DE60028984T2

DE60028984T2 - Vorrichtung zur verwendung von herztönen zur bestimmung des vorhandenseins eines pulses

Info

Publication number: DE60028984T2
Application number: DE60028984T
Authority: DE
Inventors: H. Tae Redmond JOO; R. David Woodinville HAMPTON; W. James Redmond TAYLOR; E. Ronald Edmonds STICKNEY
Original assignee: Medtronic Physio Control Manufacturing
Current assignee: Physio Control Manufacturing Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: US8532766B2; US20120035678A1; US8239024B2; EP1216000B1; WO2001022885A1; US8744577B2; US20120029583A1; US20120022339A1; US6440082B1; US20030060723A1; DE60028984D1; EP1216000A1; US20120029584A1; JP2003510123A; US7917209B2; US20050240234A1; US20120029368A1; US20110144708A1; US20120302896A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Detektion der Herzaktivität eines Patienten und im Besonderen die Detektion des Herzpulses.
Hintergrund der Erfindung
Das Vorliegen des Herzpulses oder Herzschlags wird oft durch Abtasten des Halses des Patienten und Abfühlen der Veränderung des Volumens der Carotisarterie des Patienten durch das vom Herzen des Patienten gepumpte Blut detektiert. Ein Graph, der die physische Ausdehnung und Kontraktion der Carotis eines Patienten im Zuge von zwei aufeinander folgenden Herzschlägen wiedergibt, ist oben in 1 dargestellt. Ziehen sich die Herzventrikel während eines Herzschlags zusammen, so wird eine niederfrequente Druckwelle durch das periphere Kreislaufsystem des Patienten geschickt. Der in 1 dargestellte Carotispuls steigt mit der ventrikulären Ejektion von Blut bei der Systole an und erreicht einen Spitzenwert, wenn die Ejektionsrate das Maximum erreicht. Der Carotispuls fällt wieder ab, wenn der Druck gegen Ende eines jeden Pulses nachlässt.
Das Öffnen und Schließen der Herzklappen des Patienten sorgt für Hochfrequenzschwingungen der benachbarten Herzwand und Blutgefäße. Diese Schwingungen sind als Herztöne im Körper des Patienten zu hören. Ein gewöhnliches Phonokardiogramm-(PKG-)Wandler, der auf dem Patienten platziert wird, wandelt die akustische Energie der Herztöne in elektrische Energie um, was zu einer PKG-Wellenform führt, die aufgezeichnet und angezeigt werden kann, wie durch den mittleren Graph in 1 gezeigt ist. Gewöhnliche Verfahren zur Detektion und Anzeige einer PKG-Wellenform sind auf dem Gebiet der Erfindung weitläufig bekannt. Vergleiche beispielsweise die US-Patente Nr. 5.687.738 und 4.548.204.
Wie aus der in 2 abgebildeten PKG-Wellenform hervorgeht, erzeugt ein typischer Herzschlag zwei Hauptherztöne. Der erste Herzton, gekennzeichnet mit S1, wird durch eine Schwingung erzeugt, die durch das Schließen der Trikuspidal- und Mitralklappe zu Beginn der Systole bedingt ist. Typischerweise ist der Herzton S1 etwa 14 Millisekunden lang und umfasst Frequenzen von bis zu in etwa 500 Hz. Der zweite Herzton, gekennzeichnet mit S2, ist im Allgemeinen durch Schwingungen bedingt, die sich aus Schließen der Aorten- und Pulmonalisklappe am Ende der Systole ergeben. Während die Dauer des zweiten Herztons S2 typischerweise kürzer als der erste Herzton S1 ist, ist die Spektralbandbreite des Herztons S2 typischerweise größer als jene von S1.
Die Elektrokardiogramm-(EKG-)Wellenform eines Patienten unterscheidet sich von der PKG-Wellenform. Eine EKG-Wellenform beschreibt die elektrische Aktivität und nicht die akustische Aktivität des Herzens eines Patienten. Der untere Graph in 1 veranschaulicht ein Beispiel für eine EKG-Wellenform, die zeitlich mit dem Carotispuls und der PKG-Wellenform übereinstimmt.
Das Ausbleiben eines detektierbaren Herzpulses bei einem Patienten kann ein deutliches Anzeichen für einen Herzstillstand sein. Der Herzstillstand ist ein lebensbedrohlicher Zustand, bei dem das Herz des Patienten asynchron arbeitet, was dazu führt, dass das Herz nicht mehr fähig ist, zu kontrahieren und Blut in das Kreislaufsystem zu pumpen. Die behandelnde Person legt gegebenenfalls einen Defibrillationsschock an den Patienten mit Herzstilstand an, um die asynchrone elektrische Aktivität zu stoppen und wieder einen synchronen Perfusionsrhythmus herbeizuführen. Die externe Defibrillation wird im Besonderen durch Anlegen eines starken elektrischen Impulses an das Herz des Patienten über Elektroden, die an der Oberfläche des Körpers des Patienten angeordnet werden, durchgeführt.
Vor Beginn der Defibrillationsbehandlung bei einem Patienten muss die behandelnde Person zunächst sicher gehen, dass der Patient einen Herzstillstand erlitten hat. Ein Defibrillationsschock kann bei einem Patienten ohne Herzstillstand eine Herzarrhythmie mit möglicherweise tödlichem Ausgang auslösen. Im Allgemeinen ist eine externe Defibrillation nur bei bewusstlosen, bei apnoischen (d. h. einen Atemstillstand aufweisenden) und bei Patienten ohne Puls geeignet. Medizinische Leitfäden geben an, dass das Ausbleiben des Pulses bei einem Patienten innerhalb von 5–10 Sekunden bestimmt werden sollte.
Leider kann es im Zuge des Hektik einer Notfallssituation für Erste-Hilfe-Leistende mit nur geringer oder keiner medizinischen Ausbildung schwierig sein, den Herzpuls bei einem Patienten in einem kurzen Zeitraum von 5–10 Sekunden durchgehend und genau zu detektieren (d. h. durch Abfühlen der Herzschlagadern). Da aber die Zeit der ausschlaggebende Faktor bei der Behandlung eines Herzstillstands ist, kann es dazu kommen, dass die behandelnde Person die Erstbewertung überstürzt ausführt, fälschlicherweise darauf schließt, dass der Patient keinen Puls mehr hat, und die Defibrillationsbehandlung ausführt, obwohl der Patient eigentlich einen Puls aufweist. Auch kann es dazu kommen, dass die behandelnde Person irrtümlich den Schluss zieht, dass der Patient sehr wohl einen Puls habe und somit die Defibrillationsbehandlung fälschlicherweise nicht durchführt. Daher besteht der Bedarf an einem Verfahren und einer Vorrichtung zur raschen, präzisen und automatischen Bestimmung des Vorhandenseins des Pulses bei einem Patienten, insbesondere zur Unterstützung der behandelnden Person bei der Bestimmung, ob eine Defibrillationsbehandlung in einer Notfallssituation angebracht ist oder nicht.
