EP1221106A2 - Verfahren und vorrichtung zur darstellung und überwachung von funktionsparmetern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur darstellung und überwachung von funktionsparmetern

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Publication number
EP1221106A2
EP1221106A2 EP00929222A EP00929222A EP1221106A2 EP 1221106 A2 EP1221106 A2 EP 1221106A2 EP 00929222 A EP00929222 A EP 00929222A EP 00929222 A EP00929222 A EP 00929222A EP 1221106 A2 EP1221106 A2 EP 1221106A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
determined
evaluation
signals
data
areas
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00929222A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Gillessen
Anatoli Soula
Youri Kitachine
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1221106A2 publication Critical patent/EP1221106A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/318—Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
    • A61B5/346—Analysis of electrocardiograms
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/50—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for simulation or modelling of medical disorders
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    • G16H10/60—ICT specially adapted for the handling or processing of patient-related medical or healthcare data for patient-specific data, e.g. for electronic patient records
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
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    • G16H15/00—ICT specially adapted for medical reports, e.g. generation or transmission thereof

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for displaying and monitoring functional parameters of a physiological system, in particular electrocardiographic data, which are derived from electronic measurement signals.
  • Patent application DE 198 01 240 describes a method and a device in which EKG data are recorded with a standardized 3-point derivative and converted into electrical signals, from which a three-dimensional topological model is generated.
  • the topological model created with the subject matter of patent application DE 198 01 240 which creates a kind of portrait of the examined heart, provides very precise information about the formation and in particular the change of the heart. The method and the device can thus be used well for the early detection of heart attacks and for monitoring before changes in the heart state, e.g. after surgery or drug therapy.
  • an analysis cycle is first defined and the data recorded within this analysis cycle are digitized.
  • the digitized data are then fed to a storage unit and a color code is assigned as a function of the digitized data.
  • spatial coordinates are determined as surface support points, between which pixels are interpolated to produce a substantially closed surface and the calculated image information is fed to an evaluation or output device.
  • the assignment of the respective derivation to the areas takes place as a function of the position of the heart axis, so that an independent display is made. There is a normalization with regard to the position of the heart axis.
  • the respective derivations are assigned to the different areas in different orders, but previously determined on the basis of empirically determined data, the sequence being selected as a function of a significant size of the action potentials.
  • the position of the heart axis can be determined on the basis of the significant size of the action potentials, since the measurement sensors, preferably electrodes, attached to different parts of a body pick up signals of different strengths depending on the position of the heart within the body, so that the position of the heart axis is determined based on the signal strength lets determine.
  • the order in which the derivatives are processed is then determined on the basis of the measured signals.
  • the sequence is advantageously selected on the basis of the largest measured amplitude of the R wave of a heartbeat, since the R wave is of great significance.
  • the comparison data contain the results of examinations which take into account the physiological peculiarities of the standardized ECG recordings and thus allow precise statements about the heart condition on the basis of the determined data.
  • the comparison data are expediently stored in an electronic memory and are called up from there.
  • the ECG leads are each subjected to a conversion factor which is determined as a function of the sequence of the assignment to the areas.
  • a conversion factor which is determined as a function of the sequence of the assignment to the areas.
  • only the sign of the measured signal of the respective derivative is changed by the conversion factor, if this is provided, the amount is not changed, which means that data with comparable amounts can also be generated.
  • a diagnosis is output with the graphic portrait, which is generated automatically on the basis of the measured action potentials and is output in parallel with the graphic portrait.
  • the data are subjected to a computer-aided evaluation, in which the findings are assigned to the EKG departments on the basis of comparative data.
  • the diagnosis or the finding can be made using different methods of evaluation, and the respective method can be selected.
  • Several diagnoses, for example for internal comparison, can thus be determined via a measurement by using several evaluation methods. It is also possible to display several diagnoses in parallel.
  • the device for carrying out the method has, in addition to the devices for the graphic processing of the data recording devices, which are independent of one another, a switching device which determines the sequence of processing the determined signals as a function of a determined significant size.
  • the signals of the derivation are assigned in the correct order to the areas of the graphic portrait, so that similar results for similar states are determined.
  • the switching device is advantageously arranged downstream of the devices for data acquisition and conversion into electrical signals, the devices for defining an analysis cycle and the analog-digital converters of the recorded signals with the switching device, whereby the recorded signals are bundled before the graphic processing and are forwarded in accordance with their determined order ,
  • the switching device has a first evaluation device for determining the significant size of the signal, a switch for selecting the device for data acquisition and a second evaluation device for controlling the switch, the devices for data acquisition both with the switch and are connected to the first evaluation unit.
  • the first evaluation unit is connected to at least two inputs of the second evaluation unit and transmits the significant size and the information which derivative has the greatest amplitude of the significant size.
  • the second evaluation unit controls the switch, which accordingly activates the signals of the respective derivative in the predetermined sequence.
  • the respective signals are sent to the second Unit supplied, which forwards this after a possibly necessary application of a conversion factor for graphic display.
  • the evaluation units are advantageously constructed from microprocessors, in which empirically determined comparison data are stored, on the basis of which the processing order and are determined.
  • the signals are also subjected to conversion factors on the basis of the comparison data in order to obtain a graphic representation which enables a comparison between different hearts and an independent classification of the state.
