DD295995A5 - Schaltungsanordnung zur eliminierung von herzschrittmacherimpulsanteilen aus elektrokardiografie-ableitungen - Google Patents

Abstract

Schaltungsanordnung zur Eliminierung von Herzschrittmacherimpulsanteilen aus Elektrokardiografie-Ableitungen, bei der Herzsignale von Patienten erfaszt und angezeigt werden. Dies ist auch fuer Patienten mit Herzschrittmacher, deren Impulse einen mehrfachen Energieinhalt als die der Elektrokardiografie-Ableitungen aufweisen, von besonderer Wichtigkeit. Durch diese Schaltungsanordnung sollen Herzschrittmacherimpulse erkannt und ohne die Elektrokardiografie-Ableitung zu veraendern eliminiert werden. Dazu wird der Ausgang eines EKG-Verstaerkers an den Eingang eines ersten Filters und an den Eingang einer Herzschrittmacherimpuls-Erkennungsschaltung mit nachgeschalteter bipolarer, schwellenbehafteter Komparatorschaltung gefuehrt. Von der Komparatorschaltung wird ein Erkennungssystem fuer die Dauer der Herzschrittmacherimpulse aktiviert, das eine Steuerlogik ansteuert, die durch Aufruf eines ersten Analogspeichers und dem Aufruf zur UEbertragung auf einen zweiten Analogspeicher nach dieser Zeitspanne entsprechend der Dauer des Herzschrittmacherimpulses, dessen UEbertragung auf eine Auswerteeinheit aussetzt. Frequenzanteile aus den Steuerzeiten der Analogspeicher werden durch ein zweites Filter unterdrueckt. Fig. 1{Elektrokardiografie; Herzschrittmacher; Impulserkennung; Komparatorschaltung; Herzsignale; Filter; Analogspeicher; Steuerlogik}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Elektrokardiografie, in der die Herzsignale von Patienten über Elektroden auf eigens dafür entwickelte Geräte geführt und durch diese dargestellt werden. Eine unverfälschte Darstellung der Herzsignale ist besonders auch für die Überwachung von Patienten mit elektronischen Herzschrittmachergeräten, deren Impulse die Herzsignalpegel um ein mehrfaches übersteigen können, von besonderer Bedeutung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, in der Elektrokardiograf^ Störsignale in einem Nutzsignal zu unterdrücken. Insbesondere wirken sich Herzschrittmacherimpulse bei der Elektrokardiografie-Registrierung erheblich störend aus. Durch die Herzschrittmacherimpulse und Netzbrummen wird unter Umständen der Informationsgehalt der Elektrokardiografie-Ableitung soweit verändert, daß dessen Auswertung erschwert oder gar unmöglich wird. Dazu wird ein anfallendes Nutzsignal mit möglicherweise überlagerten Störsignalen einem Störbrummfilter zugeführt. Die ausgefilterte Störbrummkomponente wird dem Ursprungssignal zur Kompensation gegensinnig überlagert, solange Störimpulsspitzen von einer besonderen Einrichtung nicht erkannt werden. Wird ein Störimpuls erkannt, wird das Filter vom Eingangssignal abgeschaltet und auf Eigenschwingung zur Nachbildung der Störbrummkomponente umgeschaltet und dem Nutzsignal aufgeschaltet, während die Störimpulsspitze ausgetastet wird. Damit werden vorzugsweise Herzschrittmacherimpulse und Netzbrummen unterdrückt (EP 3588). Weiterhin ist es bekannt, den spektralen Inhalt des Signalanteiles R-Zacke zur Kennung der R-Zacke zu nutzen und Signalanteile mit entsprechend hohen Frequenzanteilen und passender Amplitude als Herzschrittmacherimpuls zu werten, wobei ein signifikanter Herzschrittmacherimpuls zur Bewertung erforderlich ist. Der so erkannte Herzschrittmacherimpuls wird dann im Signalverlauf unterdrückt (EP 280530).

