AT500222A1

AT500222A1 - DEVICE AND METHOD FOR EVALUATING THE ELECTRIC HERZACTIVITY FROM THE ELECTROCARDIOGRAM

Info

Publication number: AT500222A1
Application number: AT0189301A
Authority: AT
Original assignee: Arc Seibersdorf Res Gmbh
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2005-11-15
Also published as: AT500222B8; AT500222B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 13. Die Erfindung betrifft somit eine kardiologische Vorrichtung zur Gewinnung von Information über den elektrophysiologischen Zustand des Herzens aus dem Elektrokardiogramm.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1 and a method according to the preamble of claim 13. The invention thus relates to a cardiac device for obtaining information about the electrophysiological state of the heart from the electrocardiogram.

Das Elektrokardiogramm (EKG) gibt die elektrische Aktivität des Herzens wider, die durch die Ausbreitung und die darauffolgende Rückbildung der Erregung der Herzmuskelzellen entsteht. Zahlreiche Phänomene und Erkrankungen haben eine kurz-(Schlag-zu-Schlag) oder längerfristig veränderte Erregungsausbreitung und damit ein einzelschlagbezogenes oder dauernd verändertes EKG zur Folge. Einer Beurteilung des kardialen Zustandes auf dieser Basis stehen jedoch oft natürliche Schlag-zu-Schlag-Veränderungen sowie dem EKG überlagerte Störeinflüsse nicht-kardialen Ursprungs wie Rauschen entgegen. Die gegenständliche Erfindung soll eine Vorrichtung und ein Verfahren erstellen, das bzw. die robust gegen diese Störeinflüsse sind und eine bessere Bewertung der Bedeutung von Inhomogenitäten aus dem EKG erlauben.The electrocardiogram (ECG) reflects the electrical activity of the heart resulting from the spread and subsequent regression of cardiomyocyte excitement. Numerous phenomena and illnesses result in a short-term (beat-to-beat) or longer-term change in the spread of the excitement and thus in an individual beat-related or permanently changed ECG. However, an assessment of the cardiac condition on this basis is often countered by natural beat-to-beat changes as well as ECG superimposed interferences of non-cardiac origin such as noise. The subject invention is intended to provide an apparatus and method that are robust to these interferences and allow a better assessment of the importance of inhomogeneities from the ECG.

Herzrhythmusstörungen können mit typischen Veränderungen des EKG bestimmter Herzschläge in der Weise in Verbindung stehen, dass das Auftreten letzterer als Zeichen für das Vorliegen eines erhöhten Risikos für die jeweilige Herzrhythmusstörung gewertet wird. Ein Beispiel dafür ist das anfallsweise Vorhofflimmern (paroxysmales atriales Flimmern -PAF). Bei dieser anfallsweise auftretenden Rhythmusstörung ist, bedingt durch unkoordinierte elektrische Erregung der Vorhofmuskulatur des Herzens, eine geordnete Pumpwirkung dieser Kammern nicht mehr gegeben. Obwohl ein solcher Anfall im allgemeinen keinen lebensbedrohlichen Zustand darstellt, ja sogar asymptomatisch sein kann, nimmt die Häufigkeit solcher Episoden üblicherweise mit der Zeit zu bzw. geht in permanentes atriales Flimmern (AF) über. Damit ist schließlich ein hohes Risiko für kardiovaskuläre Folgeerkrankungen (z.B. Schlaganfall) gegeben. Die Prävalenz dieser Erkrankung nimmt mit steigendem Alter progressiv zu und erreicht mehrere Prozent in der Personengruppe der über 65 jährigen. Daher sind intensive Bemühungen im Gange, entsprechende Therapien zu entwickeln, um das Auftreten und Fortschreiten derartiger Episoden zu unterdrücken. Unter anderem existieren bereits Herzschrittmacher, die über spezielle Stimulationsprotokolle verfügen, die die Frequenz solcher Episoden verringern bzw. im Idealfall solche Episoden ganz zu unterdrücken erlauben. Um diese und andere Therapieformen (z.B. Medikamente) gezielt einsetzen zu können, sind Methoden notwendig um: a) das grundsätzliche Ausmaß der Neigung eines bestimmten Patienten zu PAF und b) das akute Risiko für das unmittelbare Bevorstehen einer PAF-Episode zu ermitteln.Cardiac arrhythmias may be associated with typical changes in the ECG of certain heartbeats, such that the occurrence of the latter is considered an indication of the increased risk of cardiac arrhythmia. An example of this is the onset of atrial fibrillation (paroxysmal atrial fibrillation - PAF). Due to uncoordinated electrical excitation of the atrial musculature of the heart, an orderly pumping action of these chambers is no longer present in this case-by-case arrhythmia. Although such a seizure is generally not a life-threatening condition, and may even be asymptomatic, the frequency of such episodes usually increases with time or transitions into permanent atrial fibrillation (AF). This is ultimately a high risk of cardiovascular sequelae (e.g., stroke). The prevalence of this disease increases progressively with increasing age, reaching several percent in the over 65 age group. Therefore, intensive efforts are underway to develop appropriate therapies to suppress the onset and progression of such episodes. Among other things, pacemakers already exist that have special stimulation protocols that reduce the frequency of such episodes or, ideally, allow such episodes to be completely suppressed. In order to be able to use these and other forms of therapy (eg medications) in a targeted manner, methods are needed to: a) determine the basic extent of a particular patient's predisposition to PAF and b) the acute risk of imminent episode of PAF.