  • automatic, computer-assisted creation of a diagnosis is possible, with various types of evaluation of the measured data being optionally possible.
  • FIG. 1 shows a representation of a topological model with a division into areas
  • Fig. 2 - a sectional view of a topological
  • FIG. 3 shows a representation of two topological models of a heart-like state with different axis positions
  • Fig. 4 is a block diagram of the device
  • Fig. 5 an assignment table
  • FIG. 7 shows the models according to FIG. 3 using the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a topological model of an examined heart, in which the recorded action potentials were provided with color codes and spatial coordinates after the conversion into electrical signals and digitization, and a three-dimensional model was thus generated. Certain sections of the ECG signal were assigned to certain areas of the topological model in order to provide the examining doctor with a representation of the EKG signal, which enables a quick and precise diagnosis and which provides the information about all in a clear manner Prepared derivatives.
  • FIG. 1 shows the model which was formed on the basis of twelve standardized ECG leads and divided into the corresponding areas.
  • the upper area of the model shows the stress state of the examined heart. Below that is an area that contains the information of the individual derivatives with respect to the P-wave, below which in turn the information about the T-wave is arranged and finally the information about the QRS complex is shown. From left to right, the information of the leads is shown in the order in which the leads were recorded. The order here is I, II, III, aVR, aVL, aVF, VI, V2, ..., V6. This sequence is exemplary and can also be defined differently.
  • the shape and color of the topological model changes depending on the processing order of the respective leads, since the information from the leads is assigned to different areas.
  • the information in the derivatives also changes depending on the position of the heart axis, that is, with a constant arrangement of the transducers, usually electrodes, the representation of the model changes if the position of the heart axes is different with otherwise identical cardiac states.
  • the representation of the topological model changes in shape and color depending on the position of the heart axis.
  • this relationship is illustrated by means of a section through the topological model on a plane in which the information about the T-wave is arranged. Such a section is shown in FIG. 2, the designations T1 to T6 indicating the sequence of the processing. Below the topological model, the projection is shown in a two-dimensional representation.
  • FIG. 3 the corresponding sections are laid through two topological models that were made by two hearts with the same state of health.
  • the sequence T1 to T6 of the processing is listed between the two sectional representations and in this case is I, II, III, aVR, aVL, aVF.
  • the difference between the two hearts is the location of the heart axis within the body.
  • the same processing order was applied in both cases, and it is that the representations are different, although the condition was the same for both.
  • the different display of ECG leads of the same heart conditions is not conducive to a quick diagnosis. Rather, the goal is the differences between the topological models of different people with the same heart condition (e.g. the same disease) as this is the only way to make a quick and precise diagnosis.
  • the data or the electrical signals of each derivation, after digitization are fed to a switching device 50 which is connected upstream of the processing of the signals.
  • a block diagram of the device is described in FIG. 4.
  • FIG. 4 shows twelve transducers 1, each of which is connected to the switching device 50 via a processing device 2 and an analog-digital converter 3.
  • the switching device 50 consists of two evaluation devices 51, 52 and a switch 53.
  • the first evaluation device 51 has six inputs, which correspond to the first derivatives I, II, III, aVR, aVL and aVF, and two outputs 51-1 and 51- 2 on.
  • the outputs 51-1 and 51-2 are connected to the second evaluation device 52.
  • the second evaluation device 52 has three outputs 52-1, 52-2 and 52-3, the output 52-1 being connected to the memory unit 4 and the output 52-2 being connected to the computing unit 6 which are provided for the graphic processing of the signals.
  • the third output is connected to the switch 53.
  • the switch 53 has twelve inputs for each ECG lead and one input for the signal from the second evaluation device 52.
  • the signals of the twelve leads are applied to the twelve inputs of the switch 53 and at the same time the signals of the first six leads, namely I, II, III, aVR, aVL and aVF, are fed to the six inputs of the first evaluation device.
  • the first evaluation device 51 which is based on microprocessors, a significant size of the leads is determined, which is, for example, the amplitude of the R wave of the EKG.
  • the derivative with the greatest amplitude of the R wave is present at the output 51-1 of the evaluation device, that is to say at the output 51-1 there is information at which of the first six derivatives determines the greatest amplitude of the R wave of a measurement has been.
  • the amount and the sign of the derivation with the greatest amplitude of the R wave are passed on to the evaluation device 52.
  • the order of the processing and the corresponding assignment of the respective derivation to the areas of the topological model are determined on the basis of the information on which derivative the R-wave has been measured with the greatest amplitude. How the sequence is determined is explained below. On the basis of this sequence, a signal is sent from the output 52-3 to the switch 53, which is controlled accordingly and releases the signals of the respective derivation to the second evaluation unit 52 in the specified sequence.
  • the sequence of processing and thus the assignment of the derivations to specific areas of the topological model is determined on the basis of empirically determined data which are stored as comparison data in the second evaluation device 52. Two tables Top 1 and Top 2, which are shown in FIGS. 5 and 6, are used for the calculation.
  • FIG. 5 shows the table with which the sequence of the processing is determined.
  • the table consists of 14 columns and twelve rows, the first column containing the name of the derivative that has the largest amplitude value of the R wave; the first six leads from I to aVF are evaluated. This information is made available by the first evaluation device 51 at the output 51-1.
