DE69626178T2

DE69626178T2 - Gerät für Herzfrequenzmessungen in einer EKG-Wellenform

Info

Publication number: DE69626178T2
Application number: DE69626178T
Authority: DE
Inventors: Patricia A. Arand; William L. Post
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2016-11-22
Also published as: DE69626178D1; JPH09168520A; EP0776630A1; US5682900A; EP0776630B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet elektronischer Schaltungen. Etwas genauer betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein Vorrichtung zum Gewinnen von Herzschlag-Messwerten aus einer EKG-Wellenform.

Hintergrund der Erfindung

Entwickler von medizinischen Gerätschaften, wie beispielsweise Kardiographen, stehen bei ihrer Arbeit vielen schwierigen Herausforderungen gegenüber. Von den Geräten, die sie entwickeln, wird erwartet, dass sie einem Kardiologen oder anderen Mediziner eine qualitativ hochwertige Information über die elektrischen Aktivitäten eines Patientenherzens liefern, so dass eine zutreffende Diagnose der Beschaffenheit des Patientenherzens getroffen werden kann. Leider liefern die mit einem Patienten verbundenen EKG-Elektroden einem Kardiographen EKG-Daten, die nicht nur Informationen beinhalten, welche die elektrische Aktivität des Patientenherzens zeigen, sondern auch elektrisches Rauschen. Dieses Rauschen kann den Großteil der EKG-Daten ausmachen und es kann den Anteil der EKG-Daten, der Information über die elektrische Aktivität eines Patientenherzens beinhaltet, verfälschen und sogar vollständig überdecken. Dieses Problem ist besonders ausgeprägt unter ungünstigen Bedingungen, wie beispielsweise bei einem Patienten, der sich einer Belastung oder einem Übungstest unterzieht, bei dem das Rauschen äußerst extrem sein kann. Wenn die Entwickler medizinischer Gerätschaften nicht erfolgreich darin sind, ein medizinisches Gerät zu entwickeln, das derartige EKG-Daten analysiert, um die Auswirkungen dieses Rauschens zu eliminieren oder zu reduzieren, findet es der Kardiologe oder anderweitige Mediziner schwierig, wenn nicht gar unmöglich, Informationen über das Herz des Patienten zu gewinnen, wie beispielsweise Messwerte eines repräsentativen Herzschlages, die zum Erreichen einer zutreffenden Diagnose der Verfassung des Patientenherzens verwendbar sind.
Die US-A-4 589 420 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Rhythmusanalyse von digitalisierten EKG- Signalen. Herzschlagprobanden werden detektiert und das Rauschen des EKG-Anteils, der die Probanden beinhaltet, wird ausgewertet, um zu bestimmen, ob der Proband ein gültiger normaler oder verrauschter Herzschlag oder ein ungültiges, mit Rauschen angefülltes Signal ist. Das Zeitverhalten von detektierten Herzschlägen, und zwar sowohl verrauschten als auch nominalen, wird in Bezug auf früher validierte Herzschläge bestimmt. Es werden Merkmale der detektierten Herzschläge automatisch extrahiert einschließlich Beginn, Ausläufer und R-Zacken-Positionen, QRS-Komplexbreite, R-R-Intervall basierend auf Anfangspunkten sowie momentane und durchschnittliche Herzfrequenzen. Die Schläge werden dann klassifiziert.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist durch die Ansprüche definiert. Dementsprechend gewinnt eine Vorrichtung zum Gewinnen von Herzschlag-Messwerten EKG-Daten aus einer Vielzahl von EKG- Wellenformen, die ihrerseits aus Signalen gewonnen werden, die mit einer Vielzahl von EKG-Elektroden aufgenommen werden. Eine QRS-Detektionslogik detektiert Herzschläge in den EKG-Daten. Eine Klassifikationslogik klassifiziert Herzschläge in Kategorien auf Basis ihrer Form und/oder ihres Zeitverhaltens. Eine Ausrichtelogik richtet die Herzschläge aus. Eine Erzeugungslogik für repräsentative Herzschläge erzeugt einen repräsentativen Herzschlag aus den ausgerichteten Herzschlägen. Eine Messlogik misst verschiedene Aspekte des repräsentativen Herzschlags. Diese Logik analysiert die EKG-Wellenformen, um einen frühesten QRS-Beginn und einen letzten QRS-Ausläufer zu bestimmen, und sie nutzt diese Werte, um eine Vielzahl von Messungen durchzuführen. Dies führt selbst unter sehr verrauschten Bedingungen zu robusten Messwerten. Der repräsentative Herzschlag wird entweder allein oder zusammen mit. Herzfrequenz- und/oder anderen Messwertinformationen dem Kardiologen bzw. Mediziner zur Diagnose der Verfassung des Patientenherzens angezeigt, wie beispielsweise der Diagnose einer Erkrankung der Koronararterie, basierend auf dem Vorliegen eines geschwächten ST-Segments in dem repräsentativen Herzschlag eines Patienten, der sich einer Belastung oder einem Übungstest unterzieht.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm des medizinischen Gerätes des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm des medizinischen Gerätes aus Fig. 1 in weiteren Details.
Fig. 3 zeigt den Prozessor der Recheneinheit des medizinischen Gerätes aus Fig. 2 in weiteren Details.
Fig. 4 und 12 zeigen Flussdiagramme der Arbeitsweise des Kardiographen des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 5 zeigt auf höherer Ebene ein Flussdiagramm der Arbeitsweise der Recheneinheit des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise der QRS- Detektionslogik des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise der Herzfrequenzberechnungslogik des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise der Klassifikationslogik des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 9 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise der Ausrichtelogik des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 10 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise der Logik zum Erzeugen des repräsentativen Herzschlages bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 11 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise der Messlogik des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 13 zeigt ein Diagramm von drei beispielhaften EKG- Wellenformen, die von der QRS-Detektionslogik des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung verwendet werden.
Fig. 14 zeigt ein Diagramm einer beispielhaften Aktivitätsfunktion, die von der QRS-Detektionslogik des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung verwendet wird.
Fig. 15 zeigt ein Diagramm von beispielhaft klassifizierten Herzschlägen.
Fig. 16 zeigt ein Diagramm von beispielhaften Herzschlägen, die mit der Ausrichtelogik des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ausgerichtet sind.
Fig. 17 zeigt ein Diagramm von beispielhaft ausgerichteten Herzschlägen, die mit der Erzeugungslogik für den repräsentativen Herzschlag des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeitlich unterteilt sind.
Fig. 18 zeigt einen Ausdruck bzw. die Anzeige eines repräsentativen Herzschlags ohne Messwerte.
Fig. 19 zeigt einen Ausdruck bzw. eine Anzeige eines repräsentativen Herzschlags mit Messwerten.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

I. Überblick

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm des medizinischen Gerätes des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das medizinische Gerät 10 besitzt eine Aufnahmeeinheit 20, Elektroden 25, einen Kardiographen 40 und eine Recheneinheit 60. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der Kardiograph 40 und die Aufnahmeeinheit 20 getrennte Komponenten eines PageWriter XLi, hergestellt von der Firma Hewlett-Packard, der modifiziert ist, um die Flussdiagramme der Fig. 4 und 12 des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung auszuführen. Die Recheneinheit 60 ist ein HP Vectra Personal Computer, der zum Ausführen der Flussdiagramme der Fig. 5-11 des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung geeignet programmiert ist.
Figur. 2 zeigt ein Blockdiagramm des medizinischen Gerätes 10 in weiteren Details. Der Kardiograph 40 beinhaltet eine Schnittstelle 41 zu der Aufnahmeeinheit, einen Prozessor 45, eine n Drucker 47 sowie eine Schnittstelle 49 zu der Recheneinheit. Der Prozessor 45 führt die Flussdiagramme der Fig. 4 und 12 des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung aus. Die Recheneinheit 60 beinhaltet eine Schnittstelle 61 für den Kardiographen, einen Prozessor 65, eine Anzeige 66, ein Eingabegerät 67, einen Speicher 68 sowie einen Speicher 69. Der Prozessor 65 führt die Flussdiagramme der Fig. 5-11 des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung aus. Während Fig. 2 das medizinische Gerät 10 so darstellt, dass es diskrete Komponenten beinhaltet, erkennen die einschlägigen Fachleute, dass das medizinische Gerät 10 auch eine einzige Einheit sein könnte, die jede der in Fig. 2 gezeigten Komponenten beinhaltet, oder eine abweichende Anzahl von diskreten Komponenten beinhalten könnte und dabei immer noch in den Schutzbereich der Erfindung fällt.
Figur. 3 zeigt den Prozessor 65 der Recheneinheit 60 des medizinischen Gerätes 10 in weiteren Details. Der Prozessor 65 beinhaltete eine QRS-Detektionslogik 71, eine Herzfrequenz- Berechnungslogik 73, eine Klassifikationslogik 74, eine Ausrichtelogik 75, eine Logik 77 zum Erzeugen eines repräsentativen Herzschlags sowie eine Messlogik 78. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird jeder dieser Logikblöcke von Software ausgeführt, die geschrieben ist, um die Funktionen der relevanten Abschnitte der in Fig. 5-11 gezeigten Flussdiagramme auszuführen, und diese Software wird von dem Prozessor 65 ausgeführt. Alternativ könnten einige oder alle Logikblöcke 71- 78 Spezialhardware sein, wie beispielsweise in einem anwenderspezifischen integrierten Schaltkreis enthalten, der entwickelt ist, um die Funktionen der relevanten Abschnitte der in den Fig. 5-11 gezeigten Flussdiagramme auszuüben.
Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise des Kardiographen 40 des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Block 101 werden EKG-Signale von den Elektroden 25 der Aufnahmeeinheit 20 aufgenommen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind diese Signale digitale Signale, die mit einer hohen Abtastrate abgetastet sind. Block 103 vermindert und filtert die abgetasteten EKG-Signale außerhalb einer vorbestimmten Bandbreite. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die vorbestimmte Bandbreite 0,01 Hz bis 150 Hz, und der Verminderungsprozess reduziert die Anzahl der Abtastwerte auf 1/8 der Anzahl der ursprünglichen Abtastwerte. Block 105 macht aus den zehn Elektroden in bekannter Weise zwölf EKG-Spuren ("Leads"). Die auf den zwölf EKG-Spuren enthaltenen Signale werden hier als "EKG-Wellenformen" bezeichnet und die darauf enthaltene Information wird hier als "EKG-Daten" bezeichnet. Die einschlägigen Fachleute werden erkennen, dass die tatsächliche Anzahl an Elektroden bzw. Spuren anders sein kann als oben erläutert, ohne aus dem Schutzbereich der Erfindung herauszufallen. Block 108 sendet die "EKG-Daten" auf den "EKG-Wellenformen" zu der Recheneinheit 60. Das Flussdiagramm endet mit dem Block 109.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm oberer Ebene für die Arbeitsweise der Recheneinheit 60 des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Der Block 201 nimmt die EKG-Wellenformen, die die EKG-Daten beinhalten, von dem Kardiographen 40 auf. Block 203 filtert die EKG-Daten in Vorwärtsrichtung ("forward filtering"). In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dieses Filter ein Hochpassfilter, das als Teil eines Vorwärts/Rückwärtsfilterkonzepts verwendet wird, um ein Wandern der Grundlinie zu beseitigen und gleichzeitig die niederfrequente Information in den EKG-Daten zu erhalten. Bock 300 ruft ein Unterprogramm auf, das die Herzschläge (d. h. QRS-Komplexe) in den EKG-Wellenformen detektiert. Diese Unterroutine berechnet eine Aktivitätsfunktion aus einer Untermenge der EKG-Wellenformen, die als am wenigsten rauschend bestimmt wurden, und sie verwendet diese Aktivitätsfunktion zum Auffinden der Herzschläge. Dies ermöglicht es, echte Herzschläge zu detektieren, während falsche "Rausch"-Schläge verworfen werden. Die Arbeitsweise dieses Unterprogramms wird in weiteren Details später in Verbindung mit der Diskussion der Fig. 6 beschrieben.
Block 400 ruft ein Unterprogramm auf, das die Herzfrequenz des Patientenherzens berechnet. Diese Logik bestimmt die Intervalle zwischen den Herzschlägen, verwirft einen Anteil der kürzesten und längsten Intervalle und mittelt die verbleibenden Intervalle, um zu der Herzfrequenz des Patientenherzens zu gelangen. Dies führt zu einer robusten Berechnung der Herzfrequenz selbst bei Anwesenheit von fälschlicherweise als Herzschlägen detektiertem Rauschen und unentdeckten Schlägen, was in verrauschten Umgebungen üblich ist. Die Arbeitsweise dieses Unterprogramms wird in weiteren Details später in Verbindung mit der Diskussion der Fig. 7 beschrieben.
Block 500 ruft ein Unterprogramm auf, das die Herzschläge klassifiziert. Diese Klassifizierung geschieht, indem jeder Herzschlag mit einer Gruppe von Mustern verglichen wird, die einer oder mehreren Herzschlagklassifikationen entsprechen. Die Muster werden aktualisiert, um Veränderungen in der Morphologie der Herzschläge zu folgen. Die Arbeitsweise dieses Unterprogramms wird in weiteren Details in Verbindung mit der Diskussion der Fig. 8 später beschrieben.
Block 205 filtert die EKG-Daten in Rückwärtsrichtung ("reverse filtering"). In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dieses Filter ein Hochpassfilter, das als Teil eines Vorwärts- Rückwärts-Filterkonzepts verwendet wird, um ein Wandern der Grundlinie zu beseitigen und gleichzeitig niederfrequente Information in den EKG-Daten zu erhalten.
Block 600 ruft ein Unterprogramm auf, das die Herzschläge vor der Erzeugung eines repräsentativen Herzschlags ausrichtet. Diese Logik verschiebt die Herzschläge über ein Ausrichtemuster für einen Herzschlag, um zu berechnen, wann die Herzschläge ausgerichtet sind, und sie führt Anpassungen durch, um die Auswirkungen von Rauschen oder Jitter bei den verschiedenen EKG-Wellenformen zu reduzieren. Die Arbeitsweise dieses Unterprogramms wird später in Verbindung mit der Diskussion der Fig. 9 in weiteren Details beschrieben.
Block 700 ruft ein Unterprogramm auf, das einen repräsentativen Herzschlag aus den ausgerichteten Herzschlägen erzeugt. Diese Logik unterteilt die ausgerichteten Herzschläge zeitlich, verwirft einen Anteil der kleinsten und größten Werte der ausgerichteten Herzschläge zu jedem Zeitpunkt und mittelt die verbleibenden Werte, um einen repräsentativen Herzschlag zu erzeugen. Diese fein abgeglichene Mittelwertbildungstechnik führt zu einem repräsentativen Herzschlag hoher Qualität, da Abtastwerte vom Rauschen und fehlklassifizierten Schlägen verworfen werden. Die Arbeitsweise dieses Unterprogramms wird später in Verbindung mit der Diskussion der Fig. 10 in weiteren Details beschrieben.
Block 800 ruft ein Unterprogramm auf, das die verschiedenen Aspekte eines repräsentativen Herzschlags misst. Diese Logik analysiert die repräsentativen Herzschläge aus einer Gruppe von EKG-Wellenformen, um einen frühesten QRS-Beginn und einen letzten QRS-Ausläufer zu bestimmen, und sie verwendet diese Werte, um eine Vielzahl von Messungen durchzuführen. Dies führt zu robusten Messungen selbst in stark verrauschten Umgebungen. Die Arbeitsweise dieses Unterprogramms wird später in Verbindung mit der Diskussion der Fig. 11 in weiteren Details beschrieben.
Block 210 zeigt den mit dem Unterprogramm 700 erzeugten, repräsentativen Herzschlag sowie optional die mit den Unterprogrammen 800 und 400 gewonnenen Messwerte auf einer Anzeige 66 der Recheneinheit 60 (Fig. 2) an. Beispiele dieser Anzeigen sind in den Fig. 18 und 19 gezeigt. Block 220 sendet den repräsentativen Herzschlag und die Messwerte für jede EKG-Wellenform einschließlich der Herzfrequenzmesswerte, die mit dem Unterprogramm 400 berechnet wurden, zurück zum Kardiographen 40. Der Kardiograph 40 verarbeitet diese Information gemäß dem Flussdiagramm aus Fig. 12. Das Flussdiagramm endet mit dem Block 249.
Fig. 12 zeigt, wie der Kardiograph 40 die von der Recheneinheit 60 erhaltenen Informationen verarbeitet. Ein Block 150 empfängt den repräsentativen Herzschlag und die Messwerte einschließlich der Herzfrequenzmesswerte, die vom Block 220 aus Fig. 5 gesendet wurden. Block 190 druckt den mit dem Unterprogramm 700 erzeugten repräsentativen Herzschlag sowie optional die mit den Unterprogrammen 800 und 400 gewonnenen Messwerte auf einem Drucker 47 des Kardiographen 40 (Fig. 2) aus. Beispiele dieser Ausdrucke sind in den Fig. 18 und 19 gezeigt.

II. QRS-Detektion

Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise des Unterprogramms 300, das von der QRS-Detektionslogik 71 der Recheneinheit 60 des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ausgeführt wird. Block 302 führt einen Initialisierungsprozess durch, der Erfahrungen über die EKG-Daten sammelt. Etwas genauer analysiert dieser Prozess beim ersten Durchlauf des Unterprogramms die ersten paar Sekunden der EKG-Daten, um ein vorläufiges Intervall zwischen Maxima und die Größenordnung eines durchschnittlichen Maximums zu bestimmen. Während der Abarbeitung des Programms (d. h. bei nachfolgenden Durchläufen des Unterprogramms) aktualisiert der Block 302 die beim ersten Durchlauf des Unterprogramms gewonnene Information laufend. Block 301 empfängt EKG-Daten von drei EKG-Wellenformen der zwölf EKG-Wellenformen, die die Recheneinheit 60 im Block 201 (Fig. 4) aufgenommen hat. Ein Diagramm von drei exemplarischen EKG-Wellenformen ist in Fig. 13 gezeigt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wählt Block 301 diese drei EKG-Wellenformen als diejenigen drei EKG-Wellenformen aus, die optimale Rauscheigenschaften besitzen. Dies wird erreicht, indem die Signalqualität der zwölf EKG-Wellenformen kontinuierlich berechnet wird und indem diese Wellenformen von der höchsten zur geringsten Signalqualität in einer Reihenfolge sortiert werden.
Block 303 berechnet eine Aktivitätsfunktion aus den drei Spuren von EKG-Daten. Eine Aktivitätsfunktion ist ein aus den EKG- Daten mathematisch abgeleitetes Signal, das die Eigenschaften des Herzschlags hervorhebt, während es den Einfluss von Rauschen minimiert, um eine genauere Herzschlagdetektion zu ermöglichen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Aktivitätsfunktion erzeugt, indem die EKG-Daten um die Hälfte vermindert werden, die Daten unter Verwendung eines Bandpassfilters gefiltert werden und die Absolutwerte der ersten Differenz herangezogen werden. Die absoluten ersten Differenzen aus den drei EKG-Wellenformen werden anschließend zusammenaddiert, mit einem Schwellwert bewertet und zu einem verbesserten Rauschverhalten geglättet. Die Rauschstatistik (d. h. die Signalqualität) über alle zwölf EKG-Wellenformen wird berechnet und aktualisiert. Ein Diagramm einer beispielhaften Aktivitätsfunktion ist in Fig. 14 gezeigt.
Ein Block 305 überprüft die Rauschstatistik, um festzustellen, ob ein unakzeptabel hohes Rauschen detektiert wurde. Wenn ja, gibt der Block 306 eine "hohes Rauschen"-Nachricht aus, die auf der Anzeige 66 der Recheneinheit 60 (Fig. 2) angezeigt wird. Dieser Fehler führt dazu, dass das Unterprogramm unvorhergesehen abbricht, indem es im Block 398 endet. Wenn kein hohes Rauschen vorliegt, wird Block 305 negativ beantwortet. Block 309 versucht zu prüfen, ob ein anderer Herzschlag detektiert wurde. Wenn nicht, kehrt das Unterprogramm im Block 399 zum Block 400 aus Fig. 5 zurück.
Wenn der Block 309 positiv beantwortet wird, führt das Unterprogramm 300 bis zu drei verschiedene Arten von Suchvorgängen durch, um jeden Herzschlag zu finden. Der erste Suchvorgang ist eine Zeitsuche ("on-time search"). Diese Suche wird normalerweise verwendet, um Herzschläge zu detektieren, die innerhalb eines schmalen Fensters ihrer erwarteten Auftrittszeit erscheinen. Wenn die Zeitsuche keinen Herzschlag detektiert, wird eine modifizierte Zeitsuche verwendet. Die modifizierte Zeitsuche ist in ihrer Arbeitsweise ähnlich der Zeitsuche, aber sie kann Herzschläge in Umgebungen mit geringem Rauschen detektieren, die die Zeitsuche unter Umständen verfehlt, wie beispielsweise frühe Schläge. Wenn sowohl die Zeitsuche als auch die modifizierte Zeitsuche keine Herzschläge detektieren, wird eine Suche nach späten Schlägen durchgeführt. Diese Suche detektiert Herzschläge, die später als ihre erwartete Auftrittszeit erscheinen.
Die Arbeitsweise der Zeitsuche wird nun in weiteren Details erläutert. Ein Block 310 führt eine Zeitsuche anhand der Aktivitätsfunktion für QRS-Komplexe in den EKG-Daten durch. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel durchsucht der Block 310 über 155% der aktuellen Intervalllänge zwischen Herzschlägen (wie in Block 302 bestimmt) mit einem Schwellwert, der bei 80% eines mittleren Peak-Wertes der Aktivitätsfunktion startet. Der Schwellwert wird anschließend über die Zeit linear auf 40% am Ende des Suchfensters verringert. Jedes lokale Maximum, das über diesen linear sich verringernden Schwellwert entdeckt wird, wird als ein "Peak" betrachtet.
Ein Block 315 prüft, ob irgendwelche Peaks detektiert wurden. Wenn ja, wählt der Block 320 die echten Herzschläge (d. h. die QRS-Peaks) aus den detektierten Peaks aus, indem er auf die Zeit schaut, zu der jeder Peak aufgetreten ist. Die einschlägigen Fachleute werden erkennen, dass der oben beschriebene Suchvorgang in einer verrauschten Umgebung mehrfache Peaks detektieren könnte, von denen außer einem alle Rauschen wären. Derjenige Peak, der am dichtesten bei der Zeit aufgetreten ist, zu der der nächste Herzschlag erwartet wurde, wird als echter Herzschlag betrachtet, und es wird eine Information über das Zeitverhalten dieses Herzschlags im Speicher 69 der Recheneinheit 60 (Fig. 2) gespeichert. Anschließend verzweigt das Verfahren zurück zum Block 309, um zu versuchen, einen weiteren Schlag zu detektieren.
Mit erneutem Bezug auf Fig. 6 wird nun die Arbeitsweise des modifizierten Zeitsuchverfahrens erläutert. Wenn Block 315 negativ beantwortet wird, prüft Block 330, ob der Rauschpegel niedrig ist. Wenn ja, durchsucht Block 335 die Aktivitätsfunktion, indem er eine modifizierte Zeitsuche verwendet. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird diese Suche unter Verwendung eines konstant niedrigen Schwellwertes, wie beispielsweise 54% des mittleren Peakwertes der Aktivitätsfunktion über 115% der aktuellen Intervalllänge ausgeführt. Block 335 überprüft, ob irgendwelche Peaks detektiert werden. Wenn ja, wählt Block 338 den wahren Herzschlag aus den detektierten Peaks aus, indem er denjenigen Peak auswählt, der am dichtesten bei der Zeit aufgetreten ist, zu der der nächste Herzschlag erwartet wurde. Die Information über den im Block 338 ausgewählten Herzschlag, wie beispielsweise eine Information zum Zeitverhalten des Schlags, wird im Speicher 69 der Recheneinheit 60 (Fig. 2) gespeichert. Anschließend verzweigt das Verfahren zurück zum Block 309, um einen weiteren Schlag zu detektieren.
Nun wird die Arbeitsweise der Suche nach späten Schlägen erläutert. Wenn entweder Block 330 oder 335 negativ beantwortet werden, führt der Block 350 eine Suche nach späten Schlägen aus. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel durchsucht dieser Block die Aktivitätsfunktion über drei R-R-Intervalllängen, wobei er einen linear abnehmenden Schwellwert verwendet, wie dies auch bei der Zeitsuche erfolgt. Der Block 355 prüft, ob irgendwelche Peaks detektiert wurden. Wenn ja, wählt Block 358 aus den detektierten Peaks den wahren Herzschlag, indem er den ersten Peak auswählt, den er findet. Information über den in Block 358 ausgewählten Herzschlag, wie beispielsweise eine Information zum Zeitverhalten des Schlages, wird im Speicher 69 der Recheneinheit 60 (Fig. 2) gespeichert. Anschließend verzweigt das Verfahren zurück zum Block 309, um nach einem weiteren zu detektierenden Schlag zu suchen. Wenn der Block 355 negativ beantwortet wird, gibt der Block 370 eine Nachricht "Detektor ergebnislos" aus, die auf der Anzeige 66 der Recheneinheit 60 angezeigt wird. Da keine Schläge detektiert wurden, führt dies zu einer unvorhergesehenen Beendigung des Unterprogramms im Block 396.

III. Berechnung der Herzfrequenz

Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise des Unterprogramms 400, das von der Herzfrequenzberechnungslogik 73 der Recheneinheit 60 des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ausgeführt wird. Ein Block 401 setzt einen als RR_ctr bezeichneten Zähler auf 0. Block 403 liest und speichert das R- R-Intervall zwischen dem ersten in der EKG-Wellenform detektierten Herzschlag und dem zweiten in der EKG-Wellenform detektierten Herzschlag. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt diese Detektion unter Verwendung von Information, die von der QRS-Detektiongslogik 71 im Unterprogramm 300 gespeichert wurde, wenngleich auch konventionelle Verfahren zum Detektieren von R-R-Intervallen in einer EKG-Wellenform verwendet werden könnten. Block 405 inkrementiert RR_ctr. Block 410 prüft, ob der Zähler geringer ist als ein maximaler Zählerwert und ob es weitere Herzschläge gibt, die noch zur Analyse in der EKG-Wellenform zur Verfügung stehen. Wenn beide dieser Bedingungen wahr sind, verzweigt der Steuerfluss zurück zum Block 403, bis eine Bedingung nicht mehr wahr ist. Als alternatives Ausführungsbeispiel wurde in Betracht gezogen, bei dem Block 403 ein Zeitglied ist und bei dem Block 410 prüft, ob eine maximale Zeitspanne verstrichen ist. Wenn beispielsweise eine maximale Zeitspanne auf 10 Sekunden gesetzt wird, werden nur Herzschläge für die Berechnung der Herzfrequenz verwendet, die in den zurückliegenden 10 Sekunden des Zeitablaufs aufgetreten sind.
Wenn Block 410 schließlich negativ beantwortet wird, kontrolliert Block 420, um sicherzustellen, dass zumindest eine Mindestanzahl an Herzschlägen mit der aus den Blöcken 403-410 gebildeten Schleife analysiert wurde.
Wenn Block 420 positiv beantwortet wird, sortiert Block 425 die R-R--Intervalle vom kürzesten zum längsten. Block 430 verwirft anschließend einen Teil der kürzesten und längsten R-R- Intervalle. In einer verrauschten Umgebung kann der QRS- Detektor ein Rauschen unrichtigerweise als einen Herzschlag detektieren und gleichermaßen einen tatsächlichen Herzschlag unzutreffenderweise auslassen. Diese Fehler führen zu unrichtigen R-R-Intervallen, und zwar sowohl zu kurz als auch zu lang. Der hier durchgeführte beschnittene Mittelwert führt zu einer robusten und genauen Berechnung der Herzfrequenz, und zwar auch bei Auftreten von falschen Detektionen und ausgelassenen Schlägen. Bei geringem Rauschen und/oder Rhythmusstörungen führt diese beschnittene Mittelwerttechnik ebenfalls zu einer genauen Berechnung der Herzfrequenz.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwirft Block 430 25% der kürzesten und 25% der längsten R-R-Intervalle, wenngleich auch hiervon abweichende Werte verwendet werden können. Block 435 mittelt anschließend die verbleibenden R-R-Intervalle. Block 440 wandelt dieses gemittelte R-R-Intervall in eine Herzfrequenz um. Block 445 glättet die im Block 440 bestimmte Herzfrequenz, indem er sie mit einer vorbestimmten Anzahl von vergangenen Herzfrequenzen mittelt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mittelt Block 445 die aktuelle Herzfrequenz mit den zwei letzten Herzfrequenzen. In jedem Fall wird die in Block 445 (oder in Block 440, wenn der Glättungsschritt aus Block 445 nicht erwünscht ist) bestimmte Herzfrequenz im Speicher 69 der Recheneinheit 60 (Fig. 2) im Block 450 gespeichert. Das Unterprogramm kehrt im Block 499 zum Block 500 aus Fig. 5 zurüc k.
Wenn Block 420 negativ beantwortet wird, berechnet Block 460 einfach das mittlere R-R-Intervall aus der geringen Anzahl von R-R-Intervallen, die im Block 403 gelesen und gespeichert wurden. Dieses mittlere R-R-Intervall wird im Block 440 in eine Herzfrequenz umgewandelt und die Herzfrequenz wird im Block 450 im Speicher 69 der Recheneinheit 60 (Fig. 2) gespeichert. Wie zuvor kehrt das Unterprogramm im Block 499 zum Block 500 aus Fig. 5 zurück.

IV. Herzschlagklassifizierung

Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise des Unterprogramms 500, das von der Klassifikationslogik 74 der Recheneinheit 60 des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ausgeführt wird. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Unterprogramm 500 verwendet, um Schläge als "D" (dominant), "V" (ventrikulär ektopisch), "S" (supraventrikulär ektopisch) bzw. "Q" (unbestimmt) zu klassifizieren, wenngleich auch andere Klassifikationen verwendet werden könnten.
Block 501 prüft, ob es weitere Herzschläge zu klassifizieren gibt. Wenn ja, holt Block 502 für den nächsten Herzschlag Informationen über das Zeitverhalten des Schlages. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird diese Information in einer Art und Weise, die bereits erläutert wurde, aus der QRS- Detektionslogik 71 gewonnen, wenngleich auch konventionelle Verfahren zum Gewinnen dieser Information verwendet werden könnten. Block 503 normiert den Abschnitt der Aktivitätsfunktion (von der QRS-Detektionslogik 71 oder konventionelle n Mitteln) um den zu klassifizierenden Schlag. Block 505 führt Messungen des Zeitverhaltens und physiologische Messungen sowohl an der Aktivitätsfunktion als auch an dem zu klassifizierenden Schlag durch. Diese Messungen werden in den Blöcken 510 und 550 verwendet, um die Schlagklassifizierung zu unterstützen, wie später erläutert wird.
Block 510 prüft, ob alle im Block 505 durchgeführten Messungen innerhalb physiologischer Grenzen liegen (d. h. innerhalb einer vorbestimmten Weite und Höhe). Wenn nicht, wird der Schlag aufgrund von Rauschen als fragwürdig ("Q") klassifiziert und das Verfahren verzweigt zurück zum Block 501, um zu prüfen, ob es weitere zu klassifizierende Schläge gibt. Wenn Block 510 positiv beantwortet wird, setzt Block 515 einen Musterzähler auf 1, wodurch eine Reihe von Schritten initialisiert wird, die den Schlag zur Klassifizierung mit einem oder mehreren Mustern vergleichen. Block 518 prüft, ob ein Zähler namens Num_templates = 0 ist. Wenn ja, sind noch keine Muster für diese EKG-Wellenform erzeugt worden und das Verfahren springt nach unten zu den Blöcken 539 und 650, um ein neues Muster zu erzeugen, indem es diesen Schlag als das erste Muster abspeichert. Block 542 verwendet anschließend die Information zum Zeitverhalten und die physiologische Information, um diesen Schlag und das Muster entweder als "D" (dominant), "V" (ventrikulär ektopisch), "S" (supraventrikulär ektopisch) oder "Q" (fragwürdig) zu klassifizieren. In aller Regel wird dieser Schlag als "D" klassifiziert und das Muster wird als D/S für "dominant/supraventrikulär ektopisch" klassifiziert, da die überwiegende Mehrheit an klassifizierten Schlägen in dieser Weise klassifiziert werden und da sowohl D- als auch S-Schläge dieselbe Morphologie besitzen und daher auf dasselbe Muster passen würden, sich allerdings in der Information zum Zeitverhalten unterscheiden - der S-Schlag ist früher als der D- Schlag. Das Verfahren zum Unterscheiden zwischen D- und S- Schlägen wird in den Blöcken 545 bis 558 ausgeführt, wie später in weiteren Details erläutert wird. Die einschlägigen Fachleute werden erkennen, dass mehr als ein Muster als "D/S" klassifiziert werden kann, da dominante Herzschläge mehr als eine einzige Morphologie besitzen können. Block 542 inkrementiert Num_template auf 1, um ein gespeichertes Muster anzuzeigen. Das Verfahren verzweigt dann zum Block 545, dessen Arbeitsweise später erläutert wird.
Sobald zumindest ein Muster erzeugt wurde, wird Block 518 negativ beantwortet und Block 520 verschiebt den Schlag zur Klassifizierung über das erste stationäre Muster. Wie zuvor erläutert, entspricht das erste Muster üblicherweise einer ersten Herzschlagklassifizierung D/S. die das Muster für dominante und supraventrikuläre Wellenformen bezeichnet. Wenn Block 520 diesen Schlag über das erste Muster verschiebt, wird die minimale Flächendifferenz zwischen dem zu klassifizierenden Schlag und dem ersten Muster berechnet. Block 525 fragt, ob diese minimale Flächendifferenz geringer als ein Schwellwert ist. Wenn ja, passt der Schlag zu dem ersten (D/S) Muster und Block 530 mittelt die Daten des neuen Schlages in das Muster, zu dem er gepasst hat. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein gewichteter Mittelwert verwendet, bei dem dem vorhandenen Muster ein größeres Gewicht in dem Mittelwertbildungsprozess gegeben wird als dem neuen Schlag. Block 430 verfolgt außerdem auch die Anzahl, wie häufig ein Schlag auf dieses Muster gepasst hat, und ebenso wann ein Schlag zuletzt zu diesem Muster gepasst hat.
Wenn Block 525 negativ beantwortet wird, inkrementiert Block 535 den Musterzähler. Block 538 verifiziert, dass die maximale Anzahl an zu überprüfenden Mustern noch nicht überschritten wurde, was anzeigen würde, dass alle Muster überprüft worden sind. Wenn Block 538 positiv beantwortet wird, verzweigt das Verfahren zurück zu den Blöcken 518 und 520, in denen der Schlag über das zweite Muster geschoben wird. Das zweite Muster entspricht beispielsweise einer Klassifizierung als ventrikulär ektopisch ("V"). Block 520 berechnet wiederum die minimale Flächendifferenz und Block 525 fragt wiederum, ob diese minimale Flächendifferenz geringer als ein Schwellwert ist. Wenn ja, passt der Schlag zu dem zweiten (V) Muster und Block 530 mittelt die Daten des neuen Schlages mit dem Muster, zu dem er gepasst hat. Wenn kein passender Treffer gefunden wurde, durchläuft das Unterprogramm die Blöcke 535, 538, 518, 520 und 525, bis ein Treffer gefunden wurde oder bis Block 538 negativ beantwortet wird, was anzeigt, dass alle vorhandenen Muster auf passende Treffer überprüft wurden.
Sobald ein Treffer gefunden wurde und Block 530 die Daten des neuen Schlages mit dem Muster gemittelt hat, zu dem er gepasst hat, verifiziert Block 537 die Klassifizierung des Musters. Da neue Schläge mit den vorhandenen Mustern gemittelt werden, ist es möglich, dass sich die Klassifizierung des Musters verändert. Beispielsweise kann ein Muster, das ursprünglich als "V" klassifiziert wurde, zu "D" umklassifiziert werden, wenn weitere Schläge da hineingemittelt werden. Block 545 prüft, ob der Schlag zu einem D/S Muster passt. Wenn ja, muss eine weitere Untersuchung des Schlages erfolgen, bevor der Schlag einklassifiziert werden kann. Dies erfolgt im Block 550, der danach fragt, ob der Schlag früh war. Wenn ja, wird der Schlag im Block 555 als supraventrikulär ("S") klassifiziert und das Verfahren verzweigt zurück zum Block 501, um zu prüfen, ob es weitere zu klassifizierende Schläge gibt. Wenn nicht, wird der Schlag in Block 558 als dominant ("D") klassifiziert, und das Verfahren verzweigt zurück zum Block 501, um zu prüfen, ob es weitere zu klassifizierende Schläge gibt. Wenn Block 545 festgestellt hat, dass der Schlag zu einem anderen Muster als dem D/S-Muster passt, klassifiziert der Block 560 den Schlag in die Klassifizierung, die dem Muster entspricht, zu dem er gepasst hat. Wenn der Schlag beispielsweise zu dem ventrikulär ektopischen ("V") Muster passt, wird der Schlag als ventrikulär ektopisch klassifiziert. Das Verfahren verzweigt anschließend zurück zum Block 501, wie zuvor erläutert.
Wiederum Bezug nehmend auf Block 538, wenn Block 538 negativ beantwortet wird, sind alle vorhandenen Muster überprüft worden und keines von ihnen hat gepasst. Block 539 fragt dann, ob Num_template geringer als Max_template ist - ein Zähler, der die maximale Anzahl an Mustern angibt. Wenn nicht, erzeugt Block 540 ein neues Muster für diesen Schlag. Block 542 klassifiziert das neue Muster und den Schlag und inkrementiert Num_templates, wie zuvor erläutert.
Wenn Block 539 negativ beantwortet wird, ist die maximale Anzahl an Mustern bereits erreicht. Block 541 überschreibt dann das Muster mit der am weitesten zurückliegenden Aktualisierung. Wie Block 542 klassifiziert auch Block 543 das neue Muster, aber er inkrementiert Num_templates nicht, da die Anzahl der Muster sich nicht verändert hat. Die einschlägigen Fachleute werden erkennen, dass die Anzahl der tatsächlich erzeugten Muster variieren kann, und zwar abhängig von dem Umfang des Rauschens in der Umgebung und abhängig davon, ob irgendwelche ektopischen Schläge detektiert wurden.
Wenn Block 501 feststellt, dass es keine weiteren zu klassifizierenden Schläge gibt, zeigt Block 590 die klassifizierten Herzschläge auf der Anzeige 66 der Recheneinheit 60 (Fig. 2) an. Eine derartige beispielhafte Anzeige ist in Fig. 15 gezeigt. Das Unterprogramm kehrt im Block 599 zum Block 205 aus Fig. 5 zurück.

V. Ausrichtung der Schläge

Fig. 9 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise des Unterprogramms 600, das von der Ausrichtelogik 75 der Recheneinheit 60 des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ausgeführt wird. Block 601 bestimmt, welche drei EKG-Wellenformen am wenigsten verrauscht sind. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt dies, indem die Information verwendet wird, die im Block 301 des Unterprogramms 300 zur Detektion der QRS-Komplexe in der EKG-Wellenform erhalten wurde, wenngleich diese Bestimmung auch direkt in diesem Unterprogramm erfolgten könnte, indem man kontinuierlich das Signal-Rausch-Verhältnis oder einen anderen Parameter für die Signalqualität bei den zwölf EKG-Wellenformen berechnet und diese Wellenformen von der besten zur schlechtesten ordnet, oder auch mit einer beliebigen anderen Technik. Block 603 setzt einen Spurzähler, um sich die erste der drei am wenigsten verrauschten EKG-Wellenformen anzusehen. Block 605 empfängt die EKG-Daten der durch den Spurzähler bestimmten EKG-Wellenform. Nachdem die EKG-Daten im Block 608 mit einem Tiefpass gefiltert wurden, bestimmt Block 610 das vorherrschende Muster unter den Schlägen als dasjenige, das zur Bildung des repräsentativen Herzschlags verwendet wird. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt dies, indem auf die Anzahl geschaut wird, wie häufig die von der Klassifikationslogik verwendeten Muster zu einem Schlag gepasst haben, was im Block 530 in Fig. 8 bestimmt wurde. Definitionsgemäß wird dies ein D/S-Muster sein.
Block 620 erzeugt und speichert ein Ausrichtemuster im Speicher 69 der Recheneinheit 60. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Ausrichtemuster mit einem Schlag erzeugt, der zu dem im Block 610 bestimmten, dominanten Muster passt, wobei ein Abschnitt des dominanten Musters um das QRS normiert wird. Als alternatives Ausführungsbeispiel wurde in Betracht gezogen, den Schritt 610 auszulassen und mit Block 620 ein Ausrichtemuster zu erzeugen, indem er den ersten als D klassifizierten Schlag ausfindig macht (mit Hilfe der Klassifizierungslogik 74 für Schläge oder einem konventionellen Verfahren zur Klassifizierung von Schlägen) und diesen Schlag als das Ausrichtemuster verwendet.
Block 630 setzt einen Schlagzähler auf 1. Block 640 holt sich den nächsten dominanten Schlag für diese EKG-Wellenform und normiert einen Abschnitt dieses Schlages um den QRS-Komplex. Im Rahmen dieser Anmeldung werden Schläge, die mit "D" klassifiziert sind, als "dominant" bezeichnet, während Schläge, die als "V", "S", oder "Q" klassifiziert sind, hier als "nicht- dominant" bezeichnet werden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden nicht-dominante Schläge von der Ausrichtung ausgeschlossen und auch von der Bestimmung eines repräsentativen Herzschlages, da diese Schläge den repräsentativen Herzschlag beeinträchtigen können.
Block 650 verschiebt diesen Schlag über das stationäre Ausrichtemuster, während er den Summenwert der Absolutwerte der Differenz zwischen dem Schlag und dem Ausrichtemuster berechnet. Dieser Wert wird hier als Flächendifferenz bezeichnet. Die Position, bei der die Flächendifferenz minimal ist (minimale Flächendifferenz), ist die Position, bei der der Schlag am besten mit dem Ausrichtemuster ausgerichtet ist, und diese Position wird für diesen Schlag im Speicher 69 der Recheneinheit 60 gespeichert. Block 655 inkrementiert den Schlagzähler.
Block 660 prüft, ob der Schlagzähler größer oder gleich der Anzahl von Schlägen ist, die für diese EKG-Wellenform auszurichten sind. Wenn nicht, verzweigt das Verfahren zurück zum Block 640, um den nächsten dominanten Schlag zu holen. Wenn ja, inkrementiert Block 670 den Spurzähler.
Block 675 prüft, ob der Spurzähler größer oder gleich 3 ist - dies ist die Anzahl der am wenigsten verrauschten EKG- Wellenformen, die in Block 601 ausgewählt wurden. Wenn Block 675 negativ beantwortet wird, verzweigt das Verfahren zurück zu Block 605, wo der Ausrichtevorgang für die nächste EKG- Wellenform wiederholt wird. Wenn Block 675 positiv beantwortet wird, korrigiert und speichert Block 680 jede Schlagzeit in jeder EKG-Wellenform mit dem Mittelwert der ausgerichteten Zeiten, die gerade voneinander unabhängig auf den drei am wenigsten verrauschten Spuren bestimmt wurden. Dies erfolgt, um die Auswirkung des Rauschens zu minimieren, was dazu führt, dass Schläge auf unterschiedlichen EKG-Wellenformen bei geringfügig unterschiedlichen Zeiten am besten ausgerichtet sind (d. h. Jitter). Das Unterprogramm kehrt im Block 699 zum Block 700 in Fig. 5 zurück. Fig. 16 zeigt einen neuen Schlag, während er über ein stationäres Muster verschoben wird.

VI. Erzeugung eines repräsentativen Schlages

Fig. 10 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise des Unterprogramms 700, das in der Erzeugungslogik 77 für den repräsentativen Herzschlag der Recheneinheit 60 des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ausgeführt wird. Block 701 bestimmt, welche Schläge bei der Erzeugung des repräsentativen Herzschlags verwendet werden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden nur "dominante" Schläge verwendet, die mit den oben erläuterten Schritten zum Ausrichten der Schläge ausgerichtet wurden. Wenn mehr "dominante" Schläge zur Verfügung stehen, als die zum Erzeugen eines repräsentativen Herzschlags benötigte Anzahl, werden diejenigen mit der am meisten zueinander ähnlichen Morphologie verwendet. Wenn beispielsweise zwei oder mehr dominante Muster in dem Klassifizierungsunterprogramm 500 erzeugt wurden, werden vorzugsweise nur diejenigen Schläge verwendet, die zu dem dominanten Muster passen, das die meisten Schläge enthält. Block 705 setzt einen Zähler auf 1, der verfolgt, aus welcher EKG-Wellenform der repräsentative Herzschlag erzeugt wird.
Block 710 prüft, ob der Zähler für die Spurnummer größer oder gleich der maximalen Anzahl der EKG-Wellenformen ist. Wenn nicht, liest Block 715 die ausgerichteten "dominanten" Schläge für diese EKG-Wellenform. Block 720 setzt einen Zeitzeiger auf 0.
Block 725 holt einen Zeitabschnitt an Daten für jeden ausgerichteten Schlag zu dem Zeitpunkt, der durch den Zeitzeiger identifiziert wird. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind diese Daten die Amplitude von jedem der ausgerichteten dominanten Herzschläge zu diesem Zeitpunkt. Block 730 sortiert die Amplituden für diesen Zeitabschnitt von der kleinsten zur größten. Block 735 verwirft einen Anteil der kleinsten und größten Amplituden. In einer verrauschten Umgebung kann das Klassifizierungsunterprogramm für Schläge unkorrekterweise Schläge als dominant klassifizieren. Diese Fehler führen dazu, dass fälschlich einklassifizierte Schläge unzulässigerweise in den ausgerichteten Schlägen enthalten sind. Der beschnittene Mittelwert, der hier erzeugt wird, führt zu einem robusten und genauen repräsentativen Herzschlag, und zwar auch bei Auftreten von fehlklassifizierten Schlägen und starkem Rauschen auf den dominanten Schlägen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden 33% der kleinsten Amplituden und 33% der größten Amplituden verworfen, wenngleich auch andere Werte verwendet werden könnten. Block 740 mittelt die verbleibenden Amplituden für diesen Zeitabschnitt. Block 750 speichert die gemittelte Amplitude für diesen Zeitabschnitt in einem Feld für den repräsentativen Herzschlag im Speicher 69 der Recheneinheit 60. Block 755 inkrementiert den Zeitzeiger auf den nächsten Zeitabschnitt und Block 760 prüft, ob der Zeitzeiger seinen Maximalwert erreicht hat. Wenn nicht, verzweigt das Verfahren zurück zum Block 725, um die mittlere Amplitude der anderen Zeitabschnitte zu bestimmen, und um das Feld des repräsentativen Herzschlages zu vervollständigen. Fig. 17 zeigt beispielhaft ausgerichtete Schläge, die unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens zeitlich unterteilt sind.
Wenn Block 760 positiv beantwortet wird, filtert Block 765 den im Feld für den repräsentativen Herzschlag gespeicherten repräsentativen Herzschlag in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ("forward and reverse filtering") und speichert das Ergebnis zurück in das Feld im Block 770. Ein alternatives Ausführungsbeispiel wurde in Betracht gezogen, bei dem dieser Schritt ausgelassen wurde. Block 775 inkrementiert den EKG-Wellenformzähler und das Verfahren verzweigt zurück zum Block 710, um einen repräsentativen Herzschlag für jede der anderen EKG-Wellenformen zu erzeugen. Sobald Block 710 feststellt, dass für alle der EKG- Wellenformen repräsentative Herzschläge erzeugt und gespeichert wurden, zeigt Block 780 die repräsentativen Herzschläge auf der Anzeige 66 der Recheneinheit 60 an. Eine beispielhafte Anzeige eines repräsentativen Herzschlages ist in Fig. 18 gezeigt. Das Unterprogramm kehrt im Block 799 zum Block 800 aus Fig. 5 zurück.

VII. Messungen

Fig. 11 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise des Unterprogramms 800, das von der Messlogik 78 der Recheneinheit 60 des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ausgeführt wird. Block 801 erhält die repräsentativen Herzschläge für jede der EKG-Wellenformen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt dies, indem das in Schritt 770 aus Fig. 10 gespeicherte Feld für repräsentative Herzschläge ausgelesen wird. Alternativ könnten repräsentative Herzschläge verwendet werden, die unter Verwendung eines anderen Verfahrens einschließlich konventionell bekannter Verfahren zum Erzeugen von repräsentativen Herzschlägen erzeugt wurden.
Block 803 misst den frühesten QRS-Beginn und den letzten QRS- Ausläufer. Diese Werte stammen von einer Aktivitätsfunktion, die von einer Untermenge der im Block 801 erhaltenen repräsentativen Herzschläge abgeleitet wurde. Diese Werte werden für viele der Messungen verwendet, die für diese repräsentativen Herzschläge durchgeführt werden, wie gleich erläutert wird. Block 805 setzt einen Zähler, der die EKG-Wellenform verfolgt, für die der repräsentative Herzschlag gemessen wird. Block 810 holt den repräsentativen Herzschlag für diese EKG-Wellenform. Block 815 bestimmt den isoelektrischen Wert des repräsentativen Herzschlags. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dies der mittlere Wert der 16 ms an Daten vor dem frühesten QRS- Beginn. Block 820 bestimmt die Amplitude der R-Zacke für diesen repräsentativen Herzschlag. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dies der maximale positive Wert zwischen dem frühesten QRS-Beginn und dem letzten QRS-Ausläufer, wobei eine Anpassung erfolgt, um erhöhte ST-Abschnitte beim letzten QRS- Ausläufer zu korrigieren, wenn die "T"-Zacke so groß ist, dass sie die Bestimmung der Amplitude der R-Zacke beeinflusst.
Block 825 bestimmt den ST-Wert. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dies der Mittelwert von 10 ms um den vom Anwender bestimmten ST-Messpunkt des repräsentativen Herzschlages. Block 830 bestimmt den ST-Anstieg. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dieser bestimmt, indem eine beste-Linie-Anpassung ("best line fit") zwischen dem letzten QRS-Ausläufer und dem ST-Messpunkt des repräsentativen Herzschlags verwendet wird. Block 835 bestimmt das ST-Integral. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dieses bestimmt, indem die Summe der negativen Flächen zwischen dem letzten QRS-Ausläufer und dem ST- Messpunkt des repräsentativen Herzschlags berechnet wird.
Block 850 aktualisiert ein Vertrauenskennzeichen für jede aufgenommene Messung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden historische Informationen und physiologische Grenzen verwendet, um diese Messkennzeichen entweder auf "niedriges" oder "hohes" Vertrauen zu setzen. Diese Vertrauenskennzeichen können einem Anwender auf eine Vielzahl von Möglichkeiten angezeigt werden, wie beispielsweise die Anzeige des Begriffs "niedrig" oder "hoch" neben einem Messwert, das Ändern der Farbe des Messwertes auf der Anzeige (z. B.: grün bedeutet hoch, rot bedeutet niedrig) usw. Ein "niedriges" Vertrauenskennzeichen würde dem Kardiologen bzw. anderen Mediziner anzeigen, dass ein Messwert nicht physiologisch ist oder sich in einer nicht- physiologischen Art und Weise verändert hat und auf seine Korrektheit manuell überprüft werden sollte. Block 855 inkrementiert den EKG-Wellenformzähler. Block 860 prüft, ob der EKG- Wellenformzähler die maximale Anzahl an EKG-Wellenformen übersteigt. Wenn nicht, verzweigt das Verfahren zurück zum Block 810, um diesen Vorgang für die anderen EKG-Wellenformen zu wiederholen. Wenn ja, zeigt Block 880 die Messungen auf der Anzeige 66 der Recheneinheit 60 (Fig. 2) an. Eine beispielhafte Anzeige dieser Messwerte, die zusammen mit dem repräsentativen Herzschlag angezeigt ist, ist in Fig. 19 dargestellt. Ein Kardiologe, der auf den in Fig. 19 gezeigten repräsentativen Herzschlag und die Messwerte schaut, würde sehen, dass es dort einen geschwächten ST-Abschnitt gibt, der andeutet, dass der Patient, der sich einem Belastungstest unterzieht, eine Erkrankung der Koronararterie hat. Das Unterprogramm kehrt im Block 899 zum Block 210 aus Fig. 5 zurück.
Beansprucht wird:

Claims

1. Medizinisches Gerät (10) zum Gewinnen von Herzschlag- Messwerten aus einer EKG-Wellenform, mit:

einer Detektionslogik (71) zum Detektieren einer Vielzahl von Herzschlägen in der EKG-Wellenform;

einer Klassifikationslogik (74) zum Klassifizieren der Vielzahl von Herzschlägen in dominante Herzschläge und nicht-dominante Herzschläge;

einer Ausrichtelogik (75) zum Ausrichten der dominanten Herzschläge zum Erzeugen ausgerichteter, dominanter Herzschläge;

einer repräsentativer-Herzschlag-Erzeugungslogik (73) zum Erzeugen eines repräsentativen Herzschlages aus der Vielzahl von ausgerichteten, dominanten Herzschlägen;

einer Messlogik (78) zum Gewinnen von Messwerten für den repräsentativen Herzschlag, wobei die Messlogik ferner aufweist:

Mittel zum Gewinnen einer Vielzahl von repräsentativen Herzschlägen, die einer Vielzahl der EKG- Wellenformen entsprechen;

Mittel zum Messen eines frühesten QRS-Beginns in Abhängigkeit von den Gewinnungsmitteln;

Mittel zum Messen eines letzten QRS-Ausläufers in Abhängigkeit von den Gewinnungsmitteln;

Mittel zum Bestimmen einer maximalen R-Zacken- Amplituden-Messwert zwischen dem frühesten QRS-Beginn und dem letzten QRS-Ausläufer für den repräsentativen Herzschlag;

Mittel zum Bestimmen eines mittleren ST-Wert- Messwertes für den repräsentativen Herzschlag; und

Mittel zum Bestimmen eines ST-Anstieg-Messwertes unter Verwendung einer beste-Linie-Anpassung zwischen dem letzten QRS-Ausläufer und einem ST-Messpunkt des repräsentativen Herzschlages für den repräsentativen Herzschlag.

2. Medizinisches Gerät nach Anspruch 1, ferner mit:

Mitteln zum Bestimmen eines ST-Integral-Messwertes durch Berechnen der Summe der negativen Flächen zwischen dem letzten QRS-Ausläufer und dem ST-Messpunkt des repräsentativen Herzschlages für den repräsentativen Herzschlag.

3. Medizinisches Gerät nach Anspruch 2, ferner mit:

Mitteln zum Bestimmen eines Vertrauenswertes des ST- Integral-Messwertes; und

Mitteln zum Anzeigen einer Angabe des Vertrauenswertes.

4. Medizinisches Gerät nach Anspruch 1, ferner mit:

Mitteln zum Bestimmen eines Vertrauenswertes des ST- Anstieg-Messwertes; und

Mitteln zum Anzeigen einer Angabe des Vertrauenswertes.

5. Medizinisches Gerät (10) zum Gewinnen von Herzschlag- Messwerten aus einer EKG-Wellenform, mit:

Mittel zum Gewinnen einer Vielzahl von repräsentativen Herzschlägen, die einer Vielzahl von EKG- Wellenformen entsprechen;

Mittel zum Bestimmen eines maximalen R-Zacken- Amplituden-Messwertes zwischen dem frühesten QRS- Beginn und dem letzten QRS-Ausläufer für den repräsentativen Herzschlag;

Mittel zum Bestimmen eines ST-Anstieg-Messwertes unter Verwendung einer beste-Linie-Anpassung zwischen dem letzten QRS-Ausläufer und einem ST-Messpunkt des repräsentativen Herzschlages für den repräsentativ Herzschlag;

Mittel zum Bestimmen eines Vertrauenswertes des maximalen R-Zacken-Amplituden-Messwertes; und

Mittel zum Anzeigen einer Angabe des Vertrauenswertes.

6. Medizinisches Gerät (10) zum Gewinnen von Herzschlag- Messwerten aus einer EKG-Wellenform, mit:

Mittel zum Bestimmen eines mittleren ST-Wert- Messwertes für den repräsentativen Herzschlag;

Mittel zum Bestimmen eines ST-Anstieg-Messwertes unter Verwendung einer beste-Linie-Anpassung zwischen dem letzten QRS-Ausläufer und einem ST-Messpunkt des repräsentativen Herzschlages für den repräsentativen Herzschlag;

Mittel zum Bestimmen eines Vertrauenswertes der ST-Wert-Messwert; und

Mittel zum Anzeigen einer Angabe des Vertrauenswertes.

7. Medizinisches Gerät (10) zum Gewinnen von Herzschlag- Messwerten aus einer EKG-Wellenform, mit:

Mittel zum Bestimmen eines ST-Anstieg-Messwertes unter Verwendung einer beste-Linie-Anpassung zwischen dem letzten QRS-Ausläufer und einem ST-Messpunkt des repräsentativen Herzschlages für den repräsentativen Herzschlag; und

Mittel zum Bestimmen eines isoelektrischen Wertes durch Berechnen eines Mittelwertes für eine bestimmte Zeitspanne vor dem frühesten QRS-Beginn für den repräsentativen Herzschlag.

8. Medizinisches Gerät nach Anspruch 7, ferner mit:

Mitteln zum Bestimmen eines Vertrauenswertes des isolektrischen Wertes; und

Mitteln zum Anzeigen des Vertrauenswertes.