Der Nachteil dieser Lösungen ist darin zu sehen, daß dazu ein Mindestimpulsverlauf für den Herzschrittmacherimpuls erforderlich ist, bevor die Unterdrückung desselben einsetzen kann oder es muß ein zusätzlicher Ableit- und Erkennungsaufwand vorgesehen werden, was recht umfangreiche Aufbauten erfordert. Des weiteren ist eine Beurteilung anhand eines signifikanten Herzschrittmacherimpulses mit der Gefahr einer Fehlerbeurteilung verbunden, wodurch die Elektrokardiografie-Ableitung wieder mit dem Herzschrittmacherimpuls überlagert wird.

Ziel der Erfindung

Zweck der Erfindung ist es, Signalanteile von Herzschrittmacherimpulsen in Elektrokardiografie-Verläufen mit möglichst geringem Aufwand unmittelbar zu erkennen und aus der weiteren Bewertung zu eliminieren, um dadurch eine maximale Sicherheit für Patienten mit Herzschrittmachern, beispielsweise während der Programmierungsphase, zu gewährleisten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Erkennung und Eliminierung von Herzschrittmacherimpulsen mit einem, das, durch Ableitelektroden von einem Patienten abgenommene, Elektrokardiografie-Signal an seinem Ausgang weitgehend verzerrungsfrei darstellenden, breitbandigen EKG-Verstärker zu schaffen, die anhand von Signalparametern die Charakteristik von Impulsen eines Herzschrittmachers erkennt und eliminiert, um in dieser korrigierten Form das EKG-Signal einer Auswerteeinheit zuzuführen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ausgang des breitbandigen EKG-Verstärkers an die Eingänge eines ersten, sehr steile Impulsanteile weitgehend unterdrückenden Filters und an den Eingang einer Herzschrittmacherimpuls-Erkennungsschaltung, deren Ausgang mit dem Eingang einer bipolaren, schwellenbehafteten Komparatorschaltung verbunden ist, geführt ist. Der Ausgang dieser Komparatorschaltung ist mit dem Eingang eines monostabilen Multivibrators, mit einer der maximalen Eliminierungsdauer entsprechenden Eigenzeit, dessen Ausgang auf den Sperreingang einer Steuerlogik geführt ist, die an einen, vom Ausgang des monostabilen Multivibrators synchronisierbaren Taktgenerator angeschlossen ist und die mit einem ersten, nach Ablauf der Eigenzeit des monostabilen Multivibrators aktivierten, Ausgang auf den Steuereingang eines ersten, mit seinem Eingang an den Ausgang des ersten Filters angeschlossenen steuerbaren Analogspeichers, dessen Ausgang mit dem Eingang eines zweiten, mit seinem Steuereingang an den zweiten Ausgang der Steuerlogik, die zwischen den Aktivierungssignalen am ersten und am zweiten Ausgang eine Zwischenzeit einfügt, verbundenen, steuerbaren Analogspeichers, dessen Ausgang über ein zweites Filter der Auswerteeinheit zugeführt ist, verbunden ist. Gemäß weiterer Ausbildung ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Komparatorschaltung weiterhin mit dem Eingang eines zweiten monostabilen Multivibrators, mit einer kürzeren Eigenzeit als die Eliminierungsdauer, mit dem Eingang eines dritten monostabilen Multivibrators, mit einer längeren Eigenzeit als die Eliminierungsdauer, und mit dem Takteingang einer ersten bistabilen Kippstufe, deren Rücksetzeingang an den inversen Ausgang des ersten monostabilen Multivibrators angeschlossen ist, verbunden ist. Der negierte Ausgang der ersten bistabilen Kippstufe und der Ausgang des zweiten monostabilen Multivibrators sind auf je einen Eingang eines ersten UND-Gliedes und der negierte Ausgang des dritten monostabilen Multivibrators und der Ausgang der ersten bistabilen Kippstufe, von dem ein normierter Herzschrittmacherimpuls an einen Eingang der Auswerteschaltung ausgegeben wird, sind auf je einen Eingang eines zweiten UND-Gliedes geführt. Die Ausgänge dieser UND-Glieder sind jeweils an den Setzeingang einer zweiten und einer dritten bistabilen Kippstufe, die an ihren Rücksetzeingängen, wahlweise direkt oder verbindbar über die Auswerteeinheit, von dem negierten Ausgang des ersten monostabilen Multivibrators ansteuerbar und deren Ausgänge auf Eingänge der Auswerteschaltung zur Gültigkeitsbestimmung der Herzschrittmacherimpulse geführt sind, angeschlossen.