Die WO 97/05821 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur langfristigen, nicht-invasiven Messung der Herzfrequenz von Föten unter Verwendung der Kennlinien des ersten und des zweiten Herztons, die von einem elektroakustischen Wandler aufgenommen werden. Die Unterscheidung zwischen dem ersten und dem zweiten Ton basiert auf den Differenzen zwischen den innerhalb eines relativ kurzen Zeitfensters gemessenen Frequenzspektren und der Schätzung der Leistungspeaks, die bei zwei Testfrequenzen, die an den beiden Enden des Frequenzbereichs des Herztons des Fötus ausgewählt wurden, gemessen werden.
In der EP-A-0 339 471 ist ein Defibrillator geoffenbart, der durch die Detektion einer überhöhten Herzfrequenz ausgelöst wird. Die Herzfrequenz kann durch die Detektion der Herztöne bestimmt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine medizinische Vorrichtung bereit, die das Vorhandensein eines Herzpulses bei einem Patienten durch Prüfen des Patienten auf das Vorhandensein charakteristischer Herztöne bestimmt. Durch das physiologische In-Bezug-Setzen des Vorhandenseins eines Herztons zum Vorhandensein eines Herzpulses wird das Vorhandensein eines Herzpulses bei einem Patienten bestimmt.
Die medizinische Vorrichtung der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Demzufolge wird das Vorhandensein eines Herzpulses bei einem Patienten durch die Analyse der vom Patienten erhaltenen PKG-Daten auf ein Merkmal hin, das das Vorhandensein eines Herztons angibt, und durch die Bestimmung, ob ein Herzton des Patienten vorhanden ist, auf der Grundlage dieses Merkmals bestimmt. Die Analyse der PKG-Daten umfasst gegebenenfalls die Bewertung der temporären Energie in den PKG-Daten oder die Bewertung der spektralen Energie in den PKG-Daten. Die Bewertung der temporalen Energie in den PKG-Daten umfasst gegebenenfalls das Schätzen einer Momentanenergie in den PKG-Daten, das Schätzen einer Hintergrundenergie in den PKG-Daten und das Vergleichen der geschätzten Momentanenergie mit der geschätzten Hintergrundenergie. Die Bewertung der spektralen Energie in den PKG-Daten umfasst gegebenenfalls das Berechnen eines Energiespektrums der PKG-Daten, das Auswerten des Energiespektrums zur Lokalisierung eines Peakenergiewerts und das Vergleichen des Peakenergiewerts mit einem Energieschwellenwert. Es kann auch die Frequenz, bei der der Peakenergiewert auftritt, mit einer Schwellenfrequenz verglichen werden. Der in diesem Aspekt der Erfindung verwendete Peakenergiewert ist vorzugsweise der zweite Peakenergiewert, der in dem Energiespektrum auftritt, der aus dem Gleichstrom gemessen wurde.
Das Vorhandensein eines Herzpulses bei einem Patienten kann durch Kombinieren der Bewertung der temporalen Energie in den PKG-Daten mit einer Bewertung der spektralen Energie in den PKG-Daten. bestimmt werden. Auch Daten des Elektrokardiogramms (EKG), das vom Patienten erhalten wurde, können herangezogen werden, um in Verbindung mit den PKG-Daten das Vorhandensein eines Herzpulses bei einem Patienten zu bestimmen. Bei einem Ansatz werden dann, wenn die PKG-Daten anscheinend ein Vorhandensein eines Herzpulses beim Patienten anzeigen, die EKG-Daten hinsichtlich der Gegenwart eines QRS-Komplexes ausgewertet. Wenn der Zeitpunkt, zu dem ein QRS-Komplex auftritt, innerhalb eines erwarteten Zeitraums um den Zeitpunkt, zu dem der Herzton anscheinend auftrat, liegt, so wird das Vorliegen eines Herzpulses beim Patienten bestimmt. Bei einem anderen Ansatz werden für das Gating des Herzton-Detektionsvorgangs die EKG-Daten hinsichtlich der Gegenwart eines QRS-Komplexes ausgewertet. Tritt in den EKG-Daten eine R-Welle auf, so sollten die PKG-Daten die Gegenwart eines Herztons nach der R-Welle angeben, wenn ein Herzpuls vorhanden ist. Wird nach der R-Welle kein Herzton detektiert, so ist der Patient gegebenenfalls in einem Zustand pulsloser elektrischer Aktivität (PEA).
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorangegangenen Aspekte der Erfindung und zahlreiche der damit einhergehenden Vorteile gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher hervor, wenn diese gemeinsam mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen:
1 ein Diagramm einer Carotispuls-Wellenform, einer Phonokardiogramm-(PKG-)Wellenform und einer Elektrokardiogramm-(EKG-)Wellenform für zwei aufeinanderfolgende Herzschläge ist;
2 eine Darstellung eines Defibrillators und Elektroden ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert und an einem Patienten angebracht sind;
3 ein Blockdiagramm der Hauptkomponenten des in 2 dargestellten Defibrillators ist;
4 ein Flussdiagramm eines Pulsdetektionsverfahrens ist, das von dem in 2 dargestellten Defibrillator durchgeführt wird, wobei die temporale Energieanalyse der PKG-Daten durchgeführt wird;
5A ein Graph ist, der eine PKG-Wellenform von PKG-Rohdaten, die von einem Patienten erfasst wurden, veranschaulicht;
5B ein Graph ist, der eine gefilterte Version der in 5A dargestellten PKG-Wellenform veranschaulicht;
5C ein Graph ist, der eine Momentanenergiewellenform und die Hintergrundenergiewellenform veranschaulicht, die gemäß dem Pulsdetektionsverfahren aus 4 aus den Daten in der in 5B dargestellten PKG-Wellenform berechnet wurden;
5D ein Graph ist, der die Ergebnisse eines Vergleichs gemäß dem Pulsdetektionsverfahren zwischen der Momentanenergie und der Hintergrundenergie aus 5C darstellt;
6 ein Flussdiagramm einer anderen Variante des Pulsdetektionsverfahrens ist, das von dem in 2 dargestellten Defibrillator durchgeführt wird, wobei eine Spektralpeak-Frequenzanalyse der PKG-Daten durchgeführt wird;
7 ein Graph ist, der zwei Energiespektren veranschaulicht, die gemäß dem in 6 veranschaulichten Pulsdetektionsverfahren unter Verwendung der Maximum-Entropie-Methode aus den PKG-Daten berechnet wurden ("MEM-Spektren");
8A ein Graph ist, der eine PKG-Wellenform von PKG-Rohdaten, die von einem Patienten erfasst wurden, veranschaulicht;
8B ein Graph ist, der eine Reihe an Frequenzen von zweiten Peakenergiewerten, die in MEM-Spektren vorhanden sind und gemäß dem in 6 veranschaulichten Pulsdetektionsverfahren unter Verwendung der in 8A gezeigten PKG-Daten berechnet wurden, wobei die Frequenzwerte mit einer Frequenz von 100 Hz oder darunter mit einem "x" gekennzeichnet sind;
8C ein Graph ist, der eine Reihe an Frequenzen von zweiten Peakenergiewerten, die in MEM-Spektren vorhanden sind und gemäß dem in 9 veranschaulichten Pulsdetektionsverfahren unter Verwendung der in 8A gezeigten PKG-Daten berechnet wurden, wobei die zweiten Peakenergiewerte, die 0 dB überschreiten, mit einem "x" gekennzeichnet sind;
9 ein Flussdiagramm ist, das eine andere Version eines Pulsdetektionsverfahrens veranschaulicht, das von dem in 2 dargestellten Defibrillator durchgeführt wird, wobei Spektralpeak-Energieanalyse der PKG-Daten durchgeführt wird;
10 ein Flussdiagramm ist, das ein weiteres Pulsdetektionsverfahren veranschaulicht, das von dem in 2 dargestellten Defibrillator durchgeführt wird und Merkmale der in den 4, 6 und 9 durchgeführten Pulsdetektionsverfahren beinhaltet; und
11 ein Flussdiagramm eines von dem in 2 dargestellten Defibrillator implementierten Protokolls ist, das ein Pulsdetektionsverfahren beinhaltet.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 2 ist der Defibrillator 2 dargestellt, wie er über Defibrillationselektroden 12 und 14, die an der Haut eines Patienten 40 angeordnet sind, am Patienten 40 angeschlossen ist. Der Defibrillator 10 verwendet die Defibrillationselektroden 12 und 14, um Defibrillationsimpulse an den Patienten 40 abzugeben. Der Defibrillator 10 kann die Elektroden 12, 14 auch dazu verwenden, EKG-Signale vom Patienten 40 aufzunehmen.