Hauptziel der Erfindung ist es, die Auswertungsmöglichkeiten von EKG-Signalen zu verbessern. Vorrangiges Ziel der Erfindung ist es dabei, die Signifikanz von Triggern bzw. von aus dem Rhythmus fallenden Herzschlägen aus dem EKG rasch und möglichst eindeutig zu bewerten und damit die Risikoabschätzung für Krankheiten, insbesondere PAF, zu verbessern. Das Ergebnis kann unmittelbar verwendet werden, um eine entsprechende Therapie zu steuern, z.B. innerhalb eines implantierten Herzschrittmachers oder auch, um eine medikamentöse Intervention zu indizieren.The main object of the invention is to improve the evaluation possibilities of ECG signals. The primary aim of the invention is to evaluate the significance of triggers or rhythmic heart beats from the ECG rapidly and as clearly as possible and thus to improve the risk assessment for diseases, in particular PAF. The result can be used immediately to control appropriate therapy, e.g. within an implanted cardiac pacemaker or also to indicate drug intervention.

Diese Ziele werden bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmalen erreicht. Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist durch die im Kennzeichen des Anspruches 13 angeführten Merkmale charakterisiert.These objects are achieved in a device of the type mentioned above with the features mentioned in the characterizing part of claim 1. A method of the type mentioned is characterized by the features cited in the characterizing part of claim 13.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den Beschreibungsseiten, den Patentansprüchen und den Zeichnungen zu entnehmen.Advantageous embodiments of the invention can be found in the description pages, the claims and the drawings.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Blockdiagramm, das die wichtigsten Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt.Fig. 1 shows schematically a block diagram illustrating the most important components of the device according to the invention.

Fig. 2 zeigt das EKG eines einzelnen Herzschlags mit den Definitionen der charakteristischen Punkte sowie der Terminologie zur Definition eines vorteilhafterweise untersuchten Signal- bzw. Testbereichs TB.2 shows the ECG of a single heartbeat with the definitions of the characteristic points as well as the terminology for the definition of an advantageously examined signal or test area TB.

Fig. 3 zeigt einen kurzen EKG-Ausschnitt, aus dem die für die Erfindung wichtigen Definitionen bezüglich der Beziehungen verschiedener Herzschläge zueinander ersichtlich sind.FIG. 3 shows a short ECG excerpt from which the definitions relevant to the invention with respect to the relationships of different heartbeats to one another can be seen.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm, aus dem die wichtigsten Verarbeitungsschritte bei der erfindungsgemäßen Signalverarbeitung ersichtlich sind.4 shows a flowchart from which the most important processing steps in the signal processing according to the invention can be seen.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugte Ausführung der Erfindung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst Elektroden 11, die mit der untersuchten Person in Verbindung stehen und zur Ableitung des EKG-Signals dienen. Diese können sich außerhalb des Körpers des Patienten befinden oder - wie die gesamte Vorrichtung -auch implantiert sein. Die Vorrichtung besteht weiters aus einem Biosignalverstärker 12, der die über die Elektroden vom Körper des Patienten abgeleiteten Potentiale verstärkt, auf das interessierende Frequenzband begrenzt (z.B. 0.05 - 100 Hz), und im weiteren einer Analog-Digital-Umsetzer-Einheit 13 zuführt, die das analoge EKG-Signal in eine Folge von Abtastwerten umwandelt (z.B. mit 256 Abtastwerten/Sekunde und einer Auflösung von 12 Bit). Diese Folge von Abtastwerten wird schließlich einer Recheneinheit 14 mit den erforderlichen Subeinheiten zur weiteren Verarbeitung zugeführt.Fig. 1 shows a block diagram of a preferred embodiment of the invention. The device according to the invention comprises electrodes 11 which are in communication with the examined person and serve to derive the ECG signal. These may be external to the patient's body or, like the entire device, may be implanted. The device further consists of a Biosignalverstärker 12 which amplifies the via the electrodes derived from the body of the patient potentials, limited to the frequency band of interest (eg, 0.05 - 100 Hz), and further supplies an analog-to-digital converter unit 13, the converts the analog ECG signal into a sequence of samples (eg, 256 samples / second and a 12-bit resolution). This sequence of samples is finally fed to a computation unit 14 with the required subunits for further processing.

In der Recheneinheit 14 wird zuerst eine Signal-Vorverarbeitung durchgeführt, wie sie dem Stand der Technik bei der EKG-Signalanalyse entspricht. Dabei wird z.B. wie folgt vorgegangen:In the arithmetic unit 14, a signal pre-processing is first performed, as it corresponds to the prior art in the ECG signal analysis. In doing so, e.g. proceed as follows:

Als erster Schritt wird eine Detektion der Herzschläge innerhalb der Signalsequenz durchgeführt. Dies kann z.B. durch den Vergleich der 1. Ableitung des Signals mit einem Schwellwert geschehen und führt zu einer Liste mit den Indizes jener Abtastwerte, an denen überschwellige 1. Ableitungen auftreten (Detektionspunkte). Zum zweiten erfolgt für jeden Herzschlag die Bestimmung eines Fix- oder Triggerpunktes 27, z. B. t, für den i-ten Herzschlag, also des Zeitpunktes, der eine möglichst eindeutige zeitliche Beziehung zu den mit dem jeweiligen Herzschlag in Verbindung stehenden elektrischen Vorgängen im Herzen hat. Solche Punkte sind z.B. die Spitzen der R-Zacken 23, die den Extrema im jeweiligen Signalabschnitt entsprechen. Im nächsten Schritt werden die detektierten Ereignisse klassiert, z.B. durch Vergleich jedes einzelnen QRS-Komplexes, also jenes Bereichs des EKG, der die Q-Zacke 22, die R-Zacke 23 und die S-Zacke 24 umfasst (z.B. 60 ms vor bis 60 ms nach dem Triggerpunkt t,) und der elektrischen Erregung der Herzkammern entspricht. Die Klassierung erfolgt mit einer Menge von Schablonen. Die Schablonen können aus z.B. kohärent gemittelten EKG-Abschnitten vorangegangener Herzschläge jeweils ähnlicher Morphologie bestehen. Das Schablonen-Set kann laufend um bisher noch nicht aufgetretene QRS-Komplexe dynamisch erweitert bzw. um bereits seit einiger Zeit nicht mehr aufgetretene QRS-Komplexe oder durch Zusammenfassung zweier Schablonen, falls diese sich mit der Zeit hinlänglich ähnlich geworden sind, reduziert werden. Das Resultat des Klassierungsprozesses ist die Zuordnung einer eindeutigen Klasse zu jedem Herzschlag-EKG.As a first step, a detection of the heartbeats within the signal sequence is performed. This can e.g. by comparing the first derivative of the signal with a threshold, and results in a list of the indices of those samples where suprathreshold 1st derivatives occur (detection points). Second, the determination of a fix or trigger point 27, z. B. t, for the ith heartbeat, that is, the time that has the most unambiguous temporal relationship to the electrical processes in the heart associated with the respective heartbeat. Such points are e.g. the peaks of the R-waves 23, which correspond to the extrema in the respective signal section. In the next step, the detected events are classified, e.g. by comparing each individual QRS complex, that is to say that region of the ECG which includes the Q wave 22, the R wave 23 and the S wave 24 (eg 60 ms before to 60 ms after the trigger point t 1) and the electrical one Excitement of the heart chambers corresponds. The classification is done with a lot of templates. The templates can be made of e.g. coherently averaged ECG sections of previous heartbeats of similar morphology. The template set can be dynamically extended to include previously unseen QRS complexes or reduced by QRS complexes that have not occurred for some time or by combining two templates if they have become sufficiently similar over time. The result of the classification process is the assignment of a unique class to each heartbeat ECG.

Fig. 2 zeigt zusätzlich zum QRS-Komplex noch zwei weitere wichtige EKG-Komponenten, nämlich die P-Welle 21, die der elektrischen Erregung der Vorhöfe entspricht und die T-Welle 25, die der Rückbildung der elektrischen Erregung der Herzkammer entspricht.Fig. 2 shows in addition to the QRS complex two more important ECG components, namely the P-wave 21, which corresponds to the electrical excitation of the atria and the T-wave 25, which corresponds to the regression of the electrical excitation of the heart chamber.