  • the sign of the respective derivative is given, the value 1 meaning a positive sign and the value 0 signifying a negative sign.
  • the order of processing and thus the assignment to the areas is given in the topological model.
  • the switch 53 is activated in accordance with the order given in the lines.
  • the derivatives are processed and assigned in the order of the seventh line.
  • a conversion factor is applied to the signals, which is shown in Table Top 2 of FIG. 6.
  • the measured value of the derivative is subjected to a conversion factor which, if appropriate, causes a change of sign, that is to say either assumes the value +1 or -1.
  • the derivative would II are applied with -1, the derivation aVR with +1 etc., according to the conversion factors of the seventh row of table Top 2.
  • the second evaluation device 52 therefore carries out the following steps in accordance with the number of leads, here twelve leads:
  • the values in the table Top 2 and the order of processing and assignment of the leads to certain areas of the topological model according to the table Top 1 reflect the physiological peculiarities of the standardized ECG leads of a person.
  • the conversion described leads to comparable results from EKG recordings, regardless of the position of the heart axes.
  • the desensitization of the topological model with regard to the position of the heart axis that is to say the exclusive registration of the heart state and the type of deviation from the state of a healthy heart, is shown in FIG. This is a representation of the same data as was used in FIG. 3, but the data were processed with the device described above and the corresponding method.
  • the respective order of assignment of the respective derivation and the corresponding conversion factor is given above the projection.
  • a conversion was carried out according to the first row of the tables Top 1 and Top 2
  • a conversion and assignment was carried out in accordance with the sixth row.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Darstellung und Überwachung von Funktionsparametern eines physiologischen Systems, insbesondere elektrokardiographischer Daten, die aus elektronischen Meßsignalen abgeleitet werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der eine direkte Auswertung der ermittelten Funktionsparameter und eine Diagnose des physiologischen Systems ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere voneinander unabhängige Meßwertaufnehmer die Meßsignale aufnehmen, daß die Meßsignale bestimmten Arealen des topologischen Modells zugeordnet werden, und daß die Zuordnung der Meßsignale zu den Arealen in Abhängigkeit von der Lage des physiologischen Systems zu den Meßwertaufnehmern erfolgt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung und Überwachung von Funktionsparametern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Darstellung und Überwachung von Funktionsparametern eines physiologischen Systems, insbesondere elektrokardiogra- phischer Daten, die aus elektronischen Meßsignalen abgeleitet werden.
In der Patentanmeldung DE 198 01 240 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei der mit einer standardisierten 3-Punkt-Ableitung EKG-Daten aufgenommen und in elektrische Signale umgewandelt werden, aus denen ein dreidimensionales topologisches Modell erzeugt wird. Durch das mit dem Gegenstand der Patentanmeldung DE 198 01 240 erzeugte topoligische Modell, das eine Art Portrait des untersuchten Herzens erstellt, sind sehr präzise Informationen über die Entstehung und insbesondere die Veränderung des Herzens zu erhalten. Damit kann das Verfahren und die Vorrichtung gut zur Früherkennung von Herzinfarkten und zum Monitoring vor Herzzustandsveränderungen, z.B. nach einer Operation oder bei einer medikamentösen Therapie, eingesetzt werden.
Bei dem Verfahren wird zunächst ein Analysezyklus festgelegt und die innerhalb dieses Analysezyklusses aufgenommenen Daten werden digitalisiert. Anschließend werden die digitalisierten Daten einer Speichereinheit zugeführt und es erfolgt eine Zuordnung eines Farbcodes als eine Funktion der digitalisierten Daten. Aus den Daten werden Raumkoordinaten als Flächenstützstellen ermittelt, zwischen denen Bildpunkte zur Erzeugung einer im wesentlichen geschlossenen Fläche interpoliert werden und die errechneten Bildinformationen einer Auswerte- oder Ausgabeeinrichtung zugeführt werden.
Aufgrund der begrenzten Informationen, die mittels einer 3 -Punkt-Ableitung über die während der Herztätigkeit entstehenden Aktionspotentiale ermittelbar sind, sind präzise Diagnosen, insbesondere quantitative Aussagen über vorliegende Erkrankungen mit dem beschriebenen Gegenstand nicht immer möglich. Durch eine Erhöhung der Ableitungsanzahl können vermehrt Informationen über die Aktionspotentiale bereitgestellt werden, beispielsweise durch die gleichzeitige Anwendung von zwölf standardisierten EKG-Ableitungen.
Bei einer Bearbeitung der zwölf ermittelten Ableitung durch den Gegenstand der Patentanmeldung DE 198 01 240 würden die aufgenommenen Signale nacheinander bearbeitet werden und ein entsprechendes topologisches Modell würde nach der Verarbeitung der letzten Ableitung ausgegeben werden.
Aufgrund der unterschiedlichen Ausrichtung der Herzachse innerhalb des Körpers verschiedener Personen kommt es bei der Anwendung des Gegenstandes der Patentanmeldung DE 198 01 240 mit mehreren standardisierten EKG-Ableitungen zu dem Ergebnis, daß je nach Lage der Herzachse für zwei Herzen in dem gleichen Gesundheitszustand unterschiedliche Herzpor- traits ermittelt werden. Für eine Erstellung einer unabhängigen Diagnose, die sich nicht auf Veränderungen beruft, ist dieser Sachverhalt unbefriedigend, da bei ähnlichen Herzzuständen die topologischen Modelle auch ähnlich aussehen sollten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine direkte Auswertung der ermittelten Funktionsparameter und eine Diagnose des physiologischen Systems ermöglicht Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 14 gelöst .
