zu sehen ist, hat die
Fibrillation eine Frequenzspitze von ungefähr 7 Hz , welches einer Zykluslänge von
ungefähr
145 Millisekunden und 420 Schlägen
pro Minute (BPM = Beats Per Minute) entspricht. Ein niedriger Zykluslängenwert (oder
eine höhere
Frequenz) für
die Anordnung der Spitze in der Frequenzanalyse entspricht einer
stärkeren
Tendenz zu Arhythmien. Es kann demnach ebenso von Interesse sein,
die Verteilung der Impulsfrequenz zu untersuchen, d. h., die Impulsbreite
bei einem gegebenen Pegel.
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Diese Art der Signalverarbeitung
kann ebenso mit Signalen durchgeführt werden, die in dem Ösophagus
oder aus dem Inneren des Herzens via Herzkatheter aufgezeichnet
werden.
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Als eine Ergänzung der Oberflächenelektroden
des EKG-Geräts
können ösophageale
Elektroden verwendet werden. Derartige Elektroden werden von dem
Patienten in den Ösophagus
geschluckt und dann nahe dem Herzen positioniert. Es ist möglich, insbesondere
nahe an das Atrium und an die Ventrikel der linken Seite zu gelangen.
Mit Hilfe der ösophagealen
Elektroden können
Signale eines abgegrenzteren Teils des Herzens ausgewählt werden. Dies
kann während
des Untersuchens der Herkunft und des Mechanismus der Fibrillation
dienlich sein.
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Die vorliegende Erfindung stellt
auf diese Art und Weise eine Weiterentwicklung der EKG-Technik für qualitative
Untersuchungen insbesondere von atrialer Fibrillation bereit. Der
Hauptvorteil gegenüber einem
konventionellen EKG ist, dass eine Einschätzung ermöglicht wird, ob Ressourcen
in Form von Zeit, Medikamenten und elektrischer Behandlung für einen
Patienten mit atrialer Fibrillation verwendet werden sollten. Die
verschiedenen Einrichtungen zum Aufzeichnen der elektrischen Signale
und zum Verarbeiten derselben in der Art und Weise, die die Erfindung
beschreibt, basieren auf konventioneller Technologie und stellen
für einen
Fachmann in dieser Technik kein Problem dar. Die Ausrüstungen
und die Software für
die Frequenzanalyse und die Signaltrennung sind im Handel erhältlich.
Der Anwendungsbereich der Erfindung ist nur durch die begleitenden
Patentansprüche
beschränkt.