DD160210A3 - Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung der herzschrittmachertaetigkeit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und dazugehoerige Vorrichtung zur Ueberwachung der Herzschrittmachertaetigkeit. Das Ziel der Erfindung besteht darin, dass eine Ueberwachung der stimulierten Herzaktion in einfacher Weise unter Einsparung von medizinischen Betreungspersonal in der klinischen Routine moeglich ist. Gemaess der Erfindung wird mit Hilfe eines Zusatzgeraetes das durch ein EKG aufgezeichnete Herzaktionspotential gemessen und gespeichert. Alle nachfolgenden Herzaktionspotentiale werden mit dem Messwert verglichen. Das Erreichen bzw. Nichterreichen des gespeicherten Messwertes kann wahlweise sofort oder verzoegert signalisiert werden. Dazu wird das gesamte Herzaktionspotential ueber einen Zeitraum von 500 ms integriert. Das Zusatzgeraet ist ohne zusaetzliche Hilfsmittel an ein beliebiges Biomonitorsystem anschliessbar.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren und Vorrichtung zur überwachung der Herzschrittmachertätigkeit

Anwendungsgebiet

Gegenstand der Erfindung ist.die postoperative Überwachung der "temporären und permanenten Herzschrittmachertätigkeit.

Die Erfindung betrifft ein Vorfahren zur Überwachung der Herzschrittmachertätigkeit und zum Nachweis einer regelrechten Herzaktivität, die aus der Herzschrittmachertätigkeit resultiert,sowie Vorrichtungen zur Realisierung des Verfahrens.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Herzschrittmacher sind elektronische Geräte, die bei bestimmten Herzrhythmusstörungen sowohl temporär als auch permanent als Therapeutikum anwendbar sind.

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Dabei werden in beiden Fällen vom Schrittmacher elektrische Impulse mit einer bestimmten Frequenz erzeugt, die über eine Elektrode, die am oder im Herzen fixiert ist, an den Herzmuskel übertragen. Die erfolgreiche Stimulation des Herzens ist insbesondere abhängig von der Energie des Stimulationsimpulses, aber auch von der Lage und Funktionssicherheit der Elektrode. Dabei wird die Energie , die gerade ausreicht eine Herzaktion, zu stimulieren, als Reizschwelle des Herzens bezeichnet. Die Reizschwelle des Herzmuskels hängt sowohl von der Lage der Elektrode im Herzen als auch von den physiologischen Bedingungen, die im menschlichen Körper vorliegen, ab. Postoperativ steigen die akuten Reizschwellenwerte um den Faktor 2,5 bis 3,5 an. Nach Ablauf der postoperativen Reizschwellenerhöhung stellen sich dann nach ca. IO Tagen die chronischen Werte ein, die um den Faktor 1,5 bis 2,5 über den akuten Werten liegen. Das weitere Verhalten der Reizschwelle während der Liegezeit der Elektrode läßt sich von vornherein nicht angeben. Die sich ändernden physiologischen Bedingungen, insbesondere in der akut postoperativen Phase, machen eine Überwachung des Patienten in diesem Zeitraum hinsichtlich der Effektivität der Schrittmacherimpulse dringend erforderlich. Aber auch später ist in bestimmten Fällen temporär eine Überwachung der Herzschrittmachertätigkeit und der daraus resultierenden Herzaktion notwendig. Das Ausbleiben der Herzaktion trotz Stimulation des Schrittmachers führt immer zu lebensbedrohlichen Zuständen beim Patienten.

Für die Überwachung der Herzschrittmachertätigkeit werden in der Praxis insbesondere 2 Methoden angewendet. Bei der ersten Methode wird vom Patienten in bekannter Weise das EKG abgeleitet. Dabei wird unmittelbar nach dem Herzschrittmacherimpuls bei effektiver Stimulierung des Herzens das Aktionspotential des Herzens in Form des QRS-Komplexes abgeleitet und auf einen zugehörigen Sichtteil zur Anzeige gebracht.

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Die Kontrolle der effektiven Herztätigkeit erfolgt visuell durch das medizinische Betreuungspersonal direkt am Biomonitor oder nach einer entsprechenden Übertragung in einer zentralen Überwachungsstation.

Das Verfahren hat den Nachteil, daß der Biomonitor ständig durch das Betreuungspersonal visuell beobachtet werden muß. Die im Biomonitor vorgesehene Alarmeinrichtung, die selbsttätig dann in Betrieb gesetzt wird, wenn bei der Ableitung des EKG ohne Stimulierung des Herzens mit einem Schrittmacher, die Herzaktion in Form des QRS-Komplexes ausbleibt, versagt bei der Kontrolle der Stimulierung des Herzens und der dazugehörigen Herzaktion deshalb, weil der Stimulationsimpuls im EKG bei herkömmlichen Biomonitoren mit der regelrechten Herzaktivität gleichgesetzt wird. Beim Ausbleiben der Herzaktivität würde der Herzschrittmacherimpuls die Auslösung der Alarmschaltung verhindern.

Ein zweites bekanntes Verfahren beruht auf einem völlig neuen Gerätesystem, bei dem durch geeignete Mittel das EKG so abgeleitet wird, daß die Weiterverarbeitung einmal in der herkömmlichen bei Biomonitoren realisierten Weise erfolgt und zum anderen in einem zweiten Gerätekomplex die getrennte Registrierung von Schrittmacher und Herzaktionsimpulsen aus dem EKG erfolgt. Danach erfolgt die Auswertung der Signale zur Feststellung ihres funktionellen Zusammenhanges. Fehlt dieser Zusammenhang, so wird dieser Zustand signalisiert.

Das Verfahren hat den Nachteil, daß zu seiner Realisierung Geräteeinheiten benötigt werden, deren Umfang größer ist als die zur EKG-Ableitung verwendeten Biomonitoren. Ein weiterer Nachteil besteht in dem erhöhten Be'dienungsaufwand, der einen unkomplizierten Einsatz insbesondere im klinischen Routinebetrieb nicht zuläßt.

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Ziel der Erfindung

Es besteht das Ziel, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Überwachung der Kardiostimulation während der Therapie mit einem Herzschrittmachersystem auch über längere Zeiträume sicher möglich ist.

Es ist weiter Ziel der Erfindung, das Verfahren so zu gestalten, daß seine Anwendung auch in der klinischen Routine, unter Einsparung von medizinischen Betreuungspersonal möglich ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mit dem aus einem EKG, das mit einem beliebigen Biomonitorsystem abgeleitet wird, die Effektivität der Herzstimulation und die Größe des Herzaktionspotentials nachgewiesen werden kann und im Falle des Ausbleibens der Herzaktion eine Alarmvorrichtung betätigt wird, ohne daß eine dauernde Kontrolle notwendig ist.

Die Aufgabe wird mitHilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gelöst, indem zunächst mit Hilfe eines Zusatzgerätes, das am EKG-Verstärker des Biomonitors anliegende EKG-Signal, bestehend aus dem Herzschrittmacherimpuls und der dazugehörigen Herzantwort, gemessen und gespeichert wird. Danach erfolgt die Auswertung aller nachfolgenden Aktionspotentiale, indem sie nach ihrer Messung mit dem gespeicherten Wert verglichen werden. Das Erreichen oder Nichterreichen des gespeicherten Aktionspotentialwertes kann wahlweise sofort oder verzögert signalisiert werden.

Erfindungsgemäß wird zunächst am Zusatzgerät der Schritt Messen programmiert. Der nächste im EKG dargestellte Herzschrittmacherimpuls erzeugt durch entsprechende Differenzierung seiner Anstiegsflanke ein Triggersignal, das nach ent-

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sprechender elektronischer Aufbereitung durch eine Einzelimpulserzeugung über eine Schalterkombination, einem Integrator 500 ms, die im EKG aufgezeichneten Aktionspotentiale zur Integration zuführt. Fehlt der Herzschrittmacherimpuls, so wird zur Triggerung die R-Zacke des Echokardiogramms benutzt. Gleichzeitig wird der Kruzschluß des Integrationskondensators aufgehoben. Dadurch werden Doppeltriggerungen vermieden ,und der am Integrator anliegende Integrationswert wird für die Zeit der Messung gespeichert. Der Integrationswert des Meßzyklus wird nun mit dem Schwellenwert eines nachgeschalteten Komperators verglichen. Die Differenz der Potentiale wird über ein MOSFET-Voltmeter zur Anzeige gebracht und stellt gleichzeitig einen Meßwert für das Herzaktionspotential dar. Erfindungsgemäß wird mit Hilfe eines Potentiometers die Komperatorschwelle so eingestellt, daß der Schwellenwert des Komperators um einen gewissen Sicherheitsabstand unter dem Integrationswert des Meßzyklus liegt. Das Überwachungsgerät ist jetzt auf das individuelle Aktionspotential des jeweiligen Patienten eingestellt.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden gemäß der Erfindung die nachfolgenden Aktionspotentiale ausgewertet. Dazu erfolgt die Umschaltung auf den Arbeitsschritt Auswerten. Der Integrator mit den nachfolgenden Auswerteeinheiten kehrt in den Ausgangszustand zurück. In der beschriebenen Weise wird die Integration des nächstfolgenden Herzaktionspotentials durchgeführt. Ist der Integrationswert Ausdruck einer effektiven Stimulierung des Herzens, dann erreicht er die Umschaltschwelle des nachgeschalteten Komperators. Das am Ausgang des Komperators anliegende Potential wird nach der Integrationszeit von 500 ms von dem nachgeschalteten Schieberegister übernommen. Gleichzeitig erfolgt 650 ms nach Beginn der Integration die Löschung des im Integrator gespeicherten Wertes, indem der Integrationskondensator wieder kurzgeschlossen wird. Der nächste Schrittmacherimpuls bewirkt ebenfalls die beschriebenen Vorgänge, wobei der im Schieberegister gespeicherte Pegel um eine Stelle weitergeschoben wird und an dessen Stelle der Pegel des jetzigen Auswertezyklus kommt.

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Erreicht aufgrund des fehlenden Aktionspotentials des Herzens der Integrationswert nicht die Umschaltschwelle des Komperators, so liegt am Schieberegister kein Potential an. Gemäß der Erfindung kann wahlweise dieser Zustand, der Ausdruck eines fehlenden Herzaktionspotentials ist, oder der Zustand des Anliegens eines Potentials am Schieberegister, der ein Nachwöis des Herzaktionspotentials darstellt, durch entsprechende Schaltmittel signalisiert werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Signalisierung des fehlenden Herzaktionspotentials nach ein bis vier nicht beantworteten Schrittmacherimpulsen .

Es liegt damit ein Verfahren vor, mit dem das Herzaktionspotential gemessen und danach jedes folgende Herzaktionpotential ausgewertet werden kann. Sowohl das vorliegende als auch ein nicht vorliegendes Herzaktionspotential kann signalisiert werden.

In der zum erfindungsgemäßen Verfahren gehörenden elektronischen Vorrichtung werden die vom EKG-Vorverstärker kommenden Signale gemäß dem Verfahren zur Messung und Auswertung aufbereitet. Das vom EKG-Vorverstärker abgenommene Signal wird über eine Trennstufe sowohl einem Differenzierglied als auch einem Präzisionsgleichrichter zugeführt. Dieser ist über eine Schalterkombination mit dem Eingang eines Integratace verbunden. Der durch die Integration vom Betrag des EKG-Signal erhaltene Spannungswert wird kurzfristig gespeichert und dem Eingang eines nachgeschalteten Komperators mit extern einstellbarer Schaltschwelle und einem MOSFET-Voltmeter zugeführt. Der Ausgang des Komperators ist mit dem Eingang eines Schieberegisters verbunden, dessen Ausgang mit einem NAND-Gatter mit 4 Eingängen verbunden ist. Damit erfolgt die Auswertung der Schieberegisterinformation und über ein Relais bzw· über Leuchtdioden die Anzeige über das Vorliegen bzw. Nichtvorliegen einer Herzaktion.

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Dabei ist über einen Schalter das NAND-Gatter so programmierbar, daß ein Alarmsignal wahlweise erst nach ein, zwei, drei oder vier fehlenden Herzaktionen ausgelöst wird. Das dem Differenzierglied zugeführte Signal wird nach der Differenzierung über einen Schaltverstärker einem monostabilen Multivibrator zugeführt, dessen Verzögerungszeit etwa der Impulsbreite des Herzschrittmacherimpulses entspricht. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators ist mit dem Eingang eines zweiten monostabilen Multivibrators verbunden, dessen Ausgang mit dem Integrator und einem dritten monostabilen Multivibrator verknüpft ist. Das durch den zweiten Multivibrator erzeugte Taktsignal bewirkt am Integrator, daß für 650 ms Störtriggerungen vermieden werden. Der Ausgang des dritten monostabilen Multivibrators ist mit der Schalterkombination, die vor dem Integrator angeordnet ist, verbunden. Der von diesem Multivibrator erzeugte Taktimpuls von 500 ms bestimmt die Integrationszeit des Integrators. Parallel zum zweiten Multivibrator ist eine Einrichtung (Flip-Flop) angeordnet, die zur Messung des Herzaktionspotentials die Erzeugung eines Einzelimpulses realisiert.

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8 Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden. Die dazugehörenden Figuren zeigen:

Fig. 1: Blockschaltbild des Zusatzgerätes Fig. 2: Echokardiogramm

Fig. 3: Taktimpulse zur Realisierung des Verfahrens Fig. 4: Zusammenhang der Potentialdiagramme des Integrators und des Komperators

Das Zusatzgerät wird an den Vorverstärker des Biomonitors 1 angeschlossen. Die Anstiegsflanke des Schrittmacherimpulses 16 wird einem Differenzierglied mit Bandpaßschaltung und Schaltverstärker 10 zugeführt. Das dort erzeugte Triggersignal steuert einen monostabilen Multivibrator 11 an, dessen Verzögerungszeit etwa der Impulsbreite des Herzschrittmacherimpulses entspricht. Im Falle des Fehlens des Schrittmacherimpulses übernimmt die R-Zacke des Echokardiogramms die Synchronisierung. Der Ausgangsimpuls des monostabilen Multivibrators 11 triggert einen zweiten monostabilen Multivibrator 12, dessen Ausgangssignal bewirkt, daß der Kurzschluß des Integrationskondensators im Integrator 3 für 650 ms aufgehoben wird. Dadurch werden Störimpulse unterdrückt. Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 12 wird zu einem dritten monostabilen Multivibrator 13 geführt. Das durch den monostabilen Multivibrator 13 gebildete Signal schaltet die Schalterkombination 4 in der Weise, daß das anliegende Aktionspotential des Herzens durch den Integrator 5 integriert wird. Das am Integratorausgang anliegende Signal wird mit dem extern einstellbaren Schwellenwert eines nachgeschalteten Komperators 6 verglichen.

Das an dem Komperator 6 anliegende Ausgangssignal wird in einen 4-bit-Schieberegister mit NAND-Gatter zur Auswertung eingeschrieben. Dem Schieberegister mit NAND-Gatter ist eine Alarmeinrichtung 9 nachgeschaltet.

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Parallel zu dem monostabilen Multivibrator 12 ist eine Einzelimpulserzeugung 14 mit einem Umschalter Messen-Auswerten 15 angeordnet. Nach dem Einschalten des Verfahrensschrittes Messen mit dem Umschalter Messen-Auswerten.15 erzeugt der erste Herzschrittmacherimpuls einen Synchronisationsimpuls, der den monostabilen Multivibrator 11 ansteuert. Der verzögerte Ausgangsimpuls steuert die Einzelimpulserzeugung so an, daß ihr Ausgangssignal einmal für 650 ms die öffnung des kurzgeschlossenen Integrationskondensators am Integrator 5 bewirkt und zum anderen den monostabilen Multivibrator 13 ansteuert. Sein Ausgsngssignal verbindet über die Schalterkombination 4 den Integrator mit dem anliegenden EKG-Signal. Durch den Integrator 5 erfolgt für 500 ms die Integration aller auftretenden Aktionsimpulse. Nach 500 ms kehrt der monostabile Multivibrator 13 in seine Ruhelage zurück. Dadurch wird der Eingang des Integrators gesperrt. Der Integrationskondensator bleibt weiter geöffnet, damit der erhaltene Integrationswert gespeichert wird. Die Differenz des Komperatorschwellenwertes und des Integrationswertes wird mit einer Meßeinrichtung 7 angezeigt. Die Komperatorschwelle wird jetzt mit dem Potentiometer so eingestellt, daß der Schwellenwert des Komperators um einen geringen Betrag unter dem Integrationswert des Meßzyklus liegt. Damit ist das Überwachungsgerät auf das individuelle Herzaktionspotential des jeweiligen Patienten eingestellt. Die während des Einstellens der Komperatorschwelle auftretenden Triggerimpulse der Herzschrittmachersteuerung werden unterdrückt. Danach erfolgt das Umschalten des Umschalters Messen-Auswerten 15. Der nächste eintreffende Herzschrittmacherimpuls erzeugt wiederum ein Triggerimpuls am Ausgang des monostabilen Multivibrators 11, der den monostabilen Multivibrator 12 für 650 ms so schaltet, daß der Integrationskondensator weiter geöffnet bleibt. Gleichzeitig wird der Eingang des monostabilen Multivibrators 13 angesteuert. Sein Ausgangssignal bewirkt über die Schalterkombination 4, daß dem Integrator 5 das auszuwertende Aktionspotential des Herzens zugeführt wird.

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ίο

Wenn es sich dabei um einen beantworteten Schrittmacherimpuls handelt, wird nach der Integration die Umschaltschwelle des Komperators 6 erreicht. Das dann an seinem Ausgang anliegende Potential wird in das Schieberegister 8 übernommen. Der monostabile Multivibrator 12 kehrt in seine Ausgangslage zurück und schließt den Integrationskondensator kurz. Dadurch wird der eingespeicherte Wert gelöscht. Der nächste Herzschrittmacherimpuls bewirkt in gleicher Weise die Integration des Herzaktionspotentials und dessen Vergleich mit dem Schwellenwert des Komperators 6. Der im Schieberegister 8 eingespeicherte Pegel wird um eine Stelle weitergeschoben. Im Falle des Ausbleibens der Herzaktivität erreicht der Komperator 6 seine Umschaltschwelle nicht. Dadurch wird vom Schieberegister 8 kein Pegel übernommen. Dieser Zustand kann durch die Alarmeinrichtung 9 signalisiert werden. Gleichfalls kann wahlweise das Einschieben eines Pegels in den Schieberegister 8 mit der Alarmeinrichtung 9 angezeigt werden.

Claims (2)

218 763 Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Überwachung der Herzschrittmachertätigkeit unter Zugrundelegung eines mit an sich bekannten Mitteln abgeleiteten EKG, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das durch einen Stimulationsimpuls hervorgerufene Herzaktionspotential gemessen wird, indem eine durch ein vom Herzschrittmacherimpuls abgeleiteter Triggerimpuls angesteuerte Einzelimpulserzeugung einen Integrator so ansteuert, daß das den Herzschrittmacherimpuls folgende Herzaktionspotential integriert, der Meßwert dann mit dem Schwellenwert eines Komperators verglichen, die Differenz der Potentiale zur Anzeige gebracht und die Schwelle des Komperators so eingestellt wird, daß ihr Wert um einen gewissen Sicherheitsabstand unter dem Integrationswert des Meßzyklus liegt, um danach Herzaktionspotentiale auszuwerten, indem nach Ausschaltung der Einzelimpulserzeugung ein vom nächstfolgenden Herzschrittmacherimpuls abgeleitetes Triggersignal über geeignete Schaltmittel 500 ms eine Integration des nachfolgenden Herzaktionspotentials bewirkt, der Integrationswert mit der gemessenen Komperatorschwelle verglichen, das Ausgangssignal des Komperators von einem Schieberegister übernommen wird und mit geeigneten Mitteln eine entsprechende Signalisierung wahlweise nach ein bis vier nicht beantworteten Herzschrittmacherimpulsen erfolgt, wobei nach 650 ms der am Integrator gespeicherte Wert gelöscht wird.

2, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangsstufe mit einem Präzisionsgleichrichter, einer Schalterkombination zur Steuerung des Integrators, einem Integrator, einem Komperator und einem Schieberegister in Reihe so verknüpft sind, daß gemäß dem Verfahren eine Auswertung der Herzaktionspotentiale erfolgt, wobei der Ausgang der Eingangsstufe mit einem Steuerteil verknüpft ist, in dem die Signale zur Steuerung des Integrators erzeugt werden.

Hteau. JLSeiten Zeichnungen