Die nach der gegebenenfalls vorgenommenen Vorverarbeitung wesentliche erfinderische Vorgangsweise, die mit der Recheneinheit 14 abgewickelt wird, wird vor allem aus dem Ablaufdiagramm in Fig. 4 ersichtlich: (41) Das EKG-Signal kann vor der Betrachtung der zur Untersuchung zugelassenen einzelnen Herzschläge in einer Filtereinheit 41 einer Filterung mit einem digitalen Band^passfilter unterzogen werden, um Rauschen und Grundlinienschwankungen zu reduzieren sowie jenen Frequenzbereich hervorzuheben, in dem der Hauptfrequenzinhalt des zu untersuchenden Signalbereiches liegt. Für Analysen im Bereich der P-Welle kann sich z.B. eine Filterung mit einer Butterworth-Approximation 2. Ordnung und einer unteren bzw. oberen Grenzfrequenz von 4 bzw. 32 Hz als günstig erweisen. (42) Beginn der Hauptschleife 42, die für jeden Herzschlag beginnend mit dem zweiten Herzschlag durchlaufen wird. (43) Berechnung des aktuellen RR-Intervalls als der Abstand zwischen dem Zeitpunkt der aktuellen und der vorangegangenen R-Zacke oder Berechnung eines anderen charakteristischen Intervalls zur Feststellung der zeitlichen Abstände der Herzschläge. Entsprechend Fig. 3 gilt z.B. RR, (Intervall 32) = t, (Zeitpunkt 34) - tM (Zeitpunkt 33). (44) Die Herzschläge werden in einer Klassierungseinheit 44 in Hinblick auf vorgegebene Klassierungskriterien bewertet. Die am häufigsten auftretende Herzschlagklasse wird vorzugsweise als Standardklasse S definiert. Für Herzschläge, die nicht die Klasse S aufweisen, wird alles außer der Berechnung des mittleren RR-Intervalls (siehe unten) übersprungen. (45) Es erfolgt eine Prüfung, ob in einem Schablonenbildner 45 bzw. in einer Signalschablone bereits eine Testbereichsschablone TBS definiert ist. Entsprechend Fig. 2 umfasst der Testbereich (TB) jeweils alle Abtast- bzw. Signalwerte zwischen den beiden willkürlich definierten Testbereichsgrenzen ta (Zeitpunkt 28) und te (Zeitpunkt 29). Die Werte dieser Grenzen sind an die jeweilige Anwendung anzupassen. Im Falle von PAF ist dies der Bereich der P-Welle 21, also z.B. ta = -225 ms, te = -75 ms, jeweils bezogen auf den gewählten Fixpunkt, insbesondere den R-Punkt (Zeitpunkt 23). (46) Wenn die Testbereichsschablone TBS noch nicht definiert ist, wird sie mit dem Testbereich TBj des aktuellen Herzschlages initialisiert. (47) Die Ähnlichkeit des aktuellen Test- bzw. Signalbereichs mit der aktuellen Testbereichschablone TBS wird in einer Recheneinheit 47 ermittelt. Dies kann z.B. durch die Berechnung des Ähnlichkeitsmaßes, vorzugsweise des linearen Korrelationskoeffizienten CCj, zwischen den beiden verglichenen Abtastwertefolgen geschehen. Dabei ergibt sich der Wert 1 für einen Herzschlag, dessen aktueller Signalbereich mit dem der gebildeten Schablone vollkommen übereinstimmt und ein geringer oder sogar negativer Wert, falls der Testbereich des aktuellen Herzschlags i schlecht mit dem Vergleichsbereich der Schablone übereinstimmt oder sogar einen gegenläufigen Verlauf aufweist. Fig. 3 zeigt ein Beispiel für einen gegenläufigen Verlauf hinsichtlich der P-Wellen 35 und 36 der Herzschläge, die durch die R-Zacken 33 und 34 definiert sind, wobei vom Vergleich der P-Welle 36 des Herzschlags 34 mit der Schablone TBS ein negativer Korrelationskoeffizient CC| zu erwarten ist. (48) Es erfolgt in einer Überprüfungs- bzw. Sortiereinheit 48 eine Überprüfung des Herzschlages auf die Erfüllung von vorgegebenen Kriterien, z.B. Vorzeitigkeit, wobei Vorzeitigkeit bedeutet, dass: 1. das aktuelle RR-Intervall RR| kürzer ist als eine Absolutschwelle RRmin (wobei diese Absolutschwelle z.B. eine Sekunde betragen kann) und/oder • · • £.······ • “ ü > · · 2. das aktuelle RR-Intervall RR| bezogen auf das unmittelbar vorangegangene RR-Intervall RRM mindestens eine Verkürzung auf dRRre, aufweist (wobei diese Schwelle z.B. 80% sein kann) und/oder 3. das aktuelle RR-Intervall RR, bezogen auf das aktuelle mittlere RR-Intervall RRm mindestens eine Verkürzung auf dRRm aufweist (wobei diese Schwelle z.B. 80% sein kann). (49) Herzschlägen, die die vorgegebenen Kriterien (z.B. alle Kriterien 1 bis 3) erfüllen, wird der Herzschlag-Typ A zugeordnet. Der Herzschlag mit der R-Zacke 34 in Fig. 3 ist ein Beispiel dafür. Wird ein solcher Herzschlag festgestellt, erfolgt die Rückkehr zum Beginn der Hauptschleife 42. (50) Herzschlägen, die die vorgegebenen Kriterien (z.B. eines der Kriterien 1 bis 3) nicht erfüllen, wird der Herzschlag-Typ N zugeordnet. (51) Der Testbereich bzw. der untersuchte bzw. gewählte Teilbereich der Signalkurve von Schlägen des Typs N wird dazu verwendet, die Testbereichsschablone TBS zu aktualisieren. Dazu kann vorteilhaft ein mit dem Faktor n^ gewichteter Mittelwert aus der alten Schablone und dem aktuellen Testbereich gebildet werden. Dieser Faktor kann z.B. 16 betragen. Die laufende Anpassung der Schablone TBS ist sinnvoll, um dynamischen Vorgängen wie einer sich verändernden Herzrate im Verlauf der Aufzeichnung Rechnung zu tragen. (52) Es erfolgt eine Prüfung, ob bereits ein Wert für das aktuelle mittlere RR-Intervall RRm verfügbar ist. (53) Wenn dies nicht der Fall ist, wird dem mittleren RR-Intervall RRm der aktuelle RR-Intervall-Wert RR| zugeordnet und zum Beginn der Hauptschleife 42 zurückgekehrt. (54) Wenn dies der Fall ist, wird der Wert für das mittlere RR-Intervall aktualisiert, z.B. auf der Basis eines mit dem Faktor nRR gewichteten Mittelwertes aus dem alten Wert RRm und dem aktuellen RR-Intervall RR,. Eine andere Möglichkeit ist die Berechung des mittleren RR-Intervalls auf der Basis eines gleitenden Mittelwerts, z.B. über die letzten 5 RR-Intervall-Werte.The inventive method of operation, which is essential after the preprocessing which has been carried out, and which is handled by the arithmetic unit 14, can be seen above all from the flowchart in FIG. 4: (41) The ECG signal can be viewed in a filter unit before the examination of the individual heart beats permitted for the examination Filtering with a digital band pass filter to reduce noise and baseline fluctuations as well as to emphasize the frequency range in which the main frequency content of the signal range to be examined is located. For analyzes in the P-wave region, e.g. a filtering with a Butterworth approximation 2nd order and a lower or upper cutoff frequency of 4 or 32 Hz prove favorable. (42) Beginning of the main loop 42, which is traversed for each heartbeat beginning with the second heartbeat. (43) Calculation of the current RR interval as the distance between the time of the current and the previous R wave or calculation of another characteristic interval for determining the time intervals of the heartbeats. According to Fig. 3, e.g. RR, (interval 32) = t, (time 34) - tM (time 33). (44) The heartbeats are evaluated in a classifier 44 with regard to predetermined classification criteria. The most common heartbeat class is preferably defined as a standard S-class. For heartbeats that are not class S, everything but the average RR interval (see below) is skipped. (45) A check is made as to whether a test area template TBS has already been defined in a template creator 45 or in a signal template. According to FIG. 2, the test area (TB) comprises in each case all the sampling or signal values between the two arbitrarily defined test area limits ta (time 28) and te (time 29). The values of these limits must be adapted to the respective application. In the case of PAF this is the area of the P-wave 21, e.g. ta = -225 ms, te = -75 ms, in each case related to the selected fixed point, in particular the R point (time 23). (46) If the test area template TBS is not yet defined, it is initialized with the test area TBj of the current heartbeat. (47) The similarity of the current test or signal range with the current test range template TBS is determined in a computing unit 47. This can e.g. by the calculation of the similarity measure, preferably the linear correlation coefficient CCj, between the two compared sample sequences. In this case, the value 1 results for a heartbeat whose current signal range completely coincides with that of the template formed and a low or even negative value if the test range of the current heartbeat i mismatches with the comparison range of the template or even has an opposite course. FIG. 3 shows an example of an opposite course with respect to the P-waves 35 and 36 of the heartbeats defined by the R-waves 33 and 34, where a negative is obtained from the comparison of the P-wave 36 of the heartbeat 34 with the template TBS Correlation coefficient CC | is to be expected. (48) A checking of the heartbeat is carried out in a checking or sorting unit 48 for the fulfillment of predetermined criteria, e.g. Prematurity, where prematurity means that: 1. the current RR interval RR | is shorter than an absolute threshold RRmin (which absolute threshold may be, for example, one second) and / or • · • £. ······ • "ü > · · 2. the current RR interval RR | based on the immediately preceding RR interval RRM has at least a reduction to dRRre, (and this threshold may be, for example, 80%) and / or 3. the current RR interval RR, based on the current average RR interval RRm at least one shortening on dRRm (which threshold may be, for example, 80%). (49) Heartbeats meeting the predetermined criteria (e.g., all criteria 1 to 3) are assigned the type A heartbeat. The heartbeat with the R-wave 34 in Fig. 3 is an example of this. When such a heartbeat is detected, it returns to the beginning of the main loop 42. (50) Heartbeats that do not meet the predetermined criteria (e.g., any of the criteria 1 to 3) are assigned the heartbeat type N. (51) The test area or the examined or selected subarea of the signal curve of type N strokes is used to update the test area template TBS. For this purpose, an average weighted by the factor n ^ can advantageously be formed from the old template and the current test area. This factor can e.g. 16 amount. The continuous adaptation of the template TBS is useful to account for dynamic events such as a changing heart rate during the recording. (52) A check is made as to whether a value for the current mean RR interval RRm is already available. (53) If this is not the case, the RR average interval RRm becomes the current RR interval value RR | assigned and returned to the beginning of the main loop 42. (54) If so, the value for the mean RR interval is updated, e.g. on the basis of a mean value weighted by the factor nRR from the old value RRm and the current RR interval RR ,. Another possibility is to calculate the mean RR interval based on a moving average, e.g. over the last 5 RR interval values.

Im Anschluss erfolgt die Rückkehr zum Beginn der Hauptschleife 42.Following the return to the beginning of the main loop 42.

In vorgegebenen, vorzugsweise regelmäßigen (z.B. halbstündigen) Intervallen oder beim Auftreten vordefinierter Situationen, z.B. immer beim Auftreten eines Herzschlags des Typs A, das heißt eines Herzschlages, der die vorgegebenen (Ausscheidungs)Kriterien erfüllt, werden alle innerhalb eines bestimmten zeitlichen Intervalls (z.B. innerhalb der letzten halben Stunde) aufgetretenen Schläge nach den Typen, im vorliegenden Fall A und N, gruppiert und die diesen Herzschlägen zugeordneten Korrelationskoeffizienten als (im vorliegenden Fall) zwei Stichproben betrachtet. Unter Verwendung eines statistischen Tests wird in einem Statistikrechner 60 geprüft, ob diese beiden Gruppen der gleichenAt predetermined, preferably regular (e.g., half-hourly) intervals or when predefined situations occur, e.g. Whenever a type A heartbeat occurs, that is, a heartbeat that meets the predetermined (elimination) criteria, all strokes occurring within a particular time interval (eg, within the last half hour) will be hit by types, in this case A and N , grouped and considered the correlation coefficients associated with these heartbeats as (in the present case) two samples. Using a statistical test, it is checked in a statistical calculator 60 whether these two groups are the same

Grundgesamtheit entspringen. Der allenfalls an einer Anzeige- und/oder Auswerteeinheit 61 anliegende resultierende p-Wert ist ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, dass tatsächlich ein Unterschied vorliegt. Dieser Wert kann mit einem Schwellwert verglichen werden, um eine Ja/Nein Entscheidung abzuleiten oder auch mit anderen Daten verknüpft werden. Es kann sich auch als günstig erweisen, den Logarithmus des p-Wertes zu verwenden.Population spring. The resulting p-value, which may be applied to a display and / or evaluation unit 61, is a measure of the probability that there is actually a difference. This value can be compared to a threshold value to derive a yes / no decision or to be linked to other data. It may also prove convenient to use the logarithm of the p-value.