2 veranschaulicht zudem auch Abfühlvorrichtungen 16 und 18, die am Patienten 40 angeordnet sind. Die Abfühlvorrichtungen 16 und 18 sind so konfiguriert, das sie ein physiologisches Signal eines Patienten, vorzugsweise akustische Energie aus den im Patienten 40 erzeugten Herztönen, detektieren. Diese akustische Energie wird vom Defibrillator 10 in digitale Daten eines Phonokardiogramms (PKG) umgewandelt. Die Abfühlvorrichtungen 16 und 18 können an der Rückseite der Elektroden 12 und 14 integriert oder angebracht sein. Alternativ dazu können die Abfühlvorrichtungen 16 und 18 in Laschen 20 und 22 ausgeführt sein, die mit den Elektroden 12 und 14 verbunden sind. Eine weitere Alternative ist das Anbringen der Abfühlvorrichtungen 16 und 18 an den Patienten 40 über eigene Drähte (nicht dargestellt).
In einer Ausführungsform der Erfindung bestehen die Abfühlvorrichtungen 16 und 18 aus piezoelektrischen Wandlern. Die Abfühlvorrichtungen 16 und 18 können alternativ dazu aus anderen auf dem Gebiet der Erfindung bekannten akustischen Sensoren, etwa aus elektronischen Mikrophonen, die in Stethoskopen verwendet werden, aufgebaut sein. Wandler und Mikrophone, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung zur Detektion von Herztönen geeignet sind, sind beispielsweise in den US-Patenten Nr. 4.446.873 und Nr. 5.825.8130 beschrieben.
Obwohl die Ausführungsform der Erfindung, die hierin im Speziellen beschrieben wird, in einem Defibrillator 10 ausgeführt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solch spezifische Anwendung eingeschränkt. Es versteht sich, dass die Vorteile der Erfindung auch durch Ausführen der vorliegenden Erfindung in einem Herzüberwachungsgerät oder anderen medizinischen Vorrichtungen, mit denen nicht notwendigerweise eine Defibrillation durchgeführt wird, zum Tragen kommen.
3 veranschaulicht die Hauptkomponenten des in 2 dargestellten Defibrillators 10 detaillierter. In 3 werden die Herztöne eines Patienten von PKG-Defibrillationselektroden 30 (z. B. einer Kombination aus den Elektroden 12 und 14 mit den Abfühlvorrichtungen 16 und 18, die oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurden) abgefühlt und auf gewöhnliche Weise in PKG-Signale umgewandelt. Die PKG-Defibrillationselektroden 30 leiten die PKG-Signale an einen Signalverstärker 32 weiter, der die PKG-Signale ausreichend verstärkt, damit der Defibrillator 10 die weitere Analyse der PKG-Signale vornehmen kann. Alternative Ausführungsformen des Defibrillators 10 umfassen gegebenenfalls eine zusätzliche Signalverstärkung oder Signalfilterung, um den Defibrillator 10 an die Verwendung in bestimmten Umgebungen anzupassen.
Der Signalverstärker 32 übermittelt die verstärkten PKG-Signale an ein Anti-Aliasing-Filter 34 weiter. Das Anti-Aliasing-Filter 34 ist dazu entwickelt, Abtastverzerrungen, die durch den Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 36 in die PKG-Signale eingeführt werden, zu reduzieren. Die Bandbreite des Anti-Aliasing-Filters 34 hängt teilweise von der Abtastrate des A/D-Wandlers 36 ab. Anti-Aliasing-Filter und A/D-Wandler sind auf dem Gebiet der Erfindung bekannt und als Standgeräte erhältlich. Der A/D-Wandler 36 wandelt die PKG-Signale in digitale PKG-Daten um und übermittelt die PKG-Daten an eine Verarbeitungseinheit 30 zur Auswertung.
Die Verarbeitungseinheit 38 wertet die PKG-Daten unter Anwendung eines nachstehen detaillierter beschriebenen Pulsdetektionsverfahrens aus. Die Verarbeitungseinheit 38 besteht vorzugsweise aus einem Computerprozessor, der gemäß programmierter Befehle 42, die in einem Speicher 40 gespeichert sind und das Pulsdetektionsverfahren implementieren, arbeitet. Vorzugsweise speichert die Verarbeitungseinheit 38 auch die PKG-Daten im Speicher 40. Der Speicher 40 kann aus einem beliebigen Typ Speichermedium bestehen, unter anderem einem flüchtigen Speicher, etwa einen Arbeitsspeicher (RAM), einem nichtflüchtigen statischen Speicher oder einem magnetischen oder optischen Speichermedium (z. B. Band oder Festplatte).
Die Verarbeitungseinheit 38 erstattet dem Benutzer gegebenenfalls über eine Anzeige 48 Bericht über die Ergebnisse des Pulsdetektionsverfahrens. Die Anzeige 48 kann beispielsweise Leuchten, hörbare Signale, einen Drucker oder einen Anzeigebildschirm (z. B. LCD oder AMLCD) umfassen. Die Verarbeitungseinheit 48 kann gegebenenfalls über eine Eingabevorrichtung 46 auch Eingaben vom Benutzer des Defibrillators 10 erhalten. Die Eingabevorrichtung 46 umfasst gegebenenfalls eine oder mehrere Tasten, Schalter Knöpfe oder andere Arten von Benutzereingabevorrichtungen.
Der Defibrillator 10 kann auch die PKG-Defibrillationselektroden 30 zum Abfühlen der Elektrokardiogrammsignale (EKG-Signale) des Patienten verwenden. Die vom Patienten erhaltenen Signale werden auf gewöhnliche Weise vom Signalverstärker 32 verstärkt und gefiltert und zudem vom Anti-Aliasing-Filter 34 gefiltert. Der A/D- Wandler 36 wandelt die EKG-Signale in digitale EKG-Signale um und leitet die EKG-Signale zur Auswertung an die Verarbeitungseinheit 38 weiter.