Durch die Zuordnung bestimmter standardisierter EKG-Ableitungen zu bestimmten Arealen des graphischen Portraits wird es möglich, daß trotz verschiedener Herzachsenlagen bei der Aufbereitung der aufgenommenen Aktionspotentiale verschiedener Patienten miteinander vergleichbare Ergebnisse erzielt werden, die sogar eine quantitative Einordnung der Messungen ermöglichen.
Die Zuordnung der jeweiligen Ableitung zu den Arealen erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Lage der Herzachse, so daß eine unabhängige Darstellung erfolgt. Es findet so eine Normierung hinsichtlich der Lage der Herzachse statt.
In eine Weiterbildung der Erfindung werden die jeweiligen Ableitungen in unterschiedlichen, jedoch vorher aufgrund empirisch ermittelter Daten festgelegten Reihenfolgen den verschiedenen Arealen zugeordnet, wobei die Auswahl der Reihenfolge in Abhängigkeit einer signifikanten Größe der Aktionspotentiale erfolgt. Anhand der signifikanten Größe der Aktionspotentiale kann die Lage der Herzachse bestimmt werden, da die an verschiedenen Stellen eines Körpers angebrachten Meßwertaufnehmer, zweckmäßigerweise Elektroden, je nach Lage des Herzens innerhalb des Körpers unterschiedlich starke Signale aufnehmen, so daß sich anhand der Signalstärke die Lage der Herzachse bestimmen läßt. Anhand der gemessenen Signale wird dann die Reihenfolge der Bearbeitung der Ableitungen ermittelt.
Vorteilhafterweise erfolgt die Auswahl der Reihenfolge anhand der größten gemessenen Amplitude der R-Zacke eines Herzschlages, da die R-Zacke eine große Signifikanz innehat. Bei der Festlegung der Reihenfolge aufgrund empirisch ermittelter Vergleichsdaten enthalten die Vergleichsdaten die Ergebnisse von Untersuchungen, die die physiologischen Besonderheiten der standardisierten EKG-Ableitungen berücksichtigen und somit präzise Aussagen über den Herzzustand aufgrund der ermittelten Daten erlauben. Zweckmäßigerweise sind die Vergleichsdaten in einem elektronischen Speicher abgelegt und werden von dort auf abgerufen.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden die EKG-Ableitungen jeweils mit einem Umwandlungsfaktor beaufschlagt werden, der in Abhängigkeit von der Reihenfolge der Zuordnung zu den Arealen festgelegt ist. Dabei wird in einer Ausgestaltung der Erfindung durch den Umwandlungsfaktor nur das Vorzeichen des gemessenen Signals der jeweiligen Ableitung verändert, sofern dies vorgesehen ist, der Betrag wird nicht verändert, wodurch sich auch betragsmäßig vergleichbare Daten generieren lassen. Es kann aber auch eine betragsmäßige Veränderung durch die Beaufschlagung durch den Umwandlungsfaktor erfolgen.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird mit dem graphischen Portrait eine Diagnose ausgegeben, die aufgrund der gemessene Aktionspotentiale automatisch erstellt wird und parallel zu dem graphischen Portrait ausgegeben wird. Dabei werden die Daten einer rechnergestützten Auswertung unterzogen, bei der den EKG-Abieitungen anhand von Vergleichsdaten ein Befund zugeordnet wird. Die Diagnose oder der Befund kann dabei mit unterschiedlichen Methoden der Auswertung erstellt werden, wobei die jeweilige Methode ausgewählt werden kann. Über eine Messung können also durch Anwendung mehrerer Auswertemethoden mehrere Diagnosen, beispielsweise zum internen Vergleich, ermittelt werden. Ebenso ist eine parallele Anzeige mehrerer Diagnosen möglich. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist neben den Einrichtungen zur graphischen Aufbereitung der durch mehrere voneinander unabhängige Vorrichtungen zur Datenaufnahme eine Schalteinrichtung auf, die in Abhängigkeit einer ermittelten signifikanten Größe die Reihenfolge der Bearbeitung der ermittelten Signale festlegt .
Dadurch werden die Signale der Ableitung in der richtigen Reihenfolge den Arealen des graphischen Portraits zugeordnet, so daß ähnlichen Ergebnisse für ähnliche Zustände ermittelt werden.
Vorteilhafterweise ist die Schalteinrichtung den Vorrichtungen zur Datenaufnahme und Umwandlung in elektrische Signale, den Vorrichtungen zur Festlegung eines Analysezyklusses und den Analog-Digitalwandlern der aufgenommenen Signale mit der Schalteinrichtung nachgeordnet, wodurch die aufgenommene Signale vor der graphischen Aufbereitung gebündelt werden und entsprechend ihrer ermittelten Reihenfolge weitergeleitet werden.
Die Schalteinrichtung weist in einer Ausgestaltung der Erfindung eine erste Auswerteeinrichtung zur Ermittlung der signifikanten Größe des Signals, einen Schalter zur Auswahl der Vorrichtung zur Datenaufnahme und eine zweite Auswerte- einrichtung zur Ansteuerung des Schalters auf, wobei die Vorrichtungen zur Datenaufnahme sowohl mit dem Schalter als auch mit der ersten Auswerteeinheit verbunden sind. Die erste Auswerteeinheit ist mit zumindest zwei Eingängen der zweiten Auswerteeinheit verbunden und übermittelt die signifikante Größe und die Information, welche Ableitung die größte Amplitude der signifikante Größe aufweist. Aufgrund dieser Information steuert die zweite Auswerteeinheit den Schalter, der dementsprechend die Signale der jeweiligen Ableitung in der vorgegebene Reihenfolge frei- schaltet . Die jeweiligen Signale werden der zweiten Rechen- einheit zugeführt, die diese nach einer gegebenenfalls notwendigen Beaufschlagung eines Umwandlungsfaktors zur graphischen Darstellung weiterleitet.
Vorteilhafterweise sind die Auswerteeinheiten aus Mikroprozessoren aufgebaut sind, in denen empirisch ermittelte Vergleichsdaten abgelegt sind, aufgrund derer die Reihenfolge der Bearbeitung und festgelegt wird. Ebenfalls werden aufgrund der Vergleichsdaten die Signale mit Umwandlungsfaktoren beaufschlagt, um eine graphische Darstellung zu erhalten, die einen Vergleich zwischen verschiedenen Herzen und eine unabhängig Einordnung des Zustandes ermöglichen. Darüber hinaus ist eine automatische, rechnergestützte Erstellung einer Diagnose möglich, wobei verschiedene Arten der Auswertung der gemessenen Daten wahlweise möglich sind.
Anhand der Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsbei- spiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 - eine Darstellung eines topologischen Modells mit einer Aufteilung in Areale;
Fig. 2 - eine Schnittdarstellung eines topologischen
Modells in einer Ebene;
Fig. 3 - ein Darstellung zweier topologischer Modelle von Herzen ähnlichen Zustandes mit unterschiedlichen Achslagen;
Fig. 4 - ein Blockschaltbild der Vorrichtung;
Fig. 5 - eine Zuordnungstabelle;
Fig. 6 - eine Tabelle mit Umwandlungsfaktoren sowie Fig. 7 - eine Darstellung der Modelle gemäß Fig. 3 unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens .
Figur 1 zeigt ein topologisches Modell eines untersuchten Herzens, bei dem die aufgenommenen Aktionspotentiale nach der Umwandlung in elektrische Signale und der Digitalisierung mit Farbcodes und Raumkoordinaten versehen wurden und so ein dreidimensionales Modell erzeugt wurde. Bestimmte Abschnitte des EKG-Signals wurden dabei bestimmten Arealen des topologischen Modells zugeordnet, um dem untersuchenden Arzt eine Darstellung des EKG-Signals zur Verfügung zu stellen, anhand der eine schnelle und präzise Diagnose möglich ist und die auf übersichtliche Art und Weise die Informationen über sämtliche Ableitungen aufbereitet.
Die Figur 1 zeigt das Modell, das anhand von zwölf standardisierten EKG-Ableitungen gebildet und in die entsprechenden Areale aufgeteilt wurde. Der obere Bereich des Modells verdeutlicht den Streßzustand des untersuchten Herzens. Darunter befindet sich ein Areal, das die Informationen der einzelnen Ableitungen bezüglich der P-Welle enthält, darunter wiederum sind die Informationen über die T-Welle angeordnet und schließlich sind die Informationen über den QRS-Komplex dargestellt. Von links nach rechts sind die Informationen der Ableitungen in der Reihenfolge dargestellt sind, in der die Ableitungen aufgenommen wurden. Die Reihenfolge lautet hier I, II, III, aVR, aVL, aVF, VI, V2 , ..., V6. Diese Reihenfolge ist beispielhaft und kann auch abweichend davon festgelegt werden.
Bei einer Verwendung von mehreren Ableitungen, verändert sich die Gestalt und die Farbe des topologischen Modells in Abhängigkeit von der Bearbeitungsreihenfolge der jeweiligen Ableitungen, da die Informationen aus den Ableitungen verschiedenen Arealen zugeordnet werden. Die Informationen der Ableitungen verändern sich zudem in Abhängigkeit von der Lage der Herzachse, d.h, bei einer gleichbleibenden Anordnung der Meßwertaufnehmer, in der Regel Elektroden, verändert sich die Darstellung des Modells, wenn die Lage der Herzachsen bei sonst gleichen Herzzuständen unterschiedlich ist.
Bei einer festgelegten Reihenfolge der Bearbeitung der Ableitungen und einer festgelegten Anordnung der Elektroden verändert sich die Darstellung des topologischen Modells in Form und Farbe in Abhängigkeit von der Lage der Herzachse .
Aus Gründen der besseren Anschaulichkeit wird dieser Zusammenhang anhand eines Schnittes durch das topologische Modell in einer Ebene verdeutlicht, in der die Informationen über die T-Welle angeordnet sind. In der Figur 2 ist ein solcher Schnitt dargestellt, wobei die Bezeichnungen Tl bis T6 die Reihenfolge der Bearbeitung anzeigen. Unterhalb des topologischen Modells ist die Projektion in eine zweidi- mensionale Darstellung gezeigt.