Im Falle von PAF hat sich z.B. gezeigt, dass - bei einem Beobachtungsintervall von 30 Minuten - ein p-Wert unter 0.001 auf ein erhöhtes Risiko für PAF hinweist.In the case of PAF, e.g. demonstrated that, with an observation interval of 30 minutes, a p-value below 0.001 indicates an increased risk of PAF.

Als statistischen Test wird vorzugsweise ein nicht-parametrischer Rang-Test wie der U-Test eingesetzt, da diese Art von Tests keine spezifischen Voraussetzungen bezüglich der Verteilung der Stichproben, in diesem Fall also der Korrelationskoeffizienten CQ, voraussetzt.The statistical test used is preferably a non-parametric rank test such as the U-test, since this type of test does not require any specific requirements with regard to the distribution of the samples, in this case the correlation coefficient CQ.

Der Vorteil beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens für die PAF-Bewertung liegt darin, dass es mehrere Risikoaspekte kompakt verbindet, insbesondere: 1. Die Frequenz der vorzeitigen Herzschläge (Typ A), deren Bewertung schärfer wird, wenn die Anzahl der Elemente in den Stichproben zunimmt, 2. Die Stärke der Abweichung - starke Unterschiede im Testbereich schlagen sich als deutlich geringere Korrelationskoeffizienten nieder, 3. Die Vorzeitigkeit - starke Vorzeitigkeit führt dazu dass die P-Welle 21 des vorzeitigen Herzschlags sich der T-Welle des vorangegangenen Herzschlags überlagern kann (P auf T Syndrom), was bekanntermaßen als zusätzliches Indiz für das Vorliegen eines erhöhten Risikos gilt.The advantage of using the method according to the invention for the PAF evaluation is that it combines several aspects of risk compactly, in particular: 1. The frequency of premature heartbeats (type A), the rating of which becomes sharper as the number of elements in the samples increases 2. The magnitude of the deviation - large differences in the test range are reflected as significantly lower correlation coefficients, 3. The prematurity - strong prematurity causes the P-wave 21 of the premature heartbeat to be superimposed on the T-wave of the previous heartbeat (P T syndrome), which is known to be an additional indication of the increased risk.

Zusätzlich ist das Verfahren robust gegen Veränderungen der Signalcharakteristik, die beide Typen von interessierenden Herzschlägen betrifft wie es z.B. Rauschen ist.In addition, the method is robust to changes in signal characteristics affecting both types of heartbeats of interest, such as e.g. Noise is.

Das Verfahren kann mit einem einkanaligen EKG, aber auch mit einem mehrkanaligen EKG zur Anwendung kommen. Im mehrkanaligen Fall wird für jeden Kanal ein eigenes Test-Schablonen-Set verwendet. All jene Verarbeitungsschritte, die einen morphologischen Vergleich beinhalten, werden zuerst für jeden Kanal getrennt durchgeführt, bevor die Ergebnisse schließlich zusammengefasst werden, z.B. durch eine Mittelwertbildung der Korrelationskoeffizienten aller Kanäle jedes bestimmten Herzschlags. Darauffolgend wird für die statistische Bewertung das gleiche Schema verwendet, wie oben beschrieben.The procedure can be used with a single-channel ECG, but also with a multi-channel ECG. In the multi-channel case, a separate test template set is used for each channel. All those processing steps involving a morphological comparison are first performed separately for each channel before the results are finally summarized, e.g. by averaging the correlation coefficients of all channels of each particular heartbeat. Subsequently, the same scheme is used for the statistical evaluation as described above.

Das Verfahren kann auch für andere Fragestellungen verwendet werden, z.B. für die Bewertung der Signifikanz von T-Wellen-Alternans. Dabei handelt es sich um mehr oder weniger starke Schlag-zu-Schlag - Veränderungen im Bereich der T-Welle, die als Parameter für die Beurteilung des Risikos einer Kammertachykardie (ventrikuläres Flimmern) verwendet werden. In diesem Fall wird der Testbereich in den T-Wellenbereich gelegt. Die Bildung der Stichproben kann dabei auf der Basis des Rhythmus und/oder auf der Basis anderer Kriterien erfolgen.The method can also be used for other issues, e.g. for the evaluation of the significance of T-wave alternans. These are more or less strong beat-to-beat changes in the T-wave area, which are used as parameters to assess the risk of ventricular tachycardia (ventricular fibrillation). In this case, the test area is placed in the T-wave area. The sampling can be done on the basis of the rhythm and / or on the basis of other criteria.

Es ist auch denkbar, die Herzschläge unter Einsatz einer entsprechenden Anzahl von Schablonen in mehr als zwei Gruppen bzw. Stichproben einzuteilen und einen statistischen Test für den Vergleich der Ähnlichkeitsmaße bzw. Korrelationskoeffizienten mehrerer Gruppen bzw. Stichproben zu verwenden.It is also conceivable to divide the heartbeats into more than two groups or samples using a corresponding number of templates and to use a statistical test for the comparison of the similarity measures or correlation coefficients of several groups or samples.

Claims

Claims 1. A method for evaluating ECG signals, in particular with regard to rhythm disturbances, characterized in that - for at least a partial range, e.g. the P-wave region, a corresponding to a heartbeat ECG signal at least one, preferably continuously or dynamically adapted to current heartbeats, signal template (TBS) is formed, - that the signals of the currently arriving, preferably all in a predetermined time interval heartbeats are correlated with this template (s), wherein for each of these heartbeats a measure of similarity, preferably by forming the correlation coefficient (CCi) (at 47), is determined - that a check (at 48) at least of subregions the signals of the individual heartbeats after fulfillment of at least one predetermined criterion, eg a test for duration, amplitude, rhythm, prematurity, shortening and / or waveform, shape and / or location of curve areas, e.g. QRS complex (22, 23, 24), etc., - that the signals corresponding to the heartbeat are grouped according to the fulfillment of these criteria, - that the similarity measures, preferably the correlation coefficients (CQ), which are divided into the individual groups ( Type A, Type N) arranged individual heartbeats a statistical test, eg U-Test, to assess whether the beats placed in each group originate from the same population, and that the p-value or probability value resulting from the test, preferably the logarithm of the p-value, is used as a basis for the evaluation the respective heartbeat or the considered range of the ECG signal is used.

2. The method according to claim 1, characterized in that prior to the creation of the template (TBS), a detection and classification of the heartbeats according to predetermined classification criteria, e.g. Position and duration of the P-wave and / or the T-wave and / or the QRS complex, amplitude, waveform, and not according to the classification criteria, e.g. ventricular heartbeats are not taken into account when creating the template.

3. The method of claim 1 or 2, characterized in that - within the signal sequence, a trigger point for establishing a unique temporal relationship of the respective heartbeat to the dynamic or continuously adapted template is determined, including before calculation of the correlation coefficient (CQ) both in the signal template as well as in the signals of the heartbeats to be correlated in the signal curve a significant curve point determined, eg the R wave (23) of the QRS complex, and is used as a fixed point for the determination of the position of portions of the signals and / or the distance of the heartbeat.

4. The method according to claim 3, characterized in that - for the calculation of the correlation coefficients (CQ) in the signal sections to be correlated with one another, starting from the determined fixed point, the temporally identical curve points are correlated.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that - for the classification of the heartbeats in groups as a criterion, an examination of the heartbeat on prematurity takes place, whereby prematurity means that the current RR interval RR, is shorter than a predetermined one Absolute threshold RRmin and / or the current RR interval RQ relative to the immediately preceding RR interval RRi., A reduction to at least a predetermined value dRRre, and / or the current RR interval RRj based on the current average RR interval RRm has at least a reduction to a predetermined value dRRm, wherein the current RR interval is calculated as the distance between the R-waves (23) of the current and the previous heart beat.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that - the interval RRmin is 0.8 to 1.2, preferably 0.9 to 1.1, seconds and / or - that the value dRRre, 0.7 to 0.89%, preferably 0.75 to 0.84%, and / or - that the value dRRm is 0.7 to 0.89%, preferably 0.75 to 0.84%, wherein preferably the values dRRre, and dRRm are the same size.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that - an assessment of the heartbeats on the signal range of the P-wave (21) for assessing the possible occurrence of a paroxysmal atrial fibrillation occurs, and / or - that the obtained probability values, if appropriate used to control a pacemaker.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the template (TBS) is formed from optionally koherent averaged signal portions of a predetermined number of previous heartbeats of a similarly evaluated morphology.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the ECG signal for viewing individual heartbeats at least in some areas of a filtering with a digital bandpass filter (41) is subjected.

A method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that all heartbeats of a predetermined time interval, e.g. 30 minutes, and this assessment is made at preferably regular intervals or if a predetermined number of heart beats have been placed in one of the groups since the beginning of the review or since the last review.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that at the beginning of the assessment, the template (TBS) is initialized with the signal of the first current heartbeat and dynamically adjusted with subsequent heartbeats.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that, for the evaluation of multichannel ECG signals, the processing steps involving a morphological comparison are first performed separately for each channel before the results are summarized, e.g. by averaging the correlation coefficients of all channels of each particular heartbeat.

13. Device for evaluating the electrical activity of the heart from the electrocardiogram, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the ECG signals received by an ECG signal recording unit (11, 12) are subjected to a checking or Sorting unit (48) are supplied with the at least portions of the signals according to predetermined criteria, eg a test for duration, amplitude, rhythm, prematurity, shortening and / or waveform, shape and / or location of curve areas, e.g. QRS complex, etc., evaluated and classified in groups depending on the review,: -ιι - that at least one stencil image (TBS) for creating a, preferably dynamically tracked template (46) at least a portion of a heartbeat a calculation unit (47) is provided for calculating the similarity measure, in particular the correlation coefficient (CQ), between the template (TBS) and the corresponding signal regions of the individual ECG signals sorted into the individual groups, and a statistical calculator (60) is provided to which the similarity measures assigned to the ECG signals sorted into the individual groups are supplied for determining a probability value for assessing whether the similarity measures of the individual groups originate from the same population.

14. The device according to claim 13 for the evaluation of ECG signals, in particular with regard to rhythm disturbances, characterized in that - a unit (46) is provided, in which at least a partial area, e.g. the P-wave region, a corresponding to a heartbeat ECG signal at least one, preferably continuously or dynamically adapted to current heartbeats, signal template (TBS) is formed, - that in a unit (47) is provided, in which Signals of the currently arriving, preferably all considered in a given time interval, heartbeats are correlated with this template (s), wherein for each of these heartbeats a similarity measure, preferably by forming the correlation coefficient (CC,), is determined, - that Unit (48) is provided in which a check at least of partial areas of the signals of the individual heartbeats after fulfillment of at least one predetermined criterion, eg a test for duration, amplitude, rhythm, prematurity, shortening and / or waveform, shape and / or location of curve areas, e.g. QRS complex (22, 23, 24), etc. takes place, - that from this unit (48) the signals corresponding to the heartbeats are grouped according to fulfillment of these criteria, - that in the unit (60) the similarity measures, preferably the correlation coefficients CQ, the individual heartbeats classified into the individual groups (type A, type N) a statistical test, eg U-Test, to assess whether the beats placed in each group originate from the same population, and that the p-value or probability value resulting from the test, preferably the logarithm of the p-value, is used as a basis for the evaluation of

1-12 Μ · · · each heartbeat or the considered range of the ECG signal is used.

15. Device according to claim 13 or 14, characterized in that a unit (44) is provided in which, prior to the creation of the template (TBS), a detection and classification of the heart beats according to predetermined classification criteria, e.g. Position and duration of the P-wave and / or the T-wave and / or the QRS complex, amplitude, waveform, and not according to the classification criteria, e.g. ventricular heartbeats are not taken into account when creating the template (TBS).

16. The apparatus of claim 13 or 14, characterized in that - a unit (43) is provided in which within the signal sequence, a trigger point for establishing a unique temporal relationship of the respective heartbeat to the dynamic or continuously adapted template is determined for which, prior to calculation of the correlation coefficients (CC |) both in the signal template (TBS) and in the signals of the heart beats to be correlated in the signal curve, a significant curve point is determined, eg the R wave (23) of the QRS complex, and is used as a fixed point for the determination of the position of portions of the signals and / or the distance of the heartbeat.

17. Device according to one of claims 13 to 15, characterized in that - in the unit (60) for the calculation of the correlation coefficients (CQ) in the signal sections to be correlated with one another, starting from the determined fixed point, the temporally identical curve points are correlated.

18. Device according to one of claims 13 to 17, characterized in that - in the unit (48) for the division of the heartbeats in groups as a criterion, a check of the heartbeat on prematurity takes place, whereby prematurity means that the current RR interval RR | is shorter than a predetermined absolute threshold RRmin and / or the current RR interval RR | based on the immediately preceding RR interval RRi., A reduction at least to a predetermined value dRRre, and / or the current RR interval RRj based on the current average RR interval RRm has at least a reduction to a predetermined value dRRm, wherein the current RR interval is calculated as the distance between the R wave (24) of the current and the R wave (33) of the respective preceding heart beat, wherein advantageously the interval RRmin is 0.8 to 1.2, preferably 0.9 to 1.1, seconds and / or: · -13 ··· ·· ··· - the value dRRrei is 0.7 to 0.89%, preferably 0.75 to 0.84%, and / or - Value dRRm is 0.7 to 0.89%, preferably 0.75 to 0.84%, wherein preferably the values dRRre, and dRRm are equal.

19. Device according to one of claims 13 to 18, characterized in that - in a unit (61) an evaluation of the heartbeats on the signal range of the P-wave (21) for assessing the possible occurrence of a paroxysmal atrial fibrillation takes place, and / or if appropriate, the probability values obtained are used to control a cardiac pacemaker.

20. Device according to one of claims 13 to 19, characterized in that the template (TBS) is formed from optionally coherent averaged signal portions of a predetermined number of preceding heartbeats of a morphology evaluated as similar.

21. Device according to one of claims 13 to 20, characterized in that a digital band-pass filter (41) is provided, with which the ECG signal for viewing individual heartbeats is subjected at least in some areas of a filtering.

22. Device according to one of claims 13 to 21, characterized in that all heartbeats of a predetermined time interval, e.g. 30 minutes, to be evaluated.

23. Device according to one of claims 13 to 22, characterized in that at the beginning of the evaluation, the template (TBS) with the signal of the first current heartbeat is initializable and dynamically adaptable with subsequent heartbeats.

24. Device according to one of claims 13 to 23, characterized in that in ECG devices with multi-channel incoming ECG signals, the processing steps involving a morphological comparison are first separately feasible for each channel before the results are summarized, e.g. by averaging the correction coefficients of all channels of each particular heartbeat.

25. Device according to one of claims 13 to 24, characterized in that the checking or sorting unit (48) and / or the template images (TBS) and / or the arithmetic unit (47) and / or the statistical computer (60) and / / or the other * * ΛΑ ····· · · · ··· I Τ '> Are implemented in a preferably digital processing unit by software and / or hardware.

26. Device according to one of claims 13 to 25, characterized in that the device is connected to an ECG recording unit (11,12).