DE60128578T2

DE60128578T2 - Verfahren und system zur ermittlung von herzarrhythmie

Info

Publication number: DE60128578T2
Application number: DE60128578T
Authority: DE
Inventors: Leon Montreal GLASS; Katsumi Montreal TATENO
Original assignee: McGill University
Current assignee: McGill University
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: EP1322223A1; AU2001293572A1; US7120485B2; US20050165320A1; PT1322223E; DK1322223T3; DE60128578D1; EP1322223B1; IL154882A0; CA2422851A1; ATE362729T1; WO2002024068A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Erfassung von Herzarrhythmien bzw. Herzrhythmusstörungen aus intern und/oder extern erfassten Aktivitäten des Herzens.
Herzflimmern bzw. Vorhofflimmern ist eine ernste und häufig auftretende Herzrhythmusstörung. Das Vorhofflimmern ist verbunden mit schnellen, unregelmäßigen Herzvorhofaktivierungen mit lebensbedrohlichen Spätschäden wie bspw. Apoplexie bzw. einem Schlaganfall. Die Herzvorhofaktivierungen werden unregelmäßig durch den Atrioventrikularknoten übertragen, was zu einer entsprechend unregelmäßigen Sequenz von ventrikulären bzw. Kammer-Aktivierungen führt, wie sie von den (RR) Intervallen zwischen den ventrikulären Schlägen auf dem Oberflächen-Elektrokardiogramm (EKG bzw. ECG) dargestellt werden. Ein RR-Intervall ist ein Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Herzschlägen. Klinisch wird in dem Oberflächen-EKG bzw. ECG ein Vorhofflimmern durch das Fehlen der P-Wellen (normalerweise verbunden mit der beinahe synchronen Aktivierung des Herzvorhofs) und einer schnellen unregelmäßigen ventrikulären Frequenz diagnostiziert. P-Wellen sind schwierig automatisch zu bestimmen und eine unregelmäßige Grundlinienaktivität des EKG tritt häufig bei einem Vorhofflimmern auf.
Obwohl eine Vielzahl von verschiedenen Verfahren zur Untersuchung auf ein Vorhofflimmern vorgeschlagen wurde, die auf der Kenntnis der RR-Intervalle und/oder des Oberflächen- EKG's basieren, wirft die auf diesen Messwerten bzw. Daten basierende Erfassung des Vorhofflimmerns dennoch substantielle Probleme auf (Murgatroyd, et al. "Identification of Atrial Fibrillation Episodes in Ambulatory Electrocardiographic Recordings: Validation of a Method for Obtaining Labeled R-R Interval Files", Pacing and Clinical Electrophysiology (1995), pp. 1315–1320). In der folgenden Beschreibung wird ein kurzer Überblick über die wichtigsten Strategien gegeben, die vorgeschlagen wurden, um basierend auf der Kenntnis der RR-Intervalle und/oder des EKG's Zugang zu dem Vorhofflimmern zu erlangen.
Da RR-Intervalle während des Vorhofflimmerns eine größere Standardabweichung und ein schnelleres Abklingen der Autokorrelationsfunktion aufweisen, gibt es Vorschläge, dass die Standardabweichung und die Autokorrelationsfunktion dazu benutzt werden können, das Vorhofflimmern von einem Sinusrhythmus zu unterscheiden (Bootsma, et al. "Analysis of RR Intervals in Patients with Atrial Fibrillation at Rest and During Exercise", Circulation, (1970), pp. 783–794). Da andere abnormale Rhythmen ebenfalls eine große Standardabweichung der RR-Intervalle und ein schnelles Abklingen der Autokorrelationsfunktionen aufweisen, sind diese Methoden in konkreten Situationen schwierig anzuwenden.
Moody und Mark (G. Moody, et al. "A New Method for Detecting Atrial Fibrillation Using R-R Intervals", Computers in Cardiology, (1983), pp. 227–230) klassifizieren RR-Intervalle als kurz, lang oder normal. Sie erstellen dann ein Markov-Modell für die Wahrscheinlichkeiten für die Übergänge zwischen RR-Intervallen in jeder der drei verschiedenen Längen-Klassen. Messwerte bzw. Daten eines Vorhofflimmerns weisen typische Übergangswahrscheinlichkeiten auf, die nicht von normalen Rhythmen oder anderen Arrhythmien bzw. Rhythmusstörungen genutzt werden. Obwohl das Mar kov-Modell eine hohe Empfindlichkeit für die Bestimmung eines Vorhofflimmerns aufweist, tendiert es dazu, einen relativ niedrigen Vorhersagewert eines positiven Tests aufzuweisen.
Pinciroli und Castelli haben die Morphologie von RR-Intervall-Histogrammen, die während einem Vorhofflimmern oder anderen Arrhythmien bzw. Herzrhythmusstörungen gesammelt wurden, untersucht (F. Pinciroli, et al. "Pre-clinical Experimentation of a Quantitative Synthesis of the Local Variability in the Original R-R Interval Sequence in the Presence of Arrhythmia", Automedica, (1986), vol. 6, pp. 295–317. Pinciroli and Castelli, 1986). Sie wiesen nach, dass die Histogramme des Verhältnisses zwischen aufeinanderfolgenden RR-Intervallen charakteristische Unterschiede zwischen normalen Rhythmen und dem Vorhofflimmern aufweisen. Das Histogramm des Verhältnisses zwischen aufeinanderfolgenden RR-Intervallen ist symmetrisch zum Mittelwert. Es wurden keine quantitativen Verfahren vorgeschlagen, um die Symmetrie zu quantifizieren oder um sie zur Entwicklung eines quantitativen Tests zu benutzen.
Da die Grundlinie des EKG's während einem Vorhofflimmern unregelmäßig verläuft, hat Slocum (J. Slocum, et al. "Computer Detection of Atrial Fibrillation an the Surface Electrocardiogram", Computers in Cardiology, (1987), pp. 253–254) vorgeschlagen, dass die Regelmäßigkeit der Grundlinie, wie sie durch das Leistungsspektrum des verbleibenden EKG's nach Abzug der Grundlinie der QRS-Komplexe bestimmt wird, zur Erfassung eines Vorhofflimmerns verwendet werden kann. Dieses Verfahren ist zwangsläufig empfindlich gegenüber kleinen Geräuschmengen bzw. niedrigen Summen von Geräuschen, die die Grundlinie des EKG's verschlechtern könnten.
Implantierbare Kammer- und Vorhofdefibrillatoren sind Einheiten, die ein Vorhofflimmern und ein Kammerflimmern von anderen Rhythmen unterscheiden. Üblicherweise zeichnen Elektroden in diesen Einheiten Aktivitäten innerhalb des Herzens direkt an dem Vorhof und den Kammern auf. Die Verfahren, die zur Erfassung eines Vorhofflimmerns in diesen Einheiten verwendet werden, können nicht leicht auf Aufzeichnungen angewandt werden, die Informationen über das Timing bzw. den Takt der QRS-Komplexe geben. ( US-Patent Nr. 6,144,878 , ausgestellt an Schroeppel am 07. November 2000, US-Patent Nr. 6,035,233 , ausgestellt an Schroeppel am 07. März 2000, US-Patent Nr. 5,749,900 , ausgestellt an Schroeppel am 24. Mai 1998, US-Patent Nr. 6,064,906 , ausgestellt an Langberg et al. am 16. Mai 2000, US-Patent Nr. 5,772,604 , ausgestellt an Langberg et al. am 30. Juni 1998, US-Patent Nr. 6,061,592 , ausgestellt an Nigam am 09. Mai 2000, US-Patent Nr. 5,941,831 , ausgestellt an Turcott am 24. August 1999, US-Patent Nr. 5,591,215 , ausgestellt an Greenhut et al. am 07. Januar 1997).
Die Analyse eines Histogramms von Intervallen zwischen den Herzschlägen kann verwendet werden, um zwischen einem Kammerflimmern und einer ventrikulären Tachykardie zu unterscheiden. Durch das Zählen der Anzahl von Schlägen in vordefinierten Intervall-Klassen identifiziert ein Algorithmus eine gegebene Sequenz als Kammerflimmern oder ventrikuläre Tachykardie. ( US-Patent Nr. 5,330,508 ausgestellt an Gunderson am 19. Juli 1994). Obwohl dieses Patent darauf hinweist, dass die Erfindung von Wert für die Erfassung und die Behandlung eines Vorhofflimmerns ist (Spalte 2, Zeilen 29 bis 31), stellt es keine spezielle Ausführungsform zur Erfassung und Behandlung eines Vorhofflimmerns bereit.
Basierend auf dem vorstehenden Überblick des Stands der Technik, wird deutlich, dass ein Bedarf besteht, ein Ver fahren und ein System zur Bestimmung zu entwickeln, ob eine gegebene Aufzeichnung ein Vorhofflimmern darstellt oder nicht, basierend auf dem Timing bzw. dem Takt der QRS-Komplexe, die von einem internen und/oder externen Monitor erfaßt werden. Die auf dem Timing bzw. dem Takt der QRS-Komplexe basierende Beurteilung, ob ein Patient ein Vorhofflimmern aufweist, wäre sehr nützlich, bspw. um die Wirksamkeit von speziellen Medikamenten für einen Patienten zu beurteilen, die mit einer überwachenden Einheit, die das Timing bzw. den Takt der QRS-Komplexe erfasst, angepasst werden.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Erfassung von Herzarrhythmien bzw. Herzrhythmusstörungen eines Patienten bereitgestellt, mit
einem RR-Intervall-Erfassungs-Monitor zur Erfassung von RR-Intervallen des Patienten, wobei jedes RR-Intervall ein Intervall zwischen zwei Herzschlägen darstellt,
einer Standard-ΔRR-Histogramm-Speichereinheit, in der Standard-Histogramme von ΔRRs gespeichert werden, die während Herzrhythmusstörungen bei einer Vielzahl von Testpersonen gesammelt werden, wobei jedes ΔRR eine Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden RR-Intervallen darstellt,
einem Test-ΔRR-Histogramm-Rechner bzw. -Kalkulator, der von dem Monitor mit den gemessenen RR-Intervallen versorgt wird und Test-Histogramme aus den ΔRRs des Patienten erstellt, und
einem Standard- und Test-ΔRR-Histogramm-Vergleicher bzw. -Komparator, der mit den Standard- und Test-Histogrammen versorgt wird, wobei der Vergleicher einen Detektor für Herzrhythmusstörungen des Patienten aufweist, der auf den Vergleich der Standard- und Test-Histogramme reagiert.
In Übereinstimmung mit bevorzugten Ausführungsformen

– stellen die Standard- und Test-Histogramme Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme dar,
– wird ein Mittelwert einer vorgegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden RR-Intervallen des Patienten berechnet und ein Standard-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramm in Bezug auf diesen Mittelwert ausgewählt,
– umfasst der Vergleich der Standard- und Test-Histogramme die Einstellung eines spezifitätsverändernden und sensibilitäts- bzw. empfindlichkeitsverändernden Parameter,
– umfasst der Vergleich der Standard- und Test-Histogramme:
– das Berechnen einer kumulativen Standard-Wahrscheinlichkeitsverteilung der Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme,
– das Berechnen einer kumulativen Test-Wahrscheinlichkeitsverteilung der Test-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme,
– das Berechnen einer Abweichung zwischen diesen Standard- und Test-Verteilungen, und
– das Erfassen von Herzrhythmusstörungen, wenn die berechnete Abweichung höher als der spezifitätsverändern de und sensibilitäts- bzw. empfindlichkeitsverändernde Parameter ist.

Es liegt innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, das vorstehende Konzept zur Erfassung nicht nur eines Vorhofflimmerns sondern auch von anderen Herzrhythmusstörungen, die im Besonderen, jedoch nicht ausschließlich, ein Herzflattern bzw. Vorhofflattern, eine multifokale atriale Tachykardie, eine ventrikuläre Tachykardie, vorzeitige ventrikuläre Kontraktionen, usw. umfassen, sowie zur Erfassung von anderen Körperphänomenen anzuwenden, die elektrische Aktivitäten einschließen. Es liegt außerdem im Umfang der vorliegenden Erfindung, andere Signale als die RR-Intervalle, andere Histogramme als ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme, andere Tests als den KS-Test und von 100 abweichenden Folgen von ΔRRs zu verwenden. Des weiteren können andere Verfahren neben dem Komogorov-Smirnov-Test verwendet werden, um Test-Histogramme mit den Standard-Histogrammen zu vergleichen.
Die vorstehenden und weiteren Gegenstände, Vorteile und Features bzw. Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aufgrund des Lesens der folgenden nicht einschränkenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform davon deutlicher, die nur beispielhaft mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen gegeben wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt Zeitfolgen dar, die die RR-Intervalle der Testperson 202 aus der MIT-BIH-Arrhythmie-Datenbank zeigen. Die durchgezogene Linie direkt unter den Zeitfolgen der RR-Intervalle zeigt die Beurteilung eines Vorhofflimmerns (angezeigt durch AF) oder eines nicht vorhandenen Vorhof flimmerns (angezeigt durch N), wie sie in der Datenbank ausgewiesen ist. Die durchgezogene Linie am unteren Rand der 1 zeigt die Beurteilung eines Vorhofflimmerns, angezeigt mit 1, und eines nicht vorhandenen Vorhofflimmerns, angezeigt mit 0, die auf einem hier vorgestellten Algorithmus basiert, an.
2 stellt ein Flussdiagramm dar, das ein Verfahren zum Betrieb einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Erfassung eines Vorhofflimmerns darstellt, das auf RR-Intervallen basiert.
3a bis 3p stellen Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme während eines Vorhofflimmerns dar. Die mittleren RR-Intervalle sind a)350–399 ms, b) 400–449 ms, c) 450–499 ms, d) 500–549 ms, e) 550–599 ms, f) 600–649 ms, g) 650–699 ms, h) 700–749 ms, i) 750–799 ms, j) 800–849 ms, k) 850–899 ms, l) 900–949 ms, m) 950–999 ms, n) 1000–1049 ms, o) 1050–1099 ms und p) 1100–1149 ms.
4 zeigt die Standard-Abweichung der ΔRR, die aus dem Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramm als eine Funktion des mittleren RR-Intervalls besteht.
5 stellt den Kolmogorov-Smirnov (KS)-Test dar. Eine kumulative Wahrscheinlichkeitsverteilung, die auf Patienten-Test-Messwerten bzw. -daten basiert, wird mit einer kumulativen Standard-Wahrscheinlichkeitsverteilung verglichen. D stellt die größte Distanz zwischen zwei kumulativen Wahrscheinlichkeitsverteilungen dar.
6a und 6b zeigen ein Beispiel der Standardabweichung (6a) und die Abweichung (6b) eines Test-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramms. Die Kurve repräsentiert die Standardabweichung (6a) und die Abweichung (6b) des Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramms.
7 zeigt die Empfänger-Betriebscharakteristik-Kurve (ROC), wenn dieses Verfahren mit der MIT-BIH-Vorhofflimmer/-flatter-Datenbank getestet wird. Die Spezifität nimmt mit der Zunahme von P_C zu, während die Sensitivität bzw. die Empfindlichkeit mit zunehmendem P_C abnimmt.
8 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Systems entsprechend der vorliegenden Erfindung zur Implementierung des Verfahrens aus 2, zur Erfassung eines Vorhofflimmerns, die auf RR-Intervallen basiert.
9 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Test- und Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramm-Vergleichers bzw. -Komparators, der einen Teil des Systems aus 8 darstellt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf ein Vorhofflimmern beschrieben wird, kann dasselbe Konzept zur Erfassung von anderen Herzar rhythmien bzw. Herzrhythmusstörungen angewandt werden, die im speziellen, aber nicht ausschließlich, ein Vorhofflattern, eine multifokale atriale Tachykardie, eine ventrikuläre Tachykardie, vorzeitige vertikuläre Kontraktionen, usw. umfassen. Dieses Konzept kann ebenso zur Erfassung von anderen Körperphänomenen angewandt werden, die elektrische Aktivitäten umfassen.
Die Messwerte bzw. Daten wurden von der MIT-BIH-Vorhofflimmer/-flatterdatenbank bezogen. Die Messwerte beinhalten 300 Vorhofflimmervorfälle, die mit 250 Hz zehn Stunden lang von Holter-Tapes bzw. -Bändern von 25 Testpersonen abgetastet wurden. Die Erfassung von Rhythmusstörungen wurde von ausgebildeten Beobachtern ausgeführt und von einer unabhängigen Auswertung bestätigt.
1 zeigt eine typische Zeitfolge von RR-Intervallen eines Patienten mit Vorhofflimmern. Unmittelbar unter der Aufzeichnung verläuft eine durchgezogene Markierungslinie 101. Sobald ein Vorhofflimmern auftritt, wird diese Markierungslinie 101 auf "AF" gesetzt, andernfalls wird sie auf "N" gesetzt, womit ein Rhythmus angezeigt wird, der kein Vorhofflimmern darstellt. Das Diagramm aus 1 zeigt außerdem eine tiefer liegende durchgezogene Linie 102, die die Beurteilung eines Vorhofflimmerns, angezeigt durch "1", und eines nicht vorhandenen Vorhofflimmerns, angezeigt durch "0", anzeigt, die auf einem der vorliegenden Erfindungen entsprechenden Algorithmus basiert. Zu Beginn des Vorhofflimmerns verändert sich der Rhythmus dramatisch zu einem unregelmäßigen Rhythmus mit großen Schwankungen. Bei einem krampfartigen Vorhofflimmern treten ein plötzlicher Beginn und ein plötzliches Ende des Vorhofflimmerns auf.
2 zeigt ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß bzw. entsprechend der Erfin dung zur Erfassung eines Vorhofflimmerns. 8 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Systems entsprechend der Erfindung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme werden, wie nachstehend beschrieben, vor der Erfassung eines Vorhofflimmerns vorbereitet bzw. erzeugt und anschließend in einer geeigneten Speichereinheit 804 (8) gespeichert.
RR-Intervalle eines Patienten werden zuerst mittels eines internen und/oder externen RR-Intervall-Monitors 801 (8) erfasst (201 in 2), der eine elektrische Aktivität des Herzschlags des Patienten erfasst.
ΔRR ist als die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden RR-Intervallen definiert. In der bevorzugten Ausführungsform werden Blöcke von 100 aufeinanderfolgenden RR-Intervallen während eines Vorhofflimmerns verarbeitet. Für diesen Zweck werden die von dem Monitor 801 erfassten RR-Intervalle (202 in 2) durch einen RR-Intervall-Zähler 802 (8) gezählt, bis die Anzahl von erfassten RR-Intervallen 100 Intervalle erreicht (203 in 2).
Der Mittelwert jedes Blockes von 100 RR-Intervallen wird mittels eines Kalkulators 803 aus den RR-Intervallen des Monitors 801 berechnet. Natürlich wird der Kalkulator 803 mit dem Zahlenwert des Zählers 802 versorgt. Dieser Mittelwert ordnet den Block von 100 RR-Intervallen einer von sechzehn (16) verschiedenen Klassen zu, die jeweils RR-Mittelwerten zwischen 350–399 ms, 400–449 ms, 450–499 ms, 500–549 ms, 550–599 ms, 600–649 ms, 650–699 ms, 700–749 ms, 750–799 ms, 800–849 ms, 850–899 ms, 900–949 ms, 950–999 ms, 1000–1049 ms, 1050– 1099 ms und 1100–1049 ms bzw. 1149 ms entsprechen. Für jede der sechzehn (16) Klassen wird ein Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramm durch Zusammenstellung der Messwerte aller Testpersonen erstellt, z. B. der Testpersonen der vorstehend genannten MIT-BIH-Vorhofflimmer/flatterdatenbank. Die resultierenden Histogramme (bspw. dargestellt in den 3a bis 3p) wurden als Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme eines Vorhofflimmerns verwendet, nach dem mittleren RR-Intervall sortiert (beispielsweise dargestellt in den 3a bis 3p) und in der Speichereinheit 804 gespeichert. Mit anderen Worten wählt ein Standard-ΔRR-Histogramm-Selektor 805 das Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramm (3a bis 3p) entsprechend der Klasse in die der berechnete Mittelwert des RR-Intervalls (aus 204 in 2) unter Berücksichtigung des Blocks von 100 RR-Intervallen fällt (205 in 2), aus.
Offenkundig liegt es im Umfang der vorliegenden Erfindung, die Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme unter Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von aufeinanderfolgenden RR-Intervallen, z. B. 25, 50 oder einer anderen Anzahl von aufeinanderfolgenden RR-Intervallen zu erstellen. Es liegt außerdem im Umfang der vorliegenden Erfindung, die Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme unter Verwendung von mittleren RR-Intervallen zu erstellen, die in anderen Bereichen liegen, bspw. 300–399 ms, 400–499 ms, 500–599 ms, usw.
4 zeigt die Standardabweichung bzw. Standarddeviation (SD) des Standard-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramms von ΔRR.
Test-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme werden durch einen Kalkulator 806 aus den Messwerten bzw. Daten erstellt (206 in 2), die von dem Patienten (Testaufzeichnungen) durch den Monitor 801 gewonnen wurden. Wie in der vorstehenden Beschreibung angegeben, werden die Blöcke von 100 aufeinanderfolgenden RR-Intervallen durch den Zähler 802 ermittelt. Um eine Testaufzeichnung auf ein Vorhofflimmern zu untersuchen, werden die Test-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme, die aus den Blöcken von 100 aufeinanderfolgenden RR-Intervallen der Testaufzeichnung bestehen, von einen Komparator (807) mit den ausgewählten Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogrammen des Selektors 805 verglichen (207 und 208).
In dem Test-ΔRR-Histogramm-Kalkulator 806 wird eine Sequenz von 100 RR-Intervallen der Reihe nach von jedem Schlag bzw. Herzschlag gesammelt und die relevanten Test-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme berechnet. Außerdem wird eine kumulative Standard-Wahrscheinlichkeitsverteilung durch Integration der Fläche unter den Kurven der Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme und eine kumulative Test-Wahrscheinlichkeitsverteilung durch Integration der Fläche unter den Kurven der Test-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme (5) berechnet.
Die Ähnlichkeiten zwischen den Test-Histogrammen für einen gegebenen Patienten und den Standard-Histogrammen werden in dem Test- und Standard-ΔRR-Histogramm-Komparator 807 unter Verwendung des voranstehend genannten Kolmogorov-Smirnov (KS) Tests (207 und 208 in 2) ausgewertet. 5 zeigt, wie angegeben, ein Beispiel von kumulativen Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Standard-Histogramme (Standardkurve) und Test-Histogrammen (Testkurve).
Wie in 9 dargestellt, berechnet ein Kalkulator 901 (9) die kumulative Wahrscheinlichkeitsverteilung der Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme. Ein Kalkulator 902 berechnet die kumulative Wahrscheinlichkeitsverteilung der Test-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme. Entsprechend dem KS-Test wird beurteilt, ob zwei gegebene Verteilungen voneinander abweichen. Mit anderen Worten wird der größte senkrechte Abstand D zwischen den zwei kumulativen Wahrscheinlichkeitsverteilungen von einem Kalkulator 903 gemessen, der einen Wert p in der folgenden Weise zurücksendet:
mit
N₁ gibt die Anzahl von Datenpunkten auf der kumulativen Standard-Wahrscheinlichkeitsverteilung an. N₂ gibt die Anzahl von Datenpunkten in der kumulativen Test-Wahrscheinlichkeitsverteilung an. Ein Detektor 904 ermittelt, ob der Wert p größer als ein bestimmter, geeignet gewählter Grenzwert P_C ist. Die Erfassung von p > P_C zeigt an, dass die kumulativen Wahrscheinlichkeitsverteilungen sich nicht signifikant voneinander unterscheiden. Da die Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme ein Vorhofflimmern darstellen, stellt ein Wert von p > P_C eine positive Identifikation eines Vorhofflimmerns dar (oder exakter: den Fehler die Hypothese zu verwerfen, dass die kumulative Test-Wahrscheinlichkeitsverteilung kein Vorhofflimmern darstellt) (208 in 2).
Die 6a und 6b zeigen einen Vergleich der ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme bezüglich der Standardabweichung und der Abweichung. Wie voranstehend definiert, gibt ein kleines D an, dass die Standardabweichung und die Abweichung eines Test-ΔRR-Wahrscheinlichkeits dichte-Histogramms sich um jene des Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramms anhäufen.
Die Ergebnisse wurden durch vier Kategorien wie folgt bewertet: true positive (TP) bzw. richtig positiv – das Vorhofflimmern wird als Vorhofflimmern eingestuft, true negative (TN) bzw. richtig negativ – ein nicht vorhandenes Vorhofflimmern wird als nicht vorhandenes Vorhofflimmern eingestuft, false negative (FN) bzw. falsch negativ – ein Vorhofflimmern wird als nicht vorhandenes Vorhofflimmern eingestuft, false positive (FP) bzw. falsch positiv – ein nicht vorhandenes Vorhofflimmern wird als Vorhofflimmern eingestuft. Die Sensibilität bzw. die Empfindlichkeit und die Spezifität werden entsprechend durch TP/(TP+FN) bzw. TN/(TN+FP) definiert. Der Vorhersagewert eines positiven Tests (PV+) und der Vorhersagewert eines negativen Tests (PV–) werden durch TP/(TP+FP) bzw. TN/(TN+FN) definiert.
Die Empfänger-Betriebscharakteristik-Kurve (ROC) gibt die Sensibilität und die Spezifität in dem Vorhofflimmererfassungsalgorithmus vor. Eine Variation des Wertes für Pc legt die ROC fest. 7 zeigt die ROC der Beurteilung des KS-Tests für die MIT-BIH-Vorhofflimmer/-flatterdatenbank. Durch eine Verringerung von Pc wird die Sensibilität erhöht und die Spezifität verringert. Unter der Annahme von Pc = 0,003944 beträgt die Sensibilität 96,5 %, die Spezifität beträgt 96,5 %, PV+ beträgt 95,2 % und PV– beträgt 97,5 %. Pc ist daher ein sensibilitäts- bzw. empfindlichkeitsverändernder und spezifitätsverändernder Parameter.
Für den Fachmann ist es offenkundig, dass das Verfahren aus 2 und das System aus 8 durch einen passend programmierten Computer ausgeführt werden können.

Claims

System zur Erfassung von Herzrhythmusstörungen eines Patienten, mit einem RR-Intervall-Erfassungs-Monitor (801) zur Erfassung von RR-Intervallen des Patienten, wobei jedes RR-Intervall ein Intervall zwischen zwei Herzschlägen darstellt, einer Standard-ΔRR-Histogramm-Speichereinheit (804), in der Standard-Histogramme von ΔRRs gespeichert werden, die während Herzrhythmusstörungen bei einer Vielzahl von Testpersonen gesammelt werden, wobei jedes ΔRR eine Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden RR-Intervallen darstellt, einem Test-ΔRR-Histogramm-Rechner bzw. -Kalkulator (806), der von dem Monitor mit den gemessenen RR-Intervallen versorgt wird und Test-Histogramme aus den ΔRRs des Patienten erstellt, und einem Standard- und Test-ΔRR-Histogramm-Vergleicher (807) bzw. Komparator, der mit den Standard- und Test-Histogrammen versorgt wird, wobei der Vergleicher einen Detektor für Herzrhythmusstörungen des Patienten aufweist, der auf den Vergleich der Standard- und Test-Histogramme reagiert.
System zur Erfassung von Herzrhythmusstörungen nach Anspruch 1, wobei die Standard- und Test-Histogramme Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme darstellen.
System zur Erfassung von Herzrhythmusstörungen nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einem Rechner (803) bzw. Kalkulator eines Mittelwertes einer vorgegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden RR-Intervallen des Patienten, und einem Selektor (805) eines der Standard-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme in Bezug auf den Mittelwert.
System zur Erfassung von Herzrhythmusstörungen nach Anspruch 3, wobei der Selektor (805) von einem der Standard-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme Mittel zur Auswahl des Standard-Histogramms aufweist, das dem Bereich der RR-Intervalle entspricht, in dem sich der Mittelwert befindet.
System zur Erfassung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Standard- und Test-ΔRR-Histogramm-Vergleicher (807) einen einstellbaren, spezifitätsverändernden und sensibilitäts- bzw. empfindlichkeitsverändernden Parameter aufweist.
System zur Erfassung von Herzrhythmusstörungen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Standard- und Test-ΔRR-Histogramm-Vergleicher (807) einen Rechner bzw. Kalkulator einer kumulativen Standard-Wahrscheinlichkeitsverteilung der Standard-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme, einen Kalkulator einer kumulativen Test-Wahrscheinlichkeitsverteilung der Test-ΔRR-Wahrscheinlichkeitsdichte-Histogramme und einen Kalkulator einer Abweichung zwischen der Standard- und der Testverteilung aufweist.
System nach Anspruch 6, wobei der Standard- und Test-ΔRR-Histogramm-Vergleicher ferner einen Detektor (904) von Herzrhythmusstörungen aufweist, wenn die berechnete Abweichung höher als der spezifitätsverändernde und sensibilitäts- bzw. empfindlichkeitsverändernde Parameter ist.