DE3230754A1 - Anordnung zur darstellung periodischer oder synchronisierbarer elektrischer signale - Google Patents

Description

Anmelder: Stuttgart, den 12.8.1982

REMCO ITALIA S.p.A. P 4233 S/Pi

Strada Rivoltana Nuova

20060 S. Pedrino di Vignate

(Mailand)

Italien

Vertreter:

Kohler-Schwindling-Späth
Patentanwälte
Hohentwielstraße 41
7000 Stuttgart 1

Anordnung zur Darstellung periodischer oder synchronisierbarer elektrischer Signale

Die Erfindung "betrifft eine Anordnung zur Darstellung periodischer oder synchronisierbarer elektrischer Signale.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Darstellungsgerät, das mit Vorteil zur Analyse elektrocardiographischer Signale über lange Zeiträume hinweg dienen kann.

Wie bekannt, ist die Langzeit-Analyse elektrocardiographischer Signale eine diagnostische Methode, die sowohl bei Coronar-Behandlungseinheiten als auch bei der dynamischen Elektrocardiographie verwendet wird. Im ersten Fall ist es notwendig, die Entwicklung der elektrocardiographischen Aufzeichnungen von stark gefährdeten Patienten kontinuierlich zu überwachen, damit gefährliche elektrocardiographische Erscheinungen schnell erkannt werden können. Im zweiten Fall werden mittels Einheiten , die von Patienten getragen werden, die ihrer normalen Tätigkeit nachgehen, über viele Stunden und selbst einen ganzen Tag aufgezeichnete elektrocardiographische Diagramme, analysiert. Auf diese Weise ist es möglich, Ereignisse zu identifizieren, die durch eine herkömmliche elektrocardiographische Untersuchung nicht festgestellt werden können, weil sie unvorhersehbar und sporadisch auftreten.

Im Hinblick auf die sehr große Menge an Informationen, die in den beiden obengenannten Fällen auszuwerten ist, wurden Instrumente entwickelt, welche die Diagnose durch den Arzt erleichtern. Im einzelnen gibt es eine erste Gruppe handelsüblicher Instrumente, welche in im wesentlichen automatischer Weise die Analyse der elektrocardiographischen Signale ausführen und dabei den Arzt von der Erkennung und Bewertung individueller Ereignisse ausschließen. Eine zweite Gruppe von Geräten, die auch im Handel erhältlich ist, gibt die elektrocardiographische Aufzeichnung auf einem Monitor wieder und überläßt die Analyse gänzlich dem Arzt. Systeme der zweiten Gruppe haben daher schwerwiegende Beschränkungen. Vor allem geben sie entweder nur wenige elektrocardiographische Zyklen nacheinander und in unsynchronisierter Weise wieder, oder sie zeigen nur ein einziges, synchroni-

siertes elektrocardiographisches Muster. Wegen der 'beschränkten Zeitdauer, während der das elektrocardiographische Muster auf dem Bildschirm erscheint, ist die Identifizierung einer möglichen Anomalie äußerst schwierig. Sogar noch schwieriger ist die Peststellung einer Beziehung zwischen benachbarten cardiographischen Zyklen. Dabei ist ein Vergleich der Zyklen tatsächlich sehr wichtig, um das Auftreten von langsamen morphologischen Variationen und Rhythmusänderungen zu identifizieren.

Um einige der vorstehend genannten Mangel zu vermeiden, wurde auch eine Methode entwickelt, die als "Contourograph" bekannt ist und die im wesentlichen darin besteht, daß aufeinanderfolgende Herzzyklen einander überlagert und in geeignetem Abstand auf einer Papierrolle aufgezeichnet werden. Auf diese Weise ist es sicherlich leichter, das Auftreten der genannten langsamen morphologischen Variationen und Rhythmusänderungen festzustellen, jedoch ist auch erkennbar, daß ein System dieser Art völlig unbrauchbar ist, wenn es sich darum handelt, Aufzeichnunen zu analysieren, die über einen Zeitraum von mehr als 24 Stunden aufgezeichnet wurden, weil der Arzt eine viel zu lange Zeit benötigt, um die Gesamtheit der elektrocardiographischen Muster zu untersuchen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zu schaffen, das die Darstellung elektrischer Signale, inbesondere nach Art elektrocardiographischer Aufzeichnungen, in einer Weise gestattet, durch welche die Nachteile der bekannten Geräte der oben genannten Art nicht mehr auftreten.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Anordnung zur Darstellung periodischer oder synchronisierbarer elektrischer Signale gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie

einen Speicher, in dem die darzustellenden elektrischen Signale nacheinander gespeichert werden, eine Erkennungsschaltung, die ein vorgegebenes elektrisches Muster erkennt und ein Synchronisationssignal immer dann erzeugt, wenn das darzustellende elektrische Signal dem vorgegebenen elektrischen Muster entspricht,

einen Mikroprozessor, der das Synchronisationssignal dem darzustellenden und im Speicher enthaltenen elektrischen Signal in solcher Weise zuordnet, daß im Speicher eine Anzahl von Perioden für das darzustellende elektrische Signal definiert wird,

eine Kathodenstrahlröhre mit einem Bildschirm, auf dem die verschiedenen Perioden des im Speicher enthaltenen Signals darstellbar sind, und

einen Prozessor umfaßt, der das im Speicher enthaltene Signal in horizontale und vertikale Ablenksignale für die Kathodenstrahlröhre umsetzt und für jede Periode des gespeicherten Signals entsprechende Werte der Ablenksignale in solcher Weise erzeugt, daß auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre eine überlagerte und perspektivische Darstellung von Kurven erzeugt wird, welche für Perioden des darzustellenden Signals charakteristisch r.ind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispieles, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, n'iher beschrieben und erläutert. Es zeigen

Pig. 1 das Blockschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein detailliertes Blockschaltbild des Prozessors der Schaltungsanordnung nach Pig. 1,

Pig. 3a ein Diagramm, das die zeitliche Variation mehrerer Signale wiedergibt, die von der Anordnung nao'i den Pig. 1 und 2 nach den Formeln verarbeitet werden, die in den Pig. 3b und 3c^wiedergegeben sind,

Fig. 4 ein Beispiel für die Darstellung elektrischer Signale mittels der erfindungsgeraäßen Anordnung und

Pig. 5 einen äquivalenten Abschnitt aus einer Aufzeichnung der elektrischen Signale mittels eines Druckers.

Pig. 1 veranschaulicht eine in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete Anordnung zur Darstellung periodischer oder synchronisierbarer elektrischer Signale, die nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist und im wesentlichen auf einem Mikroprozessor 11 basiert, beispielsweise einem 8-bit-Mikroprozes8or des Typs 2650 der Firma Signatics, die als Speicher ein 4K-R0M für das permanente Programm und einen 1K-RAM für die Prozeßvariablen umfaßt. Das darzustellende Signal wird an einer Klemme 12 zugeführt.

In den Fällen, in denen die Anordnung 10 zur Analyse ambulant gewonnener Daten und insbesondere zur Analyse elektrocardiographischer Signale verwendet wird, die mittels eines tragbaren Gerätes während vieler Stunden aufgezeichnet worden sind, wird die Klemme 12 vorzugsweie mit elektrischen Signalen mit einer Geschwindigkeit gespeist, die sehr viel größer ist als die Aufzeichnungsgeschwindigkeit, und beispielsweise das 32-oder 64-fache der Geschwindigkeit in Realzeit beträgt. Wenn die Anordnung 10 zur kontinuierlichen Überwachung der Entwicklung des Elektrocardiogrammes eines stationär behandelten Herzpatienten benutzt wird, wird das elektrocardiographische Signal der Klemme 12 in Realzeit zugeführt.

Die Klemme 12 ist mit dem Eingang eines Verstärkers 13 verbunden, dessen Ausgang sowohl mit einer QRS-Erkennungsschaltung 14 als auch mit dem Eingang eines Analog/Digital-Umsetzers 15 verbunden ist, der das elektrocardiographische Signal mit vorbestimmter Frequenz abtastet, beispielsweise 100 mal pro Sekunde in Realzeit. Die Erkennungsschaltung 14 ist von bekannter Art und arbeitet insbesondere mittels einer Analyse des Differentials des elektrocardiographischen Signals. Sie macht von einem Algorithmus Gebrauch, der teilweise in Form von Hardware und teilweise in Form von Software realisiert ist, um den Forderungen bezüglich der Verarbeitungsgeschwindigkeit in dem Fall zu genügen, daß die Analyse des elektrocardiographischen Signals mittels einer beschleunigten Wiedergabe der in Realzeit aufgezeichneten Signale erfolgt. Der Mikroprozessor 11 ist an einen Speicher 17 angeschlossen, in dem die vom Analog/Digital-Umsetzer 15 gelieferten Signale nacheinander gespeichert werden. Im einzelnen schreibt der Mikroprozessor 11 immer dann, wenn er

von der Brkennungsschaltung 14 ein Signal erhält, welches das Erkennen eines QRS-Musters anzeigt, in den Speicher 17 ein Schlüsselwort (QRS-Marke), und zwar in eine Zelle dieses Speichers, in der sich ein Abtastwert des Signals befindet, der dem QRS-Muster um mehrere Intervalle vorausgeht. In gleicher Weise gibt der Mikroprozessor 7 in den Speicher 17 ein Wort mit dem gleichen Code im Verhältnis zu einem QRS-Muster (QRS-Marke) selbst dann ein, wenn es von der Erkennungsschaltung 14 in einem Zeitintervall , das größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, keinerlei Signal empfängt, Zweckmäßigerweise wird der Speicher 17 von einem statischen i6K-byte-RAM gebildet, das eine Zugriffszeit von 250 ns hat. Es wird als Umlaufpuffer benutzt, d.h. daß jeder neue Abtastwert des periodischen Signales in der Stellung des jeweils ältesten Abtastwertes gespeichert wird derart, daß der Speicher 17 stets die Abtastwerte für die letzten 160 s eine elektrocardiographischen Aufzeichnung enthält. Der Speicher 17 ist weiterhin mit einer Arithmetik-Einheit 18 verbunden, der auch Signale vom Mikroprozessor 11 zugeführt werden. Diese Arithmetik-Einheit 18 hat drei Ausgänge, die mit drei Klemmen 21, 22, 25 verbunden sind, bei denen es sich um die den Achsen x, y, ζ zugeordneten Anschlüsse des Ablenksystems einer Kathodenstrahlröhre 20 handelt. Zweckmäßig ist der Speicher 17 von solcher Art, daß er einen Mehrfach-Zugriff gestattet, so daß es sowohl möglich ist, neue Abtastwerte und QRS-Marken mittels des Mikroprozessors 11 einzuschreiben und gleichzeitig den Speicher 17 abzutasten, um das Bild auf dem Bildschirm 19 der Kathodenstrahlröhre mittels der Arithmetik-Einheit 18 ständig zu erneuern. Vorzugsweise erfolgt das Abtasten des Speichers 17 mit einer Frequenz von 800 kHz in solcher Weise, daß das Bild der Kathodenstrahlröhre mit einer Bildfrequenz von 50 Hz erneuert wird.

Gemäß der Erfindung setzt die Arithmetik-Einheit 18, deren Aufbau im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist, die Signale, die zu den einzelnen im Speicher 17 enthaltenen A"btastwerten in Beziehung stehen, in entsprechende Paare von x,y-Signalen um. welche das Ablenksystem der Kathoden-Strahlröhre 20 in solcher Weise steuern, daß die verschiedenen Herzzyklen in gedrängter Form, einander überlagert und in bezug auf das QRS-Muster synchronisiert erscheinen und das Bild kontlnuierlich auf den neuesten Stand gebracht wird, indem jeder neue Zyklus in den untersten Teil des Bildschirmes 19 eingeschrieben wird, während die älteren Muster gleichzeitig nach oben bewegt werden. Diese Eigenschaften können besser unter Bezugnahme auf Pig. 2 erläutert werden, welche den Aufbau der Arithmetik-Einheit 18 wiedergibt, die es gemäß der Erfindung erlaubt, eine perspektivische Darstellung mit variablen Fluchtpunkten der Gesamtheit der verschiedenen Herzzyklen zu erzeugen, die im Speicher 17 enthalten sind.

Der Mikroprozessor 11 ist weiterhin mit einer Programmier-Tastatur 24 und einem Drucker 25 verbunden, deren Funktion weiter unten behandelt wird.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird die Arithmetik-Einheit 18 mit einer Anzahl elektrischer Signale versorgt, die an Anschlußklemmen zugeführt werden, die in nicht näher dargestellter Weise mit dem Mikroprozessor 11 und dem Speicher verbunden ind und die mit den Bezugsziffern 27 bis 37 bezeichnet sind. Neben jeder Anschlußklemme ist ein Buchstabe oder ein Wort angegeben, dessen Bedeutung später erläutert wird.

-IS-

Im einzelnen werden an den beiden Anschlußklemmen 27 und zwei elektrische Mehrfach-Signale a, b zugeführt, von denen jedes einer Zahl entspricht, die auf dem Bildschirm der Kathoden-Strahlröhre 20 die Enden eines Bandes von Herzzyklen bezeichnen, deren Helligkeit größer ist als diejenige benachbarter Zyklen. Im folgenden wird dieses Band als das verstärkte Band bezeichnet. Die Werte "a" und "b" werden mittels der Programmier-Tastatur 24 eingegeben und in entsprechende Register 38, 39 eingegeben, deren Ausgänge mit den Schwellenwert-Eingängen 40a, 40b eine3 !Comparators 40 verbunden sind, dessen Ausgang mit der Klemme 23 verbunden ist.

Die Klemme 29 ist in nicht dargestellter Weise mit dem Ausgang des Speichers 17 verbunden-und empfängt von diesem Speicher nacheinander das darin enthaltene Signal, das von Zeit zu Zeit einem bestimmten Herzzyklus zugeordnet ist. Die Klemme 29 ist mit einem Zwischenspeicher 41 verbunden, dessen Ausgang mit dem ersten Eingang eines Komparators sowie dem ersten Eingang eines Multiplizierers 43 verbunden ist, der zweckmäßig einen Digital/Analog-Umsetzer umfaßt. Dem zweiten Eingang des Komparators 42 wird von der Klemme 35 ein Codesignal zugeführt, das dem genannten vorgegebenen Wert (QRS-Marke) entspricht, den der Mikroprozessor 11 in den Speicher 17 immer dann eingibt, wenn die Erkennungsschaltung 14 ein QRS-Muster feststellt. Der Komparator 42 weist endlich einen Ausgang auf, der mit dem Eingang eines Zählers 44 verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Signaleingang des Komparators 40 verbunden ist. Weiterhin ist der Ausgang des Komparators 42 mit dem ersten Eingang eines ODER-Gliedes 45 verbunden, welches drei Eingänge besitzt.

Die Klemmen 30 und 31 werden von dem Mikroprozessor 11 mit Signalen gespeist, welche die Abtastadresse des Speichers und die Adresse der QRS-Marke, die dem im Speicher 17 erreichten letzten Zyklus zugeordet ist, betreffen. Diese Signale sind mit IS bzw. i(QRS) bezeichnet. Die Klemmen 30 und 31 sind beide mit den Eingängen eines !Comparators 47 verbunden, dessen Ausgang mit einem zweiten Eingang des ODER-CrIi ed es 45, dem Ruckstelleingang 48 eines Sägezahn-Generators 49 und dem Rückstelleingang· 50 des Zählers 44 verbunden ist.

Ein an der Klemme 51 anliegendes Taktsignal (CK) wird sowohl dem Sägezahn-Generator 49 als auch dem Eingang eines Sägezahn-G-enerators 52 zugeführt, der einen Rückstelleingang 53 besitzt, der mit dem Ausgang des ODER-Gliedes 45 verbunden ist. Der Ausgang des Sägezahn-Generators 49 ist mit dem Eingang eines Abtast- und Haltekreises 54 verbunden, dessen Abtast-Eingang 55 ebenfalls mit dem Ausgang des ODER-Gliedes 45 verbunden ist. Der Ausgang des Sägezahn-Generators 52 ist mit einem ersten Eingang eines Komparators 57 und einem ersten Eingang eines Multiplizierers 58 verbunden, der zweckmäßig einen Digital/Analog-Umsetzer umfaßt. Ein zweiter Eingang des Komparators 57 ist mit dem Ausgang eines Registers 59 verbunden, dessen Eingang mit der Klemme 32 verbunden ist. In diesem Register 59 ist ein Signal NX gespeichert, das zweckmäßig vom Benutzer mittels der Programmier-Tastatur 24 eingegeben wird. Dieses Signal NX gibt im wesentlichen die Maximalzeit an, welche für die mögliche Dauer eines Herzzyklus angenommen wird. Der Ausgang des Komparators 57 ist endlich mit dem dritten Eingang des ODER-Gliedes 45 verbunden.

Der Ausgang des Abtast- und Haltekreises 54 ist mit den invertierenden Eingängen (-) von Operationsverstärkern 60 und 61 verbunden. Mit dem nicht invertierenden Eingang (+) des Verstärkers 60 ist der Ausgang eines Digital/Analog-Umsetzers 62 verbunden, an dessen Eingang ein Signal angelegt wird, das von einem an die Klemme 33 angeschlossenen Register 63 kommt. An die Klemme 33 wird mittels des Mikroprozessors 11 ein Signal angelegt, das einem Wert LH proportional ist, welches eine der Koordinaten eines Fluchtpunktes P darstellt (siehe Fig. 3a). Das auf dem Bildschirm 19 der Kathodenstrahlröhre 20 zu erzeugende Signal ist in bezug auf diesen Fluchtpunkt F zu konstruieren. Die Klemme 33 ist weiterhin mit dem nicht invertierenden Eingang (+) eines Operationsverstärkers 64 verbunden, dessen invertierender Eingang (-) mit der Klemme 36 und dem nicht invertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers 61 verbunden ist. An die Klemme 36 wird ein mit TO bezeichnetes Signal angelegt, das gemäß Fig. 3a dem zeitlichen Nullpunkt entspricht. Der Ausgang des Operationsverstärkers 60 ist über ein NICHTGlied 66 mit der Abtastklemme 67 eines Schalters 68 verbunden, der eine weitere Abtastklemme 69 hat, die ihrerseits mit einer Klemme 70 verbunden ist, welche wiederum in nicht dargestellter Weise mit einer Gleichspannungsquelle DC verbunden ist. Der Schalter 68 hat eine gemeinsame Klemme 71, der einerseits mit einem Multiplizierer 72 verbunden ist, den auch das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 61 empfängt, und andererseits mit dem ersten Eingang eines weiteren Multiplizierers 73· Der letztgenannte Multiplizierer umfaßt zweckmäßig einen Digital/Analog-Umsetzer und hat einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 64 über ein Register 74 verbunden ist. Der Ausgang des Multiplizieren 73 ißt mit einem zweiten Eingang

des Multiplizierers 58 und auch mit einem zweiten Eingang des Multiplizierers 43 verbunden. Der Ausgang des Multiplizierers 58 ist mit dem ersten, nicht invertierende Eingang (+) eines Operationsverstärkers 76 verbunden, dessen Ausgang •an die Klemme 21 angeschlossen ist. Der Ausgang des Multiplizierers 43 ist mit dem nicht invertierenden Eingang (+) eines Operationsverstärkers 77 verbunden, dessen Ausgang mit einer Klemme 22 verbunden ist.

Der Ausgang des Multiplizierers 72 iat mit jeweils einem ersten Eingang von Multiplizierern 78 und 79 verbunden, die zweckmäßig von Schaltungsanordnungen nach Art von Digital-Analog-Umsetzern aufgebaut sind. Den zweiten Eingängen dieser Multiplizierer 78 und 79 werden Signale EL bzw. Hp von Klemmen 34 bzw. 37 zugeführt· Diese Signale werden jeweils von einem zugeordneten Register 81 bzw. 82 aufgenommen. Der Ausgang des Multiplizierers 78 ist mit einer Abtastklemme 83 eines Schalters 84 verbunden, der eine weitere Abtastklemme 85 aufweist, die an Erde angeschlossen ist, und eine gemeinsame Klemme 86, die mit einem zweiten, nicht invertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers 76 verbunden ist. Der Ausgang des Multipliziereres 79 ist andererseits mit dem zweiten, nicht invertierenden Eingang es Operationsverstärkers 77 verbunden.

Fig. 3a veranschaulicht als Funktion der Zeit t die Variation des elektrocardiographischen Signales, das der Schal- · tungsanordnung nach Fig. 1 an der Klemme 12 zugeführt wird. Es sind zwei vollständige Zyklen dargestellt, die mit M(i) und M(i+1) bezeichnet sind. Diese Zyklen folgen unmittelbar aufeinander und beginnen jeweils zur Zeit tq (i) bzw. tq (i+1). Weiterhin sind in Fig. 3a zwei zueinander senkrechte

Achsen χ und y dargestellt, die sich in einer zur Zeitachse t senkrechten Ebene befinden. Die Signalzyklen M(i) und M(i+1) sind jeweils durch gestrichlete Linien in einer um 90° um die y-Achse gedrehten Lage in einer Ebene dargestellt, welche durch die x,y-Achsen definiert ist. Weiterhin ist in Übereinstimmung mit dem mit TO bezeichneten Punkt auf der Zeitachse, welcher der Anfangszeit entspricht und sich als Punktion der realen Zeit verschiebt, die perspektivische Konstruktion eines Zyklus M(i+1) dargestellt, der bei TO mit MP(i+1) bezeichnet ist. Im einzelnen wurde diese Konstruktion unter der Annahme gemacht, daß der genannte Fluchtpunkt F die Koordinaten LH, H1, H2 aufweist, wie es Pig. 3a veranschaulicht. In den Pig. 3b und 3c sind zwei Formeln dargestellt, die es gestatten, die x- und y-Koordinaten in der Perspektivitätsebene für einen'beliebigen Zyklus M(i) zu berechnen. Es versteht sich, daß der Wert (i) von 1 bis IT variieren kann, wenn N die Anzahl der Herzzyklen ist, welche in dem Speicher 17 enthalten sind. Fig. 4 veranschaulicht in vergrößertem Maßstab den Bildschirm 19 der Kathodenstrahlröhre 20, auf dem perspektivisch eine Anzahl der Zyklen von 1 bis IT dargestellt sind, die im Speicher 17 enthalten sind. Dabei sind die Zyklen, die sich zwischen den Zyklen MP(a) und MP (b) befinden, stärker hervorgehoben, weil, wie unten gezeigt wird, die Arithmetik-Einheit 18 eine Erhöhung der Intensität des Signals in bezug auf die z-Achse der Kathodenstrahlröhre 20 für diese Signale bewirkt hat.

Endlich sind in Fig. 5 die zwischen den Zyklen MP(a) und MP(b) liegenden Zyklen mit ihren echten Dimensionen, wie sie im Speicher 17 gespeichert sind, auf einem Registrierstreifen 89 dargestellt, wie sie von dem Drucker 25, der von dem Mikroprozessor 11 gesteuert wird, ausgedruckt oder aufgezeichnet werden.

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Die Wirkungsweise der erfindungsgeraäßen Anordnung 10 ist im wesentlichen wie folgt:

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird das elelctrocardiographische Signal an der Klemme 12 zugeführt und mittels der QRS-Erkennungsschaltung 14 und des Analog/Digital-Umsetzers 15 über den Mikroprozessor 11 in den Speicher 17 eingegeben. Wie bereits oben teilweise erläutert, wird während dieser Phase jeder Herzzyklus durch ein entsprechendes QRS-Muster identifiziert und in dem Speicher 17 zusammen mit einer vorgegebene Marke gespeichert, die jedes Mal dann einer Zelle dieses Speichers aufgeprägt wird, wenn die Erkennungsschaltung 14 ein QRS-Muster erkennt. Die genannte Marke wird auch dann in den Speicher 17 eingegeben, wenn die Erkennungaschaltung 14 in einem Zeitintervall, das größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, kein QRS-Muster erkennt. Da, wie bereits erwähnt, der Speicher 17 als Umlaufspeicher oder zyklisch betrieben wird, wird jeder vom Analog/Digital-Umsetzer gelieferter Abtastwert in der Position des jeweils ältesten Abtastwertes gespeichert, so daß der Speicher jeweils die Information enthält, welche die letzten Sekunden des an der Klemme 12 zugeführten Signales umfaßt.

Das Abtasten des Speichers 17, das zweckmäßig mit einer Frequenz von 800 kHz erfolgt, ermöglicht es, der Arithmetik-Einheit 18 Abtastwerte zuzuführen, welche die verschiedenen, gespeicherten Herzzyklen darstellen, sowie die Adresse (IS) der Abtastung jedes Herzzyklus und die Adresse I(QRS) des letzten, vollständig empfangenen QRS.

-3L4-

Dabei werden, wie aus Pig. 2 ersichtlich, die verschiedenen Abtastwerte, die jeweils zu einem Herzzyklus gehören, von Zeit zu Zeit auf den Zwischenspeicher 41 übertragen. Jeder dieser Abtastwerte wird in dem Komparator 42 mit dem Signal verglichen, das an der Klemme 35 zugeführt wird. Wenn die Signale an den beiden Eingängen des Komparators 42 identisch sind, zeigt die Übereinstimmung an, daß im Zwischenspeicher 41 die zu dem QRS-Muster gehörende Information enthalten ist. Unter dieser Bedingung sendet der Komparator 42 ein Signal aus, das den Inhalt des Zählers 44 um eine Einheit erhöht, und führt gleichzeitig dem Eingang 53 des Sägezahngenerator 52 ein Rückstellsignal sowie dem Eingang 55 des Abtast- und Haltekreises 54 ein Freigabesignal zu. Der Augenblick, in dem eine Übereinstimmung zwischen den Sigalen an den Eingängen des Komparators 42 besteht, definiert für jeden Herzzyklus im Zeitpunkt tq_ den Beginn des Zyklus selbst. Am Ausgang des Sägezahn-Generators 52 ist demnach ein elektrisches Signal vorhanden, das der Differenz zwischen derzeit t und dem Augenblick t proportional ist.

Wenn die Abtastadresse (IS) mit der Adresse der zuletzt gespeicherten QRS-Marke I(QRS) übereinstimmt, sendet der Komparator 47 ein Signal aus, das zum Nullstellen des Zählers 44 sowie der Sägezahn-Generatoren 52 und 49 dient. Da diese Rückstellung nur einmal bei jeder vollständigen Abtastung des Speichers 17 stattfindet, ist das am Ausgang des Sägezahn-Generators 49 vorhandene Signal der Zeit t proportional, und es hat der Sägezahn eine Periode, die im wesentlichen gleich der Zeit ist, die für ein vollständiges Abtasten des Speichers 17 benötigt wird. Das am Ausgang des Abtast- und Haltekreises 54 vorhandene Signal ist andererseits dem Zeitwert t proportional (siehe Pig. 3a) und hat insgesamt die Form eines Sägezahns, welcher der Zeit t ent-

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spricht, der jedoch stufenweise ansteigt, da die Abtastung immer dann erfolgt, wenn ein Signal vom ODER-G-lied 45 am Eingang 55 des Abtast- und Haltekreises 54 erscheint.

Das ODER-Glied 45 liefert ein Ausgangssignal nicht nur aus den bereits angegebenen Gründen (Erkennen eines QRS-Musters durch den Komparator 42 sowie Übereinstimmung zwischen der Abtastadresse (IS) und der Adresse der zuletzt gespeicherten QRS-Marke I(QRS) ), sondern auch dann, wenn das Ausgangssignal des Sägezahn-Generators 52, das dann am Eingang des Komparators 57 anliegt, den Wert des Signals (NX) über- · schreitet, das im Register 59 enthalten ist. Im einzelnen wird das Signal NX vom Mikroprozessor 11 eingestellt und entspricht der Maximalzeit eines Herzzyklus, innerhalb der jedes QRS-Muster gefunden werden muß. Deshalb wird, wenn ein mögliches Muster innerhalb dieser vorgegebenen Zeit nicht erscheint, der Sägezahn-Generator 52 erneut mittels des Komparators 57 und des ODER-Gliedes 45 ausgelöst.

Die Signale tq und (t-tq) werden dann summiert, subtrahiert und multipliziert in demjenigen Teil der Arithmetik-Einheit W 18, der sich in Richtung des Signalflusses hinter dem Sägezahn-Generator 52 und dem Abtast- und Haltekreis 54 befindet, so daß an den Klemmen 21 und 22 die Werte von χ bzw. y erhalten werden, die durch die Gleichungen nach den Fig. 3b und 3c definiert sind. Im einzelnen werden die erforderlichen Werte von LH, H1 und H2 vom Mikroprozessor 11 an die Klemmen 33, 34 und 37 geliefert. Diese Werte können vom Benutzer mit Hilfe der Programmier-Tastatur programmiert werden. Auf diese Weise kann der Benutzer den Fluchtpunkt F in der Weise wählen, die am besten zur Darstellung der Gesamtheit der Herzzyklen geeignet ist, welche im Speicher

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17 enthalten sind. Eine Wahl ist auch durch Betätigen der Schalter 68 und 84 der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 in solcher Weise möglich, daß beliebige Summanden oder Paktoren ausgeschlossen werden, die in den Formeln nach den Fig. 3b und 3c enthalten sind. Demnach wird, wie in Fig. 4 veranschaulicht, eine dynamische perspektivische Darstellung der verschiedenen Herzzyklen erhalten, bei der jeder neue Zyklus im unteren Abschnitt des Bildschirmes 19 eingefügt wird, während die älteren Zyklen gleichzeitig nach oben rücken, während der jeweils älteste Zyklus (MP1) im obersten Teil des Bildschirmes verschwindet. Die Zeit, welche für die Verschiebung auf dem Bildschirm 19 benötigt wird, hängt von der Geschwindigkeit der Analyse ab. Im einzelnen ist diese Geschwindigkeit im Fall einer kontinuierlichen Überwachung der Entwicklung der elektrocardiographischen Signale eines Risiko-Patienten, der sich beispielsweise in einer Intensivstation befindet, relativ langsam, während sie ziemlich hoch ist, wenn eine Analyse von über mehrere Stunden aufgezeichnten Signalen erfolgt. Die hohe Gechwindigkeit kann beispielsweise das 32-Fache oder 64-Fache der Aufzeichnungsgeschwindigkeit betragen.

Wie in Fig. 4 dargestellt, kann der Benutzer eine Gruppe der auf dem Bildschirm 19 dargestellten Herzzyklen mit erhöhter Intensität darstellen, indem er mittels der Programmier-Tastatur 24 in die Register 38 und 39 der Fig. 2 zwei Zahlen (a, b) eingibt, welche die Enden des Bandes angeben, dessen Intensität erhöht werden soll. Wenn in diesem Fall das vom Zähler 44 erzeugte Ausgangssignal, das der Nummer in dem jeweiligen Augenblick dargestellten Herzzyklus darstellt, zwischen den Zahlen liegt, welche in den Registern 38 und enthalten sind, liefert der Ausgang des Komparators 40 ein

Signal, das über die Klemme 23 der z-Achse der Kathodenstrahlröhre 20 zugeführt wird. Dieses Signal dient dazu, die Lichtintensität des Strahles zu erhöhen, der auf den Bildschirm 19 auftrifft, und zwar für jeden zwischen den Grenzen a und b liegenden Zyklus.

Wenn der Benutzer nun wünscht, diese Zyklen auf Papier auszudrucken (siehe Fig. 5), ist es ausreichend, den Fluß der der Klemme 12 zugeführten Informationen zu unterbrechen und mittels der Programmier-Tastatur 24 das Ausdrucken der im Speicher 17 enthaltenen Informationen zu veranlassen, die zu den Herzzyklen gehören, deren Kennummern zwischen den obengenannten Grenzen a und b liegen.

Eine Prüfung der Eigenschaften der. Anordnung 10, die nach den Prinzipien der Erfindung ausgebildet ist, läßt erkennen, daß diese Anordnung die oben angegebenen Ziele zu erreichen gestattet.

Insbesondere kann Fig. 4 entnommen werden, wie diese Art der Darstellung sowohl die morphologischen Einzelheiten der Herzzyklen als auch Rhythmusänderungen sehr deutlich macht. Diese Darstellung macht darüber hinaus die Variationen zwischen benachbarten Zyklen sehr deutlich, da diese Zyklen nun im wesentlichen einander überlagert sind, so daß kleine Unterschiede sehr leicht erkennbar sind.

Das dynamische Verhalten der Anordnung 10, die in der statischen Darstellung der Fig. 4 nicht erkennbar ist, erhöht tatsächlich in hohem Maße das analytische Vermögen. Tatsächlich wird das Wahrnehmungsvermögen des Beobachters durch die Entsprechungen erhöht, die zwischen der Verschiebung des

Bildes und der natürlichen zeitlichen Entwicklung des elektrocardiographischen Signales "bestehen. Die Anordnung 10 ist mit Vorteil sowohl zur Langzeit-Überwachung der elektrocardiographischen Signale von Patienten geeignet, die einer ambulanten Kontrolle unterliegen, als auch zur kontinuierlichen Überwachung von Patienten, die sich in Intensivstationen befinden. Im ersten Fall ist es tatsächlich möglich, die gesamte Aufzeichnung, selbst über 24 Stunden, mit hoher Genauigkeit in einer angemessen kurzen Zeit zu analysieren, nämlich in etwa 20 Minuten. Im zweiten Pail erlaubt die Darstellung über lange Zeiten hinweg eine Beobachtung des Bildschirmes 19 in zeitlichen Abständen durch das Überwachungspersonal und die Korrelation vieler Herzzyklen über eine ausreichend große Zeitspanne, die in der Ordnung von 2 bis 3 Minuten liegt.

Endlich versteht es sich, daß die Anordnung 10 modifiziert und abgeändert werden kann, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Obwohl die Anordnung 10 als Einrichtung zum Darstellen von Herzzyklen beschrieben worden ist, eignet sie sich allgemein zur Darstellung jeglicher pseudoperiodischer und/oder synchronisierbarer Signale. Dabei bleiben die wesentlichen Eigenschaften der Erfindung, nämlich die Möglichkeit der Einstellung des Fluchtpunktes F, die dynamische Darstellung der Zyklen sowie die Möglichkeit der Einstellung der Darstellungsgeschwindigkeit der Zyklen selbst, im wesentlichen die gleichen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. ) Anordnung zur Darstellung periodischer oder synchronisierbarer elektrischer Signale, dadurch gekennzeichnet, daß sie

   einen Speicher (17), in dem die darzustellenden elektrischen Signale nacheinander gespeichert werden,

   eine Erkennungsschaltung (14), die ein vorgegebenes elektrisches Muster erkennt und ein Synchronisationssignal immer dann erzeugt, wenn das darzustellende elektrische Signal dem vorgegebenen elektrischen Muster entspricht,

   einen Mikroprozessor (11), der das Synchronisationssignal dem darzustellenden und im Speicher (17) enthaltenen elektrischen Signal in solcher Weise zuordnet, daß im Speicher (17) eine Anzahl von Perioden für das darzustellende elektrische Signal definiert wird,

   eine Kathodenstrahlröhre (20) mit einem Bildschirm (19), auf dem die verschiedenen Perioden des im Speicher (17) enthaltenen Signals darstellbar sind, und

   einen Prozessor (18) umfaßt, der das im Speicher (17) enthaltene Signal in horizontale (x) und vertikale (y) Ablenksignale für die Kathodenstrahlröhre (20) umsetzt und für jede Periode des gespeicherten Signals ent-

   sprechende Werte der Ablenksigriale (x, y) in solcher Weise erzeugt, daß auf dem Bildschirm (19) der Kathodenstrahlröhre (20) eine überlagerte und perspektivische Darstellung von Kurven erzeugt wird, welche für Perioden des darzustellenden Signals charakteristisch sind.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (11) eine Einrichtung (24) umfaßt, welche die Koordinatenwerte (LH, H1, H2) eines Fluchtpunktes (F) der perspektivischen Darstellung bestimmt.

   3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Analog/Digital-Umsetzer (15) aufweist, der das darzustellende elektrische Signal in eine Anzahl digitaler Abtastwerte umsetzt, die nacheinander vom Mikroprozessor (11) dem Speicher (17) zugeführt werden.

   4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß η» der Speicher (17) als Umlaufspeicher ausgebildet ist,

   in dem jeder neue, vom Analog/Digital-Umsetzer (15) gelieferte digitale Abtastwert an der Stelle desjenigen Abtastwertes gespeichert wird, das sich am längsten im Speicher (17) befindet.

   5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (11) bei Empfang des von der Erkennungsschaltung (14) erzeugten Synchronisationseignais das Aufzeichnen eines vorgegebenen Signals (QRS-Marke) im Speicher (17) bewirkt.

   6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Signal (QRS-Marke) in dem Speicher (17) in einem Abstand von mehreren Abtastwerten vor dem elektrischen Signal gespeichert wird, das dem vorgegebenen elektrischen Muster entspricht.

   7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (18) einen ersten Komperator (42) enthält, der ein dem vorgegebenen Signal (QRS-Marke) gleiches Bezugssignal mit dem im Speicher (17) enthaltenen Signal vergleicht und ein Signal zur Synchronisation der Horizontalablenkung (χ) der Kathodenstrahlröhre (20) jedesmal dann erzeugt, wenn das gespeicherte Signal gleich d*em Bezugssignal ist.

   8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichent, daß der Ausgang des ersten !Comparators (42) mit dem Rückstelleingang (53) eines Ablenksignalgenerators (52) für die x-Achse der Kathodenstrahlröhre (20) verbunden ist.

   9· Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenksignalgenerator (52) ein Sägezahngenerator ist.

   10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Ablenksignalgeneratora (52) mit dem ersten Eingang eines Schwellenwertdetektors (57) verbunden ist, dessen zweitem Eingang ein Signal mit einstallbarer Amplitude zugeführt wird und dessen Ausgang mit dem Rückstelleingang (53) des Ablenksignalgenerators verbunden ist.

   11. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (18) einen zweiten Komparator (47) enthält, dem ein für die Abtastadresse (IS) des Speichers (17) charakteristisches elektrisches Signal und ein für die Adresse (IQRS) des letzten der in den Speicher eingegebenen, vorgegebenen Signale (QRS-Marke) charakteristisches, elektrisches Signal zugeführt wird und der ein Synchronisationssig-

   ""*■ nal für die vertikale Ablenkachse (y) der Kathoden

   strahlröhre (20) immer dann erzeugt, wenn das für die Abtastadresse (IS) charakteristische Signal gleich dem für die Adresse (IQRS) des letzten der in den Speicher eingegebenen, vorgegebenen Signale (QRS-Marke) ist.

   12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichent, daß der Ausgang des zweiten Komparators (47) mit dem Rückstelleingang (48) des Ablenksignalgenerators (49) für die y-Achse der Kathodenstrahlröhre (20) verbunden ist.

   _w 13· Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Ablenksignalgenerator (49) ein Sägezahngenerator ist.

   14· Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Ablenksignalgenerators (49) mit dem Eingang eines Abtast- und Haltegliedes (54) verbunden ist, das einen Abtaatsteuerkreis (48) aufweist, der mit dem Ausgang des ersten und/oder zweiten Komparators und/oder dem Ausgang des Schwellenwertdetektors (57) verbunden ist.

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   15· Anordnung nach Anspruch 14 in Abhängigkeit von einem der Ansprüche 8 Ms 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (18) eine Einrichtung zum Berechnen der Ablenksignale (x, y) enthält, die den Sägezahngeneratoren (49, 52) nachgeschaltet und mit einer Speichereinrichtung (63, 81, 82) verbunden ist, in der Koordinatenwerte (LH, H1, H2) für den Fluchtpunkt (F) der perspektivischen Darstellung gespeichert sind.

   16. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 Ms 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Zähler (44) enthält, der einen mit dem Ausgang des ersten Komparators (42) verbundenen Signaleingang, einen mit dem Ausgang des zweiten Komparators (47) verbundenen Rückstelleingang ' (50) und einen mit dem ersten Eingang des Schwellenwertdetektors (40) verbundenen Ausgang aufweist, und daß der Schwellenwertdetektor (40) zwei weitere Eingänge, denen elektrische Signale vorgegebener Größe zuführbar sind, welche den unteren bzw. oberen Schwellenwert definieren, und einen Ausgang aufweist, der an die z-Achse der Kathodenstrahlröhre angeschlossen ist, um die Intensität der Kurven für die im Speicher enthaltenen Signale immer dann zu erhöhen, wenn der Wert des am ersten Eingang des Schwellenwertdetektors (40) anliegenden Signals zwischen den Werten der Signale liegt, die an dem zweiten und dem dritten Eingang anliegen.

   17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die den oberen und den unteren Schwellenwert definierenden Signale in entsprechenden Registern (38, 39) enthalten und mittels des Mikropozessors (11) einstellbar sind.

   18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Drucker (25) zum Ausdrucken der im Speicher (17) enthaltenen Signale umfaßt.

   19· Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die darzustellenden Signale von einem zur Überwachung der Herztätigkeit ausgebildeten Detektor geliefert werden.

   20. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die darzustellenden Signale von einem Rekorder geliefert werden, der an einen Detektor zur Überwachung der Herztätigkeit angeschlossen ist und die Signale mit einer größeren Geschwindigkeit abgibt als sie aufgenommen worden sind.

   21. Anordnung zur Darstellung periodischer oder synchronisierter elektrischer Signale, der im wesentlichen in der anhand der beigefügten Zeichnung beschriebenen Weise ausgebildet ist.