DE102007007433A1

DE102007007433A1 - Congestive heart failure patient`s heart circulation system condition characterizing method for electrocardiogram device, involves approximating specific distribution as boltzmann-dirtibution in specific form by finding two parameters

Info

Publication number: DE102007007433A1
Application number: DE102007007433A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Meyer
Original assignee: Biotronik CRM Patent AG
Current assignee: Biotronik SE and Co KG
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2008-03-06

Abstract

The method involves detecting heart beat as a sequence of R-points by using electrodes. The beat is recorded as a RR-time series. Occurred variations of RR-interval length is sorted according to different temporal difference values. The occurred frequency of variations are stored as a specific-distribution in a data set form. The distribution is approximated as a boltzmann-dirtibution in a specific form by determination of two specific parameters, where a valve of one of the parameters is collected as representative parameter for characterizing the condition of a heart circulation system. An independent claim is also included for a device for implementing the method for characterizing the condition of a heart circulation system.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet medizinischer Messtechnik. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren und Vorrichtungen zur Erfassung und Charakterisierung von kardiologischen Daten. Speziell betrifft die Erfindung die Sondierung des Zustands des Herz-Kreislaufsystems und Detektion von hier auftretenden Veränderungen.The The present invention is in the field of medical instrumentation. In particular, the invention relates to methods and devices for the collection and characterization of cardiac data. specially The invention relates to probing the condition of the cardiovascular system and detection of changes occurring here.

Der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Herzschlägen wird allgemein über das so genannte RR-Intervall definiert. Dieses ergibt sich als zeitliche Distanz zwischen zwei signifikanten Ausschlägen (sog. R-Spitzen) im Oberflächen-Elektrokardiogramm (EKG) oder im intrakardialen Elektrogramm (IEGM), das mittels Elektroden durch ein Implantat gemessen wird. Diese charakteristischen Signale repräsentieren die Kontraktion des Herzmuskels im Ablauf des Schlagzyklus. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem typischen Signalverlauf bei einem Oberflächen-EKG mit einem markierten RR-Intervall.The distance between two consecutive heart beats is generally defined by the so-called RR interval. This results as a time interval between two significant rashes (so-called R peaks) in the surface electrocardiogram (ECG) or in the intracardiac electrogram (IEGM), which is measured by means of electrodes through an implant. These characteristic signals represent the contraction of the heart muscle during the course of the beating cycle. 1 shows a section of a typical waveform in a surface ECG with a marked RR interval.

Eine kontinuierliche Messung (IEGM-Messung) von R-Spitzen über einen längeren Zeitraum liefert eine Abfolge von RR-Intervallen und durch R-Spitzen gegebenen Herzaktionen, die als Zeitreihe bezeichnet wird. Eine solche Zeitreihe ist in 2 dargestellt. Sie zeigt auch beim gesunden Menschen im Ruhezustand keine äquidistante Folge von R-Spitzen, sondern die Intervall-Längen variieren unregelmäßig um einen Mittelwert. Diese Schwankungen tragen Informationen über die Regulationsmechanismen des Herz-Kreislaufsystems und es wird allgemein davon ausgegangen, dass sie beispielsweise herangezogen werden können, um Unterschiede zwischen physiologischem Verhalten und pathologischen Veränderungen zu detektieren.Continuous measurement (IEGM measurement) of R peaks over an extended period provides a sequence of RR intervals and heart actions given by R peaks, referred to as time series. Such a time series is in 2 shown. It also shows no equidistant sequence of R-peaks in healthy people at rest, but the interval lengths vary irregularly around an average. These fluctuations carry information about the regulatory mechanisms of the cardiovascular system and it is generally believed that they can be used, for example, to detect differences between physiological behavior and pathological changes.