Vorzugsweise wertet die Verarbeitungseinheit 38 die EKG-Signale gemäß den im Speicher 40 gespeicherten, programmierten Befehlen 44 aus, die ein EKG-Auswertungsverfahren durchführen, um zu bestimmen, ob ein Defibrillationsschock abgegeben werden soll. Ein geeignetes Verfahren zur Bestimmung, ob ein Defibrillationsschock anzulegen ist, ist im US-Patent Nr. 4.610.254 beschrieben, das an den Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen wurde. Bestimmt die Verarbeitungseinheit 38, dass die Abgabe eines Defibrillationsschocks angezeigt ist, erteilt die Verarbeitungseinheit 38 einem Defibrillationsimpulsgenerator 50 den Befehl zur Vorbereitung auf die Abgabe eines Defibrillationsimpulses an den Patienten. Hierbei lädt der Defibrillationsimpulsgenerator 50 einen oder mehrere Defibrillationskondensatoren im Defibrillator 10.
Ist die Defibrillationsladung bereit für die Abgabe teilt die Verarbeitungseinheit 38 dem Benutzer (z. B. über die Anzeige 48) mit, dass der Defibrillator 10 zur Abgabe des Defibrillationsimpulses bereit ist. Vorzugsweise bittet die Verarbeitungseinheit den Benutzer um die Einleitung der Abgabe des Defibrillationsimpulses. Leitet der Benutzer die Abgabe des Defibrillationsimpulses ein (z. B. durch Verwendung der Eingabevorrichtung), so erteilt die Verarbeitungseinheit 38 dem Defibrillationsimpulsgenerator 50 den Befehl zur automatischen Abgabe des Defibrillationsimpulses, sobald bestimmte Bedingungen (z. B. Ablauf eines vorbestimmten Zeitraums, akzeptable gemessene Impedanz des Patienten usw. erfüllt sind).
3 veranschaulicht zwar die Hauptkomponenten des Defibrillators 10, doch ist Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung klar, dass der Defibrillator 10 auch mehr Komponenten als die in 3 gezeigten umfassen kann. Die Offenbarung einer bevorzugten Ausführungsform des Defibrillators setzt aber keineswegs voraus, dass alle diese allgemeinen, gewöhnlichen Komponenten dargestellt sind. Es versteht sich außerdem, dass die Erfindung auch in einer Herzüberwachungsvorrichtung umgesetzt werden kann, die im Wesentlichen dieselben Komponenten wie der in 3 gezeigte Defibrillator 10 aufweist, mit der Ausnahme, dass die Herzüberwachungsvorrichtung nicht über die zur Abgabe eines Defibrillationsimpulses notwendigen Mittel verfügt. Außerdem können die programmierten Befehle 42 als Alternative zu den im Speicher 40 gespeicherten Softwarebefehlen auch in Hardware codiert sein.
Das Pulsdetektionsverfahren, das von der Verarbeitungseinheit 38 durchgeführt wird (unter Verwendung der programmierten Befehle) analysiert die PKG-Daten des Patienten, um zu bestimmen, ob die Herztöne S1 und/oder S2 vorhanden sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Vorhandensein der Herztöne S1 und/oder S2 als Surrogat herangezogen, um auf das Vorhandensein eines Herzpulses beim Patienten zu schließen. Detektiert das Pulsdetektionsverfahren Herztöne im PCG des Patienten, so bestimmt das Pulsdetektionsverfahren, dass der Puls des Patienten vorhanden ist.
4 veranschaulicht eine Variante des Pulsdetektionsverfahrens 60a unter Verwendung der gemäß der Erfindung durchgeführten temporalen Energieanalyse. In 4 beginnt das Pulsdetektionsverfahren 60a bei Block 70, bei dem die PKG-Daten des Patienten erfasst werden. Wie zuvor erwähnt werden die PKG-Signale, die von den auf dem Patienten angeordneten Abfühlvorrichtungen (z. B. die Abfühlvorrichtungen 16 und 18 aus 2) erhalten werden, in digitale PKG-Signale umgewandelt.
Das Pulsdetektionsverfahren 60a wertet die PKG-Daten hinsichtlich zumindest eines Merkmals, das auf das Vorhandensein eines Herztons hinweist, aus. In den Blöcken 72 und 74 berechnet das Pulsdetektionsverfahren 60a vorzugsweise Schätzungen der Momentanenergie und der Hintergrundenergie in den PKG-Daten. Wie in 4 gezeigt ist, kann die Momentanenergie in Block 72 gleichzeitig mit der Hintergrundenergie in Block 74 berechnet werden. Alternativ dazu kann die Berechnung der Momentanenergie in Block 72 vor oder nach der Berechnung der Hintergrundenergie in Block 74 durchgeführt werden.
Die geschätzte Momentanenergie wird in Block 72 vorzugsweise unter Verwendung eines PKG-Datensatzes berechnet, der innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters von einem Patienten erfasst wurde. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Dauer dieses Zeitfensters 20 Millisekunden, obwohl auch ein längeres, kürzeres oder leicht verschobenes Zeitfenster zur Schätzung der Momentanenergie verwendet werden kann. Die geschätzte Momentanenergie wird vorzugsweise durch Quadrieren und Summieren der einzelnen PKG-Werte innerhalb des vorbestimmten Zeitfensters berechnet.
Die geschätzte Hintergrundenergie wird in Block 74 vorzugsweise unter Verwendung eines PKG-Datensatzes berechnet, der innerhalb eines früheren vorbestimmten Zeitfensters erfasst wurde. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Hintergrundenergie unter Verwendung von PKG-Daten innerhalb eines Zeitfensters von 20 Millisekunden, das 50 Millisekunden vor der aktuellen Zeit begonnen hat, berechnet. Auch die PKG-Daten innerhalb des früheren Zeitfensters werden vorzugsweise quadriert und summiert, um die geschätzte Hintergrundenergie zu erhalten.
Die geschätzte Momentan- und Hintergrundenergie werden nun in Block 76 verglichen, um eine relative Änderung der Energie in den PKG-Daten zu bestimmen. Diese relative Änderung wird vom Pulsdetektionsverfahren 60a als Merkmal verwendet, das auf das Vorhandensein eines Herztons hinweist. Überschreitet die relative Änderung der Energie zwischen der geschätzten Momentanenergie und der geschätzten Hintergrundenergie einen vorbestimmten Schwellenwert, so bestimmt das Pulsdetektionsverfahren, dass ein Herzton detektiert wurde.
Wie oben angemerkt wurde verwendet die vorliegende Erfindung die Detektion eines Herztons als Hinweis auf das Vorhandensein eines Herzpulses des Patienten. Im Entscheidungsblock 78 geht das Pulsdetektionsverfahren 60a auf Block 80 über und teilt das Vorhandensein eines Herzpulses des Patienten mit (und gibt somit an, dass eine Defibrillationsbehandlung des Patienten nicht angebracht ist), wenn ein Herzton detektiert wurde. Wurde hingegen kein Herzton detektiert, bestimmt das Pulsdetektionsverfahren 60a in Block 82, dass der Patient keinen Puls hat und dass eine Defibrillationsbehandlung gegebenenfalls angebracht ist. Ein die Defibrillationsbehandlung durchführender Defibrillator 10 kann dann mit der Bestimmung, ob eine Defibril lationsbehandlung ratsam ist, fortfahren, z. B. indem er EKG-Daten des Patienten erfasst und verarbeitet, wie im US-Patent Nr. 4.610.254, auf das oben schon Bezug genommen wurde, beschrieben ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Pulsdetektionsverfahren 60a über einen bestimmte Zeitraum hinweg oder eine bestimmte Anzahl an Malen wiederholt werden, um eine Reihe an Bestimmungen darüber zu erzeugen, ob ein Herzton im Patienten vorhanden ist. Die Zeitfenster zur Berechnung der geschätzten Momentan- und Hintergrundenergie werden jeweils so verschoben, dass sie jedem der Zeitpunkte, zu denen das Pulsdetektionsverfahren durchgeführt wird, entsprechen. Das Pulsdetektionsverfahren 60a kann eine bestimmte Anzahl an Herztondetektionen voraussetzen, bevor bestimmt wird, ob ein Herzpuls des Patienten vorhanden ist.
Die 5A–5D veranschaulichen ein repräsentatives Beispiel für die vom Pulsdetektionsverfahren 60a durchgeführte Verarbeitung. 5A ist ein Graph, der eine PKG-Wellenform 84 aus PKG-Rohdaten veranschaulicht, die in Block 70 (4) von einem Patienten erfasst wurden. Wie zuvor angemerkt können die PKG-Daten gefiltert werden, um Rauschen und andere Signalverschmutzungen zu reduzieren, Eine gefilterte Version der PKG-Wellenform 86 ist in 5B abgebildet.
5C veranschaulicht eine Wellenform 88, die die in Block 72 des Pulsdetektionsverfahrens 60a berechnete geschätzte Momentanenergie im PKG zeigt. Die Wellenform 90 zeigt die in Block 74 des Pulsdetektionsverfahrens 60a berechnete geschätzte Hintergrundenergie. Da die Berechnung der Hintergrundenergie 90 PKG-Daten verwendet, die in einem früheren Zeitfenster als die zur Berechnung der Momentanenergie verwendeten PKG-Daten erhalten wurden, folgt das Ansteigen und Abflachen der Hintergrundenergiewellenform 90 dem Ansteigen und Abflachen der Momentanenergiewellenform 88.
Der in Block 76 durchgeführte Vergleich des Pulsdetektionsverfahrens 60a kann ein Ergebnis liefern, wie es in 5D veranschaulicht ist. Während der Zeit, zu der die Momentanenergie 88 die Hintergrundenergie 90 um einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, ergibt der in Block 76 durchgeführte Vergleich "1" (was für die Detektion eines Herztons steht), was durch das Bezugszeichen 92 gekennzeichnet ist. Der vorbestimmte Schwellenwert kann angepasst werden, um eine gewünschte Empfindlichkeit und Spezifität der Detektion zu erhalten. Überschreitet die relative Änderung der Energie zwischen der Momentanenergie 88 und der Hintergrundenergie 90 den vorbestimmten Schwellenwert nicht, ergibt der in Block 76 durchgeführte Vergleich "0", gekennzeichnet durch das Bezugszeichen 92, was für das Ausbleiben der Detektion eines Herztons steht.
6 zeigt eine andere Variante des Pulsdetektionsverfahrens 60b. Wie bei der Variante 60a des Pulsdetektionsverfahrens analysiert die Variante 60b die PKG-Daten, um Herztöne eines Patienten zu detektieren. Werden Herztöne detektiert, so bestimmt das Pulsdetektionsverfahrens 60b, dass der Patient einen Puls hat. Die Variante 60b des Pulsdetektionsverfahrens konzentriert sich aber auf die Spektralenergieanalyse der PKG-Daten (im Gegensatz zur temporalen Energieanalyse, die bei der Variante 60a durchgeführt wird).
Das Pulsdetektionsverfahrens 60b beginnt bei Block 100 mit dem Erfassen von PKG-Daten eines Patienten auf die oben in Bezug auf Block 70 (4) beschriebene Art und Weise. In Block 102 werden die PKG-Daten vorzugsweise analysiert, um einen PKG-Datensatz zu erhalten, der wahrscheinlich einen S1- oder S2-Herzton enthält. Hier kann der S1- oder S2-Herztonkandidat durch die Verwendung des in Bezug auf Block 76 des Pulsdetektionsverfahrens 60a erörterten Energievergleichs identifiziert werden. Überschreitet die geschätzte Momentanenergie die geschätzte Hintergrundenergie um einen vorbestimmten Schwellenwert, so gibt der Energievergleich an, dass ein potentieller S1- oder S2-Kandidat identifiziert wurde. Alternativ dazu kann ein einen Herzton umfassender PKG-Datensatz durch Auswerten der EKG-Daten des Patienten hinsichtlich des Auftretens einer R-Welle identifiziert werden. Der Zeitpunkt eines S1- oder S2-Herztons in Bezug auf eine R-Welle ist auf dem Gebiet der Erfindung allgemein bekannt und kann herangezogen werden, um den Zeitpunkt eines Herztonkandidaten in den PKG-Daten vorauszusagen.
Nun berechnet das Pulsdetektionsverfahren 60b in Block 104 ein Energiespektrum des Herztonkandidaten, vorzugsweise unter Verwendung der Maximum-Entropie-Methode. Die Berechnung eines Energiespektrums unter Verwendung der Maximum-Entropie-Methode ("MEM-Spektrum") ist auf dem Gebiet der Erfindung weitgehend bekannt. Vgl. hierzu beispielsweise Stephen M. Kay, "Modern Spectral Estimation: Theory and Application", publiziert von Prentice Hall of Englewood Cliffs, New Jersey, S. 182, was hierin durch Verweis aufgenommen ist. Ein MEM-Spektrum ist typischerweise deutlich glatter als ein durch Fourier-Transformationstechniken erzeugtes Energiespektrum.
7 veranschaulicht ein repräsentatives MEM-Spektrum 120 für einen PKG-Datenabschnitt, der einen S1-Herzton enthält. 7 veranschaulicht zudem ein repräsentatives MEM-Spektrum 130 für einen PKG-Datensatz, der einen S2-Herzton enthält. Das MEM-Spektrum 120 umfasst mehrere Peakenergiewerte, einschließlich der ersten beiden Peakwerte 122 und 124. Gleichermaßen umfasst auch das MEM-Spektrum 130 mehrere Peakenergiewerte, einschließlich der ersten beiden Peakwerte 132 und 134. Das MEM-Spektrum 120 oder 130 – je nachdem welches verwendet wird – kann durch Entfernen des Grundenergiewerts (Gleichstrom) im MEM-Spektrum normalisiert werden.
Wie nachstehend noch detaillierter erörtert wird, wird die Frequenz eines Peakenergiewerts im Energiespektrum als Merkmal, das das Vorhandensein eines Herztons angibt, verwendet und wird bezüglich eines Frequenzschwellenwerts bewertet um zu entscheiden, ob ein Herzton detektiert wurde. Vorzugsweise bewertet das Pulsdetektionsverfahren 60b in 6 den zweiten Peakenergiewert, der in dem vom Gleichstrom aus gemessenen Energiespektrum auftritt, z. B. den zweiten Peakenergiewert 124 im MEM-Spektrum 120 oder den zweiten Peakenergiewert 134 im MEM-Spektrum 130.
In Block 106 bewertet das Pulsdetektionsverfahren 60b die Energiewerte im MEM-Spektrum zur Bestimmung der Frequenz des zweiten Peaks im MEM-Spektrum. Wertet beispielsweise das Pulsdetektionsverfahren 60b das MEM-Spektrum 120 aus, so wird die Frequenz des zweiten Peaks 124 bestimmt. Eine ähnliche Analyse, die auf das MEM-Spektrum 130 angewendet wird, bestimmt die Frequenz des zweiten Peaks 134.
In Block 108 wird die Frequenz des zweiten Peaks 124 oder 134 mit einer vorbestimmten Schwellenfrequenz verglichen, um die Entscheidung zu treffen, ob ein Herzton detektiert wurde. Ist beispielsweise die Frequenz des zweiten Peaks 124 oder 134 geringer als oder gleich wie die Schwellenfrequenz, z. B. 100 Hz, so bestimmt das Pulsdetektionsverfahren 60b, dass ein Herzton detektiert wurde. Alternative Ausführungsformen der Erfindung können andere Werte als 100 Hz als vorbestimmte Schwellenfrequenz einsetzen.
Wurde ein Herzton detektiert, so geht das Pulsdetektionsverfahren 60b vom Entscheidungsblock 110 auf Block 112 über, bestimmt, dass ein Puls des Patienten vorhanden ist und rät von der Abgabe eines Defibrillationsimpulses ab. Wurde hingegen im Entscheidungsblock 110 bestimmt, dass kein Herzton detektiert wurde, bestimmt das Pulsdetektionsverfahren 60b in Block 114, dass der Patient pulslos ist und dass eine Defibrillation für den Patienten gegebenenfalls angebracht ist. In diesem Fall wird vorzugsweise eine weitere Signalverarbeitung der vom Patienten erfassten EKG-Daten durchgeführt, um zu bestimmen, ob eine Defibrillationsbehandlung auf den Patienten anwendbar ist, wie z. B. im US-Patent Nr. 4.610.254, auf das zuvor bereits Bezug genommen wurde, beschrieben ist.
Ein Beispiel, das die vom Pulsdetektionsverfahren 60b durchgeführte Verarbeitung veranschaulicht, ist in den 8A und 8B dargestellt. 8A ist ein Graph, der eine PKG-Wellenform 140 aus PKG-Rohdaten darstellt, die auf die oben in Bezug auf Block 100 (6) beschriebene Weise von einem Patienten erhalten wurde. Auch wenn dies in 8 nicht dargestellt ist kann die PKG-Wellenform gefiltert werden, um Rauschen und andere Signalverschmutzungen zu reduzieren (z. B. wie oben Bezug nehmend auf 5B beschrieben wurde).
Zum Zweck der Veranschaulichung der Erfindung wurde in 8B ein MEM-Spektrum der Daten in der PKG-Wellenform 140 für mehrere Zeitpunkte berechnet und die Frequenz des zweiten Peaks eines jeden MEM-Spektrums identifiziert, wie in 8B durch die Kreise dargestellt ist, unabhängig davon, ob der ausgewählte Zeitpunkt einem Herztonkandidaten entspricht. Natürlich ist es bei tatsächlichem Betrieb der Erfindung, bei dem Ergebnisse für die sofortige und genaue Bewertung eines Patienten und kein im Nachhinein abgegebener Beweis der Wirksamkeit benötigt werden, bevorzugt, dass die PKG-Daten zuerst auf Herztonkandidaten untersucht werden.
In 8B kennzeichnen die Kreise, die ein "x" umgeben, jene MEM-Spektren, die in diesem Beispiel einen zweiten Peak aufweisen, der einer Schwellenfrequenz von 100 Hz entspricht oder darunter liegt. Anzumerken, ist, dass die meisten Kreise mit einem "x" in 8B zeitlich mit den in der PKG-Wellenform 140, die in 8A dargestellt ist, sichtbaren Herztönen übereinstimmen. Für jedes eingekreiste "x" entscheidet das Pulsdetektionsverfahren 60b, dass ein Herzton und somit ein Puls des Patienten vorhanden ist.
9 veranschaulicht eine weitere Variante 60c des Pulsdetektionsverfahrens, die ebenfalls ein MEM-Spektrum verwendet, das so wie in Block 104 der Variante 60b berechnet wird. Anstatt wie bei der Variante 60b die Frequenzlage des zweiten Peaks im MEM-Spektrum zu analysieren, analysiert die Variante 60c den Energiewert des zweiten Peaks im MEM-Spektrum.
Die Variante 60c des Pulsdetektionsverfahrens beginnt in Block 150 mit dem Erfassen der PKG-Daten des Patienten auf die zuvor in Bezug auf Block 70 (4) beschriebene Weise. Die PKG-Daten werden in Block 152 analysiert, um jene PKG-Daten zu identifizieren, die dem Zeitpunkt entsprechen, zu dem wahrscheinlich ein Herzton S1 oder S2 aufgetreten ist. Die in Block 152 durchgeführte Analyse kann ein Energievergleichsverfahren oder EKG-Analyse, wie zuvor anhand Block 102 des Pulsdetektionsverfahrens 60b (6) beschrieben wurde, umfassen. Ein MEM- Spektrum des Herztonkandidaten wird dann in Block 154 auf die zuvor in bezug auf Block 104 (6) beschriebene Weise berechnet.
In Block 156 wertet das Pulsdetektionsverfahren 60c die Energiewerte im MEM-Spektrum aus, um die Stelle des zweiten Peaks im Spektrum auszumachen. Der Energiewert des zweiten Peaks, der in Block 158 bestimmt wird, wird als Merkmal verwendet, das auf das Vorhandensein eines Herztons hinweist, und in Block 160 mit einer Schwellenenergie verglichen um zu entscheiden, ob ein Herzton detektiert wurde. Überschreitet der Energiewert des zweiten Peaks die Schwellenenergie, so bestimmt das Pulsdetektionsverfahren 60c im Entscheidungsblock 162, dass ein Herzton detektiert wurde.
Wurde im Entscheidungsblock 162 ein Herzton detektiert, so bestimmt das Pulsdetektionsverfahren 60c in Block 164, dass ein Herzpuls des Patienten vorhanden ist und rät von der Durchführung einer Defibrillationsbehandlung beim Patienten ab. Wurde hingegen im Entscheidungsblock 162 kein Herzton detektiert, so bestimmt das Pulsdetektionsverfahren 60c in Block 166, dass der Patient pulslos ist und dass eine Defibrillation für den Patienten gegebenenfalls angebracht ist. Wie zuvor erwähnt kann eine Analyse der EKG-Daten durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob eine Defibrillationsbehandlung anwendbar ist.
Die 8A und 8C veranschaulichen ein Beispiel der vom Pulsdetektionsverfahren 60c durchgeführten Verarbeitung. Wie zuvor erörtert zeigt 8A eine PKG-Wellenform 140 aus PKG-Rohdaten, die von einem Patienten erhalten wurde, aus denen für mehrere Zeitpunkte ein MEM-Spektrum berechnet wird. Für jeden Zeitpunkt wurde der Energiewert des zweiten Peaks im MEM-Spektrums identifiziert, wie in 8C durch die Kreise dargestellt ist.
In 8C kennzeichnen die Kreise, die ein "x" umgeben, jene MEM-Spektren, deren zweiter Peak eine Schwellenenergie überschreitet, z. B. 0 dB. In diesem speziellen Beispiel wird zwar ein Schwellenwert von 0 dB verwendet, doch können in anderen Ausführungsformen der Erfindung andere Schwellenwerte eingesetzt werden. Die Kreise mit einem "x" in 8C stimmen im Allgemeinen zeitlich mit den in der PKG-Wellenform 140, die in 8A dargestellt ist, sichtbaren Herztönen überein. Für jedes eingekreiste "x" entscheidet das Pulsdetektionsverfahren 60c, dass ein Herzton und somit ein Puls des Patienten vorhanden ist.
Gelegentlich kann es vorkommen, dass ein Rauschen in den PKG-Daten eine fälschliche Detektion eines Herztons verursacht, wenn eine der oben beschriebenen Varianten 60a, 60b oder 60c des Pulsdetektionsverfahrens verwendet wird. So scheinen beispielsweise die beiden eingekreisten "x" in den 8B und 8C, die unmittelbar nach der 0,6-Skunden-Marke auftreten, nicht mit den in 8A zu erkennenden Hertönen übereinzustimmen. Ist das Signal-Rausch-Verhältnis der vom Patienten erhaltenen PKG-Daten nicht ausreichend hoch, um eine solche falsche Detektion eines Herztons unter Verwendung der Varianten 60a, 60b oder 60c des Pulsdetektionsverfahrens zu vermeiden, können die Varianten 60a, 80b und 60c des Pulsdetektionsverfahrens auf eine oder mehrere Weisen kombiniert werden, um eine Variante des Pulsdetektionsverfahrens zu erhalten, die die Spezifität der Herztondetektion verbessert. 10 veranschaulicht eine Variante 60d de Pulsdetektionsverfahrens, das Merkmale der Varianten 60a, 60b und 60c des Pulsdetektionsverfahrens kombiniert.
In 10 beginnt das Pulsdetektionsverfahren 60d in Block 170 durch Erfassen der PKG-Daten des Patienten z. B. auf die zuvor mit Bezug auf Block 70 des Pulsdetektionsverfahrens 60a (4) beschriebene Weise. Nach Erhalt der PKG-Daten werden in den Blöcken 172 und 174 z. B. auf die zuvor in Bezug auf die Blöcke 72 und 74 beschriebene Weise Schätzungen der Momentanenergie und der Hintergrundenergie in den PKG-Daten berechnet. Die geschätzten Momentan- und Hintergrundenergiewerte werden dann in Block 176 z. B. auf die zuvor mit Bezug auf Block 76 beschriebene Weise verglichen, um eine erste Detektionskenngröße oder Merkmal zu erhalten, das das Vorhandensein eines Herztons angibt. Die erste Detektionskenngröße, die in Block 176 erzeugt wird, wird in Block 186 einem Klassierer zugeführt, der die Detektionskenngrößen auswertet, um das Vorhandensein eines Herztons zu bestimmen. Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung ist natürlich klar, dass die in den Blöcken 172 und 174 berechnete Momentan- und Hintergrundener gie in Block 186 auch als separate Defektionskenngrößen direkt einem mehrdimensionalen Klassierer übermittelt werden können, um mit anderen Detektionskenngrößen, die ebenfalls einem mehrdimensionalen Klassierer übermittelt werden, gemeinsam klassifiziert zu werden (d. h. es ist möglich, den in Block 176 durchgeführten Vergleich zu überspringen).
Die in Block 170 erhaltenen PKG-Daten werden auch zur Identifizierung eines Herztonkandidaten und zur Berechnung eines MEM-Spektrums in Block 178 auf die zuvor in Bezug auf die Blöcke 102 und 104 des Pulsdetektionsverfahrens 60b (6) beschriebene Weise) herangezogen. Sobald das MEM-Spektrum berechnet wurde, bestimmt das Pulsdetektionsverfahren 60d in Block 180 die Stelle des zweiten Peaks im MEM-Spektrum.
In Block 182 wird die Frequenz des zweiten Peaks bestimmt und als zweite Detektionskenngröße oder Merkmal dem Klassierer in Block 186 zugeführt. Alternativ dazu kann die zweite Detektionskenngröße durch Vergleichen der Frequenz des zweiten Peaks mit einer Schwellenfrequenz, z. B. auf die zuvor mit Bezug auf Block 108 (6) beschriebene Weise, erhalten werden.
In Block 184 bestimmt das Pulsdetektionsverfahren 60b zudem auch den Energiewert am zweiten Peak und stellt den Energiewert als dritte Detektionskenngröße für den Klassierer in Block 186 bereit. Die Energie des zweiten Peaks kann alternativ dazu mit einer Schwellenenergie z. B. auf die zuvor mit Bezug auf Block 160 (9) beschriebene Weise verglichen werden, um die dritte Detektionskenngröße zu erhalten.
Der Klassierer klassifiziert in Block 186 die erste, zweite und dritte Detektionskenngröße gemeinsam unter Verwendung eines mehrdimensionalen Klassierers, um zu bestimmen, ob ein Herzton und somit ein Puls des Patienten vorhanden ist. Techniken zum Aufbau eines mehrdimensionalen Klassierers sind auf dem Gebiet der Erfindung bekannt. Für eine ausführlichere Beschreibung eines für die vorliegende Er findung geeigneten Klassierers siehe z. B. R. Duda und P. Hart, "Pattern Classification and Scene Analysis", herausgegeben von John Wiley & Sons, New York.
Der Klassierer in Block 186 kann auch ein Bewertungsschema zur Bestimmung des Vorhandenseins eines Pulses des Patienten verwenden. Gibt beispielsweise eine aus der ersten, zweiten oder dritten Detektionskenngröße die Detektion eines Herztons an (d. h. die Momentanenergie hat die Hintergrundenergie um einen Schwellenwert überschritten, die Frequenz des zweiten Peaks war gleich der Schwellenfrequenz oder geringer, oder die Energie des zweiten Peaks hat die Schwellenenergie überschritten), so bestimmt der Klassierer, dass der Patient einen Puls hat. Alternativ dazu kann der Klassierer in Block 186 bestimmen, dass ein Puls vorhanden ist, indem er herausfindet, dass eine Kombination aus der ersten, zweiten und dritten Detektionskenngröße das Vorhandensein eines Herztons angibt (z. B. ein positiver Hinweis der ersten Detektionskenngröße kombiniert mit einem positiven Hinweis der zweiten oder dritten Detektionskenngröße). Der Klassierer kann in Block 186 auch die erste, zweite oder dritte Detektionskenngröße abwägen, um einer Detektionskenngröße bei der Entscheidung, ob ein Herzton detektiert wurde, mehr Gewicht zu verleihen.
Wurde im Entscheidungsblock 188 ein Herzton detektiert, so bestimmt das Pulsdetektionsverfahren 60d in Block 190, dass ein Puls des Patienten vorliegt und rät dem Benutzer des Defibrillators, den Patienten keiner Defibrillation zu unterziehen. Wurde hingegen im Entscheidungsblock 188 kein Herzton detektiert, so bestimmt das Pulsdetektionsverfahren 60d in Block 192, dass der Patient keinen Puls hat und dass eine Defibrillationsbehandlung gegebenenfalls angezeigt ist. Eine Analyse der EKG-Daten, wie zuvor in bezug auf das US-Patent Nr. 4.610.254 beschrieben wurde, kann herangezogen werden, um die Angemessenheit einer Defibrillationsbehandlung zu bestimmen.
Wie zuvor angesprochen kann das Pulsdetektionsverfahren als Teil eines Protokolls eines Defibrillators verwendet werden um zu bestimmen, ob der Patient einer Defibrillationsbehandlung unterzogen werden soll. 11 veranschaulicht Umset zungsart eines Pulsdetektions-/Defibrillationsverfahrens 200, vorzugsweise zur Verwendung mit einem automatisierten externen Defibrillator (AED), der zur Abgabe eines Defibrillationsimpulses fähig ist, wenn bei einem Patienten ein Herzstillstand festgestellt wurde.
Wird ein das Pulsdetektions-/Defibrillationsverfahren 200 implementierender AED in Betrieb genommen, so geht das Pulsdetektions-/Defibrillationsverfahren 200 auf Block 202 über, bei dem der AED seine Schaltungen startet. Die PKG-/Defibrillationselektroden des AED werden auf dem Patienten platziert. Ist der AED betriebsbereit, geht das Verfahren auf Block 204 über, bei dem der AED die Analyse des Patienten durchführt, im Zuge derer der AED ausgewählte Parameter, etwa die PKG-Daten und EKG-Daten, des Patienten erfasst. Während der in Block 204 durchgeführten Analyse teilt der AED dem Benutzer des AED Folgendes mit: "Analyse wird durchgeführt. Bitte Zurücktreten".
Bestimmt der AED zu irgendeinem Zeitpunkt, dass die PKG-/Defibrillationselektroden nicht am AED angeschlossen sind, geht das Verfahren auf Block 206 über, an dem der AED dem Benutzer den Befehl "Elektroden anschließen" erteilt. Fühlt der AED das Vorhandensein der angeschlossenen Elektroden ab, so kehrt das Verfahren zur Analyse in Block 204 zurück. Gleichermaßen geht das Verfahren 200 auf Block 206 über und erteilt dem Benutzer den Befehl zum Anschließen der Elektroden, wenn der AED in einem beliebigen anderem Zustand ist, in dem die Elektroden nicht angeschlossen sind, wie durch Block 208 dargestellt ist.
Während der in Block 204 durchgeführten Analyse geht das Verfahren 200 auf Block 210 über, wenn der AED eine Bewegung des Patienten detektiert, und teilt dem Benutzer des AED mit: "Bewegung detektiert. Bewegung beenden". Wird der Patient während des Analyseverfahrens 204 bewegt, ist eine Beeinträchtigung der Analyse durch Rauschen und andere Signalverschmutzungen wahrscheinlicher. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Bewegung des Patienten durch einen Impedanzkanal detektiert, der die zwischen den auf dem Patienten platzierten PKG-/Defibrillationselektroden gemessene Impedanz auswertet. Schwankt die gemessene Impedanz außerhalb eines vorbestimmten Bereichs, so bestimmt der AED, dass der Patient bewegt wird und leitet das Verfahren 200 zu Block 210 um. Hört die Bewegung auf, kehrt das Verfahren 200 zur Analyse in Block 204 zurück.
Sobald die Analyse in Block 204 abgeschlossen ist, geht das Verfahren 200 auf einen Entscheidungsblock 212 über, an dem bestimmt wird, ob ein Puls des Patienten detektiert wurde. Die in Block 212 durchgeführte Pulsdetektion kann eine oder eine Kombination aus den Varianten 60a, 60b, 60c oder 60d der oben beschriebenen Pulsdetektionsverfahren sein und kann eine Analyse eines beim Patienten abgefühlten physiologischen Signals umfassen, bei dem es sich nicht um akustische Energie (PGK) handelt.
Wird kein Puls des Patienten detektiert, so geht das Verfahren auf eine Entscheidungsblock 214 über, an dem bestimmt wird, ob der Patient einen zu schockenden Herzrhythmus (z. B. Kammerflimmern (VF) oder ventrikuläre Tachycardie (VT)) oder einen nicht zu schockenden Herzrhythmus (etwa Asystolie und Bradicardie) aufweist. Wie zuvor erwähnt ist ein geeignetes Verfahren zur Unterscheidung eines zu schockenden von einem nicht zu schockenden Herzrhythmus im US-Patent Nr. 4.610.254 geoffenbart.
Wird bestimmt, dass der Herzrhythmus des Patienten zu schocken ist, zu geht das Verfahren 200 auf Block 216 über, an dem der AED die Abgabe eines Defibrillationsimpulses an den Patienten vorbereitet. Hierbei wird eine Energiespeichervorrichtung, etwa eine Kondensatorbatterie, im AED auf einen bestimmten Pegel geladen. Gleichzeitig teilt der AED dem Benutzer des AED mit: "Schock empfohlen".
Sobald die Energiespeichervorrichtung vollständig geladen ist, geht das Verfahren 200 auf einen Block 218 über, an dem der AED zur Abgabe des Defibrillationsimpulses bereit ist. Der Benutzer des AED erhält die Mitteilung: "Bitte Zurücktreten. Drücken zur Schockauslösung". Sobald der Benutzer des AED die Abgabe des Defibrillationsimpulses einleitet, geht das Verfahren 200 auf Block 220 über und gibt den Defibrillationsimpuls an den Patienten ab. Handelt es sich beim abgegebenen Impuls um den ersten oder den zweiten Defibrillationsimpuls, der an den Patienten abgegeben wurde, so kehrt das Verfahren zu Block 204 zurück, an dem der Patient einer erneuten Analyse unterzogen wird. Handelte es sich beim abgegebenen Impuls hingegen um den dritten Defibrillationsimpuls, der an den Patienten abgegeben wurde, so geht das Verfahren auf Block 222 über, an dem der AED dem Benutzer den Beginn einer HLW-Behandlung des Patienten empfiehlt, in dem z. B. die Nachricht "Kein Schock empfohlen. Beginne HLW" verwendet wird.
Was nun erneut den Entscheidungspunkt 