DE2407399A1

DE2407399A1 - Verfahren und vorrichtung zur herzfrequenzueberwachung

Info

Publication number: DE2407399A1
Application number: DE19742407399
Authority: DE
Inventors: Serge Georges Julien Chaumet
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 1973-02-16
Filing date: 1974-02-15
Publication date: 1974-08-22
Also published as: FR2218078B1; JPS5041367A; US3902479A; FR2218078A1; GB1461941A; JPS5645611B2; NL7401972A; CH563150A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfa.hr.en und eine Vorrichtung zur Herzfrequenzübervrachung mittels Analyse eines Elektrokardiogramms.

Es ist bekannt, daß sich die Aktivität des Herzmuskels auf einem Elektrokardiogramm durch eine Folge von Wellengruppen P, Q, R, S, T ausdrückt, die bei der normalen Punktion des Herzmuskels in regelmäßigen Intervallen aufeinanderfolgen. Jede V/eilengruppe,· die mit aufeinanderfolgenden Dcpolarisations- und Repolarisationsvorgängen der Herzvorhöfe und der Ventrikel im Laufe eines Herzschlages oder einer Systole einhergeht, hat bei normaler Punktion des Herzmuskels eine sich vor allem in Bezug auf die Breite der Basis der- V/eile R v/iederholende Porn, die, in Zeiteinheiten ausgedrückt, einen Wert von etwa 9 - 10 Hundertstel Sekunden hat.

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Es ist ebenfalls bekannt, daß sich, in einer unnormalen Form der Wellengruppen Q, R, S des Elektrokardiogramms, vor allem in einer gegenüber dem oben angegebenen Wert größeren " Breite der Basis der Welle R ein pathologischer Zustand ausdrückt. Dies ist bei Extrasystolen des Ventrikels der Fall und entspricht einer unnormalen Erregung des Herzmuskels; ihr Erkennen ist in dem Maße wichtig, wie sie eine gefährliche Herzmuskelrhythmusstörung andeuten können.

Zum Messen der Breite der Basis der Welle R kann man den Augenblick des Beginns und des Endes der Welle feststellen, um daraus das Zeitintervall zu bestimmen, das die beiden Augenblicke trennt. Die Durchführung eines solchen Verfahrens ist einerseits relativ kompliziert und andererseits nicht frei von Unsicherheiten, die vor allem aus parasitären Signalen oder Geräuschen herrühren, die mit dem Registrieren einer Wellengruppe in einem Elektrokardiogramm verbunden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herzfrequenzüberwachung zu schaffen, das bzw. die in jedem Augenblick nicht den -genauen Wert der Basisbreite der Welle R liefern, sondern eine repräsentative. Anzeige dieser Breite, die ein genügend reproduzierbares und deutliches Kennzeichen ist, das mit guter Genauigkeit die Unterscheidung von unnormalen Vieilengruppen des Elektrokardiogramms ermöglicht.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, dass für jede Wellengruppe Q, R, S des Elektrokardiogramms eine Grosse bestimmt wird, die die Breite der Basis der Welle R aufgrund des Verlaufs des die Wellengruppe dar stellenden Signals anzeigt.

Es ist dabei zweckmässig, die die Breite der Basis der Welle R jeder Wellengruppe des Elektrokardiogramms anzeigende Grosse dadurch zu erhalten, dass für jede Wellengruppe die Amplitude von Spitze zu Spitze (S-S-Amplitude) des das Elektro-

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kardiogramm darstellenden Signals und die S-S-Amplitude der Ableitung nach der Zeit dieses Signals gespeichert werden, und dass der Quotient aus den gespeicherten S-S-Amplitudenwerten gebildet wird.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, die dadurch, gekennzeichnet ist, dass sie eine Vorrichtung zum Bestimmen und Speichern der S-S-Amplitude des Elektrokardiogrammsignals für jede Wellengruppe Q, B, S, eine Vorrichtung zum Bestimmen und Speichern der S-S-Amplitude der Ableitung nach der Zeit des das Elektrokardiogramm darstellenden Signals und eine Dividiervorrichtung zum Bilden des Quotienten der für jede V/ellengruppe gespeicherten S-S-Amplitudenwerte enthält.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist

die Vorrichtung eine weitere Anordnung zum Betätigen der Mittel, die den Quotienten bilden, in einem vorbestimmten Augenblick nach dem Erscheinen der Welle R auf, so daß die Mittel zum ■ Speichern der S-S-Amplitude des Elektrokardiogrammsignals wad. des abgeleiteten Signals beispielsweise einfach mit Hilfe von Konderjsa.toren ausgeführt sein können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematisclien Darstellung beispielsweise und mit vorteilhaften Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Pig.· 1 ein Elektrokardiogramm,
Pig. 2a und 2b Diagramme,

Pig.' 3 ein schematisch.es Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

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Pig, 4a, 4b, 4c Diagramme.

Die Pig. 1 zeigt ein Elektrokardiogramm E in einem rechtwinkligen Koordinatensystem, wobei auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate eine elektrische Spannung, beispielsweise in mV, angegeben ist. Das Elektrokardiogramm E wird aus einer Folge von Wellengruppen C1,C2,C3,C4, gebildet, deren jede in bekannter Weise aus einer Welle P, einer Welle Q, einer Welle R, einer Welle S und einer Welle T gebildet ist, die der Depolarisation und der Repolarisation der Vorhöfe und der Ventrikeln des Herzmuskels entsprechen, dessen Aktivität sich im Elektrokardiogramm E ausdrückt, In diesem beziehen sich die Gruppen C 1, C 2 und C 4 auf normale Systolen, vor allem in Bezug auf die Abmessung der Basis der Welle R, die bei der Wellengruppe C 2 zwischen den Punkten A und B des Schnittpunktes des Elektrokardiogramms mit der Zeitachse gemessen einen Wert in der Größenordnung zwischen 9 und 10 Hundertstel Sekunden hat. Dagegen beträgt die Breite der Basis der Welle R der Wellengruppe C 3 entsprechend der Strecke D-P mehr als 12 Hundertstel Sekunden, was einer anormalen Zusammenziehung des Herzmuskels, beispielsweise einer Extrasystole des Ventrikels, entspricht, die aus dem Portschreiten eines nervösen Einflusses herrührt, der den Herzmuskel nicht längs normaler Erregungswege des Muskels steuert, sondern längs anderer Wege, beispielsweise über den Myocard,

Um eine Herzfrequenzüberwachung zu ermöglichen, um unnormale Wellengruppen des Elektrokardiogramms festzustellen,*ohne die genaue Breite der Basis der Welle R einer Gruppe von Wellen Q, R, S des Elektrokardiogramms festgestellt zu haben, ist erfindungsgemäß vorgesehen, jeder Wellengruppe eine Größe zuzuordnen, die die Breite der Basis der Welle R der Gruppe anzeigt, wobei diese Größe oder dieses Maß im folgenden als i bezeichnet wird und eine genügend proportionale und reproduzierbare Beziehung aufweist, damit mit genügender Genauigkeit unnormale Wellengruppen des Elektrokardiogramms von normalen Wellengruppen unterschieden v/erden können.

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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Größe i als Wert des Verhältnisses der S-S-Amplitude des die Wellen-Gruppe Q, R, S darstellenden Signals zur S-S-Amplitude der ersten Ableitung nach der Zeit dieses Signals definiert.

Wenn man ein durch ein Dreieck G (Fig. 2a) dargestelltes Signal in einem rechtwinkligen Koordinatensystem mit der Zeit auf der Abszisse betrachtet, -wobei X die Breite der Basis des Signals G darstellt, dessen Amplitude a ist und die Ableitung nach der Zeit der durch G dargestellten Funktion, wie in Fig, 2b dargestellt, ein.stufenförmiges Signal mit der Breite "£" ist, dessen positives Maximum einen Wert von 2a./f und dessen negatives Maximum einen Wert von 2a/-Chat, d.h., das eine Gesamtamplitude von 4a/f hat, so ergibt sich für die Größe i ,

so, wie sie oben definiert"wurde: . _ a _ *c

¹ - JjT T"

d.h. i = proportional zur Breite ¹V des Dreiecksignals und ist unabhängig von der Amplitude a dieses Signals.

Wenn das Elektrokardiogrammsignal, wie in Fig. 1 dargestellt, auch nicht durch eine Folge von Dreiecken gegeben ist, hat die Anmelderin doch festgestellt, daß- die Proportionalität zwischen der Größe i und der Breite der Basis des Signals der Welle R einer We11engruppe des Elektrokardiogramms genügend reproduzierbar ist, um die Unterscheidung von unnormalen Wellengruppen und in Folge davon die Überwachung der Herzfrequenz zu ermöglichen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens (Fig. 3) weist drei Eingänge auf: auf'einen ersten Ein_ gang 10 wird eine das Elektrokardiogramm darstellende Spannung gelegt, auf einen zweiten Eingang 11 wird die Ableitung nach der Zeit der das Elektrokardiogramm darstellenden Spannung, die mit irgendeiner geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einem analogen Verfahren erhalten wird, gelegt; auf einefl dritten Eingang 12 v/erden mit den Wellen R des Elektrokardiogramms synchrone

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Impulse gelegt, die vom Elektrokardiogramm mittels Filtern abgeleitet sind und die in einer zusätzlichen nicht dargestellten Zählvorrichtung zum Bestimmen der Herzfrequenz verwendet werden können.

Der Eingang 10 ist über eine Leitung 13 mit einer Vorrichtung 14 verbunden, in der die maximale positive Amplitude des Elektrokardiogrammsignals gespeichert wird und die im einfachsten Fall aus einer Schaltung mit einer Diode 15 und einem Kondensator 16 gebildet ist, wobei der gespeicherte Wert mit Hilfe eines Schalters 17, beispielsweise eines Feldeffekttransistors, gelesen wird, während nach der Lesung der gespeicherten Information der Kondensator 16 über einen Schalter 18 entladen wird, der von einer automatisch auf Null rückstellenden Leitung 19 gesteuert wird. .

Parallel mit der Leitung 13 und ebenfalls an den Eingang angeschlossen ist eine Leitung 20, die einen Inverter 21 aufweist, dem eine der Vorrichtung 14 analoge Vorrichtung 22 folgt, die zum Speichern der maximalen positiven Spannungsamplitude der gegenüber der der Vorrichtung 14 zugeführten invertierten Spannung dient. Die Ausgänge 23 und 24 der Vorrichtungen 14 und 22 werden in einem Addierer 25 addiert, in dessen Ausgang 26 die S-S-Amplitude des Elektrokardiogrammsignals aufgrund des Inverters 21 in der Leitung 20 unabhängig von einem möglicherweise kontinuierlichen Pegel vorhanden ist.

Die Leitung 26 bildet einen ersten Eingang in eine Dividiervorrichtung 27, die den Quotienten des Viertes in der Leitung 26 durch den Viert in der Leitung 28 bildet, wobei die Lei-, tung 28 aus einem Addierer 29 kommt, der an den Vorrichtungen 14 und 22 analoge Vorrichtungen 30 und 31 angeschlossen sind, in denen die maximale Amplitude von Signalen gespeichert ist, die von den Leitungen 32 und 33 vom zv/eiten Eingang 11 hergeleitet werden, d.h. einerseits die Ableitung des Elektrokardiogrammsig-

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nals nach der Zeit und andererseits das zu dieser Ableitung in einem Inverter 34 aus der Leitung 33 abgenommene, invertierte Signal.

Die Dividiervorrichtung 27 ist beispielsweise ein analog arbeitender Divisor, der in Betrieb gesetzt wird, wenn er am Eingang 35 Impulse der Dauer tg empfängt, die von einer Vorrichtung 36 aus Impulsen abgeleitet werden, die mit auf den Eingang 12 gelegten Wellen R synchron sind und relativ zum Auftreten der Wellen R eine Verzögerung 7"i aufweisen, die durch eine Versögerungseinheit 37 mit einer Verzögerungsleitung oder ähnlich eingeführt wird.

Die von der Vorrichtung 36 abgegebenen Impulse werden zusätzlich einer Vorrichtung 38 zugeführt, die -an ihrem Ausgang 39 Impulse der Dauer f~ zum automatischen Nullstellen der Speichervorrichtungen 14, 22, 30 und 31 über die Leitungen 19, 40, 41 und 42 liefert.

Die Punktion der Vorrichtung ist die folgende: V/enn die Eingänge 10 und 11 einerseits mit dem" Elektrokardiogrammsignal und andererseits mit der Ableitung dieses Signals nach der Zeit beaufschlagt werden, wird die maximale Amplitude dieser Signale in den Vorrichtungen 14 bzw.· 30 durch Laden der Kondensatoren wie beispielsweise des Kondensators 16, gespeichert, während in den .Vorrichtungen 22 und 31 die maximale Amplitude der invertierten Signale gespeichert wird, so daß man andaiAusgängsiAddierer und 29 in den Leitungen 26 und 28 die S-S-Amplitude des Elektro-. kardiogrammsignals und die.S-S-Amplitude der Ableitung dieses Signals nach der Zeit erhält.

Um das Laden der Kondensatoren, wie des Kondensators 16, und das Speichern der maximalen Amplituden der auf die Eingänge 10 und 11 gelegten Signale zu ermöglichen, wird die Dividiervoi·- richtung 27 in einem zeitlich gegenüber der Auftreten der Welle R des Elektrokardiogramms um t\ ' (vgl. Pig. 4b) versetzten Augen-

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blick betätigt und dann durch einen Meßimpuls der Dauer c£ aus der Vorrichtung 36 gesteuert, so daß am Ausgang 43 der Dividiervorrichtung 27 ein Impuls I (Fig. 4b) der gleichen Dauer wie der Meßimpuls erscheint, dessen Amplitude proportional zur oben definierten Gröi3e i ist. Wenn der Impuls I aus der Dividiervorrichtung 27 einem Komparator 44 mit einstellbarer Schwelle s zugeführt wird, liefert dieser an seinem Ausgang 45 für jeden Impuls I, dessen Amplitude größer als die Schwelle s ist, eine Information über eine unnormale Wellengruppe. Ein solcher Impuls i' (Pig. 4b) kann durch einen Impuls K (Fig.4c) graphisch oder oszillographisch registriert werden, und/oder an eine Alarmvorrichtung oßar eine Fernsehüberwachung weitergeleitet werden, mit der einem Beobachter in jedem Augenblick das Auftreten von unnormalen Wellengruppen im Elektrokardiogramm angezeigt wird.

Der Wert der Schwelle s wird für jeden Patienten bestimmt; dies kann mit Hilfe einer Eichkurve oder einer vorherigen Einstellung geschehen, wobei vorteilhafterweise gleichzeitig eine untere Schv/elle bestimmt wird, um parasitäre Signale auszuschalten.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herzfrequenzüberwachung mittels Analyse eines Elektrokardiogramms, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Wellengruppe Q, R, S des· Elektrokardiogramms eine Grosse bestimmt wird, die die Breite der Basis der Welle R aufgrund des Verlaufs des die Wellengruppe darstellenden Signals anzeigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Wellengruppe des Elektrokardiogramms die S~S-Ainplitude des das Elektrokardiogramm darstellenden Signals und die S-S-Amplitude der Ableitung nach der Zeit des das Elektrokardiogramm darstellenden Signals gespeichert werden, und dass der Quotient aus den gespeicherten S-S-Amplitudenwerten gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die für jede Wellengruppe des Elektrokardiogramms ermittelte Breite der Basis der Welle R mit einem einstellbaren' Schwellenwert verglichen wird.

4w Vorrichtung zur Herzfrequensüberwachung aufgrund eines ElelctroKardiogrammsignals, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (14, 22, 25) zum Bestimmen urid Speichern der S-S-Ämplitude des Elektrokardiogrammsignals für jede Wellengruppe Q, R, S, eine Vorrichtung (30, 31, 29) zum Bestimmen und Speichern der S-S-Amplitude der Ableitung nach der Zeit des das Elektrokardiogramm darstellenden Signals und eine Dividiervorrichtung (27) zum Bilden des Quotienten der für jede Wellengruppe gespeicherten S-S-Amplitudenwerte.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dividiervorrichtung (27) für jede Wellengruppe des Elektrokardiogramms von einem Impuls betätigt wird, der gegenüber einem mit der Welle R synchronen Impuls' um eine vorbeotimmte Zeitdauer verzögert ist,

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6. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei parallele Leitungen (13, 20) zur Bestimmung der S-S-Amplitude des Elektrokardiogrammsignals, von denen jede eine Speichervorrichtung (14, 22) aufweist und eine einen Inverter (21) z-um Invertieren des auf den den beiden Leitungen (13, 20) gemeinsam Eingang (10) gelegten Signals enthält, und deren Ausgänge an einen Addierer (25) geführt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei parallele Leitungen (32, 33) zur Bestimmung der S-S-Amplitude des die zeitliche Ableitung des Elektrokardiogramms darstellenden Signals, die beide eine Speichervorrichtung (30, 31) aufweisen^ und von denen einer einen Inverter (34) zum Invertieren des an den beiden Leitungen (32, 33) gemeinsamen Eingang (11) gelegten Signals enthält, und deren Ausgänge an einen Addierer (29) geführt sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtungen (14, 22, 30, 31) aus Schaltungen mit einer Diode (15) und einem Kondensator (IG) gebildet sind, deren Lesen und deren Nullrückstellung von statischen Schaltern (17, 18) wie Feldeffekttransistoren u.a., gesteuert werden.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 8, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (37, 36, 38), die, ausgehend von einem mit der Welle R jeder Wellengruppe des Elektrokardiogramms synchronen Impuls einen Messimpuls erzeugt, der einerseits die Dividiervorrichtung (27) und andererseits die Nullrückstellung der Speichervorrichtungen (14, 22, 30, 31) steuert.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Dividiervorrichtung (27), die den Quotienten aus den für jede Wellengruppe gespeicherten

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S-S-Amplitudenwerten bildet, am Eingang eines Komparators (44) liegt, an dessen anderem Eingang ein Schwellensignal einstellbarer Höhe liegt.

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