DE19519237C2 - Vorrichtung zur Erfassung stimulierter Aktionsströme des Herzens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung stimu­ lierter Aktionsströme des Herzens mit einer Stimulationsein­ heit, die einen invasiven Stimulationskatheter umfasst und Stimulationssignale an das Herz abgibt, mit einem Messsystem, womit Messwerte erfasst werden, die von den Aktionsströmen ursächlich beeinflusst werden, und mit einer Weiterverarbei­ tungseinheit, der die Messwerte zugeführt werden.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus dem US- Patent 5 311 873 bekannt. Dort ist eine Vorrichtung zur Er­ fassung stimulierter Aktionsströme des Herzens beschrieben, mit einer Stimulationseinheit, die einen invasiven Katheter umfasst und invasive Stimulationssignale an das Herz abgibt, mit einem Messsystem in Form von Thoraxelektroden, Patienten­ interface und Kanalverstärker, womit Messwerte, nämlich Kör­ peroberflächenpotentiale, erfasst werden, und mit einer Wie­ terverarbeitungseinheit, bestehend aus Interface, HOST- Computer und Videogerät zur Generierung und Anzeige von Bildern der Oberflächenpotentialverteilung (BSPM), der die Messwerte zugeführt werden, wozu Mittel mit dem Messsystem und der Weiterverarbeitungseinheit verbunden sind, welche Mittel, bestehend aus einer Datenerfassungseinheit mit S/H- Schaltungen, Multiplexer, A/D-Wandler, dem Controller und optischer Datenübertragungsstrecke, zum Zuführen der Mess­ werte an die Weiterverarbeitungseinheit ausgebildet sind.

Der Ort von Erregungsanomalien im Herzen wird im Katheter­ labor mit Hilfe des sogenannten Pacings ermittelt. Dabei wird der zu der Stimulationseinheit gehörende Stimulationskatheter über eine Vene oder eine Arterie im Herzen in die Nähe des Ortes der Erregungsanomalie geführt. Während der Positio­ nierung des Katheters werden vom Katheter Stimulationssignale abgegeben. Gleichzeitig werden mit einem Vielkanal-Elektro­ kardiographie-Gerät von den stimulierten Aktionsströmen er­ zeugte Potentiale (EKG-Signale) an der Körperoberfläche oder auch intrakardial gemessen. Nach einer Digitalisierung werden die Messwerte weiterverarbeitet, und die Potentialverteilung wird als Potentialkarte, auch bezeichnet als Body Surface Potential Mapping (BSPM), auf einem Bildwiedergabegerät ange­ zeigt. Der Arzt kann diese Potentialkarte dann mit einer Po­ tentialkarte der Erregungsanomalie vergleichen. Sind beide Potentialkarten gleich, wird angenommen, dass sich der Kathe­ ter am Ort der Erregungsanomalie befindet. Nach der Ortung kann dann zur Therapie eine Katheterablation durchgeführt werden. Zeitaufwendig ist, dass die zum Stimulus gehörenden EKG-Signale aus den laufend gemessenen EKG-Signalen heraus­ gesucht werden müssen. Zudem muss die an sich kontinuierliche Datenerfassung vor der Auswertung gestoppt werden.

Die DE-OS 35 00 994 beschreibt eine Kombination eines Schrittmachers für die externe Herzstimulation in der Unfall­ rettung bei akutem Herzstillstand mit einer EKG-Monitoran­ ordnung, bei welcher von den Schrittmacherimpulsen Sperrsi­ gnale für den Monitoreingang abgeleitet werden, um dessen Übersteuerung durch die Schrittmacherimpulse zu verhindern. Diese Kombination umfasst eine Vorrichtung zur Erfassung stimulierter Aktionsströme des Herzens mit einer Stimula­ tionseinheit in Form eines Schrittmachers, die Stimulations­ signale an das Herz abgibt, mit einem Messsystem, das einen Tiefpass und Verstärker umfasst, womit Messwerte erfasst werden, die von den Aktionsströmen ursächlich beeinflusst werden, und mit einer Weiterverarbeitungseinheit, umfassend einen Impulsbreitenmodulator, Nachverstärker, einen Streifen­ schreiber und einen X, Y-Speicher mit einer Bildröhre, der die Messwerte zugeführt werden. Darüber hinaus sind Mittel, umfassend einen Schutzschaltertreiber, die mit der Stimula­ tionseinheit, dem Messsystem und der Weiterverarbeitungs­ einheit über einen Artefaktgenerator verbunden sind, welche Mittel zum zeitlich begrenzten Zuführen der Messwerte an die Weiterverarbeitungseinheit, mittels eines Schalters, in Ab­ hängigkeit der Stimulationssignale ausgebildet sind.

In dem Buch von Joseph Eichmeier: "Medizinische Elektronik: eine Einführung für Studierende der Ingenieurwissenschaften, Physik, Medizin und Biologie, 2. Auflage, Springer Verlag Berlin Heidelberg 1991, ist auf Seite 163 ein Blockschaltbild eines implatierbaren Defibrillators dargestellt. Dort wird durch Signalanalyse des EKGs und der mechanischen Aktivität des Ventrikels ein Kammerflattern oder -flimmern erkannt und einige Sekunden später ein Elektroschock ausgelöst. Die Mess­ werte des EKG- und mechanischen Detektors werden ununterbro­ chen an die als Tachykardie-Erkennung ausgebildete Weiterver­ arbeitungseinheit abgegeben.

Die US-PS 4,964,410 beschreibt ein computergestütztes Mess- und Monitorsystem zur Verarbeitung von invasiv schrittmacher­ stimulierten Herzaktionssignalen im Rahmen der Herzdiagnos­ tik, die US-PS 4,919,144 ein solches System für einen exter­ nen Defibrillator.

In IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. BME 38, No. 6, 1991, pp. 571-579, wird eine Studie über Methoden zur kohärenten Mittelwertbildung von Herzaktionssignalen wieder­ gegeben.

In IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. BME 22, No. 4, 1975, pp. 269-274, 4, wird eine Vorrichtung zum Erfas­ sen und Verarbeiten von "His-Bündel-Elektrogrammen" beschrie­ ben. Sie umfasst einen freilaufenden Schrittmacher, der Sti­ mulationssignale an den rechten Vorhof des Herzens abgibt, ein Messsystem (conduction Cardiograph), das Messwerte er­ fasst, die von den stimulierten Aktionsströmen des Herzens ursächlich beeinflusst sind, und eine Weiterverarbeitungs­ einheit (signal output analyzer, bundlealarm), der die Mess­ werte zugeführt werden; darüber hinaus enthält sie auch Mit­ tel (time window generator), die mit der Stimulationseinheit und der Weiterverarbeitungseinheit verbunden sind, zum zeit­ lich begrenzten Zuführen der Messwerte an die Weiterverarbei­ tungseinheit (hier den "bundle alarm" durch den Torimpuls in sign. output analyzer) in Abhängigkeit der Stimulationssigna­ le.

In Biomed. Technik 26 (1981), 130-135 (5) wird eine "Mikro­ computer gesteuerte 3-Kanal-Stimulationseinrichtung zur Ana­ lyse der atrialen und ventrikulären Vulnerabilität des Her­ zens" beschrieben, deren einstellbare Ausgangssignale u. a. von einem aufgenommenen EKG getriggert werden können. Der Einleitung ist entnehmbar, dass zur Auflösung von Arrythmien neben atrialem oder ventrikulärem "pacing" auch Einmal- oder Mehrfachapplikationen von Impulsen angewandt werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrund, eine Vorrichtung anzugeben, bei dem eine Zuordnung des Stimulationssignals zu den von dem stimulierten Aktionsstrom ursächlich beeinfluss­ ten Messwerten vereinfacht ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Mittel mit der Stimula­ tionseinheit, dem Messsystem und der Weiterverarbeitungsein­ heit verbunden sind, welche Mittel zum zeitlich begrenzten Zuführen der Messwerte an die Weiterverarbeitungseinheit in Abhängigkeit eines Startsignals ausgebildet sind, und dass ein Fremdtriggergenerator mit der Stimulationseinheit und den Mitteln zum zeitlich begrenzten Zuführen der Messwerte ver­ bunden ist, wobei der Fremdtriggergenerator so ausgebildet ist, dass er aufgrund einer Betätigung das Startsignal und ein Triggersignal für die Stimulationseinheit erzeugt.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind durch die Un­ teransprüche gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer FIG erläutert. Die FIG zeigt in Form eines Blockschaltbilds die Funktions­ einheiten der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Zur Messung von Aktionsströmen im Herzen hervorgerufener Po­ tentiale auf der Körperoberfläche eines Patienten 2 sind auf der Vorder- und Rückseite des Oberkörpers z. B. 32 Elektroden 4 angeordnet, die mit einem Vielkanal-Elektrokardiographie- System 6 verbunden sind. Das Vielkanal-Elektrokardiographie- System 6, im folgenden EKG-System 6 bezeichnet, ist herkömm­ licher Bauart und verstärkt und filtert gegebenenfalls die Messwerte.

Des weiteren ist eine Stimulationseinheit 8, zu der auch ein Stimulationskatheter 10 gehört, erforderlich, um im Herzen - nach einer Positionierung dort - Aktionsströme zu stimulie­ ren. Eine derartige Stimulationseinheit 8 ist unter der Be­ zeichnung "EPCOR" von der Fa. Siemens AG erhältlich.

Ausgelöst wird das Stimulationssignal über einen Trigger oder einen Auslöseimpuls von einem Fremdtriggergenerator 12, wobei der Trigger über eine potentialgetrennte Verbindungsleitung 13 der Stimulationseinheit 8 zugeführt wird.

Von dem EKG-System 6 werden sowohl die von den natürlichen Aktionsströmen hervorgerufenen Oberflächenpotentiale wie auch die Oberflächenpotentiale, die von der Stimulationseinheit 8 stimuliert werden, gemessen. Das EKG-System 6 ist über eine Meßdatenleitung 14 mit einer Steuerelektronik 16 zur Daten­ erfassung verbunden. Von der Steuerelektronik 16 werden die parallel einlaufenden analogen Meßdaten mittels eines Multi­ plexers 18 nacheinander einer darauffolgenden Analog-Digital- Wandlereinheit 20 zugeführt, die die Meßwerte mit der erfor­ derlichen Genauigkeit digitalisiert. In der Regel genügt eine Abtastrate von 1000 Hz pro Kanal und eine Bitbreite von 16 bit. Gegebenenfalls kann dem Multiplexer 18 eine Sample and Hold-Schaltung vorausgehen.

Ausgangsseitig ist die Steuerelektronik 16 über eine Daten­ leitung 22 mit einem Rechner 24 verbunden, der die digitali­ sierten Meßwerte speichert und in geeigneter aufbereiteter Form einer Anzeigevorrichtung 26 zuführt. Als Rechner kann z. B. das Modell "SUN Sparc" verwendet werden, wobei die Meß­ daten über eine Parallelschnittstelle 28 nach dem Standard S11 W zugeführt werden.

Wesentlich bei dem Verfahren ist, daß die Digitalisierung der einlaufenden analogen Meßsignale nicht kontinuierlich, son­ dern nur nach einem über einen Eingang 30 zugeführten Start­ signal erfolgt. Das Startsignal aktiviert die Taktabgabe ei­ nes Oszillators 32, womit der Multiplexer und die Analog-Di­ gital-Wandlereinheit 20 gesteuert werden. Abgegeben wird das Startsignal in zeitlicher Zuordnung zum Stimulationssignal vom Fremdtriggergenerator 12 aufgrund einer entsprechenden Bedienhandlung des Arztes oder Untersuchers. Die Betätigung eines durch einen Pfeil 34 symbolisierten Bedienelements er­ zeugt ein Triggersignal 36, woraus der Trigger für die Stimulationseinheit 8 und das Startsignal für die Steuerelektronik 16 abgeleitet werden. Über eine einstellbare Verzögerung 38 ist ein zeitlicher Abstand von Null bis zu einer Maximalver­ zögerung des Triggers und des Startsignals einstellbar, so daß das Startsignal gegebenenfalls zeitlich vor dem Trigger von dem Fremdtriggergenerator 12 abgegeben wird. Deaktiviert, d. h. gestoppt oder gesperrt, wird der Oszillator 32 von einem Stoppsignal, das der Rechner 24 über seine Parallelschnitt­ stelle 28 abgibt. Das Stoppsignal erzeugt der Rechner 24 nach einer Zeitdauer, die beim Startsignal beginnt. Diese Zeit­ dauer ist von einem Benutzer vorgebbar zur Einstellung der Länge des Meßdatenintervalls.

Das Signal-Rauschverhältnis der stimulierten Meßwerte kann verbessert werden, wenn bei unverändertem Katheterort mehr­ fach Stimulationssignale ausgelöst und die dazugehörigen Po­ tentialwerte im Rechner 24 einer Mittelungsprozedur unterwor­ fen werden.

Nachdem der Stimulationskatheter in den Patienten 2 einge­ bracht wurde, werden erste EKG-Signale eines stimulierten Aktionsstroms getriggert aufgezeichnet und gespeichert. Das Meßdatenintervall ist beispielsweise ein Herzzyklus lang. Von den gespeicherten Signalen eines vorgebbaren Zeitpunkts oder eines vorgebbaren charakterischen Signalverlaufs wie z. B. einer maximalen Amplitude innerhalb des Meßdatenintervalls wird vom Rechner 24 eine Potentialkarte berechnet und der Anzeigevorrichtung 26 zugeführt. Der Arzt kann unmittelbar die vom Stimulus erzeugte Potentialkarte mit der Potential­ karte eines anomalen Aktionsstroms vergleichen. Die endgül­ tige Positionierung des Katheters 10 wird nun unter Kontrolle von weiteren Stimulationssignalen durchgeführt.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Erfassung stimulierter Aktionsströme des Herzens mit einer Stimulationseinheit (8), die einen invasi­ ven Stimulationskatheter (10) umfasst und die invasive Stimu­ lationssignale an das Herz abgibt, mit einem Messystem (4, 6), womit Messwerte erfasst werden, die von den Aktionsströ­ men ursächlich beeinflusst werden, und mit einer Weiterverar­ beitungseinheit (24), der die Messwerte zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (16) mit der Stimulationseinheit (8), dem Messsystem und der Weiterverarbeitungseinheit (24) verbunden sind, wel­ che Mittel (16) zum zeitlich begrenzten Zuführen der Mess­ werte an die Weiterverarbeitungseinheit (24) in Abhängigkeit eines Startsignals ausgebildet sind, und dass ein Fremdtrig­ gergenerator (12) mit der Stimulationseinheit (8) und den Mitteln (16) zum zeitlich begrenzten Zuführen der Messwerte verbunden ist, wobei der Fremdtriggergenerator (12) so aus­ gebildet ist, dass er aufgrund einer Betätigung das Start­ signal und ein Triggersignal (36) für die Stimulationseinheit (8) erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Mittel (16) ausgebildet sind, die Zuführung zeitgleich mit der Abgabe der Stimulationssignale zu starten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Mittel (16) ausgebildet sind, die Zuführung zeitlich vor der Abgabe der Stimulationssignale zu starten.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, dass die Mittel (16) ausgebildet sind, die Zeitdauer der Zuführung vorzu­ geben.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, dass die Weiter­ verarbeitungseinheit (24) ausgebildet ist, die Messsignale zu mitteln.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, dass die Weiter­ verarbeitungseinheit (24) eine Bildschirmanzeige (26) umfasst und dass in Abhängigkeit einer vorgebbaren Charakteristik eine Potentialverteilung aus jedem Messintervall auf der Bildschirmanzeige (26) sichtbar gemacht wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, dass Messsystem (6) ausgebildet ist, an verschiedenen Stellen Messwerte gleichzeitig zu erfassen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, dass das Mess­ system (6) ausgebildet ist, elektrische Potentiale zu erfas­ sen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass Körperelektroden (4) mit dem Messsystem verbunden sind zur Erfassung der elektrischen Potentiale.