DE69629349T2

DE69629349T2 - Gerät zur Herzfrequenzmessung aus der EKG-Wellenform

Info

Publication number: DE69629349T2
Application number: DE69629349T
Authority: DE
Inventors: Patricia A. Arand; William L. Post
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2016-11-22
Also published as: EP0776632B1; EP0776632A1; DE69629349D1; US5715829A; JPH09168521A

Description

Anwendungsbereich der Erfindung
Diese Erfindung liegt im Bereich elektronischer Schaltungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Gerät zur Messung der Herzfrequenz aus der EKG-Wellenform.
Hintergrund der Erfindung
Entwickler medizinischer Geräte wie Kardiographen stehen in ihrem Beruf vielen großen Herausforderungen gegenüber. Die Geräte, die sie entwickeln, müssen qualitativ hochwertige Informationen über die elektrische Herzaktivität eines Patienten an einen Kardiologen oder an anderes medizinisches Personal liefern, damit eine korrekte Diagnose des Herzbefindens des Patienten gemacht werden kann. Leider liefern die an einen Patienten angeschlossenen EKG-Daten nicht nur Informationen, die die elektrische Herzaktivität des Patienten zeigen, sondern auch elektrisches Rauschen. Dieses Rauschen kann die meisten EKG-Daten beeinträchtigen und den Teil der EKG-Daten verfälschen und vollkommen überlagern, der die Informationen in Bezug auf die elektrische Herzaktivität des Patienten enthält. Dieses Problem ist besonders unter ungünstigen Bedingungen akut, so wie bei Stress- oder Übungstests von Patienten, wobei das Rauschen extrem sein kann. Wenn die Entwickler medizinischer Geräte keine geeigneten medizinischen Instrumente entwickeln zur Analyse dieser EKG-Daten unter Beseitigung oder Verminderung der Rauscheffekte, ist es für Kardiologen oder anderes medizinisches Personal schwer oder unmöglich, Informationen zum Patientenherzen zu erhalten wie die Ermittlung der Herzschläge bei vorhandenem Rauschen, die für den Erhalt einer korrekten Diagnose des Zustands des Patientenherzens verwendbar sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein medizinisches Gerät wie in Anspruch 1 definiert ermittelt EKG-Daten in einer Vielzahl von EKG-Wellenformen, die wiederum von Signalen aus einer Vielzahl von EKG-Elektroden erhalten werden. Die QRS-Ermittlungslogik ermittelt Herzschläge aus EKG-Daten. Diese Logik berechnet eine Aktivitätsfunktion aus einem Untersatz der Vielzahl EKG-Wellenformen mit geringstem Rauschbefund und verwendet diese Aktivitätsfunktion zum Suchen nach Herzschlägen. Die QRS-Ermittlungslogik ermöglicht die Erkennung echter Herzschläge und die Aussonderung falscher „Rausch"-Herzschläge.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Blockdiagramm des medizinischen Geräts der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt ein Blockdiagramm des medizinischen Geräts von 1 mehr im Detail.
3 zeigt den Prozessor der Recheneinheit des medizinischen Geräts von 2 mehr im Detail.
4 und 12 zeigen Flussdiagramme des arbeitenden Kardiographen der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt ein Großsignal-Flussdiagramm der Operation der Recheneinheit der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung.
6 zeigt ein Flussdiagramm der Operation der QRS-Ermittlungslogik der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung.
7 zeigt ein Flussdiagramm der Operation der Herzfrequenz-Berechnungslogik der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung.
8 zeigt ein Flussdiagramm der Operation der Klassifikationslogik der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung.
9 zeigt ein Flussdiagramm der Operation der Ausrichtungslogik der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung.
10 zeigt ein Flussdiagramm der Operation der repräsentativen Herzschlag-Erstellungslogik der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung.
11 zeig ein Flussdiagramm der Operation der Messungslogik der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung.
13 zeigt eine Graphik von drei exemplarischen EKG-Wellenformen, verwendet von der QRS-Ermittlungslogik der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung.
14 zeigt eine Graphik einer exemplarischen Aktivitätsfunktion, verwendet von der QRS-Ermittlungslogik der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung.
15 zeigt eine Graphik von exemplarischen klassifizierten Herzschlägen. 16 zeigt eine Graphik von exemplarischen klassifizierten Herzschlägen, die ausgerichtet werden von der Ausrichtungslogik der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung.
17 zeigt eine Graphik von exemplarischen ausgerichteten Herzschlägen, die von der Herzschlag-Erstellungslogik der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung zeitlich eingeteilt werden.
18 zeigt den Ausdruck oder die Anzeige eines repräsentativen Herzschlags ohne Messungen.
19 zeigt den Ausdruck oder die Anzeige eines repräsentativen Herzschlags mit Messungen.
Detaillierte Beschreibung der vorgezogenen Ausführungsform
I. Übersicht
1 zeigt ein Blockdiagramm des medizinischen Geräts der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung. Das medizinische Gerät 10 enthält eine Notierungseinheit 20, Elektroden 25, einen Kardiographen 40 und eine Recheneinheit 60. In der vorgezogenen Ausführungsform sind der Kardiograph 40 und die Notierungseinheit 20 gesonderte Komponenten eines PageWriter Xli, gefertigt von der Firma Hewlett-Packard, abgeändert zur Anfertigung der Flussdiagramme der 4 und 12 der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung. Die Recheneinheit 60 ist ein HP Vectra Personalcomputer, geeignet programmiert für die Anfertigung der Flussdiagramme der 5–11 der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt ein Blockdiagramm des medizinischen Geräts 10 mehr im Detail. Der Kardiograph 40 enthält eine Notierungseinheit-Schnittstelle 41, einen Prozessor 45, einen Drucker 47 und eine Recheneinheit-Schnittstelle 49. Der Prozessor 45 fertigt die Flussdiagramme der 4 und 12 der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung an. Die Recheneinheit 60 enthält eine Kardiograph-Schnittstelle 61, einen Prozessor 65, eine Anzeige 66, ein Eingabegerät 67, einen Speicher 68 und eine Ablage 69. Der Prozessor 65 fertigt die Flussdiagramme der 5–11 der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung an. Während 2 ein aus einzelnen Teilen bestehendes medizinisches Gerät 10 zeigt kann der Fachmann beurteilen, dass das medizinische Gerät 10 eine einzige, alle auf 2 gezeigten Komponenten aufweisende Einheit sein oder eine andere Anzahl von Einzelteilen aufweisen könnte und dennoch der Idee und dem Rahmen der Erfindung entsprechen würde.
3 zeigt den Prozessor 65 der Recheneinheit 60 des medizinischen Geräts 10 mehr im Detail. Der Prozessor 65 enthält eine QRS-Ermittlungslogik 71, eine Herzfrequenz-Berechnungslogik 73, eine Klassifikationslogik 74, eine Ausrichtungslogik 75, eine repräsentative Herzschlag-Erstellungslogik 77 und eine Messungslogik 78. In der vorgezogenen Ausführungsform wird jeder dieser logischen Blöcke von Software ausgeführt, die geschrieben ist, um die Funktionen von relevanten Teilen der auf 5–11 gezeigten Flussdiagramme auszuführen, und die Software wird von Prozessor 65 ausgeführt. Alternativ könnten einige oder alle der logischen Blöcke 71–78 speziell zugeschnittene Hardware sein, wie in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung enthalten, entwickelt zur Ausführung der Funktionen von relevanten Teilen der auf 5– 11 gezeigten Flussdiagramme.
4 zeigt ein Flussdiagramm des arbeitenden Kardiographen 40 der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung. In Block 101 werden EKG-Signale von Elektroden 25 der Notierungseinheit 20 erhalten. In der vorgezogenen Ausführungsform sind diese Signale digitale Signale, die mit einer hohen Musterungsrate bemustert wurden. Block 103 dezimiert und filtert die abgetasteten EKG-Signale aus einer vorbestimmten Bandbreite heraus. In der vorgezogenen Ausführungsform beträgt die vorbestimmte Bandbreite 0,01 Hz bis 150 Hz, und der Verringerungsprozess dezimiert die Anzahl der Muster auf ein Achtel der Anzahl von Originalmustern. Block 105 stellt von den zehn Elektroden auf konventionelle Weise zwölf EGK-Überleitungen her. Die in den zwölf EKG-Überleitungen enthaltenen Signale werden hier als „EKG-Wellenformen" bezeichnet, und die darin enthaltenen Informationen werden hier als EKG-Daten" bezeichnet. Der Fachmann kann beurteilen, dass die aktuelle Anzahl von Elektroden oder Überleitungen von der oben aufgeführten abweichen könnte, was dennoch der Idee und dem Rahmen der Erfindung entsprechen würde. Block 108 sendet die EKG-Daten in den EKG-Wellenformen an die Recheneinheit 60. Das Flussdiagramm endet in Block 109.
5 zeigt ein Großsignal-Flussdiagramm der Operation der Recheneinheit 60 der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung. Block 201 erhält die EKG-Wellenformen mit den EKG-Daten vom Kardiographen 40. Block 203 veranlasst die Vorwärts-Filterung der EKG-Daten. In der vorgezogenen Ausführungsform ist dieser Filter ein Hochpassfilter, der als Teil eines Vorwärts/Rückwärts-Filterschemas zum Entfernen der Grundlinien-Auswanderung unter Erhaltung der Niederfrequenz-Informationen in den EKG-Daten verwendet wird. Block 300 ruft eine Subroutine auf, die die Herzschläge (d. h. QRS-Komplexe) in den EKG-Wellenformen ermittelt. Diese Subroutine berechnet eine Aktivitätsfunktion aus einem Untersatz der EKG-Wellenformen mit dem geringsten Rauschbefund und verwendet diese Aktivitätsfunktion für die Suche nach Herzschlägen. Dies ermöglicht die Erkennung echter Herzschläge und die Aussonderung falscher „Rausch"-Herzschläge. Die Operation dieser Subroutine wird später in Verbindung mit der Beschreibung der 6 mehr im Detail beschrieben.
Block 400 ruft eine Subroutine zur Messung der Herzfrequenz des Patienten auf. Diese Logik bestimmt, dass die Intervalle zwischen den Herzschlägen einen Prozentsatz des kürzesten und längsten Intervalls aussondern und den Durchschnitt der verbleibenden Intervalle nemen, um die Herzfrequenz des Patienten zu erhalten. Dies ergibt eine zuverlässige Berechnung der Herzfrequenz selbst bei vorhandenem, irrtümlich als Herzschläge und verhaltene Schläge detektiertem Rauschen, in verrauschter Umgebung alltäglich. Die Operation dieser Subroutine wird später in Verbindung mit der Beschreibung der 7 mehr im Detail beschrieben.
Block 500 ruft eine Subroutine zur Klassifikation der Herzschläge auf. Diese Klassifikation besteht in dem Vergleich jedes Herzschlags mit einer Mustergruppe, die einer oder mehrerer dieser Herzschlagklassifikationen entspricht. Die Muster werden aktualisiert, um Änderungen in der Morphologie der Herzschläge zu verfolgen. Die Operation dieser Subroutine wird später in Verbindung mit der Beschreibung der 8 mehr im Detail beschrieben.
Block 205 veranlasst die Rückwärts-Filterung der EKG-Daten. In der vorgezogenen Ausführungsform ist dieser Filter ein Hochpassfilter, der als Teil eines Vorwärts/Rückwärts-Filterschemas zum Entfernen der Grundlinien-Auswanderung unter Erhaltung der Niederfrequenz-Informationen in den EKG-Daten verwendet wird.
Block 600 ruft eine Subroutine auf, die die Herzschläge vor der repräsentativen Herzschlagerstellung ausrichtet. Diese Logik vergleicht die Herzschläge mit einem Herzschlag-Ausrichtungsmuster um zu berechnen, wann die Herzschläge ausgerichtet sind, und nimmt Anpassungen vor, um die Rauscheffekte und Synchronisationsstörungen in den verschiedenen EKG-Wellenformen zu reduzieren. Die Operation dieser Subroutine wird später in Verbindung mit der Beschreibung der 9 mehr im Detail beschrieben.
Block 700 ruft eine Subroutine auf, die aus den ausgerichteten Herzschlägen einen repräsentativen Herzschlag erstellt. Diese Logik teilt die ausgerichteten Herzschläge zeitlich ein, sondert einen Prozentsatz der kleinsten und größten Größen der ausgerichteten Herzschläge in jedem Zeitpunkt aus und nimmt den Durchschnitt der verbleibenden Größen, um einen repräsentativen Herzschlag zu erstellen. Diese getrimmte Durchschnittbildungstechnik resultiert in einem qualitativ hochwertigen repräsentativen Herzschlag, da Rauschmuster und ausgemusterte Herzschläge ausgesondert werden.
Block 800 ruft eine Subroutine auf, die verschiedene Aspekte eines repräsentativen Herzschlags misst. Diese Logik analysiert die repräsentativen Herzschläge aus einer Gruppe von EKG-Wellenformen zur Bestimmung eines frühesten QRS-Onset und spätesten QRS-Offset und verwendet diese Werte zur Ausführung einer Messungsreihe. Dies ergibt zuverlässige Messungen selbst in stark verrauschten Umgebungen. Die Operation dieser Subroutine wird später in Verbindung mit der Beschreibung der 11 mehr im Detail beschrieben.
Block 210 zeigt den repräsentativen, von Subroutine 700 erstellten Herzschlag und optional die von den Subroutinen 800 und 400 erhaltenen Messungen auf der Anzeige 66 der Recheneinheit 60 (2). Beispiele dieser Anzeigen werden auf 18 und 19 gezeigt. Block 220 sendet den repräsentativen Herzschlag und die Messungen jeder EKG-Wellenform, einschließlich der von Subroutine 400 berechneten Herzfrequenzmessung, zurück zum Kardiographenen 40. Der Kardiograph 40 verarbeitet diese Information entsprechend dem Flussdiagramm der 12. Das Flussdiagramm endet in Block 249.
12 zeigt, wie der Kardiograph 40 die von der Recheneinheit 60 erhaltene Information verarbeitet. Block 150 erhält den repräsentativen Herzschlag und die Messungen, einschließlich der Herzfrequenzmessung, von Block 220 der 5 übersandt.
Block 190 druckt den von Subroutine 700 erstellten repräsentativen Herzschlag und optional die von den Subroutinen 800 und 400 erhaltenen Messungen mit dem Drucker 47 des Kardiographen 40 (2) aus. Beispiele dieser Ausdrucke werden auf 18 und 19 gezeigt.
II. QRS-Ermittlung
6 zeigt ein Flussdiagramm der Operation von Subroutine 300, ausgeführt von der QRS-Ermittlungslogik 71 der Recheneinheit 60 der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung. Block 302 führt einen Initialisierungsprozess durch, um die EKG-Daten in Erfahrung zu bringen. Genauer analysiert dieser Prozess beim ersten Durchgang der Subroutine die ersten paar Sekunden der EKG-Daten, um ein einleitendes Intervall zwischen Spitzen und die Größe einer Durchschnittsspitze zu bestimmen. Während des Routineablaufs (d. h. dem Zeitablauf der Subroutine) aktualisiert Block 302 weiterhin die beim ersten Subroutinedurchlauf erhaltenen Informationen.
Block 301 erhält die EKG-Daten aus drei EKG-Wellenformen von den zwölf von der Recheneinheit 60 in Block 201 (4) erhaltenen EKG-Wellenformen. Eine Graphik von drei beispielhaften EKG-Wellenformen wird auf 13 gezeigt. In der vorgezogenen Ausführungsform wählt Block 301 diese drei EKG-Wellenformen als die drei EKG-Wellenformen aus, die optimale Rauschcharakteristika haben. Dies verläuft unter kontinuierlicher Berechnung der Signalqualität an den zwölf EKG-Wellenformen und der Einstufung dieser Wellenformen von der höchsten zur niedrigsten Signalqualität.
Block 303 berechnet eine Aktivitätsfunktion aus diesen drei EKG-Datenüberleitungen. Eine Aktivitätsfunktion ist ein mathematisch von den EKG-Daten abgeleitetes Signal, welches die Charakteristika des Herzschlags hervorhebt und gleichzeitig den Einfluss von Rauschen minimiert, um eine präzisere Herzschlagdetektion zu ermöglichen. In der vorgezogenen Ausführungsform wird die Aktivitätsfunktion durch Kürzung der EKD-Daten um die Hälfte, die Filterung der Daten unter Verwendung eines Bandbreitenfilters und dem Nehmen des absoluten Werts der ersten Differenz erstellt. Die absoluten ersten Differenzen von den drei EKG-Wellenformen werden dann miteinander summiert, begrenzt und geglättet, um die Rauschleistung zu verbessern. Es werden die Rauschstatistiken (d. h. die Signalqualität) aller zwölf EKG-Wellenformen berechnet und aktualisiert. Eine Graphik einer beispielhaften Aktivitätsfunktion wird auf 14 gezeigt.
Block 305 prüft die Rauschstatistiken um festzustellen, ob inakzeptabel starkes Rauschen ermittelt wurde. Falls ja gibt Block 306 eine Meldung „starkes Rauschen" aus, die auf der Anzeige 66 der Recheneinheit 60 (2) angezeigt wird. Dieser Fehler veranlasst die Subroutine dazu, vorzeitig abzubrechen und in Block 398 zu enden. In Ermangelung eines starken Rauschens wird Block 305 negativ geantwortet. Block 309 überprüft, ob ein anderer Herzschlag ermittelt werden muss.
Wenn Block 309 bejahend geantwortet wird, führt die Subroutine 300 bis zu drei verschiedene Suchformen zum Auffinden jedes Herzschlags durch. Die erste Suche ist eine zeitliche Suche. Diese Suche wird normalerweise zur Ermittlung von Herzschlägen verwendet, die innerhalb eines kleinen Fensters ihrer erwarteten Zeit auftreten. Wenn die zeitliche Suche keine Ermittlung eines Herzschlags ermöglicht, wird eine abgeänderte zeitliche Suche verwendet. Die abgeänderte zeitliche Suche ist der Operation der zeitlichen Suche ähnlich, kann jedoch Herzschläge in schwach verrauschten Umgebungen auffinden, die die zeitliche Suche übersehen kann, wie frühe Herzschläge. Wenn sowohl die zeitliche als auch die abgeänderte zeitliche Suche keine Ermittlung eines Herzschlags ermöglichen, wird ein später Herzschlag gesucht. Diese Suche erkennt Herzschläge, die nach ihrer erwarteten Zeit auftreten.
Die Operation der zeitlichen Suche wird nun mehr im Detail erläutert.
Block 310 führt eine zeitliche Suche der Aktivitätsfunktion für QRS-Komplexe in den EKG-Daten durch. In der vorgezogenen Ausführungsform sucht Block 310 über 115% der aktuellen Intervalllänge zwischen Herzschlägen (wie in Block 302 festgelegt) mit einer Schwelle, der bei 80% des durchschnittlichen Spitzenwerts der Aktivitätsfunktion beginnt. Die Schwelle wird dann zeitlich linear auf 40% am Ende des Suchfensters dezimiert. Alle lokalen Maxima, die über diesem linear zurückgehenden Schwellwert festgestellt werden, werden als „Peak" betrachtet.
Block 315 prüft um festzustellen, ob Spitzen festgestellt wurden. Falls ja wählt Block 320 den echten Herzschlag (d. h. die QRS-Spitze) aus den ermittelten Spitzen aus, indem er die Zeiten jeder aufgetretenen Spitze prüft. Der Fachmann kann beurteilen, dass die hiervor beschriebene Suche in einer verrauschten Umgebung mehrere Spitzen ermitteln könnte, von denen alle außer einer Rauschen sein würden. Die Spitze, die am nächsten an der Zeit auftritt, an der der nächste Herzschlag erwartet wird, wird als echter Herzschlag betrachtet, und die Informationen in Bezug auf den Zeitpunkt dieses Herzschlags wird in der Ablage 69 der Recheneinheit 60 (2) abgelegt. Der Steuerablauf geht zurück nach Block 309 für die Ermittlung eines weiteren Herzschlags.
In Bezug auf 6 folgt nun die Beschreibung der Operation der abgeänderten zeitlichen Suche. Wenn Block 315 negativ geantwortet wird, prüft Block 330 um festzustellen, ob das Geräuschniveau gering ist. Falls ja sucht Block 335 die Aktivitätsfunktion unter Verwendung einer abgeänderten zeitlichen Suche. In der vorgezogenen Ausführungsform wird diese Suche unter Verwendung eines konstant geringeren Schwellwerts durchgeführt, wie 54% des durchschnittlichen Spitzen-Aktivitätsfunktionswerts, über 115% der aktuellen Intervalllänge. Block 335 prüft um festzustellen, ob Spitzen ermittelt wurden. Falls ja wählt Block 338 den echten Herzschlag aus den ermittelten Spitzen aus, indem er die Spitze auswählt, die am nächsten an der Zeit auftritt, an der der nächste Herzschlag erwartet wird. Die Informationen in Bezug auf den in Block 338 ausgewählten Herzschlag, wie der Zeitpunkt dieses Herzschlags, wird in der Ablage 69 der Recheneinheit 60 (2) abgelegt. Der Steuerablauf geht zurück nach Block 309 für die Ermittlung eines weiteren Herzschlags.
Es folgt die Beschreibung der Operation der späten Herzschlagsuche. Wenn entweder Block 330 oder 335 negativ antwortet, führt Block 350 eine späte Herzschlagsuche durch. In der vorgezogenen Ausführungsform sucht dieser Block die Aktivitätsfunktion über drei R-R-Intervalllängen unter Verwendung eines linear zurückgehenden Schwellwerts, wie dies bei der zeitlichen Suche der Fall war. Block 355 sucht, um festzustellen, ob Spitzen festgestellt wurden. Falls ja wählt Block 358 den echten Herzschlag aus den ermittelten Spitzen aus, indem er die erste Spitze auswählt, die er findet. Die Informationen in Bezug auf den in Block 309 ausgewählten Herzschlag, wie der Zeitpunkt dieses Herzschlags, wird in der Ablage 69 der Recheneinheit 60 (2) abgelegt. Der Steuerablauf geht zurück nach Block 309 für die Ermittlung eines weiteren Herzschlags. Wenn Block 355 negativ antwortet, gibt Block 370 die Meldung „Detektion misslungen" aus, die auf der Anzeige 66 der Recheneinheit 60 angezeigt wird. Da kein Herzschlag ermittelt wurde bewirkt dies einen vorzeitigen Abbruch der Subroutine in Block 396.
III. Herzfreguenzberechnung
7 zeigt ein Flussdiagramm der Operation von Subroutine 400, durchgeführt von der Herzfrequenz-Berechnungslogik 73 der Recheneinheit 60 der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung. Block 401 initiiert den sogenannten Zähler RR_ctr = 0. Block 403 liest und speichert das R-R-Intervall zwischen dem ersten ermittelten Herzschlag in der EKG-Wellenform und dem zweiten ermittelten Herzschlag in der EKG-Wellenform. In der vorgezogenen Ausführungsform verläuft diese Ermittlung unter Verwendung der von der QRS-Ermittlungslogik 71 in Subroutine 300 gespeicherten Informationen, obwohl auch herkömmliche Methoden zur Ermittlung von R-R-Intervallen in einer EKG-Wellenform verwendet werden könnten. Block 405 erhöht den RR-ctr. Block 410 prüft um festzustellen, ob der Zähler unter einem maximalen Zählerwert liegt und noch weitere Herzschläge zur Analyse in der EKG-Wellenform verfügbar sind. Wenn beide diese Bedingungen wahr sind geht der Steuerablauf zurück zu Block 403, bis eine der Bedingungen nicht mehr wahr ist. Es wurde eine alternative Ausführungsform in Betracht gezogen, wo Block 403 ein Timer ist und wo Block 410 prüft um festzustellen, ob eine maximale Zeit abgelaufen ist. Wenn die maximale Zeit z. B. auf 10 Sekunden eingestellt war, werden nur die Herzschläge verwendet, die im Zeitraum der letzten 10 Sekunden auftraten, um die Herzfrequenz zu berechnen.
Wird Block 410 eventuell negativ geantwortet, prüft Block 420 um zu versichern, dass mindestens eine minimale Anzahl von Herzschlägen im Durchlauf der Blöcke 403–410 analysiert wurden.
Wird Block 420 positiv geantwortet sortiert Block 425 die R-R-Intervalle vom kürzesten zum längsten. Block 430 sondert dann einen Prozentsatz der kürzesten und längsten R-R-Intervalle aus. In einer verrauschten Umgebung kann der QRS-Detektor fehlerhaft Rauschen als Herzschlag erkennen und kann irrtümlich einen echten Herzschlag übersehen. Diese Fehler führen zu fehlerhaften, sowohl zu langen als auch zu kurzen R-R-Intervallen. Der hier gebildete getrimmte Durchschnitt resultiert in eine zuverlässige und präzise Herzfrequenzberechnung selbst bei Vorhandensein von falschen Ermittlungen und übergangenen Herzschlägen.
In der vorgezogenen Ausführungsform sondert Block 430 25% des kürzesten und 25% des längsten R-R-Intervalls aus, obwohl andere Werte verwendet werden könnten. Block 435 nimmt dann den Durchschnitt der verbleibenden R-R-Intervalle. Block 440 konvertiert diesen durchschnittlichen R-R-Intervall in die Herzfrequenz. Block 445 glättet die von Block 440 bestimmte Herzfrequenz, indem sie ihren Durchschnitt mit einer vorbestimmten Anzahl vorhergehender Herzfrequenzen nimmt. in der vorgezogenen Ausführungsform nimmt Block 445 den Durchschnitt der aktuellen Herzfrequenz mit zwei vorhergehenden Herzfrequenzen. Auf jeden Fall wird die von Block 445 (oder von Block 440, wenn der Glättungsschritt von Block 445 nicht gewünscht wird) bestimmte Herzfrequenz von Block 450 in Ablage 69 der Recheneinheit 60 (2) gespeichert. Die Subroutine geht in Block 499 nach Block 500 der 5 zurück.
Wird Block 420 negativ geantwortet errechnet Block 460 schlicht den durchschnittlichen R-R-Intervall der kleinen Anzahl von R-R-Intervallen, die in Block 403 gelesen und gespeichert wurden. Diese durchschnittlichen R-R-Intervalle werden in Block 440 in eine Herzfrequenz konvertiert und die Herzfrequenz in Block 450 in der Ablage 69 der Recheneinheit 60 (2) gespeichert. Wie zuvor geht die Subroutine in Block 499 nach Block 500 der 5 zurück.
IV. Herzschlag-Klassifikation
8 zeigt ein Flussdiagramm der Operation von Subroutine 500 mit der Klassifikationslogik 74 der Recheneinheit 60 der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung. In der vorgezogenen Ausführungsform wird die Subroutine 500 zur Klassifikation von Herzschlägen in „D" (dominant), „V" (ventrikulär ektopisch), „S" (supraventrikulär ektopisch) oder „Q" (fragwürdig) eingestuft, obwohl andere Klassifikationen verwendet werden können.
Block 501 prüft um festzustellen, ob weitere Herzschläge zur Klassifikation anstehen. Falls ja holt Block 502 Informationen über den Zeitpunkt des nächsten Herzschlags ein. In der vorgezogenen Ausführungsform werden diese Informationen von der QRS-Ermittlungslogik 71 auf eine Art erhalten, die bereits dargelegt wurde, obwohl auch herkömmliche Methoden für den Erhalt dieser Informationen verwendet werden könnten. Block 503 normalisiert den Teil der Aktivitätsfunktion (von der QRS-Ermittlungslogik 71 oder den herkömmlichen Methoden) um den zu klassifizierenden Herzschlag. Block 505 führt Zeitpunkt- und Physiologiemessungen sowohl an der Aktivitätsfunktion als auch dem zu klassifizierenden Herzschlag durch. Diese Messungen werden in den Blöcken 510 und 550 als Hilfe zur Herzschlagklassifikation verwendet und später erläutert.
Block 510 prüft um festzustellen, ob alle von Block 505 durchgeführten Messungen innerhalb der physiologischen Grenzen (d. h. innerhalb einer vorbestimmten Breite und Höhe) liegen. Falls nein wird der Herzschlag als fragwürdig („Q") eingestuft, aufgrund des Rauschens, und der Steuerablauf geht zurück nach Block 501 um zu sehen, ob weitere Herzschläge zur Klassifikation anstehen. Wenn 510 zugestimmt wird stellt Block 515 den Musterzähler auf 1 zur Initialisierung einer Serie von Schritten, die den zu klassifizierenden Herzschlag mit einem oder mehreren Mustern vergleichen. Block 518 prüft um festzustellen, ob ein sogenannter Zähler Num_templates = 0. Falls ja wurden bislang keine Muster für diese EKG-Wellenform erstellt und der Steuerablauf springt zu den Blöcken 539 und 540 herunter, um ein neues Muster zu erstellen, indem er diesen Herzschlag als erstes Muster speichert. Block 542 verwendet dann die Zeitpunkt- und Physiologieinformationen zur Klassifikation dieses Herzschlags und seiner Einstufung als entweder „D" (dominant), „V" (ventrikulär ektopisch), „S" (supraventrikulär ektopisch) oder „Q" (fragwürdig). Meistens wird dieser Herzschlag als D klassifiziert, und das Muster als D/S klassifiziert, für „dominant/supraventrikulär ektopisch", da die große Mehrheit der klassifizierten Schläge derart klassifiziert werden und da D- und S-Schläge dieselbe Morphologie haben und somit mit demselben Muster übereinstimmen würden doch mit unterschiedlicher Zeitinformation – da der S-Schlag vor dem D-Schlag kommt. Die Methode zur Unterscheidung zwischen D- und S-Schlägen wird von den Blöcken 545 bis 558 durchgeführt, wie später mehr im Detail erläutert. Der Fachmann kann beurteilen, dass mehr als ein Muster als „D/S" klassifiziert werden kann, da dominante Herzschläge mehr als eine einzige Morphologie haben können. Block 542 erhöht Num_template auf eins zur Anzeige eines gespeicherten Musters. Der Steuerablauf geht nach Block 545, dessen Betrieb weiter unten erläutert wird.
Nachdem das letzte Muster erstellt wurde wird Block 518 negativ geantwortet, und Block 520 führt den zu klassifizierenden Herzschlag über das erste, stationäre Muster. Wie zuvor dargelegt entspricht das erste Muster generell einer ersten Herzschlag-Klassifikation von D/S, was das Muster für dominante und supraventrikuläre Wellenformen verkörpert. Wenn Block 520 diesen Herzschlag über das erste Muster führt, wird die minimale Flächendifferenz zwischen dem zu klassifizierenden Herzschlag und dem ersten Muster berechnet. Block 525 fragt, ob diese minimale Flächendifferenz weniger als ein Muster beträgt. Falls ja entspricht der Herzschlag dem ersten (D/S) Muster, und Block 530 nimmt den Durchschnitt der neuen Herzschlagdaten mit dem übereinstimmenden Muster. In der vorgezogenen Ausführungsform wird ein gewichteter Durchschnitt verwendet, wobei dem bestehenden Muster bei der Durchschnittnahme mehr Gewicht als dem neuen Herzschlag gegeben wird. Block 530 zeichnet auch die Anzahl Übereinstimmungen eines Herzschlags mit diesem Muster auf und wann ein Herzschlag zuletzt mit diesem Muster übereinstimmte.
Wird Block 525 negativ geantwortet erhöht Block 535 den Musterzähler. Block 538 prüft, ob die größte Anzahl zu prüfender Muster nicht überschritten wurde, was bedeuten würde, dass alle Muster geprüft wurden. Wird Block 538 positiv geantwortet geht der Steuerablauf zurück nach den Blocken 518 und 520, wo der Herzschlag über das zweite Muster geführt wird. Das zweite Muster entspricht exemplarisch der Klassifikation von ventrikulär ektopisch („V"). Block 520 berechnet erneut die minimale Flächendifferenz, und Block 525 fragt erneut, ob diese minimale Flächendifferenz weniger als ein Muster beträgt. Falls ja entspricht der Herzschlag dem zweiten (V) Muster, und Block 530 nimmt den Durchschnitt der neuen Herzschlagdaten mit dem übereinstimmenden Muster. Wenn keine Übereinstimmung gefunden wird durchläuft die Subroutine die Blöcke 535, 538, 518 und 525, bis eine Übereinstimmung gefunden wird oder bis Block 538 negativ geantwortet wird, was bedeutet, dass alle bestehenden Muster nach Übereinstimmungen untersucht wurden.
Nachdem eine Übereinstimmung gefunden wurde und Block 530 den Durchschnitt der neuen Herzschlagdaten mit dem übereinstimmenden Muster nimmt überprüft Block 537 die Klassifikation des Musters. Wenn neue Muster in den Durchschnitt bestehender Muster einbezogen werden ist eine Änderung der Klassifikation der Muster möglich. Ein z. B. ursprünglich als „V" klassifiziertes Muster kann später als „D" klassifiziert werden, wenn mehr Herzschläge seinen Durchschnitt bilden. Block 545 prüft um festzustellen, ob der Herzschlag mit einem D/S Muster übereinstimmt. Falls ja muss eine zusätzliche Untersuchung des Herzschlags gemacht werden, bevor der Herzschlag klassifiziert werden kann. Dies wird in Block 550 gemacht, der gefragt wird, ob der Herzschlag früh kam. Falls ja wird der Herzschlag in Block 555 als supraventrikulär („S") eingestuft und der Steuerablauf läuft zurück nach Block 501 um festzustellen, ob noch mehr Herzschläge klassifiziert werden müssen. Falls nein wird der Herzschlag in Block 558 als dominant („D") eingestuft und der Steuerablauf läuft zurück nach Block 501 um festzustellen, ob noch mehr Herzschläge klassifiziert werden müssen. Wenn Block 545 bestimmte, dass der Herzschlag mit einem anderen Muster als dem D/S Muster übereinstimmte klassifiziert Block 560 den Herzschlag in der dem Muster, mit dem er übereinstimmt, entsprechenden Klasse. Wenn der Herzschlag z. B. mit dem ventrikulären ektopischen („V") Muster übereinstimmt, wird das Muster als ventrikulär ektopisch klassifiziert. Der Steuerablauf geht zurück nach Block 501 wie zuvor beschrieben.
Weiterhin in Bezug auf Block 538 wurden, wenn Block 538 negativ antwortet, alle bestehenden Muster geprüft und keines stimmte überein. Block 539 fragt, ob Num template kleiner als Max template – ein Zähler zur Anzeige der maximalen Anzahl von Mustern – ist. Falls nein erstellt Block 540 für diesen Herzschlag ein neues Muster. Block 542 klassifiziert das neue Muster mit dem Herzschlag und erhöht Num_templates wie zuvor aufgeführt.
Wenn Block 539 negativ antwortet wurde die maximale Anzahl von Mustern erreicht. Block 541 überschreibt das Muster mit dem mindest aktuellen Update. Wie Block 542 klassifiziert Block 543 das neue Muster, erhöht jedoch nicht Num_templates, da die Anzahl von Mustern sich nicht änderte. Der Fachmann kann beurteilen, dass die aktuell erstellte Anzahl von Mustern variieren kann, je nach dem Umfang des Rauschens in der Umgebung und abhängig davon, ob ektopische Herzschläge ermittelt wurden.
Wenn Block 501 bestimmt, dass keine weiteren Herzschläge zu klassifizieren sind, zeigt Block 590 die klassifizierten Herzschläge auf Anzeige 66 der Recheneinheit 60 (2) an. Eine solch exemplarische Anzeige wird auf 15 gezeigt. Die Subroutine geht in Block 599 nach Block 205 der 5 zurück.
V. Herzschlag-Ausrichtung
9 zeigt eine Flussdiagramm der Operation von Subroutine 600, ausgeführt von der Ausrichtungslogik 75 der Recheneinheit 60 der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung. Block 601 bestimmt, welche 3 EKG-Wellenformen am wenigsten verrauscht sind. In der vorgezogenen Ausführungsform verläuft dies unter Verwendung der in Block 301 des Detektor-QRS-Komplexes der EKG-Wellenform-Subroutine 300 erhaltenen Informationen, obwohl diese Bestimmung direkt in dieser Subroutine durch kontinuierliche Berechnung des Signal-Rausch-Verhältnisses oder einer anderen Indikation der Signalqualität in den zwölf EKG-Wellenformen und der Einstufung dieser Wellenformen von der höchsten zur niedrigsten oder unter Verwendung einer anderen Technik gemacht werden könnte. Block 603 initiiert einen Überleitungszähler für die Betrachtung der ersten der drei am geringsten verrauschten EKG-Wellenformen. Block 605 erhält die EKG-Daten von der vom Überleitungszähler bestimmten EKG-Wellenform. Nach der Tiefpassfilterung der EKG-Daten in Block 608 bestimmt Block 610 das dominante Muster unter den Herzschlägen, welches zur Konstruktion des repräsentativen Herzschlags verwendet wird. In der vorgezogenen Ausführungsform findet dies unter Betrachtung dessen statt, wie viele Male die von der Klassifikationslogik verwendeten Muster mit einem Herzschlag übereinstimmten, wie in Block 530 von 8 bestimmt. Definitorisch ist dies ein D/S Muster.
Block 620 erstellt und speichert ein Ausrichtungsmuster in Ablage 69 der Recheneinheit 60. In der vorgezogenen Ausführungsform wird das Ausrichtungsmuster mit einem Herzschlag erstellt, der mit dem in Block 610 bestimmten dominanten Muster übereinstimmt, wobei ein Teil des dominanten Musters um den QRS normalisiert ist. Es wurde eine alternative Ausführungsform in Betracht gezogen, wobei Schritt 610 übersprungen wird und Block 620 mit der Suche des ersten als D klassifizierten Herzschlags (mit der Herzschlag-Klassifikationslogik 74 oder einer herkömmlichen Methode der Herzschlag-Klassifikation) ein Ausrichtungsmuster erstellt und diesen Herzschlag als Ausrichtungsmuster verwendet.
Block 630 stellt den Herzschlagzähler auf 1. Block 640 nimmt den nächsten dominanten Herzschlag für diese EKG-Wellenform und normalisiert einen Teil dieses Herzschlags um den QRS-Komplex. In Rahmen dieser Anwendung werden mit „D" klassifizierte Herzschläge als „dominant" bezeichnet, während mit „V", „S oder „Q" klassifizierte Herzschläge als „nicht-dominant" bezeichnet werden. In der vorgezogenen Ausführungsform werden nicht-dominante Herzschläge von der Ausrichtung und von der Bestimmung eines repräsentativen Herzschlags ausgeschlossen, da diese Herzschläge den repräsentativen Herzschlag kontaminieren können.
Block 650 führt diesen Herzschlag über das stationäre Ausrichtungsmuster zur Berechnung des Summenwertes der absoluten Differenzwerte zwischen dem Herzschlag und dem Ausrichtungsmuster. Dieser Wert wird hier als Flächendifferenz bezeichnet. Die Position, an der die Flächendifferenz minimal ist (minimale Flächendifferenz), ist die Position, an der der Herzschlag am besten mit dem Ausrichtungsmuster ausgerichtet ist, und diese Position wird für diesen Herzschlag in der Ablage 69 der Recheneinheit 60 gespeichert. Block 655 erhöht den Herzschlagzähler. Block 660 prüft um festzustellen, ob der Herzschlagzähler für diese EKG-Wellenform größer oder gleich der Anzahl von Ausrichtungsherzschlägen ist. Falls nein geht der Steuerablauf zurück nach Block 640, um den nächsten dominanten Herzschlag zu holen. Wenn ja erhöht Block 670 den Überleitungszähler.
Block 675 prüft um festzustellen, ob der Überleitungszähler größer oder gleich 3 ist – der Anzahl der in Block 601 gewählten am wenigsten verrauschten EKG-Wellenformen. Wird Block 675 negativ geantwortet geht der Steuerablauf zurück nach Block 605, wo der Ausrichtungsprozess für die nächste EKG-Wellenform wiederholt wird. Wird Block 675 positiv geantwortet korrigiert und speichert Block 680 jede Schlagzeit in jeder EKG-Wellenform mit dem Mittelwert der gerade unabhängig in diesen drei am wenigsten verrauschten Überleitungen bestimmten Ausrichtungszeiten. Dies wird zur Minimierung des Rauscheffekts getan und führt zur optimalen Ausrichtung der Herzschläge in den verschiedenen EKG-Wellenformen zu leicht unterschiedlichen Zeiten (also Synchronisationsstörung). Die Subroutine geht in Block 699 nach Block 700 von 5 zurück. 16 zeigt einen neuen Herzschlag, der über das stationäre Muster geführt wird.
VI. Repräsentative Herzschlagerstellung
10 zeigt ein Flussdiagramm der Operation von Subroutine 700 ausgeführt von der repräsentativen Herzschlag-Erstellungslogik 77 der Recheneinheit 60 der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung. Block 701 bestimmt, welche Herzschläge zur Erstellung des repräsentativen Herzschlags zu verwenden sind. In der vorgezogenen Ausführungsform werden nur „dominante" Herzschläge verwendet, die mit den zuvor erläuterten Herzschlag-Ausrichtungsschritten ausgerichtet wurden. Wenn mehr „dominante" Herzschläge verfügbar sind als die benötigte Anzahl für die Konstruktion eines repräsentativen Herzschlags, werden die mit der ähnlichsten Morphologie verwendet. Wenn z. B. zwei oder mehr dominante Muster in der Klassifikations-Subroutine 500 erstellt wurden, werden nur die Herzschläge verwendet, die mit dem dominanten Muster übereinstimmen, welches die meisten Herzschläge enthält. Block 705 setzt einen Zähler, der rückverfolgt, welche EKG-Wellenform für den repräsentativen Herzschlag geschaffen wurde, auf eins.
Block 710 prüft um festzustellen, ob der Überleitungsnummernzähler größer oder gleich der maximalen Anzahl von EKG-Wellenformen ist. Falls nein liest Block 715 die ausgerichteten „dominanten" Wellenformen für diese EKG-Wellenform. Block 720 setzt einen Zeitzeiger auf null.
Block 725 nimmt für jeden ausgerichteten Herzschlag in dem vom Zeitzeiger identifizierten Zeitpunkt die einem Zeitabschnitt entsprechenden Daten. In der vorgezogenen Ausführungsform entsprechen diese Daten der Größe jedem der ausgerichteten dominanten Herzschläge dieses Zeitpunkts. Block 730 sortiert die Größen dieses Zeitabschnitts vom kleinsten zum größten. Block 735 sondert einen Prozentsatz der kleinsten und größten Größen aus. In einer verrauschten Umgebung kann die Herzschlag-Klassifikations-Subroutine irrtümlich Herzschläge als dominant klassifizieren. Diese Fehler führen zu falsch klassifizierten Herzschläge, die sich irrtümlich unter den ausgerichteten Herzschläge befinden. Der hier genommene getrimmte Durchschnitt ergibt einen zuverlässigen und präzisen Herzschlag auch in Anwesenheit klassifizierter Herzschläge und bei dominanten Herzschlägen vorhandenem starkem Rauschen. In der vorgezogenen Ausführungsform werden 33% der kleinsten Größen und 33% der größten Größen ausgesondert, wobei auch andere Werte verwendet werden könnten. Block 740 nimmt den Durchschnitt der für diesen Zeitabschnitt verbleibenden Größen. Block 750 speichert die Durchschnittsgröße für diesen Zeitabschnitt in einer repräsentativen Matrix in der Ablage 69 der Recheneinheit 60. Block 755 erhöht den Zeitzeiger für den nächsten Zeitabschnitt und Block 760 prüft um festzustellen, ob der Zeitzeiger seinen maximalen Wert erreicht hat. Falls ja geht der Steuerablauf zurück nach Block 725 zur Bestimmung der Durchschnittsgröße der anderen Zeitabschnitte zur Komplettierung der Herzschlagmatrix. 17 zeigt exemplarisch ausgerichtete Herzschläge in Zeitabschnitten unter Verwendung des hiervor beschriebenen Prozesses.
Wird Block 760 positiv geantwortet nimmt Block 765 eine Vorwärts- und Rückwärtsfilterung des repräsentativen Herzschlags vor, der in der repräsentativen Herzschlagmatrix gespeichert ist, und speichert das Resultat wiederum in der Matrix von Block 770. Es wurde eine alternative Ausführungsform in Betracht gezogen, bei der dieser Schritt übersprungen wird. Block 775 erhöht den EKG-Wellenform-Zähler, und der Steuerablauf geht zurück nach Block 710 zur Erstellung eines repräsentativen Herzschlags für alle anderen EKG-Wellenformen. Nachdem Block 710 die Erstellung und Speicherung von repräsentativen Herzschlägen für jede der EKG-Wellenformen bestimmt zeigt Block 780 die repräsentativen Herzschläge auf der Anzeige 66 der Recheneinheit 60 an. Eine exemplarische Anzeige eines repräsentativen Herzschlags wird auf 18 gezeigt. Die Subroutine geht in Block 799 nach Block 800 von 5 zurück.
VII. Messungen
11 zeigt ein Flussdiagramm des Betriebs von Subroutine 800, ausgeführt von der Messungslogik 78 der Recheneinheit 60 der vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung. Block 801 erhält die repräsentativen Herzschläge für jede der EKG-Wellenformen. In der vorgezogenen Ausführungsform verläuft dies über das Lesen der repräsentativen, bei Schritt 770 von 10 gespeicherten Herzschlagmatrix. Alternativ könnten repräsentative Herzschläge verwendet werden, die unter Verwendung einer anderen Methode und einschließlich herkömmlichen Methoden für die Erstellung repräsentativer Herzschläge erstellt wurden.
Block 803 misst das früheste QRS-Onset und das späteste QRS-Offset aller in Block 801 erhaltenen repräsentativen Herzschläge. Diese Werte werden für viele Messungen verwendet, die für diese repräsentativen Herzschläge gemacht werden, wie gleich dargelegt wird. Block 805 initiiert einen Zähler, der die EKG-Wellenform rückverfolgt, für die der repräsentative Herzschlag bemessen wurde. Block 810 nimmt den repräsentativen Herzschlag für diese EKG-Wellenform. Block 815 bestimmt das isoelektrische Niveau des repräsentativen Herzschlags. In der vorgezogenen Ausführungsform ist dies das Durchschnittsniveau der 16 ms an Daten vor dem frühesten QRS-Onset. Block 820 bestimmt die R-Wellen-Amplitude für diesen repräsentativen Herzschlag. In der vorgezogenen Ausführungsform ist dies der maximale positive Wert zwischen dem frühesten QRS-Onset und dem spätesten QRS-Offset mit einer Anpassung zur Korrektur erhöhter S-T-Segmente beim spätesten QRS-Offset, wenn die „T"-Welle so breit ist, dass sie die Bestimmung der R-Wellen-Amplitude impaktiert.
Block 825 bestimmt das S-T-Niveau. In der vorgezogenen Ausführungsform ist dies der Durchschnitt von 10 ms um den anwenderbestimmten S-T-Messungspunkt des repräsentativen Herzschlags. Block 830 bestimmt die S-T-Schräge. In der vorgezogenen Ausführungsform verläuft dies unter Verwendung einer idealen Strickäquivalenz zwischen dem letzten QRS-Offset und dem S-T-Messungspunkt des repräsentativen Herzschlags. Block 835 bestimmt das ST-Integral. In der vorgezogenen Ausführungsform wird dies durch die Berechnung der Summe des negativen Bereichs zwischen dem letzten QRS-Offset und dem S-T-Messungspunkt des repräsentativen Herzschlags bestimmt.
Block 850 aktualisiert ein Messungs-Konfidenzfähnchen für jede gemachte Messung. In der vorgezogenen Ausführungsform werden historische Informationen und physiologische Grenzen verwendet, um diese Messungsfähnchen entweder auf „niedrige" oder „hohe" Konfidenz zu setzen. Diese Konfidenzfähnchen können einem Anwender auf verschiedene Arten angezeigt werden, mit dem Ausdruck „niedrig" oder „hoch" neben der Messung, mit verschiedenen Farben für die Messung auf der Anzeige (z. B. grün bedeutet hoch, rot bedeutet niedrig) etc. Eine „niedrige" Konfidenzfahne würde einem Kardiologen oder anderem medizinischem Personal anzeigen, dass eine Messung nicht physiologisch ist oder sich nicht-physiologisch entwickelt hat und manuell auf Korrektheit überprüft werden müsste. Block 855 erhöht den EKG-Wellenformzähler. Block 860 prüft um festzustellen, ob der EKG-Wellenformzähler die maximale Anzahl von EKG-Wellenformen überschreitet. Falls nein geht der Steuerablauf zurück nach Block 810, um den Prozess für andere EKG-Wellenformen zu wiederholen. Falls ja zeigt Block 880 die Messungen auf der Anzeige 66 von Recheneinheit 60 (2) an. Eine beispielhafte Anzeige dieser Messungen, die zusammen mit dem repräsentativen Herzschlag angezeigt werden, ist auf 19 dargestellt. Ein Kardiologe, der den repräsentativen Herzschlag und die Messungen der 19 betrachtet würde sehen, dass hier ein gestauchtes S-T-Segment vorliegt was anzeigt, dass die Herzkranzarterie des dem Belastungstest unterzogene Patienten erkrankt ist. Diese Subroutine geht in Block 899 nach Block 210 von 5 zurück.

1

20: Notierungseinheit
40: Kardiograph
60: Recheneinheit
10: Medizinisches Gerät

2

20: Notierungseinheit
41: Schnittstelle
45: Prozessor
47: Drucker
49: Schnittstelle
40: Kardiograph
66: Anzeige
61: Schnittstelle
65: Prozessor
68: Speicher
69: Ablage
67: Eingabegerät
60: Recheneinheit

3

71: QRS-Ermittlungslogik
73: Herzfrequenz-Berechnungslogik
74: Klassifikationslogik
75: Ausrichtungslogik
77: Repräsentative Herzschlaglogik
78: Messungslogik
65: Prozessor

4

Start

101: Erhalt EKG-Signale für Notierungseinheit
103: Dezimierung und Filterung der Muster außerhalb vorbestimmter Bandbreite
105: Erstellung von 12 Leitungen für 10 Elektroden
108: Senden der EKG-Daten an Recheneinheit
109: Ende

5

Start

201: Erhalt von 12 Leitungen mit EKG-Daten vom Kardiographen
203: Vorwärts-Filterung der Daten
300: Ermittlung der QRS-Komplexe in EKG-Wellenform (6)
400: Berechnung der Herzfrequenz (7)
500: Klassifizierung der Schläge in EKG-Wellenform (8)
205: Rückwärts-Filterung der Daten
600: Ausrichtung der Schläge in EKG-Wellenform (9)
700: Erstellung von repräsentativem Schlag aus EKG-Wellenform (10)
800: Erhalt der Messungen von repräsentativem Schlag für EKG-Wellenform (11)
220: Anzeige des repräsentativen Schlags und der Messungen
210: Zurücksenden des repräsentativen Schlags und der Messungen an den Kardiographen
249: Ende

6A

300: Ermittlung der QRS-Komplexe in EKG-Wellenform
302: Durchführung der Initialisierung
301: Erhalt von 3 Leitungen mit Daten
303: Durchführung Aktivitätsfunktion
398: Ende
305: Starkes Rauschen ermittelt? Ja
306: Ausgabe der Meldung „starkes Rauschen" Nein
309: Herzschlag zur ermitteln Nein
399: Zurück Ja
310: Durchführung zeitliche Suche

6B

315: Spitzen ermittelt? Ja
320: Auswahl echter Herzschlag aus ermittelten Spitzen und Speichern der Schlagzeit Nein
330: Geringes Rauschen? Ja
332: Durchführung der geänderten zeitlichen Suche
335: Spitzen ermittelt? Ja
338: Auswahl echter Herzschlag aus ermittelten Spitzen und Speichern der Schlagzeit Nein
350: Durchführung der späten Schlagsuche
355: Spitzen ermittelt? Ja
358: Auswahl echter Herzschlag aus ermittelten Spitzen und Speichern der Schlagzeit Nein
370: Ausgabe der Meldung „Ermittlung erfolglos"
396: Ende

7A

400: Berechnung der Herzfrequenz
401: Initialisierung RR_CTR = 0
403: Lesen und Speichern R-R-Intervall
405: Erhöhung RR_CTR Ja
410: RR_CTR < Max_RRs und RRs noch verfügbar? Nein
420: RR_CTR > Untergrenze? Nein
460: Berechnung des durchschnittlichen R-R-Intervalls

7B

Ja

425: Sortierung der R-R-Intervalle
430: Aussonderung der vorbestimmten % an kürzesten und längsten R-R-Intervallen
435: Durchschnittlich verbleibende % des R-R-Intervalls
440: Konvertierung des durchschnittlichen R-R-Intervalls in Herzfrequenz
445: Glättung durch Durchschnittnahme mit vergangener/en Herzfrequenz/en
450: Speichern
499: Zurück

8A

500: Klassifizierung der Schläge in EKG-Wellenform
501: Mehr Herzschläge zu klassifizieren?
590: Anzeige der klassifizierten Herzschläge
599: Zurück
502: Einholen der Informationen zum Schlagzeitpunkt
503: Normalisierung des Teils der QRS-Ermittlungs-Aktivitätsfunktion um den zu klassifizierenden Schlag
505: Durchführung von Messungen zur Aktivitätsfunktion und dem zu klassifizierenden Herzschlag
510: Liegen alle Messungen innerhalb der physiologischen Grenzen? Nein
512: Klassifizierung als Q

8B

Ja

515: Initialisierung CNT = 1 Ja
518: Num_Templates = 0 Nein
520: Führung des nicht klassifizierten Herzschlags über das Muster [CNT] unter Berechnung der minimalen Flächendifferenz
525: Ist die minimale Flächendifferenz < Schwelle? Nein
535: Erhöhung CNT Ja
530: Bei Übereinstimmung Durchschnittnahme der neuen Schlagdaten mit Muster Ja
538: Ist CNT < Num_Templates?
537: Überprüfung der Musterklassifizierung

8C

539: Ist Num_Templates < Max_Templates? Nein
541: Überschreiben des vor der längsten Zeit aktualisierten Musters
543: Klassifizierung des neuen Musters und Schlags Ja
540: Erstellung eines neuen Musters
542: Klassifizierung des neuen Musters und Schlags und Erhöhung Num_Templates
545: Stimmt Schlag mit D/S Muster überein? Nein
560: Klassifizierung als Klassifizierung entsprechend übereinstimmendem Musterschlag Ja
550: Kam Schlag früh? Ja
555: Klassifizierung als S Nein
558: Klassifizierung als D

9A

600: Ausrichtung der Schläge in EKG-Wellenform
601: Bestimmung der Identität der 3 am wenigsten verrauschten Leitungen
603: Initiierung Lead_ctr = 1
605: Erhalt der Daten für EKG-Wellenform
608: Tiefpassfilterung der Daten
610: Bestimmung des dominanten Musters unter den zu verwendenden Schlagen zur Konstruktion des repräsentativen Schlags
620: Erstellung und Speichern des Ausrichtungsmusters
630: Initüerung Beat_ctr = 1
640: Nehmen des nächsten typischen Schlags und Normalisierung eines die QRS umgebenden Teils

9B

650: Führung dieser Daten über das Ausrichtungsmuster unter Berechnung der minimalen Flächendifferenz (MAD); Speichern von Position und MAD-Wert falls für diesen Schlag minimal
655: Erhöhung Beat_ctr
660: Beat_ctr größer als ≥ Max_Beats_To_Use? Nein Ja
670: Erhöhung Lead_ctr
675: Lead_ctr ≥ 3? Ja
680: Korrektur jeder Schlagzeit mit dem Mittelwert der soeben bestimmten 3 Ausrichtungszeiten und Speichern
699: Zurück

10A

700: Erstellung von repräsentativem Schlag aus EKG-Wellenform
701: Bestimmung des zu verwendenden Schlags
705: Initialisierung Lead_Num = 1
710: Ist Lead_Num ≥ Max_Leads? Ja
780: Anzeige der repräsentativen Herzschläge
799: Zurück Nein
715: Lesen der Ausrichtungsschläge für diese EKG-Wellenform
720: Initialisierung Time_ptr = 0
725: Nehmen 1 Abschnitts der Größen der Schläge zur selben relativen Zeit
730: Sortierung der Größen in diesem Zeitabschnitt

10B

735: Aussonderung der vorbestimmten % an kleinsten und größten Größen
740: Durchschnittnahme der verbleibenden Größen
750: Speichern in repräsentativer Schlagordnung zur korrekten relativen Zeit
755: Erhöhung Time_ptr
760: Ist Time_ptr = beendet? Nein Ja
765: Vorwärts/Rückwärts-LP-Filterung des repräsentativen Schlags
775: Erhöhung Lead_Num
770: Speicherung des repräsentativen Schlags

11A

800: Erhalt der Messungen
801: Lesen der repräsentativen Schläge
803: Messung von QRS-Onset und QRS-Offset
805: Initialisierung Lead_Num = 1
810: Nehmen des repräsentativen Schlags für Leitung Lead_Num
815: Bestimmung des isoelektrischen Niveaus
820: Bestimmung der R-Wellen-Amplitude
825: Bestimmung des S-T-Niveaus
830: Bestimmung der S-T-Schräge

11B

835: Bestimmung des S-T-Integrals
850: Aktualisierung der Messungen der Konfidenzfähnchen
855: Erhöhung Lead_Num
860: Ist Lead_Num ≥ Max_Leads? Nein Ja
880: Anzeige der Messungen
899: Zurück

12

Start

150: Erhalt der repräsentativen Schläge und Messungen von der Recheneinheit
190: Drucken der repräsentativen Schläge und/oder Messungen
199: Ende

13
14 Aktivitätsfunktion
15 Aktivitätsfunktion
16 Muster
17 Schlag (1, 2, N-1, N)
18
19 S-T-Niveau: –2,5 mm – S-T-Schräge: 45 mm/sec – S-T-Integral: 0,3 cm² – Herzfrequenz: 112 S/min

Claims

Medizinisches Gerät (10) zum Suchen bzw. Ermitteln eines Herzschlags bzw. einer Herzfrequenz in einer Vielzahl von EKG-Wellenformen, umfassend: Mittel bzw. Einrichtungen zum Bestimmen einer Zeitdauer eines vorangehenden bzw. vorbereitenden Intervalls zwischen vorangehenden bzw. vorbereitenden Peaks bzw. Spitzen der EKG-Wellenformen; Mittel zum Auswählen eines Untersatzes einer Vielzahl von EKG-Wellenformen, welche optimale Rauschcharakteristika aufweisen; Mittel zum Berechnen einer Aktivitätsfunktion aus dem Untersatz der Vielzahl von EKG-Wellenformen, worin die Aktivitätsfunktion Herzschlag- bzw. Herzfrequenzcharakteristika in dem Sub- bzw. Untersatz der Vielzahl von EKG-Wellenformen betont bzw. verstärkt und Rauschcharakteristika in dem Subsatz der Vielzahl von EKG-Wellenformen minimiert; erste Such- bzw. Untersuchungsmittel zum Suchen bzw. Ermitteln der Aktivitätsfunktion nach Peaks unter Verwendung einer Einschalt- bzw. Direktzeitsuche, worin die Direktzeitsuche nach Peaks innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters um das Verstreichen der Zeitperiode des vorbereitenden bzw. einleitenden Intervalls sucht bzw. untersucht; und Mittel zum Speichern von jeglichen Peaks bzw. Spitzen, welche durch die Direktzeitsuche gefunden wurden.
Medizinisches Gerät nach Anspruch 1, weiters umfassend: Mittel zum Detektieren einer Vielzahl von Peaks, welche auf die ersten Suchmittel ansprechen, Mittel zum Auswählen eines Peaks aus der Vielzahl von Peaks als der Herzschlag, wobei der eine Peak am nächsten zu dem Verstreichen der Zeitperiode des vorbereitenden Intervalls ist; und Mittel zum Speichern des Herzschlags, welcher durch die Auswahlmittel ausgewählt wurde.
Medizinisches Gerät nach Anspruch 1, weiters umfassend: Mittel zum Bestimmen, dass keine Peaks durch die ersten Suchmittel detektiert wurden; zweite Suchmittel zum Suchen der Aktivitätsfunktion unter Verwendung einer modifizierten Direktzeitsuche.
Medizinisches Gerät nach Anspruch 3, weiters umfassend: Mittel zum Finden einer Vielzahl von Peaks, welche auf die zweiten Suchmittel ansprechen; Mittel zum Auswählen eines Peaks aus der Vielzahl von Peaks als der Herzschlag, wobei der eine Peak am nächsten zu dem Verstreichen der Zeitdauer des vorbereitenden Intervalls ist; und Mittel zum Speichern des Herzschlags, welcher in dem Auswahlschritt gewählt wurde.
Medizinisches Gerät nach Anspruch 3, weiters umfassend: Mittel zum Bestimmen, dass keine Peaks durch die ersten Suchmittel oder durch die zweiten Suchmittel detektiert wurden; dritte Suchmittel zum Suchen der Aktivitätsfunktion unter Verwendung einer Suche eines späten Schlags; Mittel zum Finden einer Vielzahl von Peaks, welche auf die dritten Suchmittel ansprechen; Mittel zum Auswählen eines Peaks aus der Vielzahl von Peaks als der Herzschlag, wobei der eine Peak der erste der Vielzahl von Peaks ist; und Mittel zum Speichern des Herzschlags, welcher durch die Auswahlmittel gewählt wurde.
Medizinisches Gerät nach Anspruch 1, worin der Subsatz einer Vielzahl von EKG-Wellenformen, welche durch die Auswahlmittel ausgewählt wurden, die drei EKG-Wellenformen mit dem geringsten Rauschen ist.
Medizinisches Gerät nach Anspruch 1, worin die Mittel zum Berechnen einer Aktivitätsfunktion weiters umfassen: Mittel zum Dezimieren bzw. Verringern von Daten, welche an jedem Subsatz der EKG-Wellenformen enthalten sind, wodurch dezimierte Daten erzeugt werden; Mittel zum Filtern der dezimierten Daten, wodurch gefilterte, dezimierte Daten erzeugt werden; Mittel zum Nehmen des Absolutwerts der ersten Differenz der gefilterten, dezimierten Daten, wodurch absolute Differenzdaten erzeugt werden; Mittel zum Summieren der absoluten Differenzdaten für jeden Subsatz von EKG-Wellenformen, wodurch summierte Daten erzeugt werden; und Mittel zum Bilden eines Schwellwerts und zum Glätten der summierten Daten, um die Aktivitätsfunktion zu erzeugen.
Medizinisches Gerät nach Anspruch 1, worin die ersten Suchmittel weiters umfassen: Mittel zum Auswählen eines Intervallbereichs, welcher größer ist als die Zeitperiode des vorbereitenden Intervalls; Mittel zum Einstellen eines ersten Schwellwerts an einem ersten Schwellwertprozentsatz eines durchschnittlichen Spitzen- bzw. Peakwerts; Mittel für ein lineares Verringern des ersten Schwellwerts auf einen zweiten Schwellwert, welcher einen zweiten Schwellwertprozentsatz des mittleren Spitzenwerts aufweist; und Mittel zum Notieren von jeglichen Peaks, welche sich über dem linear abnehmenden Schwellwert zwischen dem ersten Schwellwert und dem zweiten Schwellwert befinden.
Medizinisches Gerät nach Anspruch 3, worin die zweiten Suchmittel weiters umfassen: Mittel zum Auswählen eines Intervallbereichs, welcher größer ist als die Zeitperiode des vorbereitenden Intervalls; Mittel zum Einstellen eines dritten Schwellwerts an einem dritten Schwellwertprozentsatz eines durchschnittlichen Spitzenwerts, wobei der dritte Schwellwert über den Intervallbereich konstant ist; und Mittel zum Notieren von jeglichen Peaks, welche sich über dem dritten Schwellwert befinden.
Medizinisches Gerät nach Anspruch 5, worin die dritten Suchmittel weiters umfassen: Mittel zum Auswählen eines Intervallbereichs von drei Zeitperioden eines vorbereitenden Intervalls des Subsatzes von EKG-Wellenformen, Mittel zum Einstellen eines ersten Schwellwerts an einem ersten Schwellwertprozentsatz eines durchschnittlichen Spitzenwerts; Mittel zum linearen Verringern des ersten Schwellwerts auf einen zweiten Schwellwert, welcher einen zweiten Schwellwertprozentsatz des durchschnittlichen Peakwerts aufweist; und Mittel zum Notieren von jeglichen Peaks, welche sich zwischen dem ersten Schwellwert und dem zweiten Schwellwert befinden.