In der Figur 3 sind die entsprechenden Schnitte durch zwei topologische Modelle gelegt, die von zwei Herzen mit dem gleichen Gesundheitszustand angefertigt wurden. Die Reihenfolge Tl bis T6 der Bearbeitung ist zischen den beiden Schnittdarstellungen aufgeführt und ist in diesem Fall I, II, III, aVR, aVL, aVF.
Der Unterschied zwischen den beiden Herzen besteh in der Lage der Herzachse innerhalb des Körpers . Der Lagetyp des Herzens der oberen Darstellung wird als Linkstyp (σQRS=0°) und der der unteren Darstellung als Steiltyp ( σQRS=90°) bezeichnet. In beiden Fällen wurde die gleiche Bearbeitungsreihenfolge angewendet, und es ist, daß die Darstellungen unterschiedlich ist, obwohl der Zustand bei beiden gleich war. Die unterschiedliche Darstellung von EKG-Ableitungen gleicher Herzzustände ist für eine schnelle Diagnose nicht förderlich. Vielmehr ist es das Ziel, die Unterschiede zwischen den topologischen Modellen verschiedener Menschen mit dem gleichen Herzzustand (z.B. der gleichen Erkrankung) zu minimieren, da nur so eine schnelle und präzise Diagnose möglich ist.
Um das topologische Modell unabhängig von der Lage der Herzachse zu machen werden die Daten bzw. die elektrischen Signale jeder Ableitung nachder Digitalisierung einer Schalteinrichtung 50 zugeführt, die der Aufbereitung der Signale vorgeschaltet ist. Ein Blockschaltbild der Vorrichtung ist in der Figur 4 beschrieben.
In der Figur 4 sind zwölf Meßwertaufnehmer 1 gezeigt, die jeweils über eine Bearbeitungseinrichtung 2 und einen Analog-Digitalwandler 3 mit der Schalteinrichtung 50 verbunden sind. Die Schalteinrichtung 50 besteht dabei aus zwei Auswerteeinrichtungen 51, 52 und einem Schalter 53. Die erste Auswerteeinrichtung 51 weist sechs Eingänge, die den ersten Ableitungen I, II, III, aVR, aVL und aVF entsprechen, und zwei Ausgänge 51-1 und 51-2 auf. Die Ausgänge 51-1 und 51-2 sind mit der zweiten Auswerteeinrichtung 52 verbunden.
Die zweite Auswerteeinrichtung 52 weist nebenEingängen für die Signale aus der ersten Auswerteeinrichtung 51 drei Ausgänge 52-1, 52-2 und 52-3 auf, wobei der Ausgang 52-1 mit der Speichereinheit 4 und der Ausgang 52-2 mit der Recheneinheit 6 verbunden ist, die zur graphischen Aufbereitung der Signale vorgesehen sind. Der dritte Ausgang ist mit dem Schalter 53 verbunden. Der Schalter 53 weist zwölf Eingänge für jede EKG-Ableitung auf sowie einen Eingang für das Signal von der zweiten Auswerteeinrichtung 52. Nachfolgend wird das Zusammenwirken der Elemente der Schalteinrichtung 50 und das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert.
Die Signale der zwölf Ableitungen werden an die zwölf Eingänge des Schalters 53 gelegt und gleichzeitig werden die Signale der ersten sechs Ableitungen, nämlich I, II, III, aVR, aVL und aVF den sechs Eingängen der ersten Auswerteinrichtung zugeführt. In der ersten Auswerteeinrichtung 51, die auf der Basis von Mikroprozessoren aufgebaut ist, wird eine signifikante Größe der Ableitungen ermittelt, was beispielsweise die Amplitude des R-Zacke des EKGs ist. An dem Ausgang 51-1 der Auswerteeinrichtung liegt die Ableitung mit der größten Amplitude der R-Zacke an, d.h., an dem Ausgang 51-1 liegt die Information an, an welcher der ersten sechs Ableitungen die größte Amplitude der R-Zacke einer Messung ermittelt wurde. Am Ausgang 51-2 wird der Betrag und das Vorzeichen der Ableitung mit der größten Amplitude der R-Zacke an die Auswerteeinrichtung 52 weitergegeben .
In der zweiten Auswerteinrichtung 52 wird aufgrund der Information, an welcher Ableitung die R-Zacke mit der größten Amplitude gemessen wurde, die Reihenfolge der Bearbeitung und die entsprechende Zuordnung der jeweiligen Ableitung zu den Arealen des topologischen Modells festgelegt. Wie die Festlegung der Reihenfolge erfolgt, wird weiter unten erläutert. Anhand dieser Reihenfolge wird von dem Ausgang 52-3 ein Signal an den Schalter 53 gesendet, der entsprechend angesteuert wird und in der festgelegten Reihenfolge die Signale der jeweiligen Ableitung an die zweite Auswerteeinheit 52 freigibt. In der zweiten Auswerteeinheit 52 erfolgt die Bestimmung der Reihenfolge der Bearbeitung und damit der Zuordnung der Ableitungen zu bestimmten Arealen des topologischen Modells aufgrund empirisch ermittelter Daten, die als Vergleichsdaten in der zweiten Auswerteinrichtung 52 abgelegt sind. Zu der Berechnung werden zwei Tabellen Top 1 und Top 2 verwendet, die in den Figuren 5 und 6 dargestellt sind.
In der Figur 5 ist die Tabelle dargestellt, mit der die Reihenfolge der Bearbeitung festgelegt wird. Die Tabelle besteht aus 14 Spalten und zwölf Zeilen, wobei in der ersten Spalte die Bezeichnung der Ableitung enthalten ist, die den größten Amplitudenwert der R-Zacke aufweist; dabei werden die ersten sechs Ableitungen von I bis aVF ausgewertet. Diese Information wird von der ersten Auswerteeinrichtung 51 an dem Ausgang 51-1 zur Verfügung gestellt. In der zweiten Spalte ist das Vorzeichen der jeweiligen Ableitung angegeben, wobei der Wert 1 ein positives und der Wert 0 ein negatives Vorzeichen bedeutet. In den übrigen zwölf Spalten wird die Reihenfolge der Bearbeitung und damit der Zuordnung zu den Arealen in dem topologischen Modell angegeben. Entsprechend der Reihenfolge, die in den Zeilen angegeben ist, wird der Schalter 53 angesteuert.
Wird z.B. die größte Amplitude der R-Zacke durch die Ableitung I ermittelt und weist diese ein negatives Vorzeichen (eine 0 in der zweiten Spalte) auf, so werden in der Reihenfolge der siebenten Zeile die Ableitungen abgearbeitet und zugeordnet .
Zusätzlich werden die Signale mit einem Umwandlungsfaktor beaufschlagt, der in der Tabelle Top 2 der Figur 6 dargestellt ist. Der gemessene Wert der Ableitung wird dabei aufgrund empirisch ermittelter Vergleichsdaten mit einem Umwandlungsfaktor beaufschlagt, der gegebenenfalls einen Vorzeichenwechsel bewirkt, also entweder den Wert +1 oder -1 einnimmt. Gemäß dem obigen Beispiel würde die Ableitung II mit -1 beaufschlagt werden, die Ableitung aVR mit +1 usw. , entsprechend der Umwandlungsfaktoren der siebenten Zeile der Tabelle Top 2.
Die zweite Auswerteeinrichtung 52 führt also entsprechend der Anzahl der Ableitungen, hier zwölf Ableitungen, folgende Schritte durch:
1. Bestimmung der zu bearbeitenden Spalte i, wobei i die Schrittnummer darstellt und von 1 bis 12 läuft.
2. Ermittlung der zutreffenden Zeile aufgrund der ersten beiden Spalten der Tabelle Top 1.
3. Ermittlung der zu bearbeitenden Ableitung (Schnittpunkt von Spalte i und der zutreffenden Zeile in Top 1)
4. Ermittlung des Umwandlungsfaktors (Schnittpunkt von Spalte i und der zutreffenden Zeile in Top 2) .
5. Ansteuern des Schalters und Verknüpfung der Signale der zutreffenden Ableitung mit dem Umwandlungsfaktor .
6. Weiterleitung der umgewandelten Daten zur Bearbeitung an die Speichereinheit 4.
7. Parallele Weiterleitung der Information über die Zuordnung zu einem bestimmten Areal des topologischen Modells an die Recheneinheit 6.
Die Werte in der Tabelle Top 2 und die Reihenfolge der Bearbeitung und Zuordnung der Ableitungen zu bestimmten Arealen des topologischen Modells gemäß der Tabelle Top 1 spiegeln die physiologischen Besonderheiten der standardisierten EKG-Abieitungen eines Menschen wider. Die beschriebene Umwandlung führt zu vergleichbaren Ergebnissen von EKG-Aufnahmen, unabhängig von der Lage der Herzachsen. Die Desensibilisierung des topologischen Modells bezüglich der Lage der Herzachse, also die ausschließliche Registrierung des Herzzustandes und die Art der Abweichung von dem Zustand eines gesunden Herzens, wird in der Figur 7 dargestellt. Dabei handelt es sich um eine Darstellung der gleichen Daten, wie sie in der Figur 3 verwendet wurden, jedoch wurde eine Aufbereitung der Daten mit der obenbeschriebenen Vorrichtung und dem entsprechenden Verfahren durchgeführt. Die jeweilige Reihenfolge der Zuordnung der jeweiligen Ableitung und der entsprechende Umwandlungsfaktor ist oberhalb der Projektion angegeben. Bei der oberen Darstellung wurde eine Umwandlung gemäß der ersten Zeile der Tabellen Top 1 und Top 2 durchgeführt, bei der unteren Darstellung fand eine Umwandlung und Zuordnung gemäß der sechsten Zeile statt.
Die Ähnlichkeit der beiden Darstellungen in der Figur 7 ist trotz der verschiedenen Lagen der Herzachse offensichtlich, also die darstellung des topologischen Modells ist unabhängig von der Lage der Herzachse und liefert somit Informationen, die einen Vergleich zwischen zwei verschiedenen Herzen zulassen.
Ebenso ist es möglich, die ermittelten und aufbereiteten Daten mit Vergleichsdaten zu verknüpfen, z.B. mit Herzdatenbanken, in denen die EKGs einer Vielzahl von Patienten mitsamt der Krankengeschichte hinterlegt ist . Aufgrund des Vergleiches mit diesen Daten ist es möglich, neben dem topologischen Modell eine Diagnose auszugeben. Dabei können nicht nur Diagnosen für die jeweilige Untersuchung gestellt werden, sondern auch Entwicklungen zwischen zwei oder mehreren Untersuchungen aufgezeigt und ausgewertet werden. Ebenso ist es möglich, neben der Ausgabe des topologischen Modells auf verschiedene Diagnoseverfahren zurückzugreifen und diese alternativ oder zusätzlich durchzuführen, beispielsweise nach der Methode von Goldberger.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Darstellung und Überwachung von Funk- tionsparametern eines physiologischen Systems, insbesondere elektrokardiographischer Daten, die aus elektronischen Meßsignalen abgeleitet werden, wobei die Daten zu einem Datengrundmodell zusammengefaßt und in ein graphisches Portrait umgewandelt werden, das nach Art eines dreidimensionalen topologischen Modells aufgebaut ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere voneinander unabhängige Meßwertaufnehmer die Meßsignale aufnehmen,
daß die Meßsignale bestimmten Arealen des topologischen Modells zugeordnet werden, und
daß die Zurodnung der Meßsignale zu den Arealen in Abhängigkeit von der Lage des physiologischen Systems zu den Meßwertaufnehmern erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Aktionpotentiale bei einer Herzuntersuchung mit mehreren standardisierten EKG-Ableitungen ermittelt werden,
daß den EKG-Ableitungen bestimmte Areale des graphischen Protraits zugeordnet werden, und
daß die Zuordnung der EKG-Ableitungen zu den Arealen in Abhängigkeit von der Lage der Herzachse erfolgt.
. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitungen in unterschiedlichen, festgelegten Reihenfolgen den Arealen zugeordnet werden, wobei die Auswahl der Reihenfolge in Abhängigkeit einer signifikanten Größe der Aktionspotentiale erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der Reihenfolge anhand der größten gemessenen Amplitude der R-Zacke eines Herzschlages erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge aufgrund empirisch ermittelter Vergleichsdaten festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsdaten unter Berücksichtigung der physiologischen Besonderheiten der standardisierten EKG-Ableitungen ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsdaten aus einem elektronischen Speicher abgerufen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die EKG-Ableitungen jeweils mit einem Umwandlungsfaktor beaufschlagt werden, der in Abhängigkeit von der Reihenfolge der Zuordnung zu den Arealen festgelegt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Umwandlungsfaktor das Vorzeichen der EKG-Ableitung verändert wird.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem graphischen Portrait eine Diagnose ausgegeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagnose aufgrund einer rechnergestützten Auswertung der ermittelten EKG-Abieitungen ausgegeben wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagnose mit unterschiedlichen Methoden der Auswertung erstellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Diagnose getrennt abgerufen wird.
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die Vorrichtungen (1) zur Datenaufnahme und Umwandlung in elektrische Signale, eine Vorrichtung (2) zur Festlegung eines Analysezyklus, ein Analog-Digitalwandler (3) zur Digitalisierung der aufgenommenen Signale sowie eine Speichereinheit (4) enthält, mit einer Auswerteeinheit (5, 6, 7) mit einer Auswertesoftware zur Erzeugung eines dreidimensionalen, farbigen Bildes mit einer geschlossenen Oberfläche auf der Grundlage der aufgenommenen und ausgewerte- ten Signale, einer Steuerungseinheit (8) für die Aufbereitung der ermittelten Bildpunkte sowie einer Auswerte- oder Ausgabeeinrichtung (9) ,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere voneinander unabhängige Vorrichtungen (1) zur Datenaufnahme und Umwandlung in elektrische Signale vorgesehen sind und
daß die Vorrichtungen (1) mit einer Schalteinrichtung (50) verbunden sind, die in Abhängigkeit einer ermittelten signifikanten Größe die Reihenfolge der Bearbeitung der ermittelten Signale festlegt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (1) zur Datenaufnahme und Umwandlung in elektrische Signale über Vorrichtungen (2) zur Festlegung eines Analysezyklusses und Analog-Digital- wandler (3) zur Digitalisierung der aufgenommenen Signale mit der Schalteinrichtung (50) verbunden sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (50) eine erste Auswerteeinrichtung (51) zur Ermittlung der signifikanten Größe des Signals, einen Schalter (53) zur Auswahl der Vorrichtung (1) zur Datenaufnahme und eine zweite Auswerteeinrichtung (52) zur Ansteuerung des Schalters (53) aufweist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (1) zur Datenaufnahme sowohl mit der ersten Auswerteeinrichtung (51) als auch mit dem Schalter (53) verbunden sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Auswerteeinrichtung (52) sowohl mit der Speichereinheit (4) als auch mit der Recheneinheit (6) verbunden ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Ausgänge (51-1, 51-2) der ersten Auswerteeinrichtung (51) mit Eingängen der zweiten Auswerteeinheit (52) verbunden sind und die zweite Auswerteeinheit (52) aufgrund der durch die erste Aus- werteeinheit (51) ermittelten Größe den Schalter (53) ansteuert und die Reihenfolge der weiteren Bearbeitung der Signale festlegt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheiten (51, 52) aus Mikroprozessoren aufgebaut sind, in denen empirisch ermittelte Vergleichsdaten abgelegt sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mikroprozessoren Umwandlungsfaktoren zur Bearbeitung des ermittelten Signals abgelegt sind.
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