Nicht alle R-Spitzen in einer Langzeitmessung repräsentieren normale Herzmuskelkontraktionen, also solche, bei denen die Erregung im Sinus-Knoten ausgelöst wird und sich von dort über den Herzmuskel (myocardium) verbreitet. Bei Herzpatienten wird im EKG häufig eine mehr oder weniger große Anzahl von so genannten Extrasystolen (ES) gefunden. Unter Extrasystolen versteht man unregelmäßige Kontraktionen des Herzmuskels, die irregulären Ursprungs sind, d. h. sie wurden entweder durch eine Erregung außerhalb des Sinus-Knotens ausgelöst, oder sie treten – bezogen auf die zeitliche Normalabfolge von Herzschlägen – verfrüht auf. Beide Kriterien lassen sich nicht immer scharf gegeneinander abgrenzen. Die letztgenannte Form einer Extrasystole wird üblicherweise mit VES (ventrikuläre Extrasystole) oder auch als PVC (premature ventricular contraction) bezeichnet. Beide Typen von Extrasystolen bewirken starke Abweichungen des RR-Intervalls vom normalen Mittelwert. Diese RR-Intervalle fallen daher signifikant aus dem regulären Fluktuationsbereich heraus. Treten derartige Extrasystolen mit einer Häufigkeit von ca. 5 Prozent und mehr auf, so werden übliche Zeitreihenanalysen bereits signifikant beeinträchtigt.Not all R tips in a long-term measurement represent normal cardiac muscle contractions, So those in which the excitation is triggered in the sine knot and from there over the Heart muscle (myocardium) disseminated. In cardiac patients is on the ECG often a more or less big one Number of so-called extrasystoles (ES) found. Under extrasystoles one understands irregular contractions of the heart muscle, the irregular ones Origin, d. H. They were either outraged by an excitement of the sinus node, or they occur - related on the temporal normal sequence of heartbeats - premature. Leave both criteria not always sharp against each other. The latter Form of an extrasystole usually becomes with VES (ventricular Extrasystole) or as PVC (premature ventricular contraction) designated. Both types of extrasystoles cause large deviations RR interval from normal mean. These RR intervals are falling therefore significant from the regular Fluctuation range out. If such extrasystoles come with a frequency of about 5 percent and more, so usual time series analyzes are already significantly impaired.

In 3 sind diese Verhältnisse wiedergegeben. Dargestellt sind die relativ kleinen Spontanfluktuationen der Schlagfolge mit Abweichungen von unter einer Zehntelsekunde um eine mittlere zeitliche Schlagperiode von etwa 1,1 Sekunden und zwei irreguläre Herzschläge (PVC) mit starker Intervallverkürzung auf weniger als 0,9 Sekunden und nachfolgender kompensatorischer Pause mit entsprechender Intervallverlängerung auf bis über 1,3 Sekunden.In 3 these conditions are reproduced. Shown are the relatively small spontaneous fluctuations of the impact sequence with deviations of less than a tenth of a second temporal stroke period of about 1.1 seconds and two irregular heartbeats (PVC) with strong interval shortening to less than 0.9 seconds and subsequent compensatory pause with corresponding interval extension on to over 1.3 seconds.

Ein erfahrener Arzt identifiziert einzelne Extrasystolen bei der Auswertung von EKG-Protokollen anhand der speziellen Morphologie der ES-Signale und kann so RR-Intervalle als regulär oder irregulär klassifizieren. Moderne externe kardiologische Auswertungssysteme umfassen entsprechend aufwändige Mustererkennungsverfahren, die in der Lage sind, Morphologieunterschiede zwischen Extrasystolen und Normalschlägen zu erkennen und auf diesem Wege die Schläge und Intervalle zu klassifizieren.One Experienced doctor identifies individual extrasystoles during evaluation ECG protocols based on the specific morphology of the ES signals and So RR intervals as regular or classify irregularly. Modern external cardiac evaluation systems include accordingly complex Pattern recognition methods that are capable of morphology differences to recognize between extrasystoles and normal strikes and in this way the punches and to classify intervals.

In Implantaten und bei weniger komplexen externen Geräten, z. B. vom Patienten mitgeführte transportable EKG-Messeinrichtungen, die gezwungenermaßen geringere Datenmengen als das vollständige EKG-Signal verarbeiten können, stehen bei großen Mengen von RR-Intervallen im Rahmen üblicher ressourcensparender Zeitreihen-Speicherung für eine nachträgliche Auswertung die Morphologien der einzelnen Schläge nicht mehr zur Verfügung, sondern nur die Information über die RR-Intervalle (vgl. 3).In implants and in less complex external devices, eg. B. entrained by the patient transportable ECG measuring devices, which can force less data than the complete ECG signal processed, are at large amounts of RR intervals in the usual resource-saving time series storage for subsequent evaluation, the morphologies of each beat no longer But only the information about the RR intervals (cf. 3 ).

Eine bekannte implantatgerechte Methode zur Klassifizierung eines Schlages als vorzeitige Extrasystole ist das so genannte „Schlagfilter". Dabei wird zunächst jeweils von einem ,regulären' RR-Intervall ausgegangen, d. h. einem „Standard"-RR-Intervall, das den Schlagabstand zwischen zwei normalen Herzschlägen repräsentieren soll. Weicht das durch einen neuen Schlag erzeugte aktuelle RR-Intervall vom vorhergehenden, als regulär eingestuften Intervall zeitlich um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert ab, so wird der hinzu gekommene Schlag als vorzeitig eingestuft und das aktuelle Intervall als irregulär verworfen, da es sich dabei mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht um eine kleine Regelfluktuation, sondern um eine ausgeprägte Störgröße handelt.A known implant-compatible method for classification of a shock as a premature extrasystole is the so-called "impact filter" assumed a 'regular' RR interval, d. H. a "standard" RR interval that represent the beat distance between two normal heartbeats should. Dodges the current RR interval generated by a new beat previous, as regular classified interval in time by more than a predetermined threshold from, the added blow is classified as premature and discarded the current interval as irregular as it did with high probability not a small fluctuation in the rate, but a distinct one Disturbance is.

Über eine solche Erfassung einzelner Extrasystolen hinaus ist es wichtig, patientenbezogene Aussagen darüber zu erhalten, in welchem Allgemeinzustand sich das Herzkreislaufsystem befindet. Insbesondere eine von der Schwellwertmethode zur Erfassung von Einzelereignissen (R-Spitzen und RR-Intervalle) weitgehend unabhängige Methode zur Feststellung der kardiovaskulären Kondition des Patienten ist für die Diagnose und Überwachung bei einer vorliegenden Herzkreislauf-Erkrankung von besonderer Bedeutung. Eine kontinuierlich erfolgende diagnostische Charakterisierung des Zustands eines Herzkreislaufsystems ermöglicht die Kurzzeitprädiktion maligner Ereignisse und bietet die Basis für eine individuelle Risikostratifizierung und Dokumentation eines Krankheitsverlaufs.Beyond such detection of individual extrasystoles, it is important to obtain patient-related statements about the general condition of the cardiovascular system. In particular, one of the threshold method for Detecting Single Events (R-peaks and RR intervals) A largely independent method for determining the patient's cardiovascular condition is of particular importance for the diagnosis and monitoring of present cardiovascular disease. A continuous diagnostic characterization of the condition of a cardiovascular system enables the short-term prediction of malignant events and provides the basis for an individual risk stratification and documentation of disease progression.

Es gibt bislang keine globalen Verfahren für eine generelle Charakterisierung des Zustands eines Herzkreislaufsystems aus RR-Zeitreihen. Bestehende Ver fahren zur Erkennung pathologischer Veränderungen basieren z. B. auf der Abzählung und morphologischer Analyse einzelner Extrasystolen nach lokalen Kriterien (z. B. wie oben ausgeführt mittels Vorgabe eines Schwellenwertes), sind jedoch häufig fehlerbehaftet. Derartige Verfahren sind zudem auf einen Ereignistyp spezialisiert und versagen, sobald andere Voraussetzungen, wie z. B. korrekte Signalerfassung oder adäquater Vorzeitigkeitsschwellenwert, nicht mehr gegeben sind.It So far there are no global methods for a general characterization the state of a cardiovascular system from RR time series. existing Ver drive to detect pathological changes are based z. B. on the count and morphological analysis of individual extrasystoles according to local Criteria (eg as stated above by specifying a threshold), but are often flawed. Such methods are also specialized in an event type and fail as soon as other requirements, such as B. correct Signal acquisition or more adequate Prematurity threshold, are no longer given.

Die Erfindung geht aus von dem beschriebenen Stand der Technik. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und zugeordnetes System zur patientenbezogenen Charakterisierung des Zustands eines Herzkreislaufsystems zu entwickeln, das es beispielsweise erlaubt, die Kondition zu bewerten und auftretende Abweichungen als eine pathologische Veränderung automatisch zu erkennen.The Invention is based on the described prior art. you the task is based on a method and associated system for patient-related characterization of the condition of a cardiovascular system to develop that, for example, allows to evaluate the condition and occurring deviations as a pathological change automatically detect.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 erfüllt durch die charakterisierenden Merkmale des Anspruchs 1. Weitere Vorzüge und spezielle Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in transportablen bzw. implantierten Geräten ist Gegenstand des Anspruchs 6.These Task is in a method according to the preamble of the claim 1 fulfilled by the characterizing features of claim 1. others Benefits and special embodiments of the method according to the invention are the subject of Dependent claims. The device according to the invention to carry out of the method in portable or implanted devices The subject matter of claim 6.

Grundlage der Erfindung ist die Annahme, dass sich die statistisch auftretenden kleinen Änderungen (ΔRR) zwischen aufeinander folgenden RR-Intervallen als Schwankungen innerhalb einer Gleichgewichtsverteilung beschreiben lassen, d. h. das Kreislaufsystem wird als thermodynamisches offenes System im dynamischen Fließgleichgewicht betrachtet.basis The invention is the assumption that the statistically occurring small changes (ΔRR) between consecutive RR intervals as fluctuations within describe an equilibrium distribution, d. H. the circulatory system is considered as a thermodynamic open system in dynamic steady state.

Derartige thermodynamische Schwankungen lassen sich phänomenologisch durch die Boltzmann-Verteilung beschreiben. Dabei ergeben sich Parameter für verschiedene diagnostische Informationen und entsprechende Möglichkeiten der Anwendung für EKG-Auswertungen oder für den Einsatz in kardiologischen Implantaten und Telemetrie-Systemen.such Thermodynamic fluctuations can be phenomenologically determined by the Boltzmann distribution describe. This results in parameters for various diagnostic Information and corresponding possibilities of the application for ECG evaluations or for use in cardiac implants and telemetry systems.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die Zeichnungen und die darin verwendeten Symbole und Bezugszeichen näher erläutert.The Invention will be described below with reference to preferred embodiments with reference to the drawings and the symbols used therein and Reference numerals closer explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 Definition des RR-Intervalls bei EKG-Aufzeichnungen 1 Definition of the RR interval for ECG recordings

2 IEGM-Messung mit Folge von durch R-Spitzen gegebenen Herzaktionen 2 IEGM measurement with sequence of heart actions given by R-peaks

3 Fluktuationen der RR-Intervalle mit zwei Extrasystolen 3 Fluctuations in RR intervals with two extrasystoles

4 Ermittelte Parameterwerte Θ_A und Θ_B für Boltzmann-Darstellung gemessener RR-Fluktuationen bei verschiedenen Patienten 4 Determined parameter values Θ _A and Θ _B for Boltzmann representation of measured RR fluctuations in different patients

5 Θ_B-Werte von CHF-Patienten und gesunden Probanden 5 Θ _B values of CHF patients and healthy volunteers

6 angenähert linearer Zusammenhang von Θ_A und Θ_B 6 Approximately linear relationship of Θ _A and Θ _B

7 Beispiel für Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens 7 Example of a flow chart of the method according to the invention

Erfindungsgemäß werden kleine Variationen der RR-Intervalle als Streuungen in einem dynamischen Gleichgewicht betrachtet, das in thermodynamischer Analogie durch eine Boltzmann-Verteilung dargestellt werden kann. Diese Betrachtung setzt nur voraus, dass es sich bei Herzkreislauf-Abläufen um ein offenes, komplexes System mit regulatorischen Prozessen und zufälligen Faktoren handelt.According to the invention small variations of the RR intervals as scatters in a dynamic Considered equilibrium in thermodynamic analogy a Boltzmann distribution can be represented. This consideration only assumes that cardiovascular procedures are one open, complex system with regulatory processes and random factors is.

Die Boltzmann-Verteilung lässt sich darstellen als P(Ei) = 1/Z·exp(–Ei/Θ) The Boltzmann distribution can be represented as P (E i ) = 1 / Z · exp (-E i / Θ)

In der thermodynamischen Bedeutung stellt E_i einen Energiezustand i aus einem Ensemble unterschiedlicher möglicher Energiezustände i = 1, ..., N eines Systems dar.In the thermodynamic meaning E _{i represents} an energy state i from an ensemble of different possible energy states i = 1, ..., N of a system.

Mit Θ = kB·T(kg = Boltzmann-Konstante, T = Temperatur)
und Z als kanonischer Zustandsumme gibt P(E_i) die Wahrscheinlichkeit wieder, das System bei einer Temperatur T im Energiezustand E_i vorzufinden.With Θ = k B * T (kg = Boltzmann constant, T = temperature)
and Z as a canonical state sum, P (E _i ) represents the probability of finding the system at a temperature T in the energy state E _i .

In der erfindungsgemäßen Betrachtung werden die Schwankungen der RR-Intervalle (ΔRR) in der Abfolge einer Zeitreihe (vgl. 2 und 3) analog zu den unterschiedlichen Energiezuständen eines thermodynamischen Systems aufgefasst: Ei: = ΔRRi = |RR(i + 1) – RR(i) In the consideration according to the invention, the fluctuations of the RR intervals (ΔRR) in the sequence of a time series (cf. 2 and 3 ) analogous to the different energy states of a thermodynamic system: e i : = ΔRR i = | RR (i + 1) - RR (i)

Dabei kann angenommen werden, dass im Gleichgewicht nur geringe Fluktuationen der Intervall-Längen (z. B. kleiner 40 Millisekunden) von einer ansonsten relativ äquidistanten RR-Abfolge auftreten werden, d. h. die Werte der Ei sind klein gegenüber dem mittleren Wert eines RR-Intervalls und statistisch verteilt. Für diese Situation wird dann formal wieder die Boltzmann-Verteilung zur Darstellung herangezogen, wobei hier statt einer ,kanonischen Zustandssumme' Z und der ,Temperatur' T zwei freie Parameter Θ_A und Θ_B eingesetzt werden: P(Ei) = 1/ΘA·exp(–Ei/ΘB) It can be assumed that in equilibrium only small fluctuations of the interval lengths (eg less than 40 milliseconds) will occur from an otherwise relatively equidistant RR sequence, ie the values of the Ei are small compared to the mean value of an RR interval and statistically distributed. For this situation, the Boltzmann distribution is formally used again for the representation, whereby instead of one, canonical state sum 'Z and the' temperature 'T, two free parameters Θ _A and Θ _B are used: P (E i ) = 1 / Θ A * Exp (-E i / Θ B )

Daraus können für Zeitreihen aus RR-Intervallen die jeweiligen passenden Parameter Θ_A und Θ_B einer zugeordneten Boltzmann-Verteilung der Fluktuationen über log[P(Ei)] = log[1/ΘA] – (Ei/ΘB)mittels linearer Regression ermittelt werden. Die Größen P(E_i) sind dabei die empirisch bestimmten Wahrscheinlichkeiten, eine betrachtete Fluktuation E_i vorzufinden.From this, the respective suitable parameters Θ _A and Θ _{B of} an assigned Boltzmann distribution of the fluctuations can be transferred for time series from RR intervals log [P (E i )] = log [1 / Θ A ] - (E. i / Θ B ) be determined by linear regression. The quantities P (E _i ) are the empirically determined probabilities of finding a considered fluctuation E _i .

Ein bestehendes ideales Gleichgewicht an Fluktuationen bei einer sehr großen Anzahl (Grenzfall unendlich) gemessener ΔRR würde auf eine Boltzmann-Verteilung mit Θ_A = Θ_B führen. Im Realfall gemessener Patientendaten zeigen sich erwartungsgemäß Abweichungen.An existing ideal equilibrium of fluctuations at a very large number (limit-infinite) measured ΔRR would lead to a Boltzmann distribution with Θ _A = Θ _B. In the real case of measured patient data, deviations are expected as expected.

In 4 sind für verschiedene Datensätze (30 Patienten) zur jeweiligen Darstellung der ΔRR-Fluktuationen analog einer Boltzmann-Verteilung die mittels linearer Regression ermittelten Parameter Θ_A und Θ_B wiedergegeben. In dieser Übersicht ergaben sich bei den Datensätzen einiger Patienten (4: No. 10, 25, 26 und 30) für Θ_A und Θ_B identische Werte, bei anderen (4: No. 8, 14, 15 und 22) z. T. erhebliche Unterschiede. 5 zeigt die Streuungen von Θ_A und Θ_B um eine Gerade bei Auswertung verschiedener Patientendaten.In 4 For various data sets (30 patients) for the respective representation of the ΔRR fluctuations analogous to a Boltzmann distribution, the parameters Θ _A and Θ _B determined by means of linear regression are reproduced. In this overview, the data sets of some patients ( 4 : No. 10, 25, 26 and 30) are identical for Θ _A and Θ _B , for other ( 4 : No. 8, 14, 15 and 22) z. T. significant differences. 5 shows the scatters of Θ _A and Θ _B around a straight line when evaluating different patient data.

Auch wenn das Gleichgewicht durch irreguläre Ereignisse gestört ist, beispielsweise durch Zunahme der Extrasystolenhäufigkeit, lässt sich für einen gemessenen ΔRR-Datensatz über die Darstellung als Boltzmann-Verteilung stets eine eindeutige „Gleichgewichtstemperatur" Θ_B zuordnen. Extrasystolen in einer Zeitreihe beeinflussen zwar die Größe Θ_A, haben jedoch praktisch keinen Einfluss auf den Parameter Θ_B in der Boltzmann-Darstellung. Der „Temperatur"-Parameter Θ_B wird daher beim erfindungsgemäßen Ansatz als spezifische und sensitive Größe für eine Charakterisierung des Herzkreislaufsystems herangezogen.Even if the equilibrium is disturbed by irregular events, for example by an increase in the extrasystole frequency, a definite "equilibrium temperature" Θ _{B can} always be assigned to a measured ΔRR dataset via the presentation as a Boltzmann distribution _A , however, have practically no influence on the parameter _B in the Boltzmann diagram, and the "temperature" parameter _B is therefore used in the inventive approach as a specific and sensitive parameter for characterizing the cardiovascular system.

Eine entsprechend durchgeführte Analyse von EKG-Daten verschiedener Patienten zeigt 5 eine eindeutige Abhängigkeit des Parameters Θ_B je nach Alter, Gesundheitszustand (auch: „Fitness") und unterschiedlicher NYHA-Klasse (Klassifizierung des Status eines Herzkreislaufsystems nach der New-York-Heart-Association). Der Parameter liegt bei Patienten mit CHF (chronischer Herzinsuffizienz) niedriger als bei Gesunden. Dies kann als leistungsabhängige unterschiedliche Gleichgewichtslage eines thermodynamischen Systems gedeutet werden. Als physiologische Interpretation werden bei CHF-Patienten offensichtlich die Gleichgewichtsfluktuationen ΔRR krankheitsbedingt durch die Regulationsmechanismen des Herzkreislaufsystems auf einem „niedrigeren Niveau" gesteuert und nicht immer adäquat geregelt. Gestützt wird diese Annahme der Auswirkung auf den Parameter Θ_B durch die Beobachtung, dass Θ_B in entsprechender Weise von der NYHA-Klasse abhängt, d. h. mit abnehmender Leistungsfähigkeit des Herzkreislaufsystems niedrigere Werte liefert.A corresponding analysis of ECG data from different patients shows 5 a definite dependence of the parameter Θ _B on age, state of health (also: "fitness") and different NYHA class (classification of the status of a cardiovascular system according to the New York Heart Association) The parameter is for patients with CHF (chronic This can be interpreted as a performance-dependent different equilibrium position of a thermodynamic system.As a physiological interpretation, the equilibrium fluctuations ΔRR in CHF patients are obviously controlled by the regulation mechanisms of the cardiovascular system at a "lower level" and not always adequately regulated. This assumption of the effect on the parameter Θ _{B is supported} by the observation that Θ _B is similarly dependent on the NYHA class, ie that it yields lower values as the cardiovascular system becomes less efficient.

Diese Korrelation zwischen Parameter Θ_B und Gesundheitsstatus bietet somit die Möglichkeit einer objektiven Bewertung des aktuellen Zustands eines Herzkreislaufsystems und einer weiterführenden diagnostischen Überwachung bzgl. auftretender Veränderungen. Ist für einen Patienten einmal eine RR-Schlagfolge ermittelt worden, so sind daraus die Werte für Θ_A und Θ_B bekannt, die einer Wiedergabe der individuellen Eigenschaften dieses Herzkreislaufsystems mittels Boltzmann-Verteilung am besten entsprechen. Damit ist das Herzkreislaufsystem dieses Patienten charakterisiert. Treten dann in Folge bei erneuten Messungen Veränderungen von Θ_B auf, so signalisiert dies Änderungen des Gesundheitszustands. Ist beispielsweise eine Abnahme des Wertes für Θ_B aufgetreten, so dass die Abweichung über einem als Toleranzgrenze festgelegten Schwellwert S_B liegt, so indiziert dies eine pathologische Verschlechterung des Herzkreislaufsystems. Ist ein ärztliches Eingreifen notwendig, so kann dies durch automatisches Auslösen eines Signalgebers veranlasst werden. Neben einer Verschlechterung des CHF-Status kann in entsprechender Weise auch ein Therapie-Erfolg durch anwachsende Werte für Θ_B nachgewiesen werden.This correlation between parameter Θ _B and health status thus offers the possibility of an objective assessment of the current state of a cardiovascular system and a further diagnostic monitoring of changes occurring. Once a patient has been diagnosed with an RR impact, the values for Θ _A and Θ _B that best match the Boltzmann distribution of individual characteristics of this cardiovascular system are known. This characterizes the cardiovascular system of this patient. If changes in Θ _B subsequently occur during renewed measurements, this indicates changes in the state of health. If, for example, a decrease in the value for Θ _B has occurred, such that the deviation is above a threshold value S _B defined as the tolerance limit, this indicates a pathological deterioration of the cardiovascular system. If medical intervention is necessary, this can be initiated by automatic triggering of a signal generator. In addition to a worsening of the CHF status, a successful therapy can also be proven by increasing values for Θ _B.

Als Schwellwert S_B können allgemeine Daten (z. B. als Richtwert für eine festgelegte Altersgruppe ermittelt) bestimmt werden, oder individuell auf einen Patienten abgestimmte Werte, wenn dieser Patient aufgrund besonderer Phy siologie (z. B. Hochleistungssportler) nicht in das allgemeine Raster einzuordnen ist.As a threshold value S _B , general data (eg determined as a guideline value for a defined age group) or individually adjusted to a patient values, if this patient due to special physiology (eg high-performance athletes) is not to be classified in the general grid.

Zur Bestimmung der Werte von Θ_A und Θ_B kann nach folgendem Ablaufschema verfahren werden:
Aus der kontinuierlich erfassten Zeitreihe von R-Spitzen (2) werden die auftretenden RR-Intervalländerungen ΔRR (3) detektiert und je nach Intervallbreite in einer Häufigkeitsverteilung gespeichert. Die Erstellung dieses Histogramms erfordert in jedem Zyklus lediglich die Bestimmung der Intervalländerung ΔRR und das Hochsetzen eines entsprechenden Zählers n (vgl. Flussdiagramm nach 7). Da nur niedrige Werte von ΔRR Gleichgewichtsfluktuationen darstellen und die Auflösung (insbesondere eines Implantats) begrenzt ist, genügt hier in den meisten Fällen bereits eine geringe Zählrate, z. B. in der Größenordnung von n = 5. Anschließend werden mittels linearer Regression die Parameter Θ_A und Θ_B bestimmt und geprüft, ob der erhaltene Wert für Θ_B unter dem Schwellenwert S_B liegt.To determine the values of Θ _A and Θ _B , proceed according to the following flow chart:
From the continuously acquired time series of R peaks ( 2 ), the occurring RR interval changes ΔRR ( 3 ) and stored in a frequency distribution depending on the interval width. The creation of this histogram requires only the determination of the interval change ΔRR in each cycle and the incrementing of a corresponding counter n (see flow chart in FIG 7 ). Since only low values of ΔRR represent equilibrium fluctuations and the resolution (in particular of an implant) is limited, in most cases a low counting rate is sufficient here, eg. B. on the order of n = 5. Then the parameters Θ _A and Θ _{B are} determined by means of linear regression and checked whether the obtained value for Θ _{B is} below the threshold S _B.

Da die Bestimmung der Parameter Θ_A und Θ_B als Datenmaterial nur eine Häufigkeitsverteilung von aufgezeichneten ΔRR-Schwankungen benötigt, lassen sich diese im Vergleich zu einer vollständigen EKG-Protokollierung sehr stark reduzierten Daten auch in kleineren Speichern ablegen. So lässt sich beispielsweise eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur EKG-Auswertung dergestalt realisieren, dass ein vom Patienten mitgeführtes Gerät oder auch ein Implantat einen Zwischenspeicher enthält, in dem die aufgenommene RR-Zeitreihe nur als Histogramm aufgetretener ΔRR-Häufigkeiten abgelegt wird. Dieses Histogramm kann dann zur erfindungsgemäßen Auswertung als relativ kleiner Datensatz (erforderlich sind hierzu beispielsweise für einen 24-Stunden-Messzeitraum nur 12 Byte) telemetrisch an externe Einheiten übertragen werden.Since the determination of the parameters Θ _A and Θ _B requires only a frequency distribution of recorded ΔRR fluctuations as a data material, these data can also be stored in smaller memories compared to a complete ECG logging of greatly reduced data. Thus, for example, a device according to the invention for ECG evaluation can be realized in such a way that a device carried by the patient or else an implant contains an intermediate memory in which the recorded RR time series is stored only as a histogram of occurred ΔRR frequencies. This histogram can then be transmitted telemetrically to external units for evaluation according to the invention as a relatively small data set (this requires, for example, only 12 bytes for a 24-hour measurement period).

In einer erweiterten Aufführungsform der Erfindung sind Mittel zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Algorithmus auf entsprechend miniatu risierte Datenverarbeitungs-Komponenten in das Implantat integriert, beispielsweise als anwendungsspezifische Schaltkreise (ASICs) oder Mikroprozessoren (μP). Damit sind dann die einzelnen Auswertungsabläufe auch im Implantat selbst möglich. Eine signifikante Änderung des Zustands des Herzkreislaufsystems könnte dann vom Implantat selbst detektiert werden und die entsprechende Information (z. B. Abnahme von Θ_B unter den Schwellenwert S_B) als Signal zur weiteren Diagnose übertragen werden.In an expanded embodiment of the invention, means for implementing the method according to the invention as an algorithm are integrated into correspondingly miniaturized data processing components in the implant, for example as application-specific circuits (ASICs) or microprocessors (μP). Thus, the individual evaluation processes are also possible in the implant itself. A significant change in the state of the cardiovascular system could then be detected by the implant itself and the corresponding information (eg, decrease in Θ _B below threshold S _B ) transmitted as a signal for further diagnosis.

Die Erfindung erlaubt die Charakterisierung des Status eines Herzkreislaufsystems und eine automatisierte Erkennung von auftretenden Veränderungen. Dabei kann z. B. durch eine telemetrische Übertragung weniger Herzschlagdaten eine schnelle Diagnosestellung erreicht werden. Die nach extern zu übertragende Datenmenge ist zudem sehr gering und erlaubt so problemlos eine Überprüfung des Patentenstatus, z. B. im 24h-Rhythmus. Eine aufwändige und fehlerbehaftete Auswertung von Morphologiekriterien entfällt, da ausschließlich auf das leicht verfügbare RR-Intervall zurückgegriffen wird.The Invention allows the characterization of the status of a cardiovascular system and automated detection of changes occurring. It can be z. B. by telemetry transmission less heartbeat data a quick diagnosis can be achieved. The externally transmitted The amount of data is also very low and thus allows a problem-free review of the Patent status, e.g. In 24-hour rhythm. An elaborate and error-prone evaluation deleted from morphological criteria, there exclusively on the readily available RR interval used becomes.

Besonders vorteilhaft ist, dass Extrasystolen und andere Artefakte der EKG-Daten ohne signifikanten Einfluss auf die Bestimmung des Wertes für den Parameter Θ_B sind.It is particularly advantageous that extrasystoles and other artifacts of the ECG data have no significant influence on the determination of the value for the parameter Θ _B.

Eine Vorrichtung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfordert keine besonderen Aufwendungen, so dass es auch für tragbare Geräte bzw. Implantate geeignet ist. Die hierzu beispielsweise in einem Implantat durchzuführenden Berechnungen betreffen wenige einfache Zähloperationen je Herzzyklus, der einzusetzende Algorithmus beschränkt sich auf Speicherung des ΔRR-Histogramms, lineare Regression und Übertragung ganzzahliger Werte. Die Datenspeicherung im Implantat erfordert wenige Byte. Derartige Funktionen können bereits von sehr einfachen DV-Komponenten (z. B. als ASIC oder μP) bewerkstelligt werden. Der Energieverbrauch ist entsprechend gering.A Apparatus for implementing the method according to the invention requires no special expenses, so that it is also suitable for portable devices or Implants is suitable. This, for example, in an implant to perform calculations concern a few simple counting operations each heart cycle, the algorithm to be used is limited on storage of the ΔRR histogram, linear regression and transmission integer values. Data storage in the implant requires few bytes. Such functions can already be very simple DV components (eg ASIC or μP). Of the Energy consumption is correspondingly low.

Claims

A method for characterizing the state of a cardiovascular system from ECG data, wherein detected by means of electrodes heartbeats as a sequence of R-peaks and z. B. are recorded as RR time series and occurring in the sequence of R peaks variations of the RR interval lengths after different time difference values ΔRR; sorted and stored with the frequency occurring in each case as ΔRR _i distribution in the form of a data set (histogram), characterized in that the ΔRR _i distribution by determining two parameters Θ _A and Θ _B as Boltzmann distribution in the form P (.DELTA.RR _i ) = 1 / Θ _A · exp (-ARR _i / Θ _B ) is approximated, wherein the value of the thus determined parameter Θ _{B is used} as a representative variable for characterizing the state of the investigated cardiovascular system.

A method according to claim 1, characterized in that the determined for the Boltzmann distribution value of the parameter Θ _B with one or more predetermined thresholds S _{B is} compared and from the state of the examined cardiovascular system according to predetermined criteria, eg. B. according to CHF classification according to the New York Heart Association, is classified.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that in continuous recalculation of the Boltzmann distribution with new ECG signals, a decrease in the value of the parameter Θ _B especially beyond a predetermined threshold S _B as an indicator of pathological changes in the condition of the examined cardiovascular system is used.

A method according to claim 2 or 3, characterized in that one or more predetermined threshold values S _B are set individually for each patient by means of evaluation of patient-related ECG data.

A method according to claim 2 or 3, characterized in that one or more predetermined threshold values S _{B are set} as general values by means of evaluation from ECG data of patient groups.

Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 5, characterized in that means for detecting heartbeats as a sequence of R-peaks are present, means for creating a ΔRR distribution function and means for transmitting or storing a corresponding data set and means for Determination of the parameters Θ _A and Θ _B and storage of predetermined threshold values S _B and means for comparing the parameter Θ _B with the stored threshold values S _B.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the means for determining the parameters Θ _A and Θ _B and for storing predetermined threshold values S _B and the means for comparing the parameter Θ _B with the stored threshold values S _B as miniaturized data processing elements (ASIC, μP) are executed.

Device according to claim 7, characterized in that that the device is designed as a portable ECG device or as an implant.