DE69728743T2

DE69728743T2 - Vorrichtung zur exakten Zählung von stimulierten Herzschlägen

Info

Publication number: DE69728743T2
Application number: DE69728743T
Authority: DE
Inventors: Stephen Adam Marinello
Original assignee: Draeger Medical Systems Inc
Current assignee: Draeger Medical Systems Inc
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2017-12-20
Also published as: DE69728743D1; US5771898A; ATE264654T1; EP0850593B1; EP0850593A2; EP0850593A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Herzschlag-Monitoring und insbesondere betrifft sie das exakte Monitoring von QRS-Komplexen in Gegenwart von Schrittmacherimpulsen.
EKG (Elektrokardiogramm)-Monitore versuchen üblicherweise in Echtzeit die Herzfrequenz eines Patienten wie auch andere, für die Gesundheit eines Patienten indikative Parameter wie beispielsweise die Körpertemperatur, den Blutdruck etc. zu berechnen und anzugeben. Die Berechnung der Herzfrequenz eines Patienten, der einen künstlichen Herzschrittmacher besitzt, ist schwierig, weil in dem EKG-Signal des Patienten künstliche Herzschrittmacherimpulse vorhanden sind, die mit der Herzreaktion des Patienten, d. h. dem QRS-Komplex, zeitlich korrelieren können oder auch nicht. Diese künstlichen Herzschrittmacherimpulse können irrtümlich als QRS-Komplexe gezählt werden, was zu ungenauen, hohen Herzfrequenzen führen kann oder noch schlimmer, was dazu führen kann, dass eine Herzfrequenz angegeben wird, wenn tatsächlich keine vorhanden ist. Außerdem können künstliche Herzschrittmacherimpulse einen Overshoot oder einen Undershoot aufweisen, ein dem Herzschrittmacherimpuls folgendes, exponentiell abfallendes elektrisches Signal, das durch kapazitive Elemente in dem System Herzschrittmacher-Haut-Elektrode verursacht wird. Diese Overshoots oder Undershoots können auch irrtümlich als gültige QRS- Komplexe interpretiert werden, was wiederum zur Berechnung und Anzeige von ungenauen, hohen Herzfrequenzen führt.
Zusätzlich zu falschen QRS-Detektionen (Erfassung von Herzschrittmacherimpulsen als QRS-Komplexe) treten Situationen auf, die bewirken können, dass ein Monitor darin versagt, gültige stimulierte QRS-Komplexe (d. h. QRS-Komplexe, die von Herzschrittmacherimpulsen herrühren, die auf das Herz ausgeübt wurden) zu erfassen, was zur Angabe einer ungenauen, niedrigen Herzfrequenz führt, oder sogar dazu führt, dass eine Asystole angezeigt wird, ein Zustand, bei dem keine Herzschläge detektiert werden. Solche Situationen können auftauchen, wenn:

– QRS-Komplexe in einem Overshoot oder Undershoot eines Herzschrittmachers verborgen sind, was bewirkt, dass ein QRS-Komplex bei bestimmten Systemen, die dazu ausgelegt sind, die Detektierung während eines Herzschrittmacher-Overshoots oder eines Herzschrittmacher-Undershoots zu umgehen, nicht detektiert wird,
– gültige (echte) QRS-Komplexe, die einem Herzschrittmacherimpuls folgen, erfasst werden, jedoch bei bestimmten Systemen als Overshoot oder Undershoot nicht richtig klassifiziert werden, mit dem Ergebnis, dass gültige Komplexe aussortiert werden,
– EKG-Signale gestört werden, wenn sie von einem EKG-Monitor elektronisch erfasst und verstärkt werden, insbesondere durch das "Klingeln", eine exponentiell abfallende, sinusförmige Reaktion aufgrund eines Herzschrittmacherimpulses mit großer Amplitude, der durch einen Sperrfilter geht, welcher zum Entfernen von Zeilen-Frequenzinterferenzen bestimmt ist. Da dieses Klingeln bei bestimmten Überwachungssystemen als gültige QRS-Komplexe auftauchen kann, sind solche Monitorsysteme dazu ausgelegt, während des Klingelns keine QRS-Komplexe zu detektieren, was zu einem Überwachungssystem führt, das eine verschlechterte Sensitivität bezüglich QRS-Komplexen besitzt und folglich keine QRS-Komplexe mit niedrigem Level erfasst.

Es ist bekannt, dass einige Herzfrequenzmonitore gemäß dem Stand der Technik Verfahren verwendeten, die in der Nähe eines detektierten Herzschrittmacherimpulses nach QRS-Komplexen suchen. Diese Systeme lösen jedoch nicht gleichzeitig alle genannten Probleme von ineinander übergehenden Schlägen (QRS-Komplexe, die nahezu zur gleichen Zeit wie die Herzschrittmacherimpulse auftreten), Overshoot oder Undershoot, kleinen Kopplungsintervallen, von einem Herzschrittmacher nicht erfassten Herzschlägen [pacemaker-non-capture beats] und QRS-Komplexen mit kleiner Amplitude oder kleiner Breite.
Einige Systeme waren in erster Linie nicht zufriedenstellend, da sie Austastperioden [blanking periods] verwendeten, um falsche positive QRS-Detektionen (fälschlicherweise Anzeigen einer QRS-Detektion, wenn tatsächlich kein QRS vorliegt) infolge eines Herzschrittmacherimpuls-Overshoots oder eines Herzschrittmacherimpuls-Undershoots zu verhindern. Die Verwendung von Austastperioden verursachte aber unerwünschterweise falsche negative Detektionen (fälschlicherweise keine Anzeige einer Detektion) vieler gültiger QRS-Komplexe, die von den Herzschrittmacherimpulsen resultierten. Andere Systeme verwendeten keine Austastperioden, jedoch war die Detektionsfähigkeit des Systems absichtlich verringert (Desensibilisierung), bis zu dem Punkt, dass es nicht länger ein Klingeln von einem QRS-Komplex mit niedriger Amplitude unterscheiden konnte.
Somit waren frühere Systeme entweder:

1) empfindlich für QRS-Komplexe, detektierten aber fälschlicherweise QRS-Komplexe während eines Overshoots oder eines Undershoots oder
2) unempfindlich für Overshoot oder Undershoot, jedoch auch unempfindlich bei der Detektion von bestimmten QRS-Komplexen.

Da eine falsche Detektion während des Über- oder Unterschwingens das größere Problem ist (eine aktuelle Asystole eines Patienten könnte unerfasst bleiben), sind die meisten aktuellen Systeme dazu ausgelegt, gemäß der zweiten Alternative zu arbeiten. Das bedeutet, dass viele falsche Anzeigen von niedrigen Herzfrequenzen und Asystolen erwartet werden können.
Die US 4527567 offenbart einen Herzfrequenzmonitor, der QRS-Komplexe in Herzschrittmacherimpulsen detektiert. QRS-Komplexe werden mit Hilfe einer QRS-Erkennungsschaltung detektiert, Stimulierungsimpulse werden durch eine Stimulierungsartefakte-Erkennungsschaltung detektiert und die Ausgänge der zwei Schaltungen werden in einer Logikverarbeitungsschaltung miteinander kombiniert.
Die vorliegende Erfindung versucht das Problem des Angebens von ungenauen Herzfrequenzen beim Vorhandensein von Herzschrittmacherimpulsen zu verringern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Herzfrequenzmonitor bereitgestellt, der einen QRS-Detektor zum Detektieren von QRS-Komplexen in Gegenwart von Herzschrittmacherimpulsen enthält, umfassend einen Signalempfänger, der dafür ausgelegt ist, an mindestens einen Sensor gekoppelt zu werden, der mit einem Patienten gekoppelt ist, um ein EKG-Signal und ein Herzschrittmacher-Detektierungssignal bereitzustellen; eine Überprüfungseinheit für die Schrittmacheraktivität, die auf das Schrittmacherdetektierungssignal und das EKG-Signal anspricht, um ein erstes Ausgangssignal bereitzustellen, das das Auftreten eines QRS-Komplexes in der Nähe des Schrittmacher-Detektierungssignals anzeigt, einen QRS-Detektor, der auf das EKG-Signal anspricht, um das Auftreten eines QRS-Komplexes in dem EKG-Signal anzuzeigen, ein Logikkombinationsmittel, das zumindest auf das erste Ausgangssignal und den Ausgang des QRS-Detektors anspricht, um ein kombiniertes QRS-Detektierungssignal zu bestimmen, und ein Herzfrequenz-Bestimmungsmittel, das auf das kombinierte QRS-Detektierungssignal anspricht, um die Herzfrequenz des Patienten anzuzeigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfungseinheit für die Schrittmacheraktivität dafür hergerichtet ist, ein zweites Ausgangssignal auszugeben, das das Auftreten eines Overshoots in der Nähe des Schrittmacher-Detektierungssignals anzeigt, wobei der Monitor des Weiteren einen Overshoot-Bewerter aufweist, der auf das EKG-Signal und das zweite Ausgangssignal anspricht, um die Gültigkeit des angezeigten Overshoots anzuzeigen, und das Logikkombinationsmittel auf den Ausgang des Overshoot-Bewerters anspricht, um das kombinierte QRS-Detektierungssignal zu bestimmen.
Die vorliegende Erfindung vermeidet ungenaue Anzeigen von stimulierten Herzfrequenzen, indem eine genaue Anzeige des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins von einem QRS-Komplex in der Umgebung jedes detektierten Herzschrittmacherimpulses bereitgestellt wird. Auf diese Weise ist ein Herzfrequenzmonitor, der die Erfindung benutzt, dazu in der Lage, falsche Detektierungen von QRS-Komplexen zu vermeiden, während auch eine sensitive Detektierung von stimulierten QRS-Komplexen geboten wird. Dies wird primär dadurch erreicht, dass erfasste Schrittmacher-Überschwingungen oder Schrittmacher-Unterschwingungen ausgemustert werden, während die Erfindung auch für viele weitere QRS-Komplexe sensitiv ist.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie sie verwirklicht werden könnte, wird nun beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1 ein Blockdiagramm eines Herzfrequenzmonitors zeigt, der gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
2 ein Flussdiagramm der Überprüfungseinheit für die Aktivität des Herzschrittmachers von 1 zeigt;
3 ein Ausdruck des Frequenzansprechverhaltens eines in der 2 gezeigten Differenzierungsfilters darstellt;
4 eine beispielhafte Wellenform eines gefilterten Herzschrittmacher-Overshoots mit einem QRS-Komplex zeigt;
5a–5f die Wirkung des Differenzierungsfilters auf EKG-Daten zeigt;
6 eine Vergrößerung der in 4 dargestellten beispielhaften Wellenform zeigt, und
7 ein Blockdiagramm einer Modifizierung eines Herzfrequenzmonitors zeigt, der gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verarbeitung mehrerer EKG-Signale ausgelegt ist.
Eine Übersicht des Herzschrittmacherverarbeitungssystem ist in der 1 gezeigt. Ein Patient 2 ist an einer Vielzahl von Körperelektroden 4 angeschlossen, die elektrische Potentiale an der Oberfläche des Patienten abtasten und eine elektrische Darstellung des EKGs des Patienten zu einem Herzfrequenzmonitor 6 übertragen. Im Monitor 6 wird das EKG-Signal einem Signalempfänger zugeführt, der typischerweise als konventionell ausgestalteter Front-End-Signalprozessor bezeichnet wird, der einen Analog-Digital-Wandler/Herzschrittmacherdetektor 8 enthält. Der Analog-Digital-Wandler/Herzschrittmacher 8 ist herkömmlicher Bauart (und kann entweder in Hard- oder Software ausgeführt sein, was auch auf den Rest der Signalverarbeitung, die zu beschreiben ist, zutrifft) und erzeugt zwei Ausgänge: ein Logiksignal (Wahr oder Falsch) Herzschrittmacherpuls-Detektierungssignal 10 (das beispielsweise eine Anstiegsgeschwindigkeitsdetektortechnologie [slew rate technique] verwendet), das Wahr ist, wenn ein künstlicher Herzschrittmacherzacken detektiert wurde, und das ansonsten Falsch ist, und eine Vielzahl von digitalen EKG-Signalen 12, wovon jedes eines der durch die Elektroden 4 abgetasteten EKG-Signale repräsentiert.
Eine Überprüfungseinheit 14 für die Schrittmacheraktivität spricht auf das Herzschrittmacherimpuls-Detektierungssignal 10 und das digitale EKG-Signal 12 an, um in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung drei logische Ausgangssignale zu erzeugen: ein Vorstimulierungspuls-QRS-Detektierungssignal 16, das auf Wahr gesetzt wird, wenn durch die Überprüfungseinheit 14 für die Schrittmacheraktivität ein QRS in einem vorgegebenen Zeitfenster vor der Indikation eines Schrittmacherimpulses durch das Herzschrittmacherimpuls-Detektierungssignal 10 detektiert wurde, und das ansonsten auf Falsch gesetzt wird, ein Poststimulierungspuls-QRS-Detektierungssignal 18, das auf Wahr gesetzt wird, wenn durch die Überprüfungseinheit 14 für die Herzschrittmacheraktivität ein QRS in einem vorgegebenen Zeitfenster nach der Indikation eines Schrittmacherimpulses durch das Herzschrittmacherimpuls-Detektierungssignal 10 detektiert wurde, und das ansonsten auf Falsch gesetzt wird, und ein Overshoot-Detektierungssignal 20, das auf Wahr gesetzt wird, wenn durch die Überprüfungseinheit 14 für die Herzschrittmacheraktivität ein Herzschrittmacher-Overshoot oder Herzschrittmacher-Undershoot in der Nähe eines Herzschrittmacherimpulses, wie durch das Herzschrittmacherimpuls-Detektierungssignal 10 angegeben, detektiert wurde, und das ansonsten auf Falsch gesetzt wird. In einer alternativen Ausführungsform kann die Überprüfungseinheit 14 für die Herzschrittmacheraktivität nur ein Poststimulierungspuls-QRS-Detektierungssignal 18 und kein Vorstimulierungspuls-QRS-Detektierungssignal 16 erzeugen und immer noch eine QRS-Angabe liefern, die genauer ist als es im Stand der Technik bekannt ist.
Ein QRS-Detektor 22 herkömmlicher Bauart, wie beispielsweise ein Amplitudendetektor, arbeitet parallel mit (d. h. zusätzlich zu) der Überprüfungseinheit 14 für die Herzschrittmacheraktivität. Der QRS-Detektor 22 spricht auf das digitale EKG-Signal 12 an und erzeugt als Ausgang ein logisches QRS-Detektierungssignal 24, das auf Wahr gesetzt wird, wenn ein QRS durch den Detektor 22 detektiert wurde, und das ansonsten auf Falsch gesetzt ist. Alternativ hierzu kann der Detektor 22 die Vorrichtung umfassen, die in einer am 16. Dezember 1996 eingereichten Anmeldung vom gleichen Anmelder gezeigt ist und den Titel hat "METHODS AND APPARATUS FOR USING MULTIPLE LEADS FOR QRS-DETECTION" (USSN 08/768,093).
Gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung spricht ein Logikkombinationsmittel 26 an auf das Herzschrittmacherimpuls-Detektierungssignal 10, die Stimulierungspuls-QRS-Detektierungssignale 16 und 18 (oder in einer alternativen Ausführungsform nur auf das Signal 16), das Overshoot-Detektierungssignal 20 und das QRS-Detektierungssignal 24 zur Erzeugung eines kombinierten QRS-Detektierungssignal 28, das auf Wahr gesetzt wird (ein detektiertes QRS anzeigend), wenn das Logikkombinationsmittel 26 ermittelt hat, dass ein stimulierter oder ein nicht-stimulierter QRS-Komplex vorhanden ist, und das ansonsten auf Falsch gesetzt ist, unabhängig vom Ausgang des QRS-Detektors 22. Für einen einwandfreien Betrieb der Erfindung kommt es nicht darauf an, ob das Logikkombinationsmittel 26 tatsächlich Indikationen von QRS-Komplexe, die vom Detektor 22 detektiert wurden, daran hindert, dass diese in dem kombinierten QRS-Detektierungssignal 28 auftauchen oder sie durchlässt, oder ob das Logikkombinationsmittel intern solche Anzeigen von QRS-Detektionen auf der Grundlage seiner Eingangssignale generiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die obigen Eingangssignale gemäß der nachfolgenden Wahrheitstabelle kombiniert werden:
Somit unterdrückt, wie in der ersten Reihe der obigen Tabelle gezeigt, das Logikkombinationsmittel 26 den Durchgang der QRS-Detektionen vom QRS-Detektor 22 in dem Fall, wo das Overshoot-Signal 20 auf Wahr gesetzt ist und das Poststimulierungs-QRS-Signal 18 auf Falsch gesetzt ist (d. h. es liegt ein Overshoot und kein Poststimulierungs-QRS vor, so dass irgendeine Indikation eines detektierten QRS durch den Detektor 22 wirklich eine Detektion des Overshoots und nicht eines gültigen QRS-Komplexes ist). Des Weiteren wird, wenn das Overshoot-Signal 20 auf Wahr gesetzt ist und auch das Poststimulierungs-QRS-Signal 18 auf Wahr gesetzt ist, wie es in der vierten Reihe der obigen Tabelle gezeigt ist, ein stimuliertes QRS als detektiert angezeigt, unabhängig von dem Ausgang des QRS-Detektors 22. Ein stimulierter QRS-Komplex wird als ein QRS-Komplex definiert, der innerhalb von 250 ms nach einem Herzschrittmacherimpuls auftritt. Das Logikkombinationsmittel 26 kann diese Berechnung ausführen, da es als Eingang das Herzschrittmacherimpulssignal 10 hat.
Wenn durch die Überwachungseinrichtung 14 für die Aktivität des Schrittmachers eine Vorstimulierungs-QRS-Indikation ermittelt wurde (zweite und dritte Reihe der obigen Tabelle), dann werden alle durch den Detektor 22 angezeigten QRS-Detektionen gezählt (angezeigt im Ausgangssignal 28), vorausgesetzt, es ist kein Zweikammer-Herzschrittmacher in Verwendung. Eine Detektion eines Zweikammer-Herschrittmachers wird durch Messen des Intervalls zwischen Herzschrittmacherimpulsen durchgeführt. Wenn das Intervall kleiner ist als ein Schwellenwert, dann wird ein Zweikammer-Herzschrittmacher detektiert. Wiederum kann eine derartige Messung im Logikkombinationsmittel 26 erfolgen.
Wenn ein Herzschrittmacherimpuls innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne um eine durch den QRS-Detektor 22 angezeigte QRS-Detektion herum detektiert wird, dann wird der QRS-Komplex als ein stimulierter QRS-Komplex gekennzeichnet; ansonsten wird er als nicht-stimulierter QRS gekennzeichnet. Jegliche QRS-Detektionen der Überprüfungseinheit 14 für die Aktivität des Schrittmachers, die von dem Logikkombinationsmittel 26 validiert sind, d. h. solche, die in den Reihen 2–4 der obigen Tabelle gezeigt sind, werden als stimulierte QRS-Komplexe gekennzeichnet.
Ein Herzfrequenzcomputer 30 berechnet die Herzfrequenz 32 eines Patienten über eine gegebene Zeitspanne, wobei bekannte Verfahren eingesetzt werden und das kombinierte QRS-Detektierungssignal 28 vom Logikkombinationsmittel 26 verwendet wird, um einem Benutzer eines Monitors 6 eine Anzeige 32 zu geben, die zumindest wie eine der folgenden Anzeigen ausgebildet sein kann: eine Sichtanzeige (numerisch und/oder Blinksymbol), eine akustische Anzeige oder auch andere Verwendungen der Information, wie beispielsweise Trend- und Fernüberwachung. Man beachte, dass obgleich nur das Verarbeiten von nur einem einzigen EKG-Signal beschrieben wird, auch mehrere EKG-Signale gemäß der Ausführungsform, die in der 7 gezeigt ist, verarbeitet werden könnten, wodurch die Genauigkeit des beschriebenen Herzfrequenzmonitors verbessert würde.
Die 2 zeigt ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform für die Überwachungseinheit 14 für die Schrittmacheraktivität gemäß der Erfindung. Es folgt eine Übersichtsdarstellung der Überprüfungseinheit 14 für die Aktivität des Schrittmachers. Im Schritt 200 werden EKG-Daten, die einen detektierten Schrittmacherimpuls eines einzelnen EKG-Signals umgeben, durch einen Differenzierungsfilterschritt 202 geführt. Die Differenzierung der EKG-Daten ermöglicht eine Detektion der Aktivität mittels relativ einfacher Verfahren, die mit einer Abweichung zu einem Amplituden-Schwellenwert arbeiten. Die gefilterten EKG-Daten 203 werden durch einen Schritt 204 zum Auffinden eines Vorstimulierungs-QRS-Komplexes geführt, der bewirkt, dass ein Vorstimulierungs-QRS-Detektionssignal 16 auf Wahr gesetzt wird, wenn ein QRS vor dem Schrittmacherzacken detektiert wird, und das ansonsten auf Falsch gesetzt wird. Die EKG-Daten 203 werden auch einem Schritt 206 zugeführt, der zum Auffinden eines Overshoots dient, was bewirkt, dass das Overshoot-Detektierungssignal 20 auf Wahr gesetzt wird, wenn ein Overshoot gefunden wird, und das ansonsten auf Falsch gesetzt wird. Im Schritt 208, wenn kein Overshoot gefunden wird, werden die Ergebnisse des Schritts 204 zum Auffinden eines Vorstimulierungs-QRS, Wahr oder Falsch, von der Überprüfungseinheit 14 für die Aktivität des Schrittmachers zu dem Logikkombinationsmittel 26 geführt.
Wenn im Schritt 208 ein Overshoot aufgefunden wird, dann wird der Overshoot durch einen Overshoot-Validierungsschritt 210 validiert. Dieser Schritt stellt ein Ja (Wahr) bereit, wenn der Overshoot gültig ist, und ein Nein (Falsch) in den anderen Fällen. Wenn der Overshoot auf Wahr gesetzt ist, dann bewirkt der Schritt 212, dass der Schritt 214 zum Auffinden eines Poststimulierungs-QRS aufgerufen wird und die Ergebnisse – Wahr, wenn ein QRS gefunden wird, ansonsten Falsch – werden von der Überprüfungseinheit 14 zur Überprüfung der Aktivität des Schrittmachers zum Logikkombinationsmittel 26 überführt.
Somit wird die Überprüfungseinheit für die Aktivität des Schrittmachers gemäß der Erfindung versuchen, einen Overshoot aufzufinden, bevor das Vorstimulierungs-QRS-Detektierungssignal 16 geliefert wird. Dies erlaubt, dass bestimmte Zweikammer-Herzschrittmachersignale mit Overshoot, jedoch ohne QRS-Komplexe durch die Überprüfungseinheit für die Aktivität gemäß der Erfindung korrekt ausgesondert werden (werden nicht als QRS-Komplex angezeigt). Des Weiteren erlaubt der Schritt 210 für die Validierung eines Overshoots im Vergleich zu dem Stand der Technik eine genauere Detektion von QRS-Komplexen, indem verhindert wird, dass QRS-Komplexe fälschlicherweise als Overshoots klassifiziert werden. Eine solche falsche Klassifikation von Overshoots würde bewirken, dass die Suche nach einem Poststimulierungs-QRS damit beginnt, nach einem QRS zu schauen, wenn das QRS bereits vorbei ist. Solche Verfahren nach dem Stand der Technik würden demzufolge für solche Wellenformen, die QRS-Komplexe und Herzschrittmacherimpulse ohne Overshoots enthalten, eine Asystole anzeigen wohingegen das Verfahren der vorliegenden Erfindung dazu in der Lage ist, solche QRS-Komplexe einwandfrei zu detektieren.
Es werden nun Einzelheiten der Verarbeitungsvorgänge in der Überprüfungseinheit 14 für die Aktivität des Schrittmachers beschrieben.
Der Schritt 202 des Differenzierungsfilters kann ein digitales FIR-Filter verwenden, das die EKG-Daten aufbereitet, indem ein Klingeln entfernt wird, das durch Sperrfilter bewirkt wird, die zum Entfernen von 50 Hz oder 60 Hz Zeilenfrequenz-Interferenzen verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform verwendet die Erfindung den FIR-Filter H(z) = 0,5 – 0,0625 z^–1 + 0,5 z^–2 – 0,5 z^–5 + 0,0625 z^–6 – 0,5 z^–7. Der Filterungsschritt 202 differenziert auch das EKG-Signal von Frequenzen von 0–20 Hz. Frequenzen von 20–60 Hz werden gedämpft und Frequenzen oberhalb von 60 Hz werden durch Verarbeiten in dem Front-End des Monitors 6 entfernt. Ein Frequenzanspruchausdruck des Filters ist in der 3 gezeigt. Dieser Filter ist dazu in der Lage, Sperrfilterklingeln von sowohl 60 Hz- als auch 50 Hz-Sperrfiltern zu entfernen und ist früheren Verfahren überlegen, indem er erlaubt, dass QRS-Komplexe gefunden werden, die einem Schrittmacherimpuls, der einen Overshoot oder keinen Overshoot aufweist, folgen.
Die 5a–5e zeigen die Wirkung des Differenzierfilterschritts 202 auf EKG-Daten. Beispielhafte Herzschrittmachersignale können von den 5a und 5b ersehen werden. Die 5a zeigt einen Herzschrittmacher-Overshoot und die 5b zeigt einen Herzschrittmacher-Overshoot mit einem zugehörigen QRS. Es ist zu beachten, dass in beiden Fällen das "Klingeln", das als kleine sinusförmige Wellen auftritt, dem Overshoot folgt.
Die 5c und 5d zeigen die EKG-Wellenformen der 5a und 5b nach dem Filtern gemäß dem Filter nach dem Stand der Technik, wie beispielsweise ein erster Differenz-FIR-Filter des Typs H(z) = 1 – z^–1. Es ist zu beachten, dass das "Klingeln" eine größere Amplitude als vor dem Filtern aufweist und dass der vorhandene QRS-Komplex in 5d durch das Klingeln maskiert wird.
Die 5e und 5f zeigen die EKG-Wellenformen der 5a und 5b nach dem Filtern gemäß dem Differenzierungsfilterschritt 202. Es ist zu beachten, dass das Klingeln in der 5e nicht vorhanden ist und dass der QRS-Komplex in 5f ausgeprägt ist.
Der Schritt 204 zum Auffinden eines Vorstimulierungs-QRS zählt in den 100 Millisekunden vor einem Herzschrittmacherimpuls die Anzahl gefilterter EKG-Abtastungen, die eine Amplitude haben, die größer ist als ein positiver Schwellenwert (beispielsweise 0,06 mV) und die eine Amplitude haben, die kleiner ist als ein negativer Schwellenwert (0,06 mV). Wenn der absolute Wert des Unterschieds der zwei Zählungen einen Zählungsschwellenwert (d. h. eine Zählung von fünf Abtastungen) überschreitet, dann ist die Vorstimulierungsaktivität "vorläufig" detektiert. Zusätzlich wird die Vorstimulierungsaktivität dann "vorläufig" detektiert, wenn die Summe der absoluten Werte der gefilterten EKG-Abtastungen in den 100 Millisekunden vor einem Herzschrittmacherimpuls einen vorgegebenen Schwellenwert (0,875 mV) überschreiten.
Eine Vorstimulierungsaktivität wird nur "vorläufig" detektiert, da ein Vorstimulierungs-QRS nur als WAHR angezeigt wird, wenn die Poststimulierungsaktivität als FALSCH angezeigt wird. Physiologisch sind sowohl Vor- als auch Nachstimulierungs-QRS nicht möglich.
Der Schritt 206 zum Auffinden eines Overshoots ermittelt, ob ein Overshoot vorhanden ist, indem in einem Zeitbereich (beispielsweise 400 Millisekunden) unmittelbar nach einem Herzschrittmacherimpuls nach einer Amplitudenabweichung in den gefilterten EKG-Abtastungen geschaut wird, die einen positiven oder negativen Schwellenwert von beispielsweise +0,125 mV bzw. –0,125 mV überschreitet. Wenn einer der genannten Schwellenwerte überschritten wird, wird ein Overshoot detektiert, ansonsten wird kein Overshoot detektiert.
Der Schritt 210 zum Validieren eines Overshoots ermittelt, ob ein detektierter Overshoot ein gültiger Overshoot oder ein QRS-Komplex ist, indem Handlungen an den gefilterten EKG-Abtastungen ausgeführt werden. Es wird Bezug genommen auf die 4, die ein Beispiel eines gefilterten Schrittmacher-Overshoots mit einem QRS-Komplex zeigt.

1. Benenne die Stelle nach dem detektierten Herzschrittmacherimpuls P_D, an der ein Overshoot zuerst detektiert wurde, als "P0".
2. Ermittle eine Stelle "P1", indem nach einer Stelle gesucht wird, die zeitlich später als "P0" liegt und die ein Scheitelpunkt ist. Ein Scheitelpunkt ist als diejenige Abtastung definiert, deren nachfolgende Abtastung in der Amplitude kleiner ist, wenn die Amplitude bei "P0" positiv ist, oder ist definiert als diejenige Abtastung, deren nachfolgende Abtastung in der Amplitude größer ist, wenn die Amplitude bei "P0" negativ ist.
3. Wenn die Stelle "P1" mittels des genannten Verfahrens nicht gefunden wird, dann wird kein QRS detektiert und ein Overshoot detektiert. Dies erfolgt deswegen, weil ein Signal ohne eine identifizierbare Stelle "P1" nicht die erwartete Morphologie eines QRS-Komplexes trifft und so ein Overshoot sein muss.
4. Ermittle eine Stelle "P2", indem nach einer Stelle gesucht wird, die zeitlich später als "P1" liegt und die ein Scheitelpunkt ist. Wenn die Amplitude bei "P1" positiv ist, ist ein Scheitelpunkt definiert als diejenige Abtastung, deren nachfolgende Abtastung in der Amplitude größer ist. Wenn die Amplitude bei "P1" negativ ist, ist der Scheitelpunkt als diejenige Abtastung definiert, deren nachfolgende Abtastung in der Amplitude kleiner ist.
5. Wenn die Stelle "P2" nicht gefunden wird, dann wird ein QRS detektiert und ein Overshoot wird nicht detektiert. Dies erfolgt deswegen, da ein Signal ohne ein identifizierbares "P2" nicht die erwartete Morphologie eines Overshoots trifft und so ein QRS-Komplex sein muss.
6. Schließlich wird die folgende Berechnung ausgeführt:

Somit ist R die Abtastungsspannung an der Stelle "P2" dividiert durch die Abtastungsspannung an der Stelle "P1". Wenn R einen vorgegebenen Stellenwert (d. h. 0,781) überschreitet, dann wird ein QRS aber kein Overshoot detektiert, ansonsten wird kein QRS aber ein Overshoot detektiert. Dies erfolgt deswegen, weil die Abtastungsspannung eines gültigen Overshoots "P2" beträchtlich kleiner sein muss als dessen "P1"-Abtastungsspannung, da gültige Overshoots eine exponentiell abfallende Morphologie besitzen und somit die Neigung mit der Zeit abnimmt.
Der Schwellenwert von 0,781 für den Schritt 6 wurde wie folgt festgelegt:

1. Eine Reihe von Wellenformen, die Herzschrittmacherimpulse mit variierenden Overshoot-Amplituden und -Breiten, aber keine QRS-Komplexe enthalten, wurden in das System gegeben.
2. Der Wert "R" (beschrieben in Schritt 6) wurde für alle Wellenformen berechnet.
3. Der Schwellenwert wurde etwas höher gesetzt als der größte Wert von "R".

Dieser Vorgang gewährleistet, dass Overshoots ohne QRS-Komplexe niemals als Overshoots ausgesondert werden.
Der Schritt 214 zum Auffinden eines Poststimulierungs-QRS dient dazu, zu entscheiden, ob ein QRS auf einen Herzschrittmacherimpuls folgt, indem die nachfolgenden Handlungen an den gefilterten EKG-Daten ausgeführt werden. Es wird nun Bezug genommen auf 6, die eine Vergrößerung eines Herzschrittmacher-Overshoots mit einem zugehörigen QRS zeigt:

1. Ermittle die Stelle "D1", indem nach einer Stelle gesucht wird, die zeitlich später als "P2" (gezeigt in 4) liegt und die ein Scheitelpunkt ist. Ein Scheitelpunkt wird definiert als eine Abtastung, deren nachfolgende Abtastung in der Amplitude größer ist, wenn die Amplitude bei "P2" positiv war, oder er wird definiert als die Abtastung, deren nachfolgende Abtastung in der Amplitude kleiner ist, wenn die Amplitude bei "P1" negativ war.
2. Wenn "Da" mittels des genannten Verfahrens nicht gefunden wird, dann wird kein QRS detektiert.
3. Suche von der Stelle "D1" zeitlich gesehen nach vorn nach einer Stelle "D2", wenn die Stelle "D1" gefunden wurde. Die Stelle "D2" wird an demjenigen Ende eines Zeitbereichs von 16 oder mehr Millisekunden gefunden, in der kein Scheitelpunkt gefunden wird. Ein Scheitelpunkt wird definiert als eine Abtastung, deren nachfolgende Abtastung in der Amplitude größer ist, wenn die Amplitude bei "D1" positiv ist, oder wird definiert als diejenige Abtastung, deren nachfolgende Amplitude in der Amplitude kleiner ist, wenn die Amplitude bei "D1" negativ ist.
4. Wenn die Stelle "D2" mittels des genannten Verfahrens nicht gefunden wird, dann wird kein QRS detektiert.
5. Wenn die Stellen "D1" und "D2" gefunden wurden, dann wird die folgende Berechnung durchgeführt: A = |EKGD2 – EKGD1|

A ist der Absolutwert der Differenz der Abtastungsspannung bei "D2" minus der Abtastungsspannung bei "D1". Wenn A 0,065 mV überschreitet, dann wird ein QRS detektiert, ansonsten wird kein QRS detektiert.
Der Schwellenwert von 0,065 mV wurde wie folgt ermittelt:

1. Es wurden eine Reihe von Wellenformen, die Overshoots und in dem Overshoot eingebettete 0,35 V QRS-Komplexe in das System eingegeben.
2. Der Wert "A" (in dem obigen Schritt 5 beschrieben) wurde für alle Wellenformen berechnet.
3. Der Wellenwert wird etwas niedriger als der kleinste Wert von "A" festgelegt. Dieser Vorgang stellt sicher, dass QRS-Komplexe mit 0,35 mV oder größer detektiert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die oben beschriebene Art und Weise der Detektierung der Schrittmacheraktivität so erweitert werden, dass sie auch mit mehreren EKG-Signalleitungen (wie beispielsweise 2–12) läuft, wodurch die Sensitivität für stimulierte QRS-Detektion weiter erhöht wird. Es wird nun Bezug genommen auf die 7:

1. Ein gemeinsames Impulsdetektierungssignal 10, das dadurch generiert wurde, dass ein Schrittmacherimpuls auf irgend einem der mehreren EKG-Signale abgetastet wurde, wird zusammen mit einer jeweiligen Anzahl entsprechender EKG-Signale 12', eines für jede Elektrode 4, die mit dem Patienten 2 gekoppelt sind, parallel mehreren Überwachungseinrichtungen 14' für die Aktivität des Schrittmachers zugeführt.
2. Einem Zwischenlogikkombinationsmittel 25 werden Stimulierte-QRS-Detektierungsausgänge 16' und 18' und ein Overshoot-Detektierungsausgang 20' eingegeben, die von jedem der mehreren Überprüfungseinheiten 14' für die Aktivität des Schrittmachers ausgegeben werden, entsprechend im Wesentlichen den zuvor beschriebenen Stimulierte-QRS-Detektierungsausgängen 16 und 18 und dem Overshoot-Detektierungsausgang 20.
3. Das Zwischenlogikkombinationsmittel 25 erzeugt als Ausgänge ein kombiniertes Schrittmacher-QRS-Detektierungssignal 16'' und 18'' und ein kombiniertes Overshoot-Detektierungssignal 20''. Ein möglicher Algorithmus, aber klar nicht der einzige, der für das Logikkombinationsmittel 25 verwendbar ist, soll eine logische Oder-Operation an dem Stimulierte-QRS-Detektierungssignal 16' und 18' ausführen, um das kombinierte Schrittmacher-QRS-Detektionssignal 16'' und 18' zu erzeugen und es soll eine logische Und-Operation an dem Overshoot-Detektierungssignal 20' ausführen, um ein kombiniertes Overshoot-Detektierungssignal 20'' zu erzeugen. Die Ausgänge 16'', 18'' und 20'' würden dann dem Logikkombinationsmittel 26 zugeführt werden, um in der gleichen Weise verarbeitet zu werden, wie die Ausgangssignale 16, 18 und 20 verarbeitet wurden.

Es wurde somit ein Detektor für stimulierte QRS-Komplexe gezeigt und beschrieben, der alle Aufgaben und Vorteile, nach denen gesucht wurde, erfüllt. Für Fachleute werden aber nach sorgfältiger Prüfung dieser Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung offenbaren, viele Änderungen, Modifikationen, Abweichungen und andere Verwendungen und Anwendungen der vorliegenden Erfindung deutlich werden. Beispielsweise ist der Monitor 6 nur ein Echtzeit-Dauerüberwachungsmonitor für einen Patienten, kann aber auch einen Herzfrequenzmonitor umfassen, der diskontinuierlich arbeitet, wie beispielsweise ein Stresstester, ein Holter-Monitor etc. Des Weiteren wurden in der bevorzugten Ausführungsform die in der dargestellten Ausführungsform verwendeten Schwellenwerte nur zur Veranschaulichung genannt, es können natürlich auch andere Schwellenwerte und Verfahren zum Detektieren des Auftretens einer Amplitudenänderung in einem EKG-Signal verwendet werden. In gleicher Weise könnten zum Validieren des Vorhandenseins eines Schrittmacher-Overshoots andere Verfahren als die dargestellte spezifische Verfahrensweise, die den Wert R berechnet, verwendet werden. Beispielsweise könnte man Verfahren einsetzen, bei denen Musterüberdeckungen geprüft werden [template matching technique]. In diesem Zusammenhang könnte man einen Poststimulierungs-QRS-Komplex unter Verwendung einer Verfahrensweise finden, die sich von der Berechnung des Unterschieds A unterscheidet. Beispielsweise könnte man eine Verfahrensweise einsetzen, bei der Energie aufsummiert wird [energy collecting technique]. Alle diese Änderungen, Modifikationen, Variationen, andere Verwendungen und Anwendungen, die den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht verlassen, gelten als von der Erfindung erfasst, die nur durch die Ansprüche, die nun folgen, begrenzt wird.

Claims

Herzfrequenzmonitor, umfassend einen QRS-Detektor zum Detektieren von QRS-Komplexen in Gegenwart von Schrittmacherimpulsen, umfassend: einen Signalempfänger (8), der dafür ausgelegt ist, an mindestens einen Sensor gekoppelt zu werden, der mit einem Patienten gekoppelt ist, um ein EKG-Signal (12) und ein Schrittmacher-Detektierungssignal (10) bereitzustellen; eine Überprüfungseinheit (14) für die Schrittmacheraktivität, die auf das Schrittmacher-Detektierungssignal (10) und das EKG-Signal (12) anspricht, um ein erstes Ausgangssignal (16, 18) bereitzustellen, das das Auftreten eines QRS-Komplexes in der Nähe des Schrittmacher-Detektierungssignals anzeigt; einen QRS-Detektor (22), der auf das EKG-Signal (12) anspricht, um das Auftreten eines QRS-Komplexes in dem EKG-Signal anzuzeigen; ein Logikkombinationsmittel (26), das zumindest auf das erste Ausgangssignal (16) und den Ausgang des QRS-Detektors (22) anspricht, um ein kombiniertes QRS-Detektierungssignal zu bestimmen; und ein Herzfrequenz-Bestimmungsmittel (30), das auf das kombinierte QRS-Detektierungssignal (28) anspricht, um die Herzfrequenz des Patienten anzuzeigen, dadurch gekennzeichnet, dass: die Überprüfungseinheit (14) für die Schrittmacheraktivität dafür hergerichtet ist, ein zweites Ausgangssignal (20) auszugeben, das das Auftreten eines Overshoots in der Nähe des Schrittmacher-Detektierungssignals anzeigt; der Monitor einen Overshoot-Bewerter (14) aufweist, der auf das EKG-Signal (12) und das zweite Ausgangssignal (20) anspricht, um die Gültigkeit des angezeigten Overshoots anzuzeigen; und das Logikkombinationsmittel (26) auf den Ausgang des Overshoot-Bewerters anspricht, um das kombinierte QRS-Detektierungssignal zu bestimmen.
Herzfrequenzmonitor nach Anspruch 1, wobei das Logikkombinationsmittel (26) dafür hergerichtet ist, den Ausgang des QRS-Detektors (22) zu sperren, wenn der Ausgang des Overshoot-Bewerters (14) das Auftreten eines Overshoots anzeigt und das erste Ausgangssignal (16; 18) nicht anzeigt, dass ein QRS-Komplex in der Nähe des Schrittmacher-Detektierungssignals vorliegt.
Herzfrequenzmonitor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Logikkombinationsmittel (26) dafür hergerichtet ist, die Detektierung eines stimulierten QRS-Komplexes anzuzeigen, wenn der Ausgang des Overshoot-Bewerters (14) das Auftreten eines Overshoots anzeigt und das erste Ausgangssignal (16; 18) anzeigt, dass ein QRS-Komplex in der Nähe des Schrittmacherdetektierungssignals vorliegt.
Herzfrequenzmonitor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Differenzierungsfilter vorhanden ist, um die EKG-Signale (12) zu filtern, bevor sie der Überprüfungseinheit (14) für die Schrittmacheraktivität zugeführt werden, und wobei Verfahrensweisen zum Detektieren eines Gefälles eingesetzt werden, um die QRS-Komplexe und Schrittmacherimpulse zu detektieren.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Logikkombinationsmittel (26) gemäß der vorliegenden Tabelle arbeitet:
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Überprüfungseinheit (14) für die Schrittmacheraktivität als das erste Ausgangssignal (18) eine Anzeige des Auftretens eines QRS-Komplexes, welches auf das Schrittmacher-Detektierungssignal folgt, bereitstellt und ein drittes Ausgangssignal (16) bereitstellt, das das Auftreten eines QRS-Komplexes anzeigt, welches dem Schrittmacher-Detektierungssignal vorausgeht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Logikkombinationsmittel (26) gemäß der folgenden Tabelle arbeitet: