DE10159296A1

DE10159296A1 - Method for evaluation of ECG signals to detect heart beat irregularities, whereby the measured heart beat is compared with stored templates and a probability analysis undertaken to determine the risk of conditions such as PAF

Info

Publication number: DE10159296A1
Application number: DE10159296A
Authority: DE
Inventors: Guenter Schreier
Original assignee: ARC Seibersdorf Research GmbH
Current assignee: Seibersdorf Labor GmbH
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2003-06-12

Abstract

Method in which a partial region, e.g. the P-wave region, of an ECG signal is used to form one or more signal templates. An actual heart beat signal is compared with the templates and correlation coefficients determined. The correlation coefficients are subject to a statistical test the results of which are probabilities for certain conditions. The invention also relates to a corresponding device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 13. Die Erfindung betrifft somit eine kardiologische Vorrichtung zur Gewinnung von Information über den elektrophysiologischen Zustand des Herzens aus dem Elektrokardiogramm. The invention relates to a device according to the preamble of the claim 1 and a method according to the preamble of claim 13. The invention relates thus a cardiological device for obtaining information about the electrophysiological condition of the heart from the electrocardiogram.

Das Elektrokardiogramm (EKG) gibt die elektrische Aktivität des Herzens wider, die durch die Ausbreitung und die darauffolgende Rückbildung der Erregung der Herzmuskelzellen entsteht. Zahlreiche Phänomene und Erkrankungen haben eine kurz- (Schlag-zu-Schlag) oder längerfristig veränderte Erregungsausbreitung und damit ein einzelschlagbezogenes oder dauernd verändertes EKG zur Folge. Einer Beurteilung des kardialen Zustandes auf dieser Basis stehen jedoch oft natürliche Schlag-zu-Schlag- Veränderungen sowie dem EKG überlagerte Störeinflüsse nicht-kardialen Ursprungs wie Rauschen entgegen. Die gegenständliche Erfindung soll eine Vorrichtung und ein Verfahren erstellen, das bzw. die robust gegen diese Störeinflüsse sind und eine bessere Bewertung der Bedeutung von Inhomogenitäten aus dem EKG erlauben. The electrocardiogram (EKG) shows the electrical activity of the heart, that through the spread and subsequent regression of the arousal of the Cardiac muscle cells arise. Numerous phenomena and diseases have a brief (Beat-to-beat) or longer-term change in arousal and thus a single-beat-related or constantly changing ECG. An assessment of the cardiac condition based on this, however, natural beat-to-beat Changes and interference superimposed on the ECG of non-cardiac origin such as Rushing towards. The object of the invention is an apparatus and a method create that are robust against these interferences and a better evaluation allow the importance of inhomogeneities from the EKG.

Herzrhythmusstörungen können mit typischen Veränderungen des EKG bestimmter Herzschläge in der Weise in Verbindung stehen, dass das Auftreten letzterer als Zeichen für das Vorliegen eines erhöhten Risikos für die jeweilige Herzrhythmusstörung gewertet wird. Ein Beispiel dafür ist das anfallsweise Vorhofflimmern (paroxysmales atriales Flimmern - PAF). Bei dieser anfallsweise auftretenden Rhythmusstörung ist, bedingt durch unkoordinierte elektrische Erregung der Vorhofmuskulatur des Herzens, eine geordnete Pumpwirkung dieser Kammern nicht mehr gegeben. Obwohl ein solcher Anfall im allgemeinen keinen lebensbedrohlichen Zustand darstellt, ja sogar asymptomatisch sein kann, nimmt die Häufigkeit solcher Episoden üblicherweise mit der Zeit zu bzw. geht in permanentes atriales Flimmern (AF) über. Damit ist schließlich ein hohes Risiko für kardiovaskuläre Folgeerkrankungen (z. B. Schlaganfall) gegeben. Die Prävalenz dieser Erkrankung nimmt mit steigendem Alter progressiv zu und erreicht mehrere Prozent in der Personengruppe der über 65 jährigen. Daher sind intensive Bemühungen im Gange, entsprechende Therapien zu entwickeln, um das Auftreten und Fortschreiten derartiger Episoden zu unterdrücken. Unter anderem existieren bereits Herzschrittmacher, die über spezielle Stimulationsprotokolle verfügen, die die Frequenz solcher Episoden verringern bzw. im Idealfall solche Episoden ganz zu unterdrücken erlauben. Um diese und andere Therapieformen (z. B. Medikamente) gezielt einsetzen zu können, sind Methoden notwendig um:

a) das grundsätzliche Ausmaß der Neigung eines bestimmten Patienten zu PAF und
b) das akute Risiko für das unmittelbare Bevorstehen einer PAF-Episode

zu ermitteln. Cardiac arrhythmias can be associated with typical changes in the ECG of certain heartbeats in such a way that the occurrence of the latter is regarded as a sign of an increased risk for the respective cardiac arrhythmia. An example of this is seizure atrial fibrillation (paroxysmal atrial fibrillation - PAF). In the case of this rhythmic disorder, which occurs as a result of uncoordinated electrical excitation of the atrial muscles of the heart, an orderly pumping action of these chambers is no longer possible. Although such an attack is generally not a life-threatening condition, and may even be asymptomatic, the frequency of such episodes usually increases over time or changes to permanent atrial flicker (AF). This ultimately results in a high risk of cardiovascular complications (e.g. stroke). The prevalence of this disease progressively increases with age and reaches several percent in the group of people over 65 years of age. Therefore, intensive efforts are underway to develop appropriate therapies to suppress the occurrence and progression of such episodes. Among other things, pacemakers already exist which have special stimulation protocols which reduce the frequency of such episodes or ideally allow them to be suppressed entirely. In order to be able to use these and other forms of therapy (e.g. medication) in a targeted manner, methods are necessary to:

(a) the basic extent of a particular patient 's propensity to PAF; and
b) the acute risk of an imminent PAF episode

to investigate.

Hauptziel der Erfindung ist es, die Auswertungsmöglichkeiten von EKG-Signalen zu verbessern. Vorrangiges Ziel der Erfindung ist es dabei, die Signifikanz von Triggern bzw. von aus dem Rhythmus fallenden Herzschlägen aus dem EKG rasch und möglichst eindeutig zu bewerten und damit die Risikoabschätzung für Krankheiten, insbesondere PAF, zu verbessern. Das Ergebnis kann unmittelbar verwendet werden, um eine entsprechende Therapie zu steuern, z. B. innerhalb eines implantierten Herzschrittmachers oder auch, um eine medikamentöse Intervention zu indizieren. The main aim of the invention is to evaluate the evaluation possibilities of EKG signals improve. The primary aim of the invention is to determine the significance of triggers or of heartbeats falling out of rhythm from the EKG quickly and as possible to be clearly assessed and thus the risk assessment for diseases, in particular PAF, to improve. The result can be used immediately to find a corresponding one Control therapy, e.g. B. within an implanted pacemaker or to indicate drug intervention.

Diese Ziele werden bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmalen erreicht. Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist durch die im Kennzeichen des Anspruches 13 angeführten Merkmale charakterisiert. These goals are achieved in a device of the type mentioned in the Characteristic of claim 1 cited features achieved. A process of is the type mentioned in the characterizing part of claim 13 Characterized characteristics.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den Beschreibungsseiten, den Patentansprüchen und den Zeichnungen zu entnehmen. Advantageous embodiments of the invention are the description pages, the Claims and the drawings.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Blockdiagramm, das die wichtigsten Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt. Fig. 1 shows schematically a block diagram illustrating the most important components of the device according to the invention.

Fig. 2 zeigt das EKG eines einzelnen Herzschlags mit den Definitionen der charakteristischen Punkte sowie der Terminologie zur Definition eines vorteilhafterweise untersuchten Signal- bzw. Testbereichs TB. Fig. 2 shows the ECG of one beat with the definitions of the characteristic points and the terminology to define an advantageously examined signal or test area TB.

Fig. 3 zeigt einen kurzen EKG-Ausschnitt, aus dem die für die Erfindung wichtigen Definitionen bezüglich der Beziehungen verschiedener Herzschläge zueinander ersichtlich sind. FIG. 3 shows a short ECG section from which the definitions of the relationships of different heartbeats that are important for the invention can be seen.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm, aus dem die wichtigsten Verarbeitungsschritte bei der erfindungsgemäßen Signalverarbeitung ersichtlich sind. FIG. 4 shows a flow chart from which the most important processing steps in the signal processing according to the invention can be seen.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugte Ausführung der Erfindung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst Elektroden 11, die mit der untersuchten Person in Verbindung stehen und zur Ableitung des EKG-Signals dienen. Diese können sich außerhalb des Körpers des Patienten befinden oder - wie die gesamte Vorrichtung - auch implantiert sein. Die Vorrichtung besteht weiters aus einem Biosignalverstärker 12, der die über die Elektroden vom Körper des Patienten abgeleiteten Potentiale verstärkt, auf das interessierende Frequenzband begrenzt (z. B. 0.05-100 Hz), und im weiteren einer Analog- Digital-Umsetzer-Einheit 13 zuführt, die das analoge EKG-Signal in eine Folge von Abtastwerten umwandelt (z. B. mit 256 Abtastwerten/Sekunde und einer Auflösung von 12 Bit). Diese Folge von Abtastwerten wird schließlich einer Recheneinheit 14 mit den erforderlichen Subeinheiten zur weiteren Verarbeitung zugeführt. Fig. 1 is a block diagram showing a preferred embodiment of the invention. The device according to the invention comprises electrodes 11 which are connected to the person being examined and are used to derive the EKG signal. These can be outside the patient's body or - like the entire device - can also be implanted. The device further consists of a biosignal amplifier 12 , which amplifies the potentials derived from the patient's body via the electrodes, limits it to the frequency band of interest (eg 0.05-100 Hz), and furthermore an analog-digital converter unit 13 which converts the analog ECG signal into a sequence of samples (e.g. with 256 samples / second and a resolution of 12 bits). This sequence of samples is finally fed to a computing unit 14 with the necessary subunits for further processing.

In der Recheneinheit 14 wird zuerst eine Signal-Vorverarbeitung durchgeführt, wie sie dem Stand der Technik bei der EKG-Signalanalyse entspricht. Dabei wird z. B. wie folgt vorgegangen: In the arithmetic unit 14 , a signal preprocessing is first carried out, as it corresponds to the state of the art in ECG signal analysis. Here, for. B. proceed as follows:

Als erster Schritt wird eine Detektion der Herzschläge innerhalb der Signalsequenz durchgeführt. Dies kann z. B. durch den Vergleich der 1. Ableitung des Signals mit einem Schwellwert geschehen und führt zu einer Liste mit den Indizes jener Abtastwerte, an denen überschwellige 1. Ableitungen auftreten (Detektionspunkte). Zum zweiten erfolgt für jeden Herzschlag die Bestimmung eines Fix- oder Triggerpunktes 27, z. B. t_i für den i-ten Herzschlag, also des Zeitpunktes, der eine möglichst eindeutige zeitliche Beziehung zu den mit dem jeweiligen Herzschlag in Verbindung stehenden elektrischen Vorgängen im Herzen hat. Solche Punkte sind z. B. die Spitzen der R-Zacken 23, die den Extrema im jeweiligen Signalabschnitt entsprechen. Im nächsten Schritt werden die detektierten Ereignisse klassiert, z. B. durch Vergleich jedes einzelnen QRS-Komplexes, also jenes Bereichs des EKG, der die Q-Zacke 22, die R-Zacke 23 und die S-Zacke 24 umfasst (z. B. 60 ms vor bis 60 ms nach dem Triggerpunkt t_i) und der elektrischen Erregung der Herzkammern entspricht. Die Klassierung erfolgt mit einer Menge von Schablonen. Die Schablonen können aus z. B. kohärent gemittelten EKG-Abschnitten vorangegangener Herzschläge jeweils ähnlicher Morphologie bestehen. Das Schablonen-Set kann laufend um bisher noch nicht aufgetretene QRS-Komplexe dynamisch erweitert bzw. um bereits seit einiger Zeit nicht mehr aufgetretene QRS-Komplexe oder durch Zusammenfassung zweier Schablonen, falls diese sich mit der Zeit hinlänglich ähnlich geworden sind, reduziert werden. Das Resultat des Klassierungsprozesses ist die Zuordnung einer eindeutigen Klasse zu jedem Herzschlag-EKG. As a first step, the heartbeats are detected within the signal sequence. This can e.g. B. by comparing the 1st derivative of the signal with a threshold value and leads to a list with the indices of those samples at which cross-threshold 1st derivatives occur (detection points). Secondly, for each heartbeat a fixed or trigger point 27 is determined , e.g. B. t _i for the i-th heartbeat, that is to say the point in time that has a time relationship that is as clear as possible to the electrical processes in the heart associated with the respective heartbeat. Such points are e.g. B. the tips of the R-waves 23 , which correspond to the extremes in the respective signal section. In the next step, the detected events are classified, e.g. B. by comparison of each individual QRS complex, that is to say that area of the EKG which comprises the Q-wave 22 , the R-wave 23 and the S-wave 24 (e.g. 60 ms before to 60 ms after the trigger point t _i ) and corresponds to the electrical excitation of the heart chambers. The classification is done with a lot of templates. The templates can be made from e.g. B. consistently averaged ECG sections of previous heartbeats each have a similar morphology. The template set can be continuously expanded dynamically to include QRS complexes that have not yet occurred, or QRS complexes that have not occurred for some time, or by combining two templates, if these have become sufficiently similar over time. The result of the classification process is the assignment of a unique class to each heartbeat ECG.

Fig. 2 zeigt zusätzlich zum QRS-Komplex noch zwei weitere wichtige EKG- Komponenten, nämlich die P-Welle 21, die der elektrischen Erregung der Vorhöfe entspricht und die T-Welle 25, die der Rückbildung der elektrischen Erregung der Herzkammer entspricht. In addition to the QRS complex, FIG. 2 shows two further important ECG components, namely the P wave 21 , which corresponds to the electrical excitation of the atria, and the T wave 25 , which corresponds to the regression of the electrical excitation of the heart chamber.

Die nach der gegebenenfalls vorgenommenen Vorverarbeitung wesentliche erfinderische Vorgangsweise, die mit der Recheneinheit 14 abgewickelt wird, wird vor allem aus dem Ablaufdiagramm in Fig. 4 ersichtlich:

1. Das EKG-Signal kann vor der Betrachtung der zur Untersuchung zugelassenen einzelnen Herzschläge in einer Filtereinheit 41 einer Filterung mit einem digitalen Bandbpassfilter unterzogen werden, um Rauschen und Grundlinienschwankungen zu reduzieren sowie jenen Frequenzbereich hervorzuheben, in dem der Hauptfrequenzinhalt des zu untersuchenden Signalbereiches liegt. Für Analysen im Bereich der P-Welle kann sich z. B. eine Filterung mit einer Butterworth-Approximation 2. Ordnung und einer unteren bzw. oberen Grenzfrequenz von 4 bzw. 32 Hz als günstig erweisen.
2. Beginn der Hauptschleife 42, die für jeden Herzschlag beginnend mit dem zweiten Herzschlag durchlaufen wird.
3. Berechnung des aktuellen RR-Intervalls als der Abstand zwischen dem Zeitpunkt der aktuellen und der vorangegangenen R-Zacke oder Berechnung eines anderen charakteristischen Intervalls zur Feststellung der zeitlichen Abstände der Herzschläge. Entsprechend Fig. 3 gilt z. B. RR_i (Intervall 32) = t_i (Zeitpunkt 34) - t_i-1 (Zeitpunkt 33).
4. Die Herzschläge werden in einer Klassierungseinheit 44 in Hinblick auf vorgegebene Klassierungskriterien bewertet. Die am häufigsten auftretende Herzschlagklasse wird vorzugsweise als Standardklasse S definiert. Für Herzschläge, die nicht die Klasse S aufweisen, wird alles außer der Berechnung des mittleren RR-Intervalls (siehe unten) übersprungen.
5. Es erfolgt eine Prüfung, ob in einem Schablonenbildner 45 bzw. in einer Signalschablone bereits eine Testbereichsschablone TBS definiert ist. Entsprechend Fig. 2 umfasst der Testbereich (TB) jeweils alle Abtast- bzw. Signalwerte zwischen den beiden willkürlich definierten Testbereichsgrenzen t_a (Zeitpunkt 28) und t_e (Zeitpunkt 29). Die Werte dieser Grenzen sind an die jeweilige Anwendung anzupassen. Im Falle von PAF ist dies der Bereich der P-Welle 21, also z. B. t_a = -225 ms, t_e = -75 ms, jeweils bezogen auf den gewählten Fixpunkt, insbesondere den R-Punkt (Zeitpunkt 23).
6. Wenn die Testbereichsschablone TBS noch nicht definiert ist, wird sie mit dem Testbereich TB_i des aktuellen Herzschlages initialisiert.
7. Die Ähnlichkeit des aktuellen Test- bzw. Signalbereichs mit der aktuellen Testbereichschablone TBS wird in einer Recheneinheit 47 ermittelt. Dies kann z. B. durch die Berechnung des Ähnlichkeitsmaßes, vorzugsweise des linearen Korrelationskoeffizienten CC_i, zwischen den beiden verglichenen Abtastwertefolgen geschehen. Dabei ergibt sich der Wert 1 für einen Herzschlag, dessen aktueller Signalbereich mit dem der gebildeten Schablone vollkommen übereinstimmt und ein geringer oder sogar negativer Wert, falls der Testbereich des aktuellen Herzschlags schlecht mit dem Vergleichsbereich der Schablone übereinstimmt oder sogar einen gegenläufigen Verlauf aufweist. Fig. 3 zeigt ein Beispiel für einen gegenläufigen Verlauf hinsichtlich der P-Wellen 35 und 36 der Herzschläge, die durch die R-Zacken 33 und 34 definiert sind, wobei vom Vergleich der P-Welle 36 des Herzschlags 34 mit der Schablone TBS ein negativer Korrelationskoeffizient CC_i zu erwarten ist.
8. Es erfolgt in einer Überprüfungs- bzw. Sortiereinheit 48 eine Überprüfung des Herzschlages auf die Erfüllung von vorgegebenen Kriterien, z. B. Vorzeitigkeit, wobei Vorzeitigkeit bedeutet, dass:
- 1. das aktuelle RR-Intervall RR_i kürzer ist als eine Absolutschwelle RR_min (wobei diese Absolutschwelle z. B. eine Sekunde betragen kann) und/oder
- 2. das aktuelle RR-Intervall RR_ibezogen auf das unmittelbar vorangegangene RR- Intervall RR_i , mindestens eine Verkürzung auf dRR_rel aufweist (wobei diese Schwelle z. B. 80% sein kann) und/oder
- 3. das aktuelle RR-Intervall RR_i bezogen auf das aktuelle mittlere RR-Intervall RR_m mindestens eine Verkürzung auf dRR_m aufweist (wobei diese Schwelle z. B. 80% sein kann).
9. Herzschlägen, die die vorgegebenen Kriterien (z. B. alle Kriterien 1 bis 3) erfüllen, wird der Herzschlag-Typ A zugeordnet. Der Herzschlag mit der R-Zacke 34 in Fig. 3 ist ein Beispiel dafür. Wird ein solcher Herzschlag festgestellt, erfolgt die Rückkehr zum Beginn der Hauptschleife 42.
10. Herzschlägen, die die vorgegebenen Kriterien (z. B. eines der Kriterien 1 bis 3) nicht erfüllen, wird der Herzschlag-Typ N zugeordnet.
11. Der Testbereich bzw. der untersuchte bzw. gewählte Teilbereich der Signalkurve von Schlägen des Typs N wird dazu verwendet, die Testbereichsschablone TBS zu aktualisieren. Dazu kann vorteilhaft ein mit dem Faktor n_TB gewichteter Mittelwert aus der alten Schablone und dem aktuellen Testbereich gebildet werden. Dieser Faktor kann z. B. 16 betragen. Die laufende Anpassung der Schablone TBS ist sinnvoll, um dynamischen Vorgängen wie einer sich verändernden Herzrate im Verlauf der Aufzeichnung Rechnung zu tragen.
12. Es erfolgt eine Prüfung, ob bereits ein Wert für das aktuelle mittlere RR-Intervall RR_m verfügbar ist.
13. Wenn dies nicht der Fall ist, wird dem mittleren RR-Intervall RR_m der aktuelle RR- Intervall-Wert RR_i zugeordnet und zum Beginn der Hauptschleife 42 zurückgekehrt.
14. Wenn dies der Fall ist, wird der Wert für das mittlere RR-Intervall aktualisiert, z. B. auf der Basis eines mit dem Faktor n_RR gewichteten Mittelwertes aus dem alten Wert RR_m und dem aktuellen RR-Intervall RR_i. Eine andere Möglichkeit ist die Berechnung des mittleren RR-Intervalls auf der Basis eines gleitenden Mittelwerts, z. B. über die letzten 5 RR-Intervall-Werte.
Im Anschluss erfolgt die Rückkehr zum Beginn der Hauptschleife 42.

The procedure according to the invention, which is essential after the preprocessing which may have been carried out and which is processed with the computing unit 14 , can be seen above all from the flowchart in FIG. 4:

1. The ECG signal can be subjected to filtering with a digital bandpass filter in a filter unit 41 before viewing the individual heartbeats that are permitted for examination in order to reduce noise and baseline fluctuations and to emphasize the frequency range in which the main frequency content of the signal range to be examined lies. For analyzes in the area of the P-wave z. B. filtering with a Butterworth approximation 2 . Order and a lower or upper cut-off frequency of 4 or 32 Hz prove to be favorable.
2. Start of the main loop 42 , which is run through for each heartbeat starting with the second heartbeat.
3. Calculation of the current RR interval as the distance between the time of the current and the previous R wave or calculation of another characteristic interval to determine the time intervals of the heartbeats. Accordingly, Fig. 3 is valid for. B. RR _i (interval 32 ) = t _i (time 34 ) - t _i-1 (time 33 ).
4. The heartbeats are evaluated in a classification unit 44 with regard to predetermined classification criteria. The most common heartbeat class is preferably defined as standard class S. For heartbeats that are not class S, everything except the calculation of the mean RR interval (see below) is skipped.
5. A test is carried out to determine whether a test area template TBS has already been defined in a template generator 45 or in a signal template. According to FIG. 2, the test area (TB) in each case comprises all sample or signal values between the two arbitrarily defined test area limits t _a (time 28 ) and t _e (time 29 ). The values of these limits must be adapted to the respective application. In the case of PAF, this is the area of the P-wave 21 , that is, for. B. t _a = -225 ms, t _e = -75 ms, each based on the selected fixed point, in particular the R point (time 23 ).
6. If the test area template TBS has not yet been defined, it is initialized with the test area TB _{i of} the current heartbeat.
7. The similarity of the current test or signal area with the current test area template TBS is determined in a computing unit 47 . This can e.g. B. done by calculating the similarity measure, preferably the linear correlation coefficient CC _i , between the two compared sample sequences. This results in the value 1 for a heartbeat, the current signal range of which completely matches that of the template formed, and a low or even negative value if the test range of the current heartbeat poorly matches the comparison range of the template or even has an opposing course. FIG. 3 shows an example of an opposing course with respect to the P waves 35 and 36 of the heartbeats defined by the R waves 33 and 34 , with a negative comparison of the P wave 36 of the heartbeat 34 with the template TBS Correlation coefficient CC _i is expected.
8. A check or sorting unit 48 is used to check the heartbeat for the fulfillment of predetermined criteria, eg. B. Prematurity, where prematurity means that:
- 1. the current RR interval RR _{i is} shorter than an absolute threshold RR _min (this absolute threshold can be, for example, one second) and / or
- 2. the current RR interval RR _{i in} relation to the immediately preceding RR interval RR _{i has} at least one reduction to dRR _rel (whereby this threshold can be 80%, for example) and / or
- 3. the current RR interval RR _{i in} relation to the current mean RR interval RR _{m has} at least a reduction to dRR _m (this threshold can be 80%, for example).
9. Heartbeats that meet the specified criteria (e.g. all criteria 1 to 3 ) are assigned to type A heartbeat. The heartbeat with the R wave 34 in Fig. 3 is an example of this. If such a heartbeat is detected, the return to the beginning of the main loop 42 takes place .
10. Heartbeats that do not meet the specified criteria (e.g. one of criteria 1 to 3 ) are assigned to type N heartbeat.
11. The test area or the examined or selected sub-area of the signal curve of type N beats is used to update the test area template TBS. For this purpose, an average value weighted by the factor n _TB can advantageously be formed from the old template and the current test area. This factor can e.g. B. 16. The ongoing adaptation of the TBS template makes sense to take into account dynamic processes such as a changing heart rate in the course of the recording.
12. A check is carried out to determine whether a value for the current mean RR interval RR _m is already available.
13. If this is not the case, the mean RR interval RR _{m is assigned} the current RR interval value RR _i and is returned to the beginning of the main loop 42 .
14. If this is the case, the value for the mean RR interval is updated, e.g. B. on the basis of an average weighted by the factor n _RR from the old value RR _m and the current RR interval RR _i . Another possibility is to calculate the mean RR interval on the basis of a moving average, e.g. B. over the last 5 RR interval values.
The return to the beginning of the main loop 42 then takes place .

In vorgegebenen, vorzugsweise regelmäßigen (z. B. halbstündigen) Intervallen oder beim Auftreten vordefinierter Situationen, z. B. immer beim Auftreten eines Herzschlags des Typs A, das heißt eines Herzschlages, der die vorgegebenen (Ausscheidungs)Kriterien erfüllt, werden alle innerhalb eines bestimmten zeitlichen Intervalls (z. B. innerhalb der letzten halben Stunde) aufgetretenen Schläge nach den Typen, im vorliegenden Fall A und N, gruppiert und die diesen Herzschlägen zugeordneten Korrelationskoeffizienten als (im vorliegenden Fall) zwei Stichproben betrachtet. Unter Verwendung eines statistischen Tests wird in einem Statistikrechner 60 geprüft, ob diese beiden Gruppen der gleichen Grundgesamtheit entspringen. Der allenfalls an einer Anzeige- und/oder Auswerteeinheit 61 anliegende resultierende p-Wert ist ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, dass tatsächlich ein Unterschied vorliegt. Dieser Wert kann mit einem Schwellwert verglichen werden, um eine Ja/Nein Entscheidung abzuleiten oder auch mit anderen Daten verknüpft werden. Es kann sich auch als günstig erweisen, den Logarithmus des p-Wertes zu verwenden. At predetermined, preferably regular (e.g. half-hourly) intervals or when predefined situations occur, e.g. B. whenever a type A heartbeat occurs, i.e. a heartbeat that fulfills the specified (elimination) criteria, all beats occurring within a certain time interval (e.g. within the last half hour) according to the types, in In the present case, A and N, are grouped and the correlation coefficients assigned to these heartbeats are considered as (in the present case) two samples. Using a statistical test, it is checked in a statistical computer 60 whether these two groups originate from the same population. The resulting p-value, which is possibly present at a display and / or evaluation unit 61, is a measure of the probability that there is actually a difference. This value can be compared with a threshold value in order to derive a yes / no decision or can also be linked to other data. It can also be beneficial to use the logarithm of the p-value.

Im Falle von PAF hat sich z. B. gezeigt, dass - bei einem Beobachtungsintervall von 30 Minuten - ein p-Wert unter 0.001 auf ein erhöhtes Risiko für PAF hinweist. In the case of PAF, e.g. B. shown that - with an observation interval of 30 minutes - a p-value below 0.001 indicates an increased risk of PAF.

Als statistischen Test wird vorzugsweise ein nicht-parametrischer Rang-Test wie der U-Test eingesetzt, da diese Art von Tests keine spezifischen Voraussetzungen bezüglich der Verteilung der Stichproben, in diesem Fall also der Korrelationskoeffizienten CC_i, voraussetzt. A non-parametric rank test such as the U test is preferably used as the statistical test, since this type of test does not presuppose any specific requirements with regard to the distribution of the samples, in this case the correlation coefficient CC _i .

Der Vorteil beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens für die PAF-Bewertung liegt darin, dass es mehrere Risikoaspekte kompakt verbindet, insbesondere:

1. Die Frequenz der vorzeitigen Herzschläge (Typ A), deren Bewertung schärfer wird, wenn die Anzahl der Elemente in den Stichproben zunimmt,
2. Die Stärke der Abweichung - starke Unterschiede im Testbereich schlagen sich als deutlich geringere Korrelationskoeffizienten nieder,
3. Die Vorzeitigkeit - starke Vorzeitigkeit führt dazu dass die P-Welle 21 des vorzeitigen Herzschlags sich der T-Welle des vorangegangenen Herzschlags überlagern kann (P auf T Syndrom), was bekanntermaßen als zusätzliches Indiz für das Vorliegen eines erhöhten Risikos gilt.

The advantage of using the method according to the invention for PAF assessment is that it combines several risk aspects in a compact manner, in particular:

1. The frequency of premature heartbeats (type A), the evaluation of which becomes sharper as the number of elements in the samples increases,
2. The magnitude of the deviation - large differences in the test area are reflected as significantly lower correlation coefficients,
3. The prematurity - strong prematurity means that the P wave 21 of the premature heartbeat can overlap the T wave of the previous heartbeat (P on T syndrome), which is known to be an additional indication of the existence of an increased risk.

Zusätzlich ist das Verfahren robust gegen Veränderungen der Signalcharakteristik, die beide Typen von interessierenden Herzschlägen betrifft wie es z. B. Rauschen ist. In addition, the method is robust against changes in the signal characteristics, the two types of heartbeats of interest, such as B. is noise.

Das Verfahren kann mit einem einkanaligen EKG, aber auch mit einem mehrkanaligen EKG zur Anwendung kommen. Im mehrkanaligen Fall wird für jeden Kanal ein eigenes Test-Schablonen-Set verwendet. All jene Verarbeitungsschritte, die einen morphologischen Vergleich beinhalten, werden zuerst für jeden Kanal getrennt durchgeführt, bevor die Ergebnisse schließlich zusammengefasst werden, z. B. durch eine Mittelwertbildung der Korrelationskoeffizienten aller Kanäle jedes bestimmten Herzschlags. Darauffolgend wird für die statistische Bewertung das gleiche Schema verwendet, wie oben beschrieben. The procedure can be performed with a single-channel ECG, but also with a multi-channel ECG are used. In the multi-channel case, for each channel used its own test template set. All those processing steps that one morphological comparison, are first carried out separately for each channel, before finally summarizing the results, e.g. B. by a Averaging the correlation coefficients of all channels of each particular heartbeat. Subsequently, the same scheme as above is used for statistical evaluation described.

Das Verfahren kann auch für andere Fragestellungen verwendet werden, z. B. für die Bewertung der Signifikanz von T-Wellen-Alternans. Dabei handelt es sich um mehr oder weniger starke Schlag-zu-Schlag - Veränderungen im Bereich der T-Welle, die als Parameter für die Beurteilung des Risikos einer Kammertachykardie (ventrikuläres Flimmern) verwendet werden. In diesem Fall wird der Testbereich in den T-Wellenbereich gelegt. Die Bildung der Stichproben kann dabei auf der Basis des Rhythmus und/oder auf der Basis anderer Kriterien erfolgen. The method can also be used for other questions, e.g. B. for the Assessment of the significance of T-wave alternans. This is more or less strong beat-to-beat - changes in the area of the T-wave that than Parameters for assessing the risk of ventricular tachycardia Flicker) can be used. In this case, the test range is in the T-wave range placed. The formation of the samples can be based on the rhythm and / or based on other criteria.

Es ist auch denkbar, die Herzschläge unter Einsatz einer entsprechenden Anzahl von Schablonen in mehr als zwei Gruppen bzw. Stichproben einzuteilen und einen statistischen Test für den Vergleich der Ähnlichkeitsmaße bzw. Korrelationskoeffizienten mehrerer Gruppen bzw. Stichproben zu verwenden. It is also conceivable to use an appropriate number of heartbeats Divide templates into more than two groups or samples and a statistical one Test for the comparison of the similarity measures or correlation coefficients of several Use groups or samples.

Claims

1. Method for evaluating ECG signals, in particular with regard to rhythm disturbances, characterized in that
that for at least a partial area, e.g. B. the P-wave range of an ECG signal corresponding to a heartbeat is formed at least one signal template (TBS), preferably continuously or dynamically adapted with current heartbeats,
that the signals of the currently arriving heartbeats, preferably all considered in a predetermined time interval, are correlated with this template (s), with a measure of similarity for each of these heartbeats, preferably by forming the correlation coefficient (CC _i ) (at 47), is determined
that a check (at 48) of at least partial areas of the signals of the individual heartbeats after fulfillment of at least one predetermined criterion, e.g. B. a check for duration, amplitude, rhythm, prematurity, shortening and / or signal shape, shape and / or location of curve areas, eg. B. QRS complex ( 22 , 23 , 24 ), etc.,
that the signals corresponding to the heartbeats are divided into groups depending on the fulfillment of these criteria,
that the similarity measures, preferably the correlation coefficients (CC _i ), of the individual heartbeats classified into the individual groups (type A, type N) are subjected to a statistical test, e.g. B. U-test, to assess whether the heartbeats classified in the individual groups come from the same population, and
that the p- or probability value resulting from the test, preferably the logarithm of the p-value, is used as a basis for decision-making for the evaluation of the respective heartbeat or the area of the EKG signal under consideration.

2. The method according to claim 1, characterized in that before creating the Template (TBS) for detection and classification of heartbeats given classification criteria, e.g. B. Location and duration of the P-wave and / or the T- Wave and / or the QRS complex, amplitude, waveform, and not the Classification criteria corresponding, e.g. B. ventricular heartbeats when creating the template are not taken into account.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that within the signal sequence a trigger point for establishing a clear temporal relationship of the respective heartbeat to the dynamic or continuously adapted template is determined, both before calculating the correlation coefficients (CC _i ) in the signal template as well as in the signals of the heartbeats to be correlated, a significant curve point is defined in the signal curve, e.g. B. the R wave ( 23 ) of the QRS complex, and is used as a fixed point for determining the position of partial areas of the signals and / or the distance of the heartbeat.

4. The method according to claim 3, characterized in that for the calculation of the correlation coefficients (CC _i ) in the signal sections to be correlated with one another, starting from the determined fixed point, the curve points which are of equal time are correlated.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that for the division of the heartbeats into groups, the heartbeat is checked as a criterion for prematurity, where prematurity means that the current RR interval RR _{i is} shorter than a predetermined absolute threshold RR _min and / or the current RR interval RR _i based on the immediately preceding RR interval RR _-1 , has a shortening at least to a predetermined value dRR _rel and / or the current RR interval RR _i based on the current mean RR Interval RR _{m has} at least one reduction to a predetermined value dRR _m , the current RR interval being calculated as the distance between the R waves ( 23 ) of the current and the previous heartbeat.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that
that the interval RR _{min is} 0.8 to 1.2, preferably 0.9 to 1.1, seconds and / or
that the value dRR _{rel is} 0.7 to 0.89%, preferably 0.75 to 0.84%, and / or
that the value dRR _{m is} 0.7 to 0.89%, preferably 0.75 to 0.84%, the values dRR _rel and dRR _m preferably being of the same size.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that
that an evaluation of the heartbeats takes place via the signal range of the P-wave ( 21 ) to assess the possible occurrence of paroxysmal atrial flicker, and / or
that the probability values obtained may be used to control a pacemaker.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the Template (TBS) from possibly coherently averaged signal sections of a predefined number of previous heartbeats of a rated as similar Morphology is formed.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the EKG signal for viewing individual heartbeats is subjected to filtering with a digital bandpass filter ( 41 ) at least in partial areas.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that all Heartbeats of a given time interval, e.g. B. 30 minutes, an evaluation be subjected to, and this assessment at preferably regular intervals is done or if since the beginning of the review or since the last Checking a predetermined number of heartbeats in one of the groups was classified.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that to Begin the evaluation of the template (TBS) with the signal of the first current one Heartbeat is initialized and dynamically adjusted with the following heartbeats becomes.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that for Evaluation of multi-channel incoming ECG signals the processing steps that include a morphological comparison, first separately for each channel be carried out before the results are summarized, e.g. B. by a Averaging the correlation coefficients of all channels of each particular one Heartbeat.

13. Device for evaluating the electrical cardiac activity from the electrocardiogram, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 12, characterized in that
that the EKG signals received from an EKG signal recording unit ( 11 , 12 ) are fed to a checking or sorting unit ( 48 ) with which at least partial areas of the signals according to predetermined criteria, e.g. B. a check for duration, amplitude, rhythm, prematurity, shortening and / or signal shape, shape and / or location of curve areas, eg. B. QRS complex, etc., assessed and divided into groups depending on the review,
that at least one template image (TBS) is provided for creating a, preferably dynamically tracking, template ( 46 ) of at least a partial area of a signal corresponding to a heartbeat,
that a computing unit ( 47 ) for calculating the similarity measure, in particular the correlation coefficient (CC _i ), is provided between the template (TBS) and the corresponding signal areas of the individual ECG signals sorted into the individual groups, and
that a statistical computer ( 60 ) is provided, to which the similarity measures assigned to the ECG signals sorted into the individual groups are fed to determine a probability value for assessing whether the similarity measures of the individual groups originate from the same population.

14. The device according to claim 13 for evaluating EKG signals, in particular with regard to rhythm disturbances, characterized in that
that a unit ( 46 ) is provided in which for at least a partial area, for. B. the P-wave range of an ECG signal corresponding to a heartbeat is formed at least one signal template (TBS), preferably continuously or dynamically adapted with current heartbeats,
that a unit ( 47 ) is provided in which the signals of the currently arriving heartbeats, preferably all considered in a predetermined time interval, are correlated with this template (s), with a similarity measure for each of these heartbeats, preferably through education the correlation coefficient (CC _i ) is determined,
that a unit ( 48 ) is provided in which a check of at least partial areas of the signals of the individual heartbeats after fulfillment of at least one predetermined criterion, e.g. B. a check for duration, amplitude, rhythm, prematurity, shortening and / or signal shape, shape and / or location of curve areas, eg. B. QRS complex ( 22 , 23 , 24 ), etc.,
that this unit ( 48 ) divides the signals corresponding to the heartbeats into groups depending on the fulfillment of these criteria,
that in unit ( 60 ) the similarity measures, preferably the correlation coefficients CC _{i of} the individual heartbeats classified into the individual groups (type A, type N) are subjected to a statistical test, e.g. B. U-test, to assess whether the heartbeats classified in the individual groups come from the same population, and
that the p- or probability value resulting from the test, preferably the logarithm of the p-value, is used as a basis for decision-making for the evaluation of the respective heartbeat or the area of the EKG signal under consideration.

15. The apparatus according to claim 13 or 14, characterized in that a unit ( 44 ) is provided in the detection and classification of the heartbeats according to predetermined classification criteria, z. Before creating the template (TBS). B. Location and duration of the P-wave and / or the T-wave and / or the QRS complex, amplitude, signal shape, and not the classification criteria, z. B. Ventricular heartbeats are not taken into account when creating the template (TBS).

16. The device according to claim 13 or 14, characterized in that a unit ( 43 ) is provided in which a trigger point for establishing a clear temporal relationship of the respective heartbeat to the dynamic or continuously adapted template is determined within the signal sequence, why before calculating the correlation coefficients (CC _i ) both in the signal template (TBS) as well as in the signals of the heartbeats to be correlated in the signal curve a significant curve point, z. B. the R wave ( 23 ) of the QRS complex, and is used as a fixed point for determining the position of partial areas of the signals and / or the distance of the heartbeat.

17. The apparatus according to claim 13 to 15, characterized in that in the unit ( 60 ) for calculating the correlation coefficients (CC _i ) in the signal sections to be correlated with one another, the curve points which are of equal time are correlated starting with the determined fixed point.

18. Device according to one of claims 13 to 17, characterized in that
that in the unit ( 48 ) for the division of the heartbeats into groups, the heartbeat is checked for prematurity as a criterion, prematurity means that the current RR interval RR _{i is} shorter than a predetermined absolute threshold RR _m in and / or the current one RR interval RR _i with respect to the immediately preceding RR interval RRi _{-1 has} a shortening at least to a predetermined value dRR _rel and / or the current RR interval RR _i with respect to the current mean RR interval RR _{m has} at least one shortening has a predetermined value dRR _m , the current RR interval being calculated as the distance between the R wave ( 24 ) of the current and the R wave ( 33 ) of the previous heartbeat, the interval RR _min 0.8 to advantageously 1.2, preferably 0.9 to 1.1, seconds and / or
the value dRR _rel 0.7 to 0.89%, preferably 0.75 to 0.84%, is and / or
the value dRR _{m is} 0.7 to 0.89%, preferably 0.75 to 0.84%, the values dRR _rel and dRR _m preferably being of the same size.

19. Device according to one of claims 13 to 18, characterized in that
that in a unit ( 61 ) the heartbeats are evaluated via the signal range of the P-wave ( 21 ) to assess the possible occurrence of paroxysmal atrial fibrillation, and / or
that the probability values obtained may be used to control a pacemaker.

20. Device according to one of claims 13 to 19, characterized in that the Template (TBS) from possibly coherently averaged signal sections of a predefined number of previous heartbeats of a rated as similar Morphology is formed.

21. Device according to one of claims 13 to 20, characterized in that a digital bandpass filter ( 41 ) is provided, with which the EKG signal is subjected to filtering, at least in partial areas, for viewing individual heartbeats.

22. Device according to one of claims 13 to 21, characterized in that all Heartbeats of a given time interval, e.g. B. 30 minutes, an evaluation be subjected.

23. Device according to one of claims 13 to 22, characterized in that Begin the evaluation of the template (TBS) with the signal of the first current one Heartbeat can be initialized and dynamically adjusted with the following heartbeats.

24. Device according to one of claims 13 to 23, characterized in that at ECG devices with multi-channel incoming ECG signals the processing steps, which involve a morphological comparison, first separated for each channel are feasible before the results are summarized, e.g. B. by a Averaging the correlation coefficients of all channels of each particular one Heartbeat.

25. The device according to one of claims 13 to 24, characterized in that the checking or sorting unit ( 48 ) and / or the template images (TBS) and / or the computing unit ( 47 ) and / or the statistical computer ( 60 ) and / or the further units are implemented in a preferably digital arithmetic unit by software and / or hardware.

26. Device according to one of claims 13 to 25, characterized in that the device is connected to an EKG recording unit ( 11 , 12 ).