DE2217235B2

DE2217235B2 - Vorrichtung zur Überwachung der

Info

Publication number: DE2217235B2
Application number: DE2217235A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Ing.(Grad.) 7809 Denzlingen Herz
Original assignee: Hellige GmbH
Current assignee: GE Medical Systems Information Technologies GmbH
Priority date: 1972-04-11
Filing date: 1972-04-11
Publication date: 1979-05-03
Also published as: DE2217235A1; US3829766A; DE2217235C3

Description

Zusammenfassung

Die Erfindung, deren wesentliche Eigenheiten mit Anspruch 1 gekennzeichnet sind, betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Herztätigkeit eines Patienten mit Mitteln der Digitaltechnik und mit Schwellenwertdiskriniinatoren, welche zunächst in einer Lernphase für eine als normal erkannte Herzschlagsperiode ein Bit-Muster nach Maßgabe der Zeitpunkte, in welchen die Amplitude der Herzaktionsspannung bestimmte Schwellenwerte Überschi-sitet, erzeugen, das in einem Hauptspeicher gespeichert und nacheinander mit den in gleicher Weise in einem Zwischenspeicher gebildeten Bit-Mustern für nachfolgende Herzschlagsperioden verglichen wird. Nichtgleichheit der Bit-Muster führt zur Erkennung bedrohlicher Änderungen der Herzaktion. Der Hauptspeicher und der Zwischenspeicher sind aus Flip-Flops aufgebaut. Ihr Schaltungszustand bildet die zur Formerkennung der Herzaktionsspannung dienenden Bit-Muster, und die Schaltungszustände werden durch die Koinzidenz von Schwellenwertdurchschreitungen mit bestimmten Zeitfenstern bestimmt.

Stand der Technik

Eingehende Untersuchungen haben ergeben, daß sich unmittelbar lebensbedrohliche Herzrhythmusstörungen wie Kammertachykardie, Kammerflattern und -flimmern in den meisten Fallen schon durch vorher auftretende Veränderungen im Elektrokardiogramm ankündigen.

E; ist z. B. bei Patienten mit erlittenem Herzinfarkt "richtig, diese Veränderungen rechtzeitig zu erkennen, um die drohenden lebensgefährlichen Rhythmusstörungen durch medikamentöse Behandlung zu verhindern. Patienten mit frischem Herzinfarkt müssen deshalb nach Lehrmeinung heute mehrere Tage lang in der Weise überwacht werden, daß ihr EKG ununterbrochen beobachtet wird. In der Praxis ist diese Forderung in den meisten Kliniken nicht erfüllbar, da für diese Überwachung speziell ausgebildete Krankenschwestern fehlen.

Außerdem führt die fortlaufende Beobachtung von Elektrokardiogrammen schnell zur Ermüdung, so daß Verändrrungen des EKG übersehen werden können.

Solche, auf Kammertachykardie, Kammerflattern und -flimmern hinweiserden Veränderungen des RKG sind insbesondere QRS- oder Kammerkomplexe, die vorzeitig, also früher als der regelmäßigen Herzschlagfolge entsprechend, einfallen und/oder in ihrer Form gegenüber dem Normalsc.ilag verändert sind. Diese Errsgungen werden nach dem Ursprungsort

«0 der Erregung im Vorhofberekh bzw. im Kammerbereich des Herzens supraventrikuläre bzw. ventrikulüre Extrasystolen genannt.

Die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten einer lebensgefährlichen rtvrzrhyihmusstörung ist je nach

6:< Typ und Häufigkeit der Extrasystolen sowie nach Abstand von der vorhergehenden Erregung verschieden groß. In F i g. 1 sind Elektrokardiogramme mit verschiede-

nen Typen von Extrasystolen dargestellt, und zwar supraventrikuläre Extrasystolen 2, die auf reguläre QRS-Komplexe I folgen, ventrikiiläre Extrasystolen 3, ventrikuläre Extrasystolen 4, die in die Phase der Erregungsruckbildung fallen, und polytope Extrasysto- % len 5 und 6. F i g. 2a zeigt in schematisierter Form ein Normal-EKG mit den gebräuchlichen Phasen-Bezeichnungen.

Die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten von Kammertachykardie, Kammerflattern und -flimmern ist in gering, wenn nur supraventrikuläre Extrasystolen (SES) auftreten; sie ist wesentlich größer, wenn ventrikuläre Extrasystolen (VES) auftreten; unmittelbare Gefahr besteht, wenn eine Extrjsystole in die Phase der Erregungsrückbildung, d'i sogenannte T-WeIIe der ii vorausgehenden Erregt ng, einfällt oder wenn der Erregerursprung ventrikulärer Extrasystolen in der Herzkammermuskulatur wechselt. Die Extrasystolen der letzteren Art wenden polytope oder multifokale oder polymorphe VES genannt. >o

VES unterscheiden sich von normalen QRS-Komplexen und von supra- entrikulären Extrasystolen (SES) durch ihre Form. I )ie Formen polytoper VES sind untereinander verschieden.

Es sind Anordnungen bekannt, die vorzeitig einfallen- 2 > de Extrasystolen mit Hilfe elektronischer Einrichtungen automatisch zählen und bei einer bestimmten Häufigkeit solcher Ereignisse Alarm auslösen.

Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß sie nicht auf unmittelbare Gefahr hinweisenden SES mitzählen, jn also öfter als notwendig Alarm auslösen.

Es sind auch Anordnungen bekannt, die solche Extrasystolen gesondert zählen, welche nicht später als eine individuell einzustellende Zahl a von Millisekunden nach einem QRS-Komplex einfallen. Dabei kann diese Dauer zu Beginn der Überwachung so bestimmt werden, daß sie der QT-Strecke des EKG entspricht und die besonders gefährlichen, in die T-Weile einfallenden Extrasystolen gesondert gezählt werden können.

Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß die Zeit a von Hand eingestellt werden muß und nur für die während der Einstellung herrschende Herzfrequenz der QT-Strecke entspricht, so daß bei Änderungen der Herzfrequenz und bei kurzzeitigen Schwankungen der Länge der RR-Intervalle Extrasystolen fälschlich als gefährlich klassifiziert oder tatsächlich gefährliche Extrasystolen nicht gezählt werden.

Es sind auch verschiedene Anordnungen zur Unterscheidung ventrikulärer Extrasystolen von supraventrikulären Extrasystolen und von normalen QRS-Komple- xen durch Vergleich von Formkriterien bekannt

Mit einer dieser Anordnungen wird die Breite und/oder die Höhe jedes QRS-Komplexes gemessen und geprüft, ob ihre Werte um mehr als einen bestimmten zulässigen Betrag von den zu Beginn der Überwachung gerne: senen entsprechenden Größen des QRS-Komplexes abweichen. Ein die Toleranzwerte überschreitender QRS-Komplex wird als VES gezählt Die dazu dienenden Vorrichtungen umfassen Mittel der Digitaltechnik, sowohl zur Speicherung von Formkriterien des QRS-Komplexes eines Elektrokardiogramms des Patienten, das in einer Lernphase als Standard für den Vergleich ausgewählt ist, a!s auch zur Erfassung und Speicherung der analogen Formkriterien der in der nachfolgenden Überwachungsphase auftretenden QRS-Komplexe, als auch zum Vergleich dieser QRS-Komplexe mit dem gespeicherten Standard-QRS-Komplex, und schließlich Mittel zur automatischen Anzeige von Abweichungen, die für bedrohliche Veränderungen der Herzaktion charakteristisch sind (Literatur: A. G r i s -harn and T. C. H ο r t h ; Reliable. Early Detection of Premonitory Cardiac Arrhythmias in ICU Patients in: Measuring for Medicine and The Life Sciences Vol. 4, May-Aug. 1969: 1...8, herausgegeben von Hewlett-Packard; US-Patent Nr. 35 24 442, Arrhythmia Detector and Method; und DE-OS 2046 302).

Bei diesem Überwachungsverfahren werden also zwar Formkriterien verwendet sie sind aber unzureichend für eine genauere Diskriminierung der Form von QRS-Komplexen, wie sie für eine zuverlässige Unterscheidung von gefährlichen und nichtgefährlichen Eytrasystolen notwendig ist

Eine andere Auswerteart (DE-OS 21 09 179) arbeitet mit einer Frequenzanalyse (Frequenzspektrum) für die Elektrokardiogramme, also auf einem indirekten Weg zur Formerkennung. Dazu werden Frequenzfilter benötigt, um die einzelnen Frequenzanteile auszusieben. Dieses Verfahren unterscheidet sich grundlegend von der Lehre unserer Erfindung.

Schließlich ist schon vorgeschlagen worden (Biomedizinische Technik, Band 16/1971, Seite 168—170) zur Erkennung von Extrasystolen, die Zeitintervalle zwischen den einzelnen R-Zacken, die Zeitpunkte der Q-. R- und S-5pit7.en des EKG-Komplexes und schließlich verschieden" Differentialquotienten zu bestimmen, um dadurch Kriterien für die Unterscheidung normaler QRS-Komplexe von Extrasystolen zu gewinnen. Es handelt sich um ein sehr umständliches Verfahren, und es unterscheidet sich von der Lehre unserer Erfindung sowohl durch Benutzung anderer Formkriterien als auch in bezug auf die benutzten elektronischen Mittel bzw. in bezug auf ihre Kombination.

Eine andere solche Anordnung mißt die Fläche zwischen jedem QRS-Komplex und der Nullinie und prüft, ob diese Fläche um m«:hr als einen vorgegebenen Betrag von der zu Beginn der Überwachung gemessenen Fläche abweicht Der QRS-Komplex, dessen Fläche entsprechend vergrößert ist, wird als VES gezählt (Literatur: J. M. N e i I s ο η : A Special Purpose Hybrid Computer for Analysis of E. C. G. Arrhythmias, in I. F_ E. Conference Publication No. 79. Sept 1971:151).

Bei einem ähnlichen anderen bekannten Verfahren (DE-OS 20 60 441) wird ein bedrohlicher Zustand erst dann angenommen, wenn mehrfach starke Flächenunterschiede auftreten.

Ferner sind Anordnungen bekannt, die aus der Herzaktionsspannung u(t) als Funktion der Zeit / und

aus der ersten Ableitung -£-■ verschiedene den QRS Komplex kennzeichnende, zusammengesetzte Funktionen wie z. B. u ■ -£- bilden. Das zeitliche Zusammendf

treffen bestimmter Details dieser Funktionen wird in einigen Flip-Flop-Speichern festgehalten. Es werden also sehr verschiedenartige Formkriterien benutzt, was einen umständlichen schaltmngstechnischen Aufwand erfordert Aus Abweichungen dieser Funktionen im Laufe der Überwachung von den zu Beginn der Überwachung erhaltenen Funktionen wird auf ventrikuläre Extrasystolen geschlossen. (Literatur: DE-OS 20 21 048, Anordnung zur Auswertung von elektrokardiographischen Signalen).

Die bekannten Anordnsagen zur Unterscheidung ventrikulärer Extrasystolen von supraventrikulären Extrasystolen und von normalen QRS-Komplexen haben den Nachteil, daß die eingesetzten elektronischen

Mittel zur Erkennung der VES unzureichend sind oder der schaltungstechnische Aufwand ist sehr groß und umständlich. Die Form der QRS-Komplexe wird durch die bekannten Mittel nur in sehr grober Weise erfaßt. Infolgedessen werden solche VES, die sich in ihrer Form nur wenig von SES oder Normalschlägen unterscheiden, nicht als r«-che gezählt.

Polytope VES werden von den bekannten Anordnun gen nur dann erkannt, wenn die Formunterschiede der einzelnen VES sehr grob sind.

Aufgabe und Lösung

Gegenüber diesem Stand der Technik wurden mit der firfindung folgende Aufgaben und Ziele verfolgt:

Es sollte ein einfaches, leicht überschaubares Formerkennungsprinzip mit der Möglichkeit der Anwendung digitaltechnischer Mittel für die Überwachung der • ν ^3^ ι in τ ^i ψ% I—λ ^% t*~t w w^i 0"<i^Jv# %^% λ"ψ^%&/■% w% ι w w t% r% ·** ^v ·*^i^\ t^ 11 tu ■ · υ ^* ^,vju>int.i< iivtf.pw· luu«· ^fc.^*,»««« 'tu «t i.r UtH| ^uf" *·< ' *"-*

Komplexe, die Extrasystolen, insbesondere die eine Gefahr andeutenden ventrikulären Extrasystolen darstellen, herauszufinden und zu erkennen, weil sie sich von dem in der Lernphase ermittelten normalen QRS-Komplex maßgeblich unterscheiden. Die Formerkennung sollte sich nicht nur auf ein einziges Kriterium beschränken, wie z. B. auf die Breite des QRS-Komplexes oder auf seine Höhe (R-Zacke) oder seine Steilheit oder seinen Flächeninhalt. Die Formerkennung sollte auch mit den gleichen Mitteln zu beliebiger Genauigkeit steigerungsfähig sein. Diese Aufgabe wird durch die Lehre de« Anspruchs I in fortschrittlicher Weise gelöst. Sie zeigt, daß die auftretenden QRS-Komplexe mit beliebiger Genauigkeit in ihrer Form durch Bit-Muster dargestellt werden, die sich durch die Setzung der Flip-Flops in einem Hauptspeicher für das Vergleichs-Bit-Muster der Lernphase und der Flip-Flops in einem Zwischenspeicher für die nachfolgenden Überwachungsperioden nach Maßgabe der Koinzidenz des Durchschreitens von zwei oder mehr Schwellenwerten durch die Herzaktionsspannung mit bestimmten Zeitfensteraufbauen.

Erläuterung der Erfindung

Zum näheren Verständnis wird die Erfindung an Hand von Figuren und einer Ausführungsform beschrieben. Es zeigt die

F i g. ι vier Elektrokardiogramme mit verschiedenen Formen von supraventrikulären (SES) und ventrikulären (VES) Extrasystolen; diese Figur ist oben zur Erläuterung der Erfindungsaufgabe schon herangezogen worden,

F i g. 2a ein schematisiertes normales Elektrokardiogramm,

Fig.2b ein gleichgerichtetes normales Elektrokardiogramm,

F i g. 2c die zur Zeitdiskriminierung dienenden Zählimpulse für aufeinanderfolgende Zeitabschnitte,

F i g. 2d die aus bestimmten Amplitudenschwellen des ausgewerteten Komplexes eines Elektrokardiogramms gewonnenen Impulse,

F i g. 3 die wesentlichen Organe der Obernahmelogik, der Speicherlogik, der Vergleichs- und Auswertelogik, der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

F i g. 4 eine im Vergleich zu F i g. 2 geänderte Art der Gewinnung der Auswerteimpulse und

Fig.5 das Blockschaltbild eines Arrhythmie-Monitors gemäß der Erfindung.

Der allgemeine Ablauf der Auswertung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgender:

Es wird yon der Tatsache ausgegangen, daß bedrohliche Änderungen der Herzaktion eines Patienten sich nicht nur in der Änderung des R-R-Abstandes (z. B. bei respiratorischer Arrhythmie) manifestieren,

sondern vor allem durch Änderung der Form des QRS-Komplexes. Deshalb soll die Vorrichtung gemäß der Erfindung einen zuverlässigen Formvergleich für aufeinanderfolgende QRS-Komplexe ermöglichen. Sie arbeitet in der Weise, daß zunächst in einer längeren,

in z.B. 10 see dauernden Lernphase die QRS-Komplexe der Herzaktior.sspannung eines zu überwachenden Patienten in all ihren individuellen Variationen, soweit sie als nicht bedrohlich erkannt sind, in Form eines Bitmusters eines aus Flip-Flops aufgebauten Speichers gespeichert werden. Das Bitmuster stellt also eine in zulässigen Toleranzbereichen leicht verschmierte Form des zum Vergleich mit nachfolgenden QRS-Komplexen

nachfolgenden QRS-Komplex wird in gleicher Weise ein Bitmuster in einem zweiten Speicher gebildet, und wenn einer der Komplexe nicht wenigstens mit einem während der Lernphase aufgenommenen QRS-Komplexe übereinstimmt, wird über logische Verknüpfungsschaltungen Nicht-Identität erkannt und eine ventriku- läre Extrasystole VES angezeigt, ggf. auch ein Alarm eingeleitet.

Wird innerhalb eines voreinstellbaren Zeitbereiches des normalen R-R-Intervalls ein QRS-Komplex gefunden, der mit dem ursprünglich eingespeicherten

jn QRS-Komplex identisch ist, so wird eine supraventrikuläre Extrasystole SES erkannt.

Eine elektronische Zählschaltung gibt Alarm (Alarmorgane 27 und 29 von Fig.5), sobald die vom Arzt wählbare zulässige Anzahl von VES bzw. SES pro

J5 Minute überschritten wird. Ebenso werden aufeinanderfolgende VES ohne Unterbrechung durch einen Normalschlag als VES-Salve erkannt und alarmiert (Alarmorgan 30).

Durch ihren ungleichen Erregungsursprung in den Ventrikeln bedingt, unterscheiden sich nämlich polytope VES durch ihre voneinander abweichenden Formen.

Die Erkennung von Polytopie geschieht dadurch, daß eine erkannte VES in einen separaten Speicher übertragen wird. Die nächste identifizierte VES wird nun zusätzlich mit der eingespeicherten VES verglichen. Sitid diese beiden VES ungleich, so wird auf poiytope VES erkannt. Anschließend wird in dem Polytopie-Speicher die alte VES durch die neue VES ersetzt, so daß letztere nun als Referenz für die Poiytopie-identifikation fungiert.

Für oie Erkennung einer VES auf der T-WeIIe wird die bekannte Abhängigkeit der QT-Dauer vom vorhergehenden R-R-Abstand (QT= f (RR)) verwendet. Die QT-Dauer wird meßtechnisch aus jedem vorhergehen den RR-Abstand bestimmt und hiervon wird im Zeitpunkt der T-Welle ein Zeitfenster von etwa 200 ms erzeugt Ausschließlich während dieser 200 ms wird ein Auswertekreis aktiviert der die Steilheit und Amplitude der Normal-T-Welle erfaßt Weicht eine »T-Welle« um einen bestimmten Betrag von der Steilheit und/oder Amplitude der Normal-T-Welle ab, so wird eine VES auf der T-Welle (R on T-Phänomen) alarmiert

Die verschiedenen, akustisch und optisch angezeigten Alarme (s. Fig.5) erlauben es dem Arzt sofort die entsprechenden Therapie-Maßnahmen einzuleiten, um den normalen Herzrhythmus des Patienten wiederherzustellen. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung, die diese

Auswertemöglichkeiten gestaUet, hat einen schaltungstechnischen Aufbau, wie er sich aus der nachfolgenden Beschreibung ihrer Funktion ergibt:

Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird gemäß Fig.5 das vom Patienten abgenommene und dem Eingang 11 des Arrhythmie-Monitors zugefühirte EK«.}-Signal in einem mit einer Hochfrequenzsperre ausgestatteten EK-Verstärker 12 verstärkt, im »Unterdrücker« 13 von störenden Nullinienschwankungen befreit, gleichgerichtet und in einem automalischen Verstärkungsregler 14 in seiner Amplitude auf einen bestimmten Normwert (siehe F i g. 2b)gcbracht. Von diesem werden zwei oder mehr Schwellenwerte durch Spannungsteilung abgeleitet. Im folgenden wird zwecks besserer Übersichtlichkeit und Vereinfachung der Beschreibung von nur zwei Schwellenwerten ausgegangen, deren Amplitude z. B. bei 25% und 50% llnpnn D "7 η rt L· r» η A r

chert, so daß während der Überwachung auftretende, für den Patienten als irrelevant festgestellte Veränderung im QRS-Komplex nicht als pathologische Kammerkontraktionen gedeutet werden. Um zu gewährleisten, daß das EKG während der Speicherphase frei von bedrohlichen Rhythmusstörungen ist, ist es unerläßlich, daß eine hierfür ausgebildete Krankenschwester bzw. ein Arzt das EKG während der Speicherphase am Kardioskop kontrolliert, um gegebenenfalls (z. B. bei Auftreten von Extrasystolen) die Einspeicherphase neu vorzunehmen.

Die Speicher- und Vergleichseiemente bestehen aus drei Gruppen d, Gj und Gj, wenn wie im gezeigten Beispiel 2 Schwellen verwendet werden. Verwenden man aber eine größere Anzahl von Schwellen, danr erhöht sich die Genauigkeit der Digitalisierung und entsprechend die Zahl der Speicher- und Vergleichs-

Fi g. 2a zeigt stilisiert den Normwert eines normalen QRS-Komplexes mit T-WeIIe, F i g. 2b dasselbe Signal ><> vollweg gleichgerichtet mit den eingezeichneten Schwellen 51 und SII und Fig. 2c die in zwei Zählwerken Z\ und Zi erzeugten Taktimpulse (Zeitfenster) Pi, P₂... Pu gleicher Dauer, die lückenlos ein Zeitintervall überdecken, das dem auszuwertenden Bereich des Elektrokardiogramms entspricht. Die dazu benötigten Linear-Zähler Z\ und Zi sind Teil des A-D-Wandlers 16.

In den Zeitpunkten, in welchen das aufgenommene EKG-Signal die Schwellen 51 und 511 schneidet, j< > werden mittels zweier Komparatoren mit anschließenden Diftferenzierstufen, die Teile des Analog-Digital-Wandlers 16 sind, kurze positive Impulse Si, S?, S2', Si' ausgelöst, wie in Fig.2d dargestellt ist. Der Impuls Si startet den Linear-Zähler Zu während die Impulse S2, S2' j^ri und S\ mit bestimmten Zeitfenstern, in dem bezeichneten Beispiel mit den Zeitfenstern P2, Ps und Pi zusammentreffen. Wie in F i g. 3 veranschaulicht, bedienen die Auswert-Impulse Si, Si' und 5/ je eine Gruppe von Und-Gattern UZ, die Organe der Übernahme-Logik 18 sind und deren Aurjänge zugeordnete Flip-Flops des Zwischenspeichers FFz ansteuern. Die jeweils zweiten Eingänge der Und-Gatter werden von den Zeitfenster-Impulsen P]... Pn angesteuert. Der beispielswe'se in das Zeitfenster Pi fallende Auswerte-Impuis Si (Fig.2b bis 2d) versetzt über das diesem Zeitfenster zugeordnete Und-Gatter UZ das zugehörige Flip-Flop b des Zwischenspeichers FFz in die Arbeitslage. Sj' fällt in das Zeitfenster Ps und setzt über das dem letzteren zugeordnete Und-Gatter UZ das Flip-Flop g, während der Impuls S\ das ihm zugeordnete Fiip-Fiop des Zwischenspeichers FFz über das zugehörige Und-Gatter der Gruppe Gj entsprechend steuert Das erhaltene Bitmuster b-d-g ist demnach für den in F i g. 2 dargestellten QRS-Komplex typisch und im Zwischenspeicher FFzgespeichert

Es ist leicht einzusehen, daß ein hiervon abweichender QRS-Komplex ein anderes Bit-Muster zur Folge hat Der Vergleich dieser beiden Bit-Muster würde zur Nichtidentität bzw. zur Erkennung einer VES führen. Um nun nicht bei jeder geringfügigen Veränderung des QRS-Komplexes auf Nichtidentität zu erkennen, muß die individuelle Toleranzbreite des QRS-Kompiexes eines Patienten miterfaßt werden. Dies geschieht während des ca. 10 Sekunden dauernden Speichervorganges. Hierbei wird ein repräsentativer Querschnitt der irrelevanten Schwankungen des QRS-Komplexes des zu überwachenden Patienten erhalten und gespei

rungsform wertet Gruppe Ci mit Impuls Si aus. Gruppe Gi mit Impuls S₂' und Gruppe G) mit Si'. Der Zähler Zi, der Teil des A-D-Wandlers 16 ist, wird mit dem Impuls Si gestartet und erzeugt an seinen Ausgängen die Zeitfensterimpulse gleicher Breite und Amplitude, im beschriebenen Beispiel die 12 Impulse P\, P₂... P\₂, wie in Fig. 2c dargestellt. In gleicher Weise erzeugt der Zähler Z₂, der ebenfalls Teil des A-D-Wandlers 16 ist, gesteuert durch den Impuls Si, eine bestimmte Anzahl von Zeitfenster-Impulsen gleicher Amplitude und gleicher Breite, beispielsweise vier Impulse Pi', P₂, Pj' und P₄'.

Die Und-Gatter U/ der Gruppe Ci setzen bei Koinzidenz des Auswertimpulses Si mit einem der beiden Zeitfenster der Gruppe Gi, die Und-Gatter der Gruppe G₂ bei Koinzidenz des Auswertimpulses S₂ mit einem der Zeitfensterimpulse Pi... Pm und die Und-Gatter der Gruppe G₃ bei Koinzidenz des Auswertimpulses Si' mit einem der Zeitfensterimpulse P₁'... P₄' das jeweils zugeordnete Flip-Flop des Zwischenspeichers FFz in die positive Schaltstellung (logisch »L«). Während der Lernphase wird, ausgelöst di-ch einen über den »Storew-Eingang 22 gegebenen »Store«-Impuls, die Information vom Zwischenspeicher FFz über die Und-Gatter Uh in den ebenfalls aus Flip-Flops gebildeten Hauptspeicher FFh übernommen. Die Eingänge der Und-Gatter Uv sind mit den zugehörigen, miteinander korrespondierenden Flip-Flop-Ausgängen vom Zwischen- (FFz) und Hauptspeicher (FFh) verbunden, die Ausgänge dieser Und-Gatter Uv führen gruppenweise auf die Eingänge der Oder-Gatter Od] bzw. Odi, Od₃. Und-Gatter U, und Oder-Gatter sind Teile der Vergleichslogik-Schaltung 21. Die Ausgänge dieser 3 Oder-Gatter führen auf ein Und-Gatter Uj, dessen 4. Eingang mit einem Abfrageimpuls Id beaufschlagt wird. Der Hauptspeicher FFh hat somit in seinen Flip-Flops am Ende der Lernphase ein charakteristisches Bit-Muster oder Vergleichs-Muster des QRS-Komplexes eines zu überwachenden Patienten gespeichert Sind dann in der nachfolgenden Überwachungsphase bei der Aufnahme einer nachfolgenden Herzaktionsperiode in jeder der drei Erkennungsgruppen Gi, Gi und Gi der Vergleichsschaltung jeweils zwei miteinander korrespondierende Flip-Flops in Zwischen-(FFz) und Hauptspeicher (FFh) identisch gesetzt so ist ?n jeder Gruppe auch mindestens je ein Und-Gatter Uv am Ausgang auf dem Binär-Wert log. »L«, d. h. alle 3 Oder-Gatter Od liegen am Ausgang auf log. »L«. Bei Eintreffen des nach jedem bekannten QRS-Komplex von der Ablaufsteuerung 17 gelieferten Abfrageimpul-

scs ld (log. »L«) ist folglich die Und-Bedingung am Eingang von Und-Gater U/ erfüllt, so daß am Ausgang von U/ ein positiver Impuls / erscheint, der die Gleichheit des auszuwertenden QRS-Komplexes mit dem während der Lernphase aufgenommenen QRS- Komplex bestätigt. Wird in einer der drei Gruppen kein gleicher Schaltungszustand für ein einander zugeordnetes Flip-Flop-Paar der beiden Speicher festgestellt, so wird wenigstens ein Oder-Gatter nicht durch einen positiven Impuls auf log »L« gesetzt, und es liegt mindestens ein Eingang des Und-Gatters U/ auf dem Binär-Wert log. »0«, d. h. daß der Ausgang auf log. »0« liegen bleibt. Da zwischen dem Ausgang des Und-Gatters Uj dem Eingang des Und-Gatters Uni eine Umkehrstufe 23 eingefügt ist, wird während des W-Impulses das Und-Gatter Un/ aktiviert, und der auftretende positive Impuls NJ am Ausgang vom

UllU'^jaittl t^/V/ fA-tgl Ut. 3 Πα IU UM IC VCIIU IAUIcII C LAIt A!*ystole VESan.

Die Information im Zwischenspeicher FF/ wird nach jedem erkannten QRS-Komplex und erfolgtem Identitätsvergleich zwischen Haupl-(FFn) und Zwischenspeicher (FFz) mit einem automatisch erzeugten Rücksetzimpuls rz gelöscht, so daß der Zwischenspeicher zur Aufnahme eines neuen QRS-Komplexes bereit ist. Der Reset-Impuls rn, der den Hauptspeicher in die Ruhelage versetzt, wird dagegen nur am Anfang einer neuen Einspeicherphase erzeugt.

Die unterschiedliche Zahl von Speicher- und Vergleichsstufen in den 3 Erkennungs-Gruppen Gi, G2, G3 ist durch folgenden Sachverhalt begründet: Der für Gruppe G\ zuständige Impuls S? kommt zeitlich sehr bald nach dem Startimpuls Si, weil beide Impulse auf der ansteigenden Flanke der R-Zacke erzeugt werden, so daß der zeitliche Abstand zwischen S\ und Si je nach EKG minimal ca. 8 ms und maximal ca. 20 ms beträgt. Bei einer Taktbreite von z. B. 10 ms genügen demnach für Gruppe 1 z. B. 2 Zeitfenster P\ und P₂, die den Zeitbereich von 0... 20 ms überstreichen.

Der für Gruppe 2 zuständige Impuls S2' kommt bei sehr schmalen R-Zacken minimal ca. 10 ms nach Si und bei ventrikulären Extrasystolen max. ca. 120 ms nach Si, d. h. daß zwölf Zeitfenster Pi bis Puder Breite von 10 ms nötig sind, um den Zeitbereich von 0 ms bis 120 ms zu überstreichen.

Der für die 3. Auswertgruppe zuständige Impuls Si' kommt minimal ca. 10 ms und maximal ca. 160 ms nach Si. Für diesen breiten Zeitbereich wären bei z. B. 10 ms Taktbereiche 16 Speicher-, Vergleichs- und Übernahmeelemente notwendig. Dieser Aufwand läßt sich erheblich verringern, wenn mit S2' ein separater Zeitgenerator mit z. B. 10-ms-Taktbreite gestartet wird, der die 3. Auswertgruppe bedient Die Anzahl der Fenster mit einer Breite von 10 ms läßt sich hierdurch auf vier verringern, da der maximale Zeitabstand zwischen dem Auswertimpuls S2' und Si' im allgemeinen 40 ms nicht übersteigt. Selbstverständlich läßt sich die Genauigkeit der Digitalisierung durch die Anzahl der Schwellen und der Taktimpulse sowie durch die Taktimpulsbreite beliebig beeinflussen.

Wie bereits früher ausgeführt, wird während der Speicherphase die gesamte Schwankungsbreite des QRS-Komplexes im Hauptspeicher FF_H festgehalten, so daß normalerweise mindestens in den Gruppen G2 und Gj jeweils mehrere Flip-Flops gesetzt sind. Für den laufenden QRS-Vergleich genügt es aber, daß pro Gruppe wenigstens ein Flip-Flop im Hauptspeicher mit einem korrespondierenden Flip-Flop im Zwischenspei-

eher übereinstimmt, um den laufenden QRS-Komplex als für den Patienten normal einstufen zu können. Besteht in einer oder mehreren Gruppen keine Identität zwischen korrespondierenden Flip-Flops in ⁷.wischen- und Hauptspeicher, so wird das \uftreten einer ventrikulären Extrasystole angezeigt.

Für die Erkennung polytoper VES sind zusätzlich folgende Baugruppen vorgesehen: Ein VES-Speicher 20 mit derselben Bit-Kapazität wie der Zwischenspeicher FF/ in Fig. 3, eine Übernahmelogik und eine Vergleichslogik, jeweils aus Und-Gattern aufgebaut (s. Fig. 3). Die Übernahmelogik übernimmt jeweils, gesteuert durch den Impuls /V/dcs Und-Gatters Um/, die letzte erkannte VES aus dem Zwischenspeicher in den VES-Speicher analog der Speicherung im FFH-Spei eher.

Gleichzeitig mit dem Erkennen einer neuen VES im

Zwischenspeicher pi üii die Vcigiciciisiugik (aililiug zu den Und-Gattern Uv in Fi g. 3) die vorhergehende VES im VES-Speicher auf Identität mit der neuen VES im Zwischenspeicher. Erkennt die Vergleichslogik die beiden VES-Bit-Muster im Zwischen- und VES-Speicher als identisch, so wird nur VES alarmiert, bei Nichtidentität wird polytrope VES alarmiert. Nach jeder VES-Identifikation wird die vorhergehende VES im VES-Speicher gelöscht und anschließend die neue VES aus dem Zwischenspeicher in den VES-Speicher übertragen, so daß die letzte VES generell als Referenz für den nächsten VES-Vergleich fungiert.

Ventrikuläre Extrasystolen mit gleichem Erregungsfokus können in ihrer elektrokardiografischen Kurvenform jedoch gewisse Unterschiede aufweisen, so daß monotope VES fälschlicherweise als polytope VES interpretiert werden könnten. Um diese Fehlauswertung zu vermeiden, wird in der, der Erfindung zugrunde liegenden Schaltung die Auswertetoleranzbreite dadurch erhöht, daß die Auswerteimpulse Sj, S?' und Si' in ihrer Impulsdauer zu etwa *>0% der Impulsdauer der Fenster Pt... Pn gewählt werden. Hierdurch wird gewährleistet, daß bei Eintreffen eines Auswerteimpulses in den Grenzbereich zweier Zeitfenster nicht nur ein, sondern beide Zeitfenster erfaßt werden und si-mit 2 zugehörige Flip-Flops aktiviert werden.

Fig. 4 soll diesen Vorgang verdeutlichen: Fig. 4a zeigt zwei ventrikuläre Extrasystolen mit gleichem Hrregungszentrum (monotop!) VESi und VES2 (zwecks Vereinfachung der Erklärung übereinander gezeichnet), die sich in ihrer elektrokardiographischen Kurvenform geringfügig unterscheiden. Fig.4b zeigt zugehörige Zeitfenster (Taktimpulse). Fig.4c zeigt die Auswerteimpulse S21 und Sn von VcSi bzw. VESb hervorgerufen, wobei die Auswerteimpulse sehr viel kürzer als die Taktimpulse PX, P2, P3 usw. sind. Fig.4d zeigt dieselben Auswerteimpulse mit einer vergrößerten Impulsbreite S21' und Sa' (z. B. 50% d. Taktimpulsbreite). Der Einfachheit halber wird die Auswertung nur bei der Überschreitung der Schwelle S2 erläutert: VESi erzeugt den Auswerteimpuls Sn, der mit Taktimpuls P3 koinzidiert VES2 erzeugt Sn, der aber mit Taktimpuls 2 zusammenfällt, so daß zwei verschiedene Speicher-Flip-Flops gesetzt würden und damit durch die Auswertelogik-Schaltung 24 Polytopie erkannt würde. Werden die Auswerteimpulse nach 4d verwendet, so trifft S21' wiederum in Takt P3 während Sn ietzt in Takt P 2 und Takt P3 fällt Die Gleichheit der zu Takt PZ gehörenden, miteinander korrespondierenden Flip-Flops in Zwischen- und VES-Speicher stuft deshalb für die SrAuswertung die beiden VES als monotoD ein.

Dies gilt in analoger Weise auch für geringfügig voneinander abweichende normale QRS-Komplexe,

Die Vorrichtung zur Erkennung und automatischen Auswertung von Elektrokardiogrammen gemäß der Erfindung enthält noch weitere, an sich bekannte Auswerteorgane, um nicht nur Alarmgabe zu erreichen, wenn Polytope VES auftreten (durch das Alarmorgan 26), sondern auch bei Auftreten von Artefakten (Alarmorgan 25), überschreiten einer gewissen Zahl von

SES oder VES pro Minute (Alarmorgane 27 und 29), von SES- oder VES-Salven (Alarmorgane 28 und 30), sowie bei dem besonders gefährlichen Einfall einer SES in die T-WeIIe (»R on T«) (Alarmvorrichtung 31). Das logische funktioneile Zusammenwirken aller Organe der Vorrichtung geht aus dem schematischen Blockschaltbild F i g. 5 hervor und bedarf im Rahmen der vorliegenden Erfindung keiner näheren Erläuterung.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verrichtung zur Überwachung der Herztätigkeit eines Patienten durch Ermittlung und Vergleich von Formkriterien des Herzaktionssignals mit Mitteln der Digitaltechnik und Schwellenwertdiskriminatoren sowohl zur Speicherung derartiger Formkriterien in einer Lernphase als Standard, als auch zur Erfassung und Speicherung der Formkriterien des Herzaktionssignals in der nachfolgenden Überwachungsphase, sowie zum Vergleich dieser beiden gespeicherten Formkriterien und mit Mitteln zur automatischen Anzeige, wenn bedrohliche Änderungen der Herzaktion auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß Zeitschaltungen vorge- is sehen sind, die sowohl in der Lernphase als auch in der Oberwachungsphase, bei Beginn einer Herzaktion, deren zeitlichen Verlauf in aufeinanderfolgende, äquidisujite Zeitabschnitte (Zeitfenster) unterteilen, daß mindestens zwei auf unterschiedliche Schwellenwerte Si, 5ii eingestellte Schwel lendiskrimuuttoren vorgesehen und jedem Schwellendiskriminator zwei Speicher zugeordnet sind, daß die Speicher aus jedem Zeitfenster zugeordneten Flip-Flops bestehen, bestehen, die derart angesteuert sind, daß beim Durchlaufen des Herzaktionssignals durch einen der vorgegebenen Schwellenwerte (Si, S») das dem entsprechenden Zeitfenster zugeordnete Flip-Flop gesetzt wird, daß einer der beiden, jeden". Schwellenwertdiskriminator zugeord- jo neten Speicher (Hauptspeicher) zur Speicherung der Schwellenwertdurchgänge winrend der Lernphase dient und der andere Speicher (Zwischenspeicher) zur Speicherung der in der Ljerwachungsphase auftretenden Schwellenwertdurchgänge dient und J5 daß eine Vergleichsschaltung vorgesehen ist, die während der Uberwachungsphase die Zustände der Flip-Flops in den Zwischenspeichern mit den Zuständen der Flip-Flops in den zugehörigen Hauptspeichern vergleicht

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende elektronische Schaltungsmittel umfaßt:

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2.1 Eine Ablauf-Steuerung (17) mit Zählern (Z₁, Z₂), zur Unterteilung des Zeitintervalls des Elektrokardiogramms in aufeinanderfolgende, gleich lange Zeitabschnitte At₁, /If₂... und zur Bereitstellung eines Zählimpulses gleicher Breite (Zeitfenster Pt, P₂...) für jeden Zeitabschnitt an den einen Eingang einer Gruppe von Und-Gattern (Uz), die einzeln den Zeitfenstern zugeordnet sind;

22 Einen Analog-Digital-Wandler (16) zur Bereitstellung der Schwellenwerte 51, Sn... und zur Erzeugung von Triggerimpulsen Si, S₂... Si', S₂' bei Über- oder Unterschreitung dieser Schwellenwerte durch die Herzaktionsspaniriung, sowie zur Zuleitung dieser erzeugten Triggerimpulse an den anderen Eingang des dem betreffenden Zeitfenster zugeordneten Und-Gatters der Und-Gatter-Gruppe Uz, so daß die Koinzidenz der entstandenen Triggerimpulse mit jeweils einem der Zeitfenster durch das Leitendwerden des zugeordneten Und-Gatters festgestellt und somit ein der Form der aufgenommenen Herzaktionsspannung entsprechendes Bit-Muster durch den Leitungszustand der Und-Gatter-Gruppe U_z dargestellt wird;

Einen Zwischenspeicher (FFz), der aus Flip-Flops aufgebaut ist und von welchen jeweils ein Flip-Flop mit dem Ausgang eines der Und-Gatter-Gruppe Uz verbunden ist, so daß das vom Leitungszustand der Und-Gatter (Uz) gebildete Bit-Muster in den Schaitungszustand der Flip-Flops des Zwischenspeichers übertragen wird;

Einen von Flip-Flops gebildeten Hauptspeicher (FF») und eine Und-Gatter-Gruppe (Uh), deren Und-Gatter mit einem Eingang am Ausgang des ihnen jeweils einzeln zugeordneten Fiip-Flops des Zwischenspeichers (FFz). mit dem anderen Eingang an eine Befehlsleitung (22) für die Auslösung der Speicherung des Bit-Musters in der Lernphase angeschlossen ist, während der Ausgang der Und-Gatter (Uh) an die jeweils zugeordneten Flip-Flops des Hauptspeichers geführt ist, so daß bei Erteilung des Speicherungsbefehls über die Leitung (22) das im Zwischenspeicher FFz gespeicherte Bit-Muster in den Hauptspeicher FF//übertragen wird;

Eine Und-Gatter-Gruppe (Uv) mit je zwei Eingängen für jedes Und-Gatter, von welchen der eine Eingang von dem zugeordneten Flip-Flop des Zwischenspeichers (FFz) und der andere Eingang von dem zugeordneten Flip-Flop des Hauptspeichers (FF_n) gesteuert wird, so daß das in der Lernphase im Hauptspeicher gespeicherte Bit-Muster mit dem für die nachfolgende Periode des Elektrokardiogramms im Zwischenspeicher gebildete Bit-Muster verglichen wird und jetffs Und-Gatter der Und-Gatter-Gruppe Uy bei Koinzidenz einen entsprechenden Impuls as seinem Ausgang erzeugt;

2.6 In Zuordnung zu den Auswertegruppen Gt, C₂, G₃... für die Schwellenwerte S2, S₂', Si'... jeweils ein Oder-Gatter Od_x, Odi, Od₃..., an die die Ausgänge der Vergleichs-Und-Tore (Uv) der zugeordneten Auswertegruppen Gt, G₂... angeschlossen sind, so daß bei Gleichheit der verglichenen Bit-Muster von jedem Oder-Gatter an seinem Ausgang ein positiver Impuls (log. »L«X bei Nichtgleichheit aber wenigstens von einem Oder-Gatter kein Impuls (log. »0«) erzeugt wird.

Ein an die Ausgänge der Oder-Gatter Od\, Od₁... angeschlossenes gemeinsames Und-Gatter (Uj), das folglich nur dann einen positiven Ausgangsimpuls erzeugt, wenn Gleichheit der Bit-Muster besteht, d.h. alle Oder-Gatter einen positiven Ausgangsimpuls an die Eingänge dieses Und-Gatters liefern, während bei Nichtgleichheit wenigstens ein Oder-Gatter keinen positiven Impuls an das Und-Gatter (Uj) liefert, so daß dieses auch keinen Ausgangsimpuls erzeugt;

Eine Vergleichs- und Auswertelogik (21, 24), durch welche bei Nichtgleichheit der verglichenen Bit-Muster, gesteuert von dem Ausgang des Und-Tores Uj eine Alarmvorrichtung (26 oder 27... 30) in Tätigkeit gesetzt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen VES-Speicher (20) zur Speicherung erkannter formveränderter ventrikulärer Extrasystolen, in welchen — bei erkannter Nicht-Identität des hn Zwischenspeicher FFz erzeugten Bit-Musters eines neu einlaufenden QRS-Komplexes mit dem im Hauptspeicher stehenden Vergleichs-Eit-Muster — das Bit-Muster der erkannten ventrikulären Extrasystole übertragen wird, durch Mittel (24) zum Vergleich dieses im VES-Speieher (20) stehenden Bit-Musters mit dem Bit-Muster der nachfolgenden erkannten VES, sowie durch Mittel zur Anzeige der Ungleichheit der beiden Bit-Muster und zur Einstufung der neuen VES als polytopeVES.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Und-Gatter (Uz, Un Ut) sowie die einzelnen Flip-Flops des Zwischenspeichers (FFz) und des Hauptspeichers (FFh) entsprechend einer Anzahl von Auswer- 2ύ tegruppen G\, Gi, Gi... unterteilt sincr und die Triggerimpulse Sa Si, St'... jeweils einem Eingang der zeitlich in Betracht kommenden Gruppe von Und-Toren des Gatters Uz zugeführt werden und damit diese steuern, deren zweiter Eingang durch den zugeordneten Zählimpuls gesteuert wird, während der Linear-Zähler Zi, der die Zählimpulse für die erste und zweite Gruppe G\ und Gi erzeugt, durch den Triggerimpuls Si, der Linear-Zähler Zi durch den Triggerimpuls Si gestartet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mit den Ausgängen der Oder-Gatter (CWi, Od₂, Od₃.. ) verbundene Und-Gatter U₁ einen weiteren Eingang für einen Abfrage-Impuls Id besitzt, durch den die Abfrage, ob Gleichheit oder Nichtgleichheit der Bit-Muster besteht in Gang gesetzt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erkennung polytoper venlrikulärer Extrasystolen dienende Auswertelogik wie die VergfcichsJogik aufgebaut ist, die zur Erkennung von ventrikulären Extrasystolen dient

7. Vorrichtung nach Ansprach 6, gekennzeichnet durch Mittel, die selbsttätig nach einer erfolgten Polytopie-Auswertung das fan VES-Speicher gespeicherte Vergleichs-Bit-Muster löschen und das Bit-Muster der nachfolgenden erkannten VES als Referenz für die nächste Potytopie-Auswertung in den VES-Speicher (20) einschreiben.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Analog-Digital-Wandlers (16) die Breite der Triggerimpulse Si, Sz, Si, Si'... so groß gewählt wird, vorzugsweise halb so groß wie die Breite de- Zeitfenster bzw. Zähiimpuise Pi, P2..., daß das E/weifen eines Triggerimpulses in den Grenzbereich zweier benachbarter Zeitfenster als Koinzidenz mit beiden Zeitfenstern gewertet wird, so daß die natürlichen Unterschiede sowohl normaler QRS-Komplexe als auch monotoper VES nicht fehlinterpretiert werden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Schaltmittel (31, 32, 33), die selbsttätig jeweils aus dem RS-Abstand der vorhergehenden Herzschlagsperiode ein Zeitfenster für das Eintreffen der nachfolgenden T-WeIIe ermitteln und durch einen speziellen Ausweitekreis, der nur in diesem Zeitfenster aktiv ist und eine von der Normal-T-Welle um einen bestimmten Betrag abweichende T-WeIIe als VES auf der T-WeIIe (R- und T-Phänomen) identifiziert.