Die Herzschrittmacherimpuls-Erkennungsschaltung besteht aus einer ersten integrierenden Schaltung mit einer, komparierbare Signale bei, gegenüber dem Herzschrittmacherimpuls, sehr kurzen Impulsen unterdrückenden Zeitkonstante, deren Ausgang mit dem nichtinvertierenden Eingang einer Mischstelle verbunden ist, deren Ausgang an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers, dessen Ausgang an die Komparatorschaltung und über eine zweite integrierende Schaltung an den invertierenden Eingang der Mischstelle angeschlossen ist.

Die Zeitkonstante der zweiten integrierenden Schaltung in der Herzschrittmacherimpuls-Erkennungsschaltung ist so bemessen, daß das Ausgangssignal am Ausgang des Operationsverstärkers noch vor Ablauf einer kleinstmöglichen Herzschrittmacherimpulsdauer unterdrückt wird.

Somit werden die monostabilen Multivibratoren und die erste bistabile Kippstufe von solchen Signalen, die als Störungen auftreten, nicht angesteuert. Dagegen werden von Herzschrittmacherimpulsen ausreichende Werte zum Schalten des bipolaren

Komparators erreicht und an dessen Ausgang Signalpegel zum Schalten der angeschlossenen Kippstufen ausgegeben. Nach Ablauf der Eigenzeit des ersten monostabilen Multivibrators wird der erste Analogspeicher aufgerufen und der Umspeichertakt für die Steuerlogik freigegeben. Durch die Steuerlogik wird eine Zeitspanne bis zum Aufruf des zweiten Analogspeichers eingefügt. Die Dauer dieser Zeitspanne ist größer oder gleich der Eigenzeit der Erkennungsschaltung für einen Herzschrittmacherimpuls. Die Zeitkonstante der ersten integrierenden Schaltung ist sehr viel kleiner im Verhältnis zur zweiten Zeitkonstante der integrierenden Schaltung, die wiederum kleiner einem Drittel bis einem Fünftel der Zeit eines kürzesten Herzschrittmacherimpulses ist. Die sich aus den Steuerzeiten für die Analogspeicher ergebenden Frequenzanteile werden durch das zweite Filter unterdrückt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: das Blockschaltbild

Fig. 2: das Schaltbild einer Herzschrittmacherimpuls-Erkennungsschaltung.

In Fig. 1 ist an die Eingänge eines breitbandigen EKG-Verstärkers OV und auf Bezugspotential ein, mit einem Patienten verbundenes, Elektrodensystem Egeführt. Der Ausgang des EKG-Verstärkers OV ist mit dem Eingang eines ersten Filters F1 und eines Impulserkennungssystems IKS verbunden. In dem Impulserkennungssystem IKS ist der Ausgang eines ersten, am Eingang angeschlossenen Integriergliedes 11 mit dem nichtinvertierenden Eingang einer Mischstelle M verbunden. Der Ausgang dieser Mischstelle M ist auf einen ersten Verstärker V1 geführt, dessen Ausgang mit dem Eingang eines, auf einen Schwellwert ansprechenden, Komparators Kund über ein zweites Integrierglied 12 mit dem invertierenden Eingang der Mischstelle M verbunden ist. Der Ausgang des Komparators K ist auf die zusammengeschalteten Eingänge eines ersten, eines zweiten und eines dritten monostabilen Multivibrators MV1 bis MV3 und auf den Takteingang einer ersten bistabilen Kippstufe FF1 geführt.

Der Ausgang des ersten monostabilen Multivibrators MV1 ist mit einem Synchronisierungseingang eines Taktgenerators TG, der eine Steuerlogik SL beaufschlagt, und mit einem Aufrufeingang dieser Steuerlogik SL verbunden. Der inverse Ausgang des ersten monostabilen Multivibrators MV1 ist mit dem Rücksetzeingang der ersten bistabilen Kippstufe FF1 und über einen Schalter in einer Auswerteeinheit AE oder direkt mit den Rücksetzeingängen einer zweiten und einer dritten bistabilen Kippstufe FF2; FF3 verbunden. Der Ausgang des zweiten monostabilen Multivibrators MV2 ist mit einem Eingang eines ersten und der inverse Ausgang des dritten monostabilen Multivibrators MV3 ist mit einem Eingang eines zweiten UND-Gliedes U1; U 2 verbunden. Das erste UND-Glied U1 ist mit seinem zweiten Eingang an den inversen Ausgang der ersten bistabilen Kippstufe FF1 und mit seinem Ausgang mit dem Setzeingang der zweiten bistabilen Kippstufe FF2 angeschlossen. Der zweite Eingang des zweiten UND-Gliedes U 2 ist mit dem wahren Ausgang der ersten bistabilen Kippstufe FF1 verbunden und der Ausgang des zweiten UND-Gliedes U 2 ist auf den Setzeingang der dritten bistabilen Kippstufe FF3 geführt. Die Steuerlogik SL beinhaltet einen Johnson-Zähler, der vom Ausgangssignal des ersten monostabilen Multivibrators MV1 zurückgesetzt wird und von dem der Taktgenerator TG gesperrt wird. Mit dem Verschwinden des Ausgangssignales vom Ausgang des ersten monostabilen Multivibrators MV1 beginnt der Johnson-Zähler bis zu einem voreingestellten Wert zu zählen. Mit dem Beginn der Zählung gibt die Steuerlogik SL an einen ersten Ausgang AS 1 einen Übernahmeimpuls an einen ersten, mit seinem Eingang an den Ausgang des ersten Filters F1 angeschlossenen, Analogspeicher ASp laus. Der Ausgang des ersten Analogspeichers ASp 1 ist auf den Eingang eines zweiten Analogspeichers ASp 2 geführt, der mit seinem Sperreingang an einen zweiten Ausgang AS 2, an dem nach Ablauf des Zählvorganges in der Steuerlogik SL ein Übernahmeimpuls für den zweiten Analogspeicher ASp2 ausgegeben wird, angeschlossen ist. Von einem, dem zweiten Analogspeicher ASp 2 nachgeschalteten, digitalen Filter DF werden Taktanteile unterdrückt und eine EKG-Bandbegrenzung vorgenommen. Beim Auftreten eines ausreichend steilen und andauernden Signales am Ausgang des EKG-Verstärkers, das die Anstiegsflanke eines Herzschrittmacherimpulses darstellen könnte, gibt der Komparator ein Signal an die monostabilen Multivibratoren MV1 bis MV3und an denTakteingang der ersten bistabilen Kippstufe FF1 aus. Von dem inversen Ausgangssignal des ersten monostabilen Multivibrators MV1 wird die erste bistabile Kippstufe FF1 in eine definierte Ausgangslage gesetzt und ist gleichzeitig für die Dauer der Eigenzeit des ersten monostabilen Multivibrators MV1 aufgerufen. Das erste UND-Glied U1 wird von dem Ausgangssignal des zweiten monostabilen Multivibrators MV 2 aufgerufen. Falls während dieses Aufrufes, der entsprechend der Eigenzeit des zweiten Multivibrators MV2 kürzer als der kürzestmögliehe Herzschrittmacherimpuls ist, ein weiteres Signal vom Ausgang des Komparators K ausgegeben wird, kippt die erste bistabile Kippstufe FF1 und setzt mit ihrem inversen Ausgangssignal die zweite bistabile Kippstufe FF2, die damit von ihrem Ausgang die Information, daß anstelle eines Impulses eine Störung oder ein gestörter Herzschrittmacherimpuls vorliegt, an die Auswerteeinheit AE ausgibt. Mit dem Ausgangssignal vom wahren Ausgang Q1 der ersten bistabilen Kippstufe FF1 ist das zweite UND-Gatter U 2 aufgerufen. Erfolgt in der Dauer der Eigenzeit des dritten monostabilen Multivibrators MV3, die länger als die längstmögliche Dauer eines Initialisierungsimpulses ist, keine Rücksetzung der ersten bistabilen Kippstufe FF1, so wird die dritte bistabile Kippstufe FF3von der Rückflanke des inversen Ausgangssignals des dritten monostabilen Multivibrators MV3 über das zweite UND-Glied U 2 angesteuert und gekippt. Das Ausgangssignal der dritten bistabilen Kippstufe FF3 signalisiert daraufhin einen Herzschrittmacherimpulsfehler oder eine andauernde Störung.

Durch die Steuerlogik SL wird mit dem zu Beginn der Zählung an ihren aufeinanderfolgend getakteten Ausgängen zu Beginn eines jeden neuen Abtastintervalles zunächst immer der erste Analogspeicher ASP1 eingelesen, und dessen Wert nach einer Zeit, die durch eine vorgegebene Taktperiodenanzahl bestimmt wird, auf den zweiten Analogspeicher ASP2 übertragen. In Figur 2 ist ein erster Operationsverstärker 0V1, dessen invertierender Eingang durch einen Vorwiderstand Rv mit dem Ausgang des EKG-Verstärkers OV zu verbinden ist, parallel zu dem invertierenden Eingang - und seinem Ausgang mit einem ersten Kondensator C1 und ebenso dazu parallel mit einem ersten Widerstand R1 beschaltet. Ein zweiter Operationsverstärker OV 2 ist über einen zweiten Widerstand R 2 mit seinem invertierenden Eingang an den Ausgang des ersten

Operationsverstärkers OVl angeschlossen. Parallel zum invertierenden Eingang-des zweiten Operationsverstärkers 0V2 und dessen Ausgang ist ein zweiter Kondensator C 2 angeordnet. Der nicht invertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers 0V2 ist auf Bezugspotential gelegt und sein Ausgang ist auf den nichtinvertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OV1 geführt, an dessen Ausgang ein beispielsweise aus der Kombination zweier in Emitterschaltung verbundener Transistoren T1; T2 bestehender schwellenbehafteter Komparator angeschlossen ist. Durch die Beschaltung des ersten Operationsverstärkers OV1 werden kurze Störungen im Ausgangssignal des EKG-Verstärkers unterdrückt und infolge der Rückführung über den zweiten Operationsverstärker 0V2 auf den nichtinvertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OV1 der Herzschrittmacherimpuls differenziert auf den schwellenbehafteten Komparator K ausgegeben, der bei einem ausreichenden Energieinhalt, der für einen beginnenden Herzschrittmacherimpuls signifikant ist, ein Signal an seinem Ausgang ausgibt.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Eliminierung von Herzschrittmacherimpulsanteilen aus Elektrokardiografie-Ableitungen, die mittels Ableitungselektroden von einem Patienten den Eingängen eines hinsichtlich Bandbreite und Verstärkung zur ausreichend verzerrungsarmen Darstellung der EKG-Signale eingestellten, EKG-Verstärker zur Weiterleitung an eine Auswerteeinheit zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des breitbandigen EKG-Verstärkers (OV) an die Eingänge eines ersten, sehr steile Impulsanteile weitgehend unterdrückenden, Filters (F 1) und an den Eingang einer Herzschrittmacherimpuls-Erkennungsschaltung (IKS), deren Ausgang mit dem Eingang einer bipolaren, schwellenbehafteten Komparatorschaltung (KS) verbunden ist, geführt ist, und daß der Ausgang dieser Komparatorschaltung (KS) mit dem Eingangeines monostabilen Multivibrators (MV 1), mit einer der maximalen Eliminierungsdauer entsprechenden Eigenzeit, dessen Ausgang auf den Sperreingang (ES 1) einer Steuerlogik (SL) geführt ist, die an einen vom Ausgang des monostabilen Multivibrators (MV 1) synchronisierbaren Taktgenerator (TG) angeschlossen ist und die mit einem ersten, nach Ablauf der Eigenzeit des monostabilen Multivibrators (MV 1) aktivierten Ausgang (AS 1) auf den Steuereingang eines ersten, mit seinem Eingang an den Ausgang des ersten Filters (F 1) angeschlossenen steuerbaren Analogspeichers (ASpD, dessen Ausgang mit dem Eingang eines zweiten, mit seinem Steuereingang an den zweiten Ausgang (AS2) der Steuerlogik (SL), die zwischen den Aktivierungssignalen am ersten und am zweiten Ausgang (AS 1; AS 2) eine Zwischenschicht einfügt, verbundenen, steuerbaren Analogspeichers (ASp 2), dessen Ausgang über ein zweites Filter (F2) der Auswerteeinheit (AE) zugeführt ist, verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Komparatorschaltung (KS) weiterhin mit dem Eingang eines zweiten monostabilen Multivibrators (MV2), mit einer kürzeren Eigenzeit als die Eliminierungsdauer, mit dem Eingang eines dritten monostabilen Multivibrators (MV3), mit einer längeren Eigenzeit als die Eliminierungsdauer, und mit dem Takteingang einer ersten bistabilen Kippstufe (FFI), deren Rücksetzeingang an den inversen Ausgang des ersten monostabilen Multivibrators (MV 1) angeschlossen ist, verbunden ist, wobei der negierte Ausgang (Q) der ersten bistabilen Kippstufe (FF 1) und der Ausgang des zweiten monostabilen Multivibrators (MV2) auf je einen Eingang eines ersten UND-Gliedes (U 1) und der negierte Ausgang des dritten monostabilen Multivibrators (MV3) und der Ausgang (Q 1) der ersten bistabilen Kippstufe (F 1) von dem ein normierter Herzschrittmacher-Impuls an einen Eingang der Auswerteeinheit (AE) ausgegeben wird, auf je einen Eingang eines zweiten UND-Gliedes (U 2) geführt sind und die Ausgänge dieser UND-Glieder (U 1; U 2) jeweils an den Setzeingang einer zweiten und einer dritten bistabilen Kippstufe (FF2; FF3), die an ihren Rücksetzeingängen, wahlweise direkt oder verbindbar über die Auswerteeinheit (AE), von dem negierten Ausgang des ersten monostabilen Multivibrators (MV 1) ansteuerbar und deren Ausgänge auf Eingänge der Auswerteeinheit (AE) zur Gültigkeitsbestimmung der Herzschrittmacherimpulse geführt sind, angeschlossen sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Herzschrittmacherimpuls-Erkennungsschaltung (IKS) aus einer ersten integrierenden Schaltung (11) mit einer, komparierbare Signale bei, gegenüber dem Herzschrittmacherimpuls, sehr kurzen Impulsen unterdrückenden Zeitkonstante, deren Ausgang mit dem nichtinvertierenden Eingang einer Mischstelle (M) verbunden ist, deren Ausgang an den Eingang eines Operationsverstärkers (OPV), dessen Ausgang an die Komparatorschaltung (KS) und über eine zweite integrierende Schaltung (12) an den invertierenden Eingang der Mischstelle (M) angeschlossen ist, besteht.