DE2217235C3

DE2217235C3 - Vorrichtung zur Überwachung der Herztätigkeit eines Patienten durch Ermittlung und Vergleich von Formkriterien des Herzaktionssignals

Info

Publication number: DE2217235C3
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: 1983-11-03
Also published as: DE2217235B2; US3829766A; DE2217235A1

Description

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 Mi'tel nur in sehr grober Weise erfaßt. Infolgedessen werden solche VES, die sich in ihrer Form nur wenig von SES oder Normalschlägen unterscheiden, nicht als solche gezählt.

Polv.spe VES werden von den bekannten Anordnungen nur Jann erkannt, wenn die Formunterschiede der einzelnen VES sehr grob sind.

Aufgabe und Lösung

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

Es sollte ein einfaches, leicht überschaubares Formerkennungsprinzip mit der Möglichkeit der Anwendung digitaltechnischer Mittel für die Überwachung der gesamten Herzperiode geschaffen werden, um QRS-Knmnlexe. die Extrasystolen. insbesondere die eine Gefahr andeutenden ventrikulären Extrasystolen darstellen, herauszufinden und zu erkennen, weil sie sich von dem in der Lernphase ermittelten normalen Q RS-Komplex maßgeblich unterscheiden. Die Formerkennung sollte sich nicht nur auf :^:n 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 des Anspruchs 1 in fortschrittlicher Weise gelöst Sie ζ- ^:gt, 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 Zeitfenster aufbauen.

Erläuterung der Erfindung

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

F i g. 1 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 Übernahmelogik, 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 von 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,

ίο z.B. 10see dauernden Lernphase die QRS-Komplexe der Herzaktionsspannung 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 dienenden Standard-QRS-Komplexes dar. Für jeden 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 QRS-Komplex identisch ist, so wird eine supraventrikuläre Extrasystole SES erkannt.

Eine elektronische Zählschaltung gibt Alarm (Alarmorgane 27 und 29 von F i g. 5), sobald die vom Arzt wählbare zulässige Anzahl von VES bzw. SES pro Minute überschritten wird. Ebenso werden aufeinanderfolgende VES ohne Unterbrechung durch einen Normalschlag als VES-Salve erkannt und alarmiert (Aiarmorgan 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. Sind diese beiden VES ungleich, so wird auf polytope VES erkannt. Anschließend wird in dem Polytopie-Speicher die alte VES durch die neue VES ersetzt, so daß letztere nun als Referenz für die Polytopie-Identifika tion fungiert

Für die Erkennung einer VES auf der T-Welle wird die bekannte Abhängigkeitjjer 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-WeIIe (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 gestattet, hat einen schaltungstechnischen Aufbau, wie er sich aus der nachfolgenden Beschreibung ihrer Funktion ergibt:

Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird gemäß F i g. 5 das vom Patienten abgenom- mene und dem Eingang 11 des Arrhythmie-Monitors zugefiihrte .tKG-Signal in einem mit einer Hochfrequenzsperre ausgestatteten EK-Verstärker 12 verstärkt, im »Unterdrücker« 13 von störenden Nullinienschwankungen befreit, gleichgerichtet und in einem automati- sehen Verstärkungsregler 14 in seiner Amplitude auf einen bestimmten Normwert (siehe F i g. 2b)gebracht. Von diesem werden zwei oder mehr Schwellenwerte durch Spannungsteilung abgeleitet. Im folgenden wird iwecks besserer Übersichtlichkeit und Vereinfachung der Beschreibung von nur zwei Schwellenwerten ausgegangen, deren Amplitude z. B. bei 25% und 50% der mittleren R-Zacken-Amplitude liegt.

Fig. 2a zeigt stilisiert den Normwert eines normalen QRS-Komplexes mit T-WeIIe, Fig.2b dasselbe Signal vollweg gleichgerichtet mit den eingezeichneten Schwellen SI und 511 und Fig.2c die in zwei Zählwerken Z\ und Z₂ erzeugten Taktimpulse (Zeitfeniter) P\, Pi... Pn 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-W&ndlers 16.

In den Zeitpunkten, in welchen das aufgenommene EKG-Signal die Schwellen 51 und 511 schneidet, werden mittels zweier Komparatoren mit anschließenden Differenzierstufen, die Teile des Analog-Digital-Wandlers 16 sind, kurze positive Impulse S₍, S₂, S₂', Si' ausgelöst, wie in Fig.2d dargestellt ist. Der Impuls 5 startet den Linear-Zähler Z\, während die Impulse Sj, S/ und Si' 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 Sj, Sj' und Si' je eine Gruppe von Und-Gattern UZ, die Organe der Übernahme-Lo-Cik 18 sind und deren Ausgänge zugeordnete Flip-Flops des Zwischenspeichers FFz ansteuern. Die jeweils zweiten Eingänge der Und-Gatter werden von den Zeitfenster-Impulsen P\...P\i angesteuert. Der beispielsweise in das Zeitfenster Pi fallende Auswerte-Im- puls S₂ (Fig.2b bis 2d) versetzt über das diesem Zeitfenster zugeordnete Und-Gatter UZ das zugehörige Flip-Flop b des Zwischenspeichers FFz in die Arbeitslage. S2' fällt in das Zeitfenster Λ und setzt über das dem letzteren zugeordnete Und-Gatter UZ das Flip-Flop g, während der Impuls Si' das ihm zugeordnete Flip-Flop des Zwischenspeichers FFzüber das zugehörige Und-Gatter der Gruppe G3 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-Komplexes eines Patienten miterfaßt werden. Dies geschieht während des ca. 10 Sekunden dauernden Speichervorganges. Hierbei wird ein repräsentativer Querschnitt der ir-elevanten Schwankungen des QRS-Komplexes des zu überwachenden Patienten erhalten und gespeichert, 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 Vergleichselemente bestehen aus drei Gruppen C\, Gi und Gy, wenn wie im gezeigten Beispiel 2 Schwellen verwendet werden. Verwendet man aber eine größere Anzahl von Schwellen, d".nn erhöht sich die Genauigkeit der Digitalisierung und entsprechend die Zahl der Speicher- und Vergleichsorur»nAn_# in Hgr j»ur Beschreibu"** dienenden Ausfüh* rungsform wertet Gruppe Gi mit Impuls S₂ aus, Gruppe C₂ mit Impuls S₂' und Gruppe G₃ 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 Pi, P₂... P₁J, 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 S₂', eine bestimmte Anzahl von Zeitfenster-Impulsen gleicher Amplitude und gleicher Breite, beispielsweise vier Impulse P₁', P₂', P₃' und Pa.

Die Und-Gatter Uz der Gruppe Cl setzen bei Koinzidenz des Auswertimpulses S₂ mit einem der beiden Zeitfenster der Gruppe Ci, die Und-Gatter der Gruppe G₂ bei Koinzidenz des Auswertimpulses S₂' mit einem der Zeitfensterimpulse P\...Pn und die Und-Gatter der Gruppe d bei Koinzidenz des Auswertimpulses Si' mit einem der Zeitfensterimpulse Pi'... P/ das jeweils zugeordnete Flip-Flop des Zwischenspeichers FFz in die positive Srhaltstellung (logisch »L«). Während der Lernphase wird, ausgelöst· durch einen über den »Store«-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. Od₂, Od₁. 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, G₂ und Gi der Vergleichsschaltung jeweils zwei miteinander korrespondierende Flip-Flops in Zwischen-(FFz) und Hauptspeicher (FF_H) identisch gesetzt, so ist in 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-

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 Zwischen- und Hauptspeicher, so wird das Auftreten 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 ίο FFz in Fig.3, eine Übernahmelogik und eine Vergleichslogik, jeweils aus Und-Gattern aufgebaut (s. Fig. 3). Die Übernahmelogik übernimmt jeweils, gesteuert durch den Impuls NJdes Und-Gatters Uni, die htzte erkannte VES aus dem Zwischenspeicher in den VES-Speicher analog der Speicherung im FFH-Speicher.

Gleichzeitig mit dem Erkennen einer neuen VES im Zwischenspeicher prüft die Vergleichslogik (analog zu den Und-Gattern Uv>ⁿ F i g. 3) die vorhergehende VES

Die Information im Zwischenspeicher FFz wird nach 20 im VES-Speicher auf Identität mit der neuen VES im jedem erkannten QRS-Komplex und erfolgtem Identi- Zwischenspeicher. Erkennt die Vergleichslogik die tätsvergleich zwischen Haupt-fFF_H) und Zwischenspeicher (FFz) mit einem automatisch erzeugten Rücksetz-

ses Id (log. »U) ist folglich die Und-Bedingung am Eingang von Und-Gater Uj erfüllt, so daß am Ausgang von Uj ein positiver Impuls / erscheint, der die Gleichheit des auszuwertenden QRS-Komplexes mit dem während der Lernphase aufgenommener! 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 Uj auf dem Binär-Wert log. »0«, d. h. daß der Ausgang auf log. »0« liegen bleibt Da zwischen dem Ausgang des Und-Gatters U/ dem Eingang des Und-Gatters Uni ^e'^ne Umkehrstufe 23 eingefügt ist, wird während des W-lmpulses das Und-Gatter Unj aktiviert, und der auftretende positive Impuls NJ am Ausgang vom Und· Gatter Uni zeigt deshalb eine ventrikuläre Extrasy-VES an.

impuls Tz gelöscht, so daß der Zwischenspeicher zur beiden VES-Bit-Muster im Zwischen- und VES-Speicher als identisch, so wird nur VES alarmiert, bei Nichtidentität wird polytrope VES alarmiert. Nach

Aufnahme "eines neuen QRS-Komplexes bereit ist Der 25 jeder VES-Identifikation wird die vorhergehende VES Reset-Impuls /7* der den Hauptspeicher in die Ruhelage 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

versetzt, wird dagegen nur am Anfang einer neuen Einspeicherphase erzeugt

Die unterschiedliche Zahl vo- Speicher- und Verg".eichsstufen in den 3 Erkennungs-Gruppen G\, G₂, Gi ist durch folgenden Sachverhalt begründet: Der für Gruppe Ci zuständige Impuls S₂ kommt zeitlich sehr bald nach dem Startimpuls Si, weil beide Impulse auf der ansteigenden Flanke der R-Zacke erzeugt werden, so interpretiert werden könnten. Um diese Fehlauswer-

daß der zeitliche Abstand zwischen Si und S₂ je nach 35 tung zu vermeiden, wird in der, der Erfindung zugrunde

EKG minimal ca. 8 ms und maximal ca. 20 ms beträgt Bei einer Taktbreite von 7.. B. 10 ms genügen demnach für Gruppe I z.B. 2 Zeitfenster Pi und P₂, die den Zeitbereich von 0... 20 ms überstreichen.

liegenden Schaltung die Auswertetoleranzbrei'e dadurch erhöht daß die Auswerteimpulse S₂, S₂' und Si' in ihrer Impulsdauer zu etwa 50% der Impulsdauer der Fenster Pi... P12 gewählt werden. Hierdurch wird

Der für Gruppe 2 zuständige Impuls S₂' kommt bei 40 gewährleistet, daß bei Eintreffen eines Auswerteimpul-

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 P]₂ der Breite von 10 ms nötig sind, um den Zeitbereich von 0 ms bis 120 ms zu überstreichen.

Der für die 3. Auswertgnippe zuständige Impuls Si' kommt minimal ca. 10 ms und maximal ca. 160 ms nach S|. 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 ses in den Grenzbereich zweier Zeitfenster nicht nur ein, sondern beide Zeitfenster erfaßt werden und somit 2 zugehörige Flip-Flops aktiviert werden.

Fig.4 soll diesen Vorgang verdeutlichen: i-ig.4a zeigt zwei ventrikuläre Extrasystolen mit gleichem Erregungszentrum (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 Sa von VESi bzw. VES₂ hervorgerufen, wobei die Auswerteimpulse sehr viel kürzer als die Taktimpulse Pl, P2, P3 usw. sind. Fig.4d zeigt dieselben Auswerteimpulse mit einer vergrößerten

auf vier verringern, da der maximale Zeitabstand 55 Impulsbreite S₂/ und S₂₂' (z. B. 50% d. Taktimpulsbrei-

zwischen dem Auswei-ümpuls 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« festgehalten, so daß normalerweise mindestens in den Gruppen G₂ und te). Der Einfachheit halber wird die Auswertung nur bei der Überschreitung der Schwelle S₂ erläutert: VESi erzeugt den Auswerteimpuls S₂I, der mit Taktimpuls P3 koinzidiert VES₂ erzeugt S22, der aber mit Taktimpuls 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 S₂₂ jetzt in Takt P2 und

G₃ jeweils mehrere F!ip-Flops gesetzt sind. Für den 65 Takt PZ fällt Die Gleichheit der zu Takt P3 laufenden QRS-Vergleich genügt es aber, daß pro gehörenden, miteinander korrespondierenden Flip-Gruppe wenigstens ein Flip-Flop im Hauptspeicher mit Flops in Zwischen- und VES-Speicher stuft deshalb für einem korrespondierenden Flip-Flop im Zwischenspei- die SrAuswertung die beiden VES als monotop 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 (Alannorgane 28 und 30), sowie bei dem besonders gefährlichen Einfall einer SES in die T-Welle (»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. Vorrichtung 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 vorgesehen sind, die sowohl in der Lernphase als auch in der Oberwachungsphase, bei Beginn einer Herzaktion, deren zeitlichen Verlauf in aufeinanderfolgende, äqutdistante Zeitabschnitte (Zeitfenster) unterteilen, daß mindestens zwei auf unterschiedliche Schwellenwerte Su Su eingestellte Schwellendiskriminatoren vorgesehen und jedem Schwellendiskriminator zwei Speicher zugeordnet sind, daß die Speicher aus jedem Zeitfenster zugeordneten Flip-Flops bestehen,die deirrt angesteuert sind, daß beim Durchlaufen des Herzaktionssignals durch einen der vorgegebenen Schwellenwerte (Su Su) das dem entsprechenden Zeitfenster zugeordnete Flip-Flop gesetzt wird, daß einer der beiden, jedem Schwellen·-, ertdiskriminator zugeordneten Speicher (Hauptspeicher) zu·- Speicherung der Schwellenwertdurchgänge während der Lernphase dient und der andere Speicher (Zwisch nspeicher) zur Speicherung der in der Überwachungsphase auftretenden Schwellenwertdurchgänge dient und daß eine Vergleichsschaltung vorgesehen ist, die während der Überwachungsphase 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, H?3 sie folgende elektronische Schaltungsmittel umfaßt:

45

2.1 Eine Ablauf-Steuerung (17) mit Zählern (Z\, Z₂), zur Unterteilung des Zeitintervalls des Elektrokardiogramms in aufeinanderfolgende, gleich lange Zeitabschnitte Δί\, Ot₂... und zur Bereitstellung eines Zählimpulses gleicher Breite (Zeitfenster PuP₂-- ■) 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 Si, Sn... und zur Erzeugung von Triggerimpulsen Si, S₂... Si', 5/ bei I 'her- oder Unterschreitung dieser Schwellenwerte durch dis Her^aktiönsspan hung, sowie zur Zuleitung dieser erzeugten (,0 Triggerimpulse an den anderen .feingang des dem betreffenden Zeitfenster zugeordneten Und-Gatters der Und-Gatter-Gruppe Uz, so daß die Koinzidenz der entstandenen Triggerimpulse mit jeweils einem <|er, Zeitfenster durch das l.citendwerden des zugeordneten Und-Gatters festgestellt und somit ein der Form der aufgenommenen Herzaktionsspannung entsprechendes Bit-Muster durch den Leitungszustand der Und-Gatter-Gruppe Uz 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 Schaltungszustand der Flip-Hops des Zwischenspeichers übertragen wird;

Z4 Einen von Flip-Flops gebildeten Hauptspeicher (FFh) und eine Und-Gatter-Gruppe (Uh), deren Und-Gatter mit einem Eingang am Ausgang des ihnen jeweils einzeln zugeordneten Flip-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 FFnübertragen 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 (FFh) 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 wir J und j-eces Und-Gatter der Und-Gatter-Gruppe Uv bei Koinzidenz einen entsprechenden Impuls an seinem Ausgang erzeugt;

2.6 In Zuordnung zu den Auswertegruppen Gi. G₂, Gj... für die Schwellenwerte S₂, S₂', Si'... jeweils ein Oder-Gatter Od\, Od₂. Odj.... an die die Ausgänge der Vergleichs-Und-Tore (Uv) der zugeordneten Auswertegruppen Ci. C?... angeschlossen sind, so daß bei Gleichheit der verglichenen Bit-Muster von jedem Oder-Gatter an seinem Ausgang ein positiver Impuls (iog. »L«). bei Nichtgleichheit aber wenigstens von einem Oder-Gatter kein Impuls (log. »0«) erzeugt wird.

2.7 Ein an die Ausgänge der Oder-Gatter Od\, Od₂ ... angeschlossenes gemeinsames Und-Gatter (U/). das folglich nur dann einen positiven Ausgangsimpuls erzeugt, wenn Gleichheit der Bit-Mjster besteht, d. h. alle Oder-Gatter einen positiven Ausgangsimpuls an die Eingänge dieses Und-Gatters liefern, während bei Nichigle^;chheit wenigstens ein Qdcr*Gatter keinen positiven Impuls an das Üiid-Gai'.er (Ui), liefen, so dai! dieses auch

: keinen Ausgangsimpuls erzeugt;

2.8 Eine· Vergleichs- und Auswtrtelogik (21. 24). durch weiche bei Niehtgleichheit der verglichenen Bit-Muster, gesteuert von dem A'j-.pang des Und-Tores (7/eine Alurmvorricrv·.·'.· ■''"■ ''der 27...30)inTätii-!---i: ,.·:,--■ ..i-ri.

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 im Zwischenspeicher FFz erzeugten Bit-Musters eines neu einlaufenden QRS-Komplexes mit dem im Hauptspeicher stehenden Vergleichs-Bit-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 Mitte! 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-Gatte;· (Uz, Uh, Uv) sowie die einzelnen Flip-Flops des Zwischenspeichers (FFz) und des Hauptspeichers (FFh) entsprechend einer Anzahl von Auswer- tegruppen Gu Gi. G3... unterteilt sind und die Triggerimpulse S₂,S₂,Si'... jeweils eineir 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 Z₁, der die Zählimpulse für die erste und zweite Gruppe Gi und Gi erzeugt, durch den Triggerimpuls S_u der Linear-Zähler Z₂ durch den Triggerimpuls Si gestartet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß das mit den Ausgängen der Oder-Gatter (Od₁, Od₂, Och...) 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

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 Schwellenwertdiskriminatoren, welche zunächst in einer Lernphase für eine Als normal erkannte Hemchlagsperiode ein Bit-Muster nach Maßgabe der Zeitpunkte, in welchen die Amplitude der Herzaktionsspannung bestimmte Schwellenwerte überschreitet, erzeugen, das in einem Hauptspeicher gespeichert und nacheinander mit den in gleicher Weise in einem Zwischenspeicher gebildeten Bit-Musten für nachfolgsnde Herzschlagsperioden verglichen wird. Nichtgleichheit der Bit-Muster führt zur Erkennung bedrohlicher Änderungen der Herzaktion. Der Hauptspticher 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 Schweilenwertdurchschreitungen mit bestimmten Zeitfenstern bestimmt

Stand der Technik

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

gesetzt wird.

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

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Mittel, die selbsttätig nach einer erfolgten Polylopie-Auswertung das im VES-Speicher gespeicherte Vergleichs-Bit-Muster löschen und das Bit-Muster der nachfolgenden erkannten VES als Referenz für die nächste Polytopie-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 51, S₂. S₂', Si'... so groß gewählt wird, vorzugsweise halb so groß wie die Breite der Zeitfenster bzw. Zählimj>ulse P_u P₂..., daß das Eintreffen eines Triggerimpulses in den Grenzb.'eich zweier benachbarter Zeitfenster als Koinzio&iz mit beiden Zeitfenstern gewertet wird, so daß die natürlichen Unterschiede sowohl normaler QRS-Komplexe als auch monotoper VES nicht fehlinterpretiert werden.

9. '/orrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Schaltmittel (31, 32, 33), die selbsttätig jeweils aus dem RR-Abstand der vorhergehenden Herzschlagsperiode ein Zeitfenster für das Eintreffen der nachfolgenden T-Welle ermitteln und durch einen speziellen Auswertekreis, der nur in diesem Zeitfenster aktiv ist und eine von der Normal-T-Welle um einen bestimmten Betrag abweichende T-Welle als VES auf der T-Welle (R- und T-Phänomen) identifiziert

Es ist z. B. bei Patienten mit erlittenem Herzinfarkt wichtig, diese Veränderungen rechtzeitig zu erkennen, um die drohenden lebensgefährlichen Rhythmusstörungen durch medikamentöse Behandlung zu verhindern. Patienten mit frischem Herzinfarkt müsser deshalb nach Lehrmeinung heute mehrere Tagr 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 Veränderungen des EKG übersehen werden können.

Solche, auf Kammertachykardie, Kamnierflattern und -flirnniÄin hinweisenden Veränderungen des EKG sind insbesondere QRS- oder Kammerkomplexe, die vorzeitig, also früher als der regelmäßigen Herzschlagfolge entsprechend, einfallen und/oder in ihrer Form gegenüber dem Normalschlag verändert sind. Diese Erregungen werden nach dem Ursprungsort der Erregung im Vorhofbereich bzw. im Kammerbereich des Herzens süpfäventfikuläfe bzw. ventrikuläre Extrasystolen genannt

Die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten einer lebensgefährlichen Herzrhythmusstörung ist je nach Typ und Häufigkei' der Extrasystolen sowie nach Abstand von der vorhergehenden Erregung verschieden groß.

In F i g. 1 sind Elektrokardiogramme mit verschiede-