DE69824163T2

DE69824163T2 - Verfahren und gerät zur analyse eines herzsigignals

Info

Publication number: DE69824163T2
Application number: DE69824163T
Authority: DE
Inventors: McEwan James Neilson
Original assignee: Del Mar Reynolds Medical Ltd
Current assignee: Spacelabs Healthcare Ltd
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2018-03-13
Also published as: US6238350B1; JP2001524849A; EP0971627A1; DE69824163D1; WO1998040011A1; EP0971627B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Verfahren zum Analysieren eines Herzsignals.
Jeder Schlag des Herzens erzeugt eine Sequenz elektrischer Wellen, die als ein „EKG-Komplex (Elektrokardiogramm)" bezeichnet wird und durch eine Vorrichtung wie zum Beispiel einen Elektrokardiographen, der durch eine Menge an der Haut angebrachter Elektroden mit dem Körper verbunden ist, überwacht und aufzeichnet werden kann. Innerhalb jedes Komplexes werden wie in 1 gezeigt getrennte Wellen erkannt, die traditionell mit P, Q, R, S und T bezeichnet werden.
Das Intervall zwischen einem Herzschlag und dem nächsten kann zwischen entsprechenden Wellen in sukzessiven Komplexen gemessen werden, und zwar gewöhnlich das zwischen den R-Wellen, und wird daher gewöhnlich als das „RR-Intervall" bezeichnet. Innerhalb jedes Komplexes selbst können andere Intervalle betrachtet werden, insbesondere das „QT-Intervall" vom Start der Q-Welle bis zum Ende der T-Welle.
Im Verlauf des Tages variiert die Herzrate als Reaktion an die Anforderungen des Körpers, und dies spiegelt sich in einer konstanten Variation des RR-Intervalls wieder. Wenn die Herzrate zunimmt und sich das RR-Intervall verkürzt, verkürzt sich also entsprechend das QT-Intervall, um stabile Bedingungen in dem Herzen aufrechtzuerhalten, und verlängert sich wieder, wenn das Herz langsamer wird und das RR-Intervall zunimmt.
Da das Aufrechterhalten eines entsprechenden Gleichgewichts zwischen den RR- und QT-Intervalldauern als für die Vermeidung einer ernsthaften Störung des Herzrythmus und eines möglichen Herzstillstands wichtig betrachtet wird, besteht ein beträchtliches medizinisch-wissenschaftliches Interesse an dem Studium der Beziehung zwischen RR- und QT-Intervallen, wenn die Herzrate als Reaktion auf Therapie im Verlauf des Tages variiert.
Die Wichtigkeit dieser Beziehung rührt daher, daß sie dazu verwendet wird, aus den QT- und RR-Intervallen bezüglich des Zeitpunkts, zu dem das EKG eines Patienten beobachtet wurde, zu schätzen, wie groß das QT-Intervall in einem „Standard-" RR-Intervall von 1,0 Sekunden (dem sogenannten „korrigierten" QT-Intervall, „QTc") wäre. Aus diesem Maß kann man betrachten, ob das QT-Intervall des Patienten „normal" ist oder nicht.
Um diese Beziehung zu definieren, haben viele Forscher RR-Intervalle und die entsprechenden QT-Intervalle aus EKG-Komplexen gemessen, die zu verschiedenen Tageszeiten von einer gegebenen Einzelperson genommen wurden, um Daten zu erhalten, die einen Bereich von RR-Intervallen abdecken. Diese Wertepaare werden dann als Punkte auf einem Graphen des QT als Funktion von RR aufgetragen, wie zum Beispiel in 2 gezeigt. Aus der Streuung so erhaltener experimenteller Punkte haben verschiedene Forscher statistische Techniken verwendet, um die „besten" Kurven an ihre bestimmten Datensammlungen anzupassen, um so empirische „Gesetze" zu erhalten, aus denen das QTc-Intervall vorhergesagt werden kann, das den QT-Intervall entspricht, das in einem bestimmten RR-Intervall (RRc) beobachtet wurde.
Schon im Jahre 1920 erklärte Dr. Bazett, daß für die Bevölkerung normaler Einzelpersonen eine Quadratwurzelformel des Typs
am besten auf diese Daten paßt (Kurve (a) in 2). Andere haben eine kubische Wurzelformel
Kurve (b)) vorgeschlagen, während wiederum andere eine lineare Approximation QT = QTc + s(RR – RRc) (Kurve (c)), wobei s die Steigung der Linie ist, empfohlen haben.
Unabhängig davon, welche Formel zur Darstellung des „Gesetzes", über das QT- und RR-Intervalle zusammenhängen, ausgewählt wird, kann sie dann zur Schätzung des „herzfrequenzkorrigierten" Werts von QT, nämlich QTc, aus der gewählten Formel verwendet werden, nämlich:
oder QTc = QT – s·(RR – RRc)...Verwendung der linearen Formel
Durch lange Vertrautheit und Jahrzehnte der Benutzung wird trotz häufiger Kritik an seinen Ungenauigkeiten gewöhnlich das Quadratwurzel-„Gesetz" von Bazett angenommen und es werden „korrigierte" (QTc-) Intervalle berechnet, um zu demonstrieren, daß das QT-Intervall einer Einzelperson durch von der Herzfrequenz (RR-Intervall) im Verlauf der Zeit oder einer Änderung der physischen Kondition oder Gesundheit der Einzelperson verschiedene Einflüsse beeinflußt wurde.
Da das Standard-RR-Intervall RRc bereits gewählt ist, (1,0 Sekunden), kann QTc unmittelbar aus dem beobachteten Werten von QT, RR und entweder s (lineare Formel) oder „x", sei es gleich ½ (Quadratwurzelformel) oder
(kubische Wurzelformel) oder einem beliebigen anderen Wert, berechnet werden.
Es gibt bereits Vorrichtungen (die hier als „einfacher QT-Analysierer" bezeichnet werden), die ein kontinuierliches EKG-Signal annehmen können, die EKG-Komplexe erkennen, die Wellenkomponenten identifizieren und die RR-Intervalle und die QT-Intervalle in jedem Komplex messen und somit einen kontinuierlichen Strom sukzessiver RR-Intervalle erzeugen, denen jeweils sein zugeordnetes QT-Intervall einhergeht.
Diese Intervalle können aus solchen Analysevorrichtungen entweder in digitaler Form als Sequenz kodierter Zahlen oder in analoger Form als zeitveränderliche Spannungssignale, die die RR-Intervalle als Zeitfunktion RR(t) und QT-Intervalle als Zeitfunktion QT(t) repräsentieren, ausgegeben werden.
Eine Komplikation ist ein Hindernis für die Analyse der Beziehung zwischen dem sich immer verändernden RR-Intervall und dem QT-Intervall-Ansprechverhalten. Es zeigt sich, daß die QT-Reaktion auf eine Änderung von RR(t) unter dem Einfluß einer Zeitverzögerung oder „QT-Verzögerung" steht, die nicht festgelegt; ist, sondern von dem Zeitverlauf der Änderung von RR(t) abhängt. Dadurch wird die Schätzung von s, der Änderungsrate von QT(t) mit der Änderung von RR(t), mühselig.
Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Analysieren eines Herzsignals nach Anspruch 1 bereit. Man kann eine Verzögerung in den RR(t)-Wert oder eine Vorrückung in den QT(t)-Wert einführen. Die Ausgangswerte R(t) und Q(t) können entweder als analoge elektrische Signale oder als diskrete numerische Werte erzeugt werden.
Die einzuführende Verzögerung oder Vorrückung wird zweckmäßigerweise mittels eines Widerstand-Kondensator-Netzwerks modelliert und das Netzwerk ist vorzugsweise einstellbar. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Widerstand-Kondensator-Netzwerk zwei verschiedene Zeitkonstanten auf, die in einem einstellbaren Verhältnis angewandt werden.
Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfaßen: kontinuierliches Erzeugen von Werten von ΔQ(t) und ΔR(t), die jeweils die Änderung des Werts von Q(t) und R(t) über ein Zeitintervall Δt darstellen, und kontinuierliches Bestimmen des Quotienten ΔQ(t)/ΔR(t) = S(t).
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren jedoch den Schritt des Kreuzkorrelierens der Werte R(t) und Q(t), um S(t) zu bestimmen. Bei einer konkreten Ausführungsform wird der laufende Mittelwert eines Regressionskoeffizienten S über ein bewegliches Fenster einer gegebenen Dauer hinweg bestimmt. Wahlweise wird außerdem der laufende Mittelwert eines Korrelationskoeffizienten r bestimmt.
Das Signal S(t) repräsentiert dann die sich immer ändernde Steigung der Beziehung QT(t)/RR(t), befreit von den Effekten der QT-Verzögerung aufgrund der kompensierten Q(t)- oder R(t)-Funktion.
Durch Verwendung dieses Verfahrens ist an jedem Zeitpunkt in der kontinuierlichen Analyse eine Menge von drei entsprechenden Werten R(t), Q(t) und S(t) verfügbar. Um eine kontinuierliche Bestimmung von QTc(t), der Zeitfunktion des korrigierten QT-Intervalls, zu erhalten, umfaßt das Verfahren vorzugsweise folgende Schritte: Auswählen einer Formel, von der angenommen wird, daß sie QTc(t) bis R(t), den Standard-RR-Intervall RRc, Q(t) und S(t), in Beziehung setzt, und kontinuierliches Erzeugen von Werten von Qtc(t) durch Anwenden der gewählten Formel. Wenn ein lineares „Gesetz" verwendet wird, lautet die Formel QTc(t) = Q(t) + S(t)[RRc – R(t)]
Wenn ein „x-te-Wurzel-Gesetz" angenommen wird, kann als Alternative der tatsächliche Wert von x kontinuierlich aus den Werten selbst berechnet werden: x(t) = S(t)[R(t)/Q(t)]und die Formel, die zur Bestimmung von QTc(t) angewandt wird, lautet
Das Verfahren der Erfindung kann in Echtzeit durchgeführt werden. Vorzugsweise werden jedoch EKG-Daten über eine statistisch signifikante Periode akkumuliert, und dann durch das Verfahren der Erfindung bearbeitet. Zum Beispiel kann man EKG-Daten für einen Zeitraum von 24 Stunden auf Magnetband speichern und dann mit hoher Geschwindigkeit (zum Beispiel in 90 Sekunden) verarbeiten.
Nach einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung nach Anspruch 17 bereit.
Die Vorrichtung umfaßt Mittel zum Einführen einer Verzögerung in den RR(t)-Wert oder Mittel zum Einführen einer Vorrückung in den QT(t)-Wert. Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der die Werte von RR(t) und QT(t) durch analoge elektrische Signale repräsentiert werden, können die Mittel zum Einführen einer Verzögerung oder einer Vorrückung ein Widerstand-Kondensator-Netzwerk umfassen, das vorzugsweise einstellbar ist. Das Widerstand-Kondensator-Netzwerk weist vorzugsweise zwei verschiedene Zeitkonstanten auf, die in einem einstellbaren Verhältnis angewandt werden können.
Die Vorrichtung kann folgendes umfassen: Mittel zum stetigen Erzeugen von Werten von ΔQ(t) und ΔR(t), die die Änderung des Werts von Q(t) bzw. R(t) über ein Zeitintervall Δt hinweg darstellen, und Mittel zum Bestimmen des Werts von S(t) aus dem Quotienten ΔQ(t)/ΔR(t).
Die Mittel zur Erzeugung von ΔR(t) und ΔQ(t) können elektronische Differenziererschaltungen und die Mittel zum Bestimmen des Quotienten eine elektronische Dividiererschaltung umfassen.
Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung jedoch Mittel zum Kreuzkorrelieren der Werte von R(t) und Q(t) zur Bestimmung von S(t). Die Kreuzkorrelationsmittel können Mittelungsschaltungen, Multiplizierschaltungen und eine Schaltung zum Extrahieren einer Quadratwurzel enthalten.
Vorzugsweise enthält die Vorrichtung folgende Mittel: Mittel zum Einstellen eines Werts RRc, der ein Standard-RR-Intervall darstellt, und Mittel zum Anwenden einer gewählten Formel, in der R(t), RRc, Q(t) und S(t) vorkommen, um stetig oder kontinuierlich einen Wert zu erzeugen, der QTc(t), die Zeitfunktion des korrigierten QT-Intervalls, darstellt.
Die Mittel zum Einstellen des RRc darstellenden Werts können einen einstellbaren Spannungsteiler umfassen. Wenn eine lineare Beziehung für QTc(t) angenommen wird, können die Formelanwendungsmittel Mittel zum Subtrahieren des R(t)-Signals von dem RRc-Wert, Mittel zum Multiplizieren dieser Differenz mit dem S(t)-Signal und Mittel zum Addieren des Produkts zu dem Q(t)-Signal umfassen.
Wenn ein „x-te-Wurzel-Gesetz" angenommen wird, enthält die Vorrichtung als Alternative vorzugsweise Mittel zum kontinuierlichen Erzeugen eines Werts von x(t), der Zeitfunktion von x. Dazu kann eine Dividiererschaltung gehören, die das R(t)-Signal durch das Q(t)-Signal dividiert, und eine Multiplizierschaltung, die den Quotienten R(t)/Q(t) mit dem S(t)-Signal multipliziert. Die Formelanwendungsmittel können dann einen Nurlesespeicher umfassen, an dem digitale Werte von Signalen, die R(t)/RRc und x(t) darstellen, angelegt werden, und der digitale Werte, die (R(t)/RRc)^x(t) repräsentieren, zur Umsetzung der Ausgangswerte in ein Analogsignal an einen Digital/Analog-Umsetzer ausgibt, und eine Dividiererschaltung zum Dividieren des Q(t)-Signals durch das analoge Ausgangssignal, um ein Signal zu erhalten, das QTc(t) darstellt.
Als Alternative zu den oben erwähnten analogen oder hybriden Analog-/Digital-Schaltungen kann die Vorrichtung anstelle der analogen Signale R(t) und Q(t) digitalisierte Werte verwenden und kann Logikgatter und Nurlesespeicher zur Bewirkung der Verfahrensschritte umfassen.
Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlicher beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 die EKG-Komplexe eines Herzsignals;
2 einen Graphen mit Kurven möglicher empirischer Formeln zur Inbeziehungsetzung der QT- und RR-Intervalle;
3a und 3b elektronische Schaltungen zum Einführen einer Verzögerung in das RR(t)-Signal gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
4 eine elektronische Schaltung zum Einführen einer Vorrückung in das QT(t)-Signal;
5 eine Schaltung zum Ableiten des S(t)-Signals;
6 eine alternative Schaltung zum Ableiten des S(t)-Signals durch Kreuzkorrelation;
7 eine Schaltung zum Erhalten des QTc(t)-Signals unter der Annahme eines „linearen Gesetzes" und
8 eine Schaltung zum Erhalten des QTc(t)-Signals unter der Annahme eines „x-te-Wurzel-Gesetzes".
Die Schaltungen von 3a bis 6 führen analoge Operationen an den Signalen RR(t) und QT(t) durch, die unter Verwendung eines analogen (in den Figuren nicht gezeigten) einfachen QT-Analysierers erhalten werden. Als Vorbereitungsschritt werden diese Signale auf herkömmliche Weise geglättet, um Rauschen zu entfernen, wobei zwei identische Glättungsschaltungen verwendet werden.
3a zeigt eine Schaltung, in der die Zeitverzögerung, durch die Änderungen in dem QT-Intervall Änderungen in dem RR-Sntervall folgen, als die modelliert wird, die durch ein Netzwerk, das aus einem einstellbaren Widerstand R1 und einem Kondensator C1 besteht, einem elektrischen Signal auferlegt wird. Das gepufferte Ausgangssignal RR'(t) repräsentiert das RR(t)-Signal, das um die selbe Zeitverzögerung verzögert wird, die das reale QT(t)-Signal erfährt. Somit wurde die „QT-Verzögerung" beseitigt und es besteht keine relative Zeitverzögerung zwischen den Signalen RR'(t) und QT(t).
3b zeigt ein vielseitigeres alternatives Kompensationsnetzwerk, das eine erste und eine zweite RC-Schaltung mit verschiedenen Zeitkonstanten T₁ bzw. T₂ kombiniert. Die Gesamtzeitverzögerung kann mit einem auf eine Position a gestellten Potentiometer in Richtung von T₁ oder in Richtung von T₂ eingestellt werden.
Wenn die „QT-Verzögerung" mit diesem Netzwerk modelliert wird, zeigt sich, daß die Antwort RR'(t) des Netzwerks auf eine Eingangssignalform, die den Zeitverlauf von RR(t) darstellt, dieselbe Signalform wie die tatsächliche QT(t)-Signalform, die RR(t) begleitet hat, aufweist, mit Ausnahme einer Proportionalitätskonstante, die die Empfindlichkeit S oder die Änderungsrate von QT mit RR repräsentiert.
Formaler unter Verwendung der Laplace Tranformationsvariablen p hat die Beziehung zwischen RR'(t) und RR(t) die folgende Übertragungsfunktion: RR'(p) = RR(p)[a/(1 + pT1) + (1 – a)/(1 + pT2)]wobei die beiden Zeitkonstanten T₁ und T₂ lauten und der Faktor a die Anteile bestimmt, in denen die beiden verzögerten Antworten addiert werden.
Im menschlichen Herzen ist die Empfindlichkeit der QT(t)-Änderung gegenüber RR(t)-Änderung in stationärem Zustand (die Steigung der QT/RR-Kurve) S, so daß die Änderung von QT(t) mit der Zeit als Reaktion auf eine Änderung von RR(t) mit der Zeit die zugrundeliegende Empfindlichkeit S wiedergibt, aber modifiziert durch die „QT-Verzögerung", abhängig von dem Zeitverlauf der RR(t)-Änderung. Bei einer sehr langsamen Änderung von RR(t) über eine Zeit hinweg, die verglichen mit den Zeitkonstanten T_A und T_B, den beiden Zeitkonstanten, die für die „QT-Verzögerung" gelten, lang ist, gilt, wenn sie zusammen in einem Verhältnis α : (1 – α), mit 0 < α < 1, angewandt werden dQT(t)/dt = S·dRR(t)/dt
Bei schnelleren Änderungen über mit T_A oder T_B vergleichbaren Zeiten hinweg ist dQT/dt gleich S·dRR(t)/dt, aber modifiziert durch die „QT-Verzögerung" der doppelten Zeitkonstante.
Man nimmt dann die Laplace Transformationen: LdQT(t)/dt = pQT(p) = p·S·RR(p)·[α/(1 + pTA) + (1 – α)/(1 + pTB)]
Nunmehr wieder mit Bezug auf das RC-Netzwerk mit doppelter Zeitkonstante von 3b, das versucht, die natürlich auftretende "QT-Verzögerung" durch Verwendung verzögernder Zeitkonstanten T₁ und T₂ zu simulieren, wobei die verzögerten Antworten in einem Verhältnis addiert werden, das durch den Faktor a bestimmt wird, ist das Ausgangssignal dieses Netzwerks RR'(t) und die Transformation von RR'(t) ist RR'(p), mit RR'(p) = RR(p)·[a/(1 + pT1) + (1 – a)/(1 + pT2)]
Wenn man dies differenziert, erhält man dRR'(t)/dt, und nach Transformation erhält man: LdRR'(t)/dt = p·RR'(p) = p·RR(p)·[a/(1 + pT1) + (1 – a)/(1 + pT2)]
Dividieren von dQT(t)/dt durch dRR'(t)/dt ergibt dann:
Wenn man die Schaltung so einstellt, daß T₁ = T_A, T₂ = T_B und a = a gilt, erhält man [dQT(t)/dt]/[dRR'(t)/dt] = S
Die obige Gleichung für S gilt für alle RR(t) und ist von diesen unabhängig, d. h., für jede beliebige Signalform der RR-Änderung, solange T₁, T₂ und a korrekt eingestellt sind, um gleich T_A, T_B und α zu sein.
Es hat sich gezeigt, daß T₁ = 0; T₂ = 60 s und a = 0, 33 über einen großen Umfang von Elektrokardiogrammen von kranken Patienten und normalen Testpersonen hinweg eine gute Kompensation der QT-Verzögerung ergibt, so daß diese Einstellungen in der Vorrichtung voreingestellt werden können und normalerweise keine nachfolgende Einstellung notwendig ist.
4 zeigt eine weitere alternative Schaltung zur Kompensation der „QT-Verzögerung". Das geglättete RR(t)-Signal wird unverändert gelassen, mit Ausnahme einer Pufferung, und das geglättete QT(t)-Signal wird durch eine Schaltung geleitet, die die RC-Schaltungen von 3b umfaßt, aber in einem Rückkoppelungsweg eines Operationsverstärkers integriert ist, um den Effekt zu haben, das Signal vorzurücken, statt es zu verzögern. Das kompensierte QT(t)-Signal wird als QT'(t) bezeichnet.
Wenn die Schaltung von 3a oder 3b verwendet wird, wird das Signal RR'(t) zu R(t) und das Signal QT(t) zu Q(t). Wenn die Schaltung von 4 verwendet wird, wird RR(t) zu R(t) und QT'(t) zu Q(t). In jedem Fall sind R(t) und Q(t) zwei kontinuierlich erzeugte Signale, aus denen die Zeitverzögerung zwischen den grundlegenden Signalen RR(t) und QT(t) beseitigt wurde.
5 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung von S(t), der Steigung Q(t)/R(t)-Beziehung. Die Signale ΔQ(t) und ΔR(t) werden mit identischen Differenziererschaltungen 1,2 aus den Signalen Q(t) bzw. R(t) erzeugt. Das ΔQ(t)-Signal repräsentiert die Änderung von Q(t) und das ΔR(t)-Signal repräsentiert die Änderung von R(t) über ein geeignetes Zeitintervall Δt. Als Alternative zu den Differenziererschaltungen 1,2 könnten Wechselstromkopplungs- oder Hochpassfilterschaltungen verwendet werden. Der Quotient ΔQ(t)/ΔR(t) = S(t) wird dann kontinuierlich mit einer analogen Dividiererschaltung 3 erzeugt.
6 zeigt eine alternative Schaltung zur Erzeugung von S(t) aus den kompensierten Signalen R(t) und Q(t). Diese Signale werden an elektronische Mittelungsschaltungen 4 bzw. 5 angelegt, wobei das Ausgangssignal der Mittelungsschaltungen ein kontinuierlich erzeugtes Äquivalent des zeitlichen Mittels des Eingangssignals über ein gewähltes Zeitintervall T hinweg ist. Somit lautet zum Beispiel das Ausgangssignal der Mittelungsschaltung 4
welches als R(t) bezeichnet wird, und das Ausgangssignal der Mittelungsschaltung 5 ist Q(t). Die Komplexität der Mittelungsschaltungen kann von einfachen Tiefpassglättungsfiltern bis zu komplexeren Transversalfiltern mit gleichgewichteten Abgriffen reichen.
Das Signal R(t) wird von R(t) subtrahiert, und das Ergebnis wird in einer elektronischen Multipliziererschaltung 6 quadriert, um [R(t) – R(t)]² zu erhalten. Dieses Signal wird dann durch eine Mittelungsschaltung 7 zeitlich gemittelt, um
zu erhalten. Eine ähnliche Verarbeitung wird an dem QT-Signal zur Erzeugung von
durchgeführt. Die beiden erzeugten Signale werden durch eine Multiplizierschaltung 8 multipliziert, dessen Ausgangssignal an eine Quadratwurzelextrahierschaltung 9 angelegt wird. Zwischenzeitlich wird das Produkt der Signale R(t) und Q(t) verarbeitet um R(t)Q(t) – R(t)Q(t) zu erzeugen. Zwei Quadranten-Analogdividiererschaltungen 10 und 11 dienen zur Erzeugung von S(t), dem Regressionskoeffizienten, bzw. r(t), dem Kreuzkorrelationskoeffizienten, mit
Die Kreuzkorrelationstechnik von 6 ist besonders vorteilhaft. Zusätzlich kann man mit dem Kreuzkorrelationskoeffizienten r(t) das Ausgangssignal von S(t) "torschalten", so daß letzteres nur dann an den Rest des Systems weitergeleitet wird, wenn r(t) größer als eine vorbestimmte Grenze wie zum Beispiel 0,8 ist. Dadurch sieht man, daß die Genauigkeit des Steigungssignals S(t) nur relativ wenig durch Rauschen beeinflußt wurde und mit größerer Konfidenz angenommen werden kann.
In dieser Phase des Prozesses kann ein kontinuierlicher Trenddatensatz erzeugt werden, der R(t), Q(t) und S(t) als Funktion der Zeit aufgetragen zeigt.
7 zeigt eine Schaltung zum Erzeugen des Zeitfunktionssignals des korrigierten QT-Intervalls QTc(T) unter der Annahme einer linearen Beziehung zwischen QT und RR. Zuerst wird die Schaltung von 5 oder 6 zur Erzeugung von S(t) verwendet.
Mit einem Spannungsteiler, der ein Potentiometer R3 umfaßt, wird der gewünschte Wert eines RRc-Signals, das die Dauer des Standard-RR-Intervalls darstellt, eingestellt, und das R(t)-Signal wird dann mit einer Subtrahiererschaltung 12 von dem RRc-Signal subtrahiert. Das resultierende Signal RRc – R(t) wird an einen Eingang einer Multipliziererschaltung 13 angelegt, die ihr anderes Eingangssignal von dem S(t)-Signal nimmt. Das Produkt S(t)[RRc – R(t)] wird dann zu dem Signal Q(t) addiert, um die kontinuierliche Schätzung von QTc(t) zu erhalten.
8 zeigt einen hybriden Digital/Analog-Analysierer, mit dem QTc(t) unter der Annahme, daß ein "x-te-Wurzel-Gesetz" gilt, bestimmt wird.
Ein analoger Dividierer 14 erzeugt den Quotienten R(t)/Q(t), der dann durch einen Multiplizierer 20 mit S(t) multipliziert wird, um die Funktion x(t) zu erzeugen.
Der Wert von R(t)/RRc wird mit einem analogen Dividierer 15 gefunden, der einen einstellbaren Widerstand R4 umfaßt, der so eingestellt wird, daß eine dem Wert von RRc entsprechende Spannung erzeugt wird. Die Signale R(t)/RRc und x(t) werden unter Verwendung jeweiliger Analog/Digital-Umsetzer 16, 17 in 8-Bit-Digitalsignale umgesetzt. Diese Signale werden an die Adresseneingänge eines Nurlesespeichers 21 angelegt, der eine "Nachschlagetabelle" darstellt, die kontinuierlich Werte für (R(t)/RRc)^x(t) als 8-Bit-Digitalsignale ausliest. Ein Digital/Analog-Umsetzer 18 setzt diese Signale dann wieder in ein analoges Signal um. Das erforderliche Signal QTc(t) wird durch einen analogen Dividierer 19 erzeugt, der das Q(t)-Signal durch das Ausgangssignal des Umsetzers 18 dividiert.
Das beschriebene Verfahren zur QT/RR-Analyse wurde monatelang im Labor des Erfinders benutzt, und es wurden viele 24-Stunden-EKGs analysiert, die zeigen, daß S, x und QTc im Verlauf des Tages alle signifikant variieren. Zum Beispiel zeigte es sich, daß der Wert von x beim selben Patienten während eines einzigen Tages von weniger als 0,2 bis zu fast 1,0 variierte, wodurch die Sinnlosigkeit des lange anhaltenden Streits darüber, ob x = 0,5 oder x = 0,33 gilt, demonstriert wird. Die Antwort lautet: beides und keines, da es sich mit den Stunden verändert. Es zeigt sich, daß sowohl die Steigung S als auch QTc beträchtlich variieren, und es scheint wahrscheinlich, daß manchmal unheilverkündende Kombinationen dieser Variablen entstehen und starke Rhythmusstörungen einläuten können.
Es versteht sich, daß das Verfahren es ermöglicht, von Moment zu Moment zu bestimmen, welche der möglichen und vielfältigen charakteristischen QT/RR-Kurven gilt, und daß dabei zuerst die Steigung S und daher der Exponent x geschätzt werden muß, wofür wiederum eine Kompensation der QT-Verzögerung erforderlich ist.
Als Alternative zu den beschriebenen analogen Schaltungen könnten digitale Geräte verwendet werden. Zum Beispiel könnte man elektronische Logikgatter und Schmelzverbindungs-Nurlesespeicher (ROMs) so verschalten, daß bei Auslösung mit sukzessiven Taktimpulsen die beschriebene Operationssequenz durchgeführt wird. Solche vorprogrammierten oder "vorverdrahteten" digitalen Vorrichtungen würden aus EKG-Signalen den Zeitverlauf der Signale R(t), Q(t), S(t), x(t) und QTc(t) ableiten. Außerdem ist ersichtlich, daß das Verfahren bei Programmierung mit Software, die die Operationen spezifiziert, die zur Simulation der Aktionen des vorverdrahteten digitalen Analysierers erforderlich sind, gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen Vielzweck-Digitalcomputer oder -Mikroprozessor ausgeführt werden kann.

Claims

Verfahren zur Analyse eines Herzsignals, bei dem stetig oder kontinuierlich Werte RR(t) und QT(t), die das RR- bzw. das QT-Intervall als Funktionen der Zeit darstellen, erzeugt werden und in den Wert RR(t) eine Verzögerung oder in den Wert QT(t) eine Vorrückung eingeführt wird, um so das verzögerte Ansprechen des QT-Intervalls nach einer Änderung des RR-Intervalls zu kompensieren, um Ausgangswerte R(t) bzw. Q(t) zu produzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausgangswerte als analoge elektrische Signale erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die einzuführende Verzögerung oder Vorrückung mittels eines Widerstand-Kondensator-Netzwerks modelliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Verzögerung oder Vorrückung zwei verschiedene Zeitkonstanten (T₁, T₂) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine erste (T₁) der Zeitkonstanten ungefähr Null ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei eine zweite (T₂) der Zeitkonstanten ungefähr 60 s beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die erste und die zweite Zeitkonstante (T₁, T₂) auf den zu verzögernden oder vorzurückenden Wert (RR(t), QT(t)) in einem Verhältnis von ungefähr 1 : 2 angewandt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei dem die erste und die zweite Zeitkonstante (T₁, T₂) auf den zu verzögernden oder vorzurückenden Wert (RR(t), QT(t)) in einem einstellbaren Verhältnis angewandt werden.
Verfahren zur Analyse eines Herzsignals nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem stetig oder kontinuierlich S(t), die Zeitfunktion der Steigung des Graphen des QT-Intervalls als Funktion des RR-Intervalls, durch Operieren an den Ausgangswerten R(t) und Q(t) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 mit den Schritten des stetigen oder kontinuierlichen Erzeugers von Werten von ΔQ(t) und ΔR(t), die die Änderung des Werts von Q(t) bzw. R(t) über ein Zeitintervall Δt hinweg darstellen, und des stetigen oder kontinuierlichen Bestimmens des Quotienten ΔQ(t)/ΔR(t) = S(t).
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Werte R(t) und Q(t) kreuzkorreliert werden, um S(t) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei über ein sich bewegendes Fenster von einer gegebenen Dauer hinweg der gleitende Mittelwert eines Regressionskoeffizienten bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei außerdem der gleitende Mittelwert eines Korrelationskoeffizienten r bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13 mit einem weiteren Schritt des stetigen oder kontinuierlichen Bestimmens von QTc(t), der Zeitfunktion des QT-Intervalls an einem Standard-RR-Intervall RRc durch Wählen einer Formel, von der angenommen wird, daß sie QTc(t) mit R(t), Q(t), S(t) und RRc in Beziehung setzt, und des stetigen oder kontinuierlichen Erzeugens eines Werts von QTc(t) durch Anwenden der gewählten Formel.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Formel folgendermaßen lautet: QTc(t) = Q(t) + S(t)[RRc – R(t)]
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Formel folgendermaßen lautet:
mit x(t) = S(t)[R(t)/Q(t)].
Vorrichtung zur Analyse eines Herzsignals mit Mitteln zum stetigen oder kontinuierlichen Überwachen von Werten RR(t) und QT(t), die das RR- bzw. das QT-Intervall als Funktionen der Zeit darstellen, und Mitteln zum Einführen einer Verzögerung in den Wert RR(t) und/oder Mitteln zum Einführen einer Vorrückung in den Wert QT(t), um so das verzögerte Ansprechen des QT-Intervalls auf eine Änderung des RR-Intervalls zu kompensieren, um Ausgangswerte R(t) bzw. Q(t) zu produzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 17 zur Verwendung, wenn die Werte RR(t) und QT(t) durch analoge elektrische Signale dargestellt werden, wobei die Mittel zum Einführen einer Verzögerung oder Vorrückung ein Widerstand-Kondensator-Netzwerk umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Widerstand-Kondensator-Netzwerk (R1, C1) eine einzige einstellbare Zeitkonstante aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Widerstand-Kondensator-Netzwerk zwei Zeitkonstanten (T₁, T₂) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei mindestens eine der Zeitkonstanten (T₁, T₂) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei eine erste der Zeitkonstanten (T₁) auf ungefähr Null eingestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, 21 oder 22, wobei eine zweite der Zeitkonstanten (T₂) auf ungefähr 60 s eingestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22 und 23, wobei die erste und die zweite Zeitkonstante (T₁, T₂) auf den zu verzögernden oder vorzurückenden Wert (RR(t), QT(t)) in einem Verhältnis von ungefähr 1 : 2 angewandt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 20, 21, 22 oder 23 mit einem einstellbaren Spannungsteiler zum Anwenden der Zeitkonstanten auf den zu verzögernden oder vorzurückenden Wert in einem einstellbaren Verhältnis (a).
Vorrichtung zur Analyse eines Herzsignals nach einem der Ansprüche 15 bis 25 mit Mitteln zum stetigen oder kontinuierlichen Bestimmen des Werts von S(t), der die Steigung des Graphen des QT-Intervalls als Funktion des RR-Intervalls darstellt, aus den Ausgangswerten R(t) und Q(t).
Vorrichtung nach Anspruch 26 mit Mitteln (2, 1) zum stetigen oder kontinuierlichen Erzeugen von Werten von ΔQ(t) und ΔR(t), die die Änderung des Werts von Q(t) bzw. R(t) über ein Zeitintervall Δt hinweg darstellen, und Mitteln zum Bestimmen des Werts von S(t) aus dem Quotienten ΔQ(t)/ΔR(t).
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Mittel zum Erzeugen von ΔR(t) und ΔQ(t) elektronische Differenziererschaltungen (2, 1) und die Mittel zum Bestimmen des Quotienten eine elektronische Dividiererschaltung (3) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28 mit Mitteln (4, 5, 6, 7, 10) zum stetigen oder kontinuierlichen Kreuzkorrelieren der Werte von R(t) und Q(t), um S(t) zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei die Mittel zum Kreuzkorrelieren folgendes umfassen: Mittel zum Finden des Mittelwerts des Produkts R(t) Q(t) über einen gegebenen Zeitraum hinweg, Mittel (4, 5) zum Finden des Produkts der Mittelwerte von R(t) und Q(t) über denselben Zeitraum hinweg, Mittel zum Subtrahieren des Produkts der Mittelwerte von dem Mittelwert des Produkts, um einen Zähler zu erhalten, Mittel (6) zum Quadrieren der Differenz zwischen R(t) und dem Mittelwert von R(t) über den gegebenen Zeitraum hinweg, Mittel (7) zum Bilden des Mittelwerts des Quadrats der Differenz über den Zeitraum hinweg, um einen Nenner zu erhalten, und Mittel (10) zum Dividieren des Zählers durch den Nenner, um S(t) zu erhalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 30 mit Mitteln zum Einstellen eines Werts RRc, der ein Standard-RR-Intervall darstellt, und Mitteln zum Anwenden einer gewählten Formel, in der R(t), RRc, Q(t) und S(t) vorkommen, um stetig oder kontinuierlich einen Wert zu erzeugen, der QTc(t), die Zeitfunktion des korrigierten QT-Intervalls, darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die Mittel zum Einstellen von RRc einen einstellbaren Spannungsteiler umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32 mit Mitteln (12) zum Subtrahieren des R(t)-Werts von dem RRc-Wert, Mitteln (13) zum Multiplizieren der resultierenden Differenz mit dem S(t)-Wert und Mitteln zum Addieren des Produkts zu dem Q(t)-Wert, um den Wert von QTc(t) zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32 mit Mitteln (15) zum Finden des Quotienten R(t)/RRc, Mitteln (16, 17, 21, 18) zum Erheben des Quotienten zu einer Potenz, um einen Nenner zu erhalten, und Mitteln (19) zum Dividieren des Q(t)-Werts durch den Nenner, um den Wert von QTc(t) zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 34 mit Mitteln zum stetigen oder kontinuierlichen Berechnen der Leistung, wobei die Leistungsberechnungsmittel Mittel (14) zum Dividieren des R(t)-Werts durch den Q(t)-Wert und Mittel (20) zum Multiplizieren des Quotienten R(t)/Q(t) mit dem S(t)-Wert umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 34 oder 35, wobei die Mittel zum Erheben des Quotienten zu einer Potenz einen Nurlesespeicher (21) in Form einer Nachschlagetabelle umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 34, 35 oder 36, wobei die Mittel (15) zum Finden des Quotienten R(t)/RRc und die Mittel (19) zum Dividieren des Q(t)-Werts durch den Nenner analoge Dividiererschaltungen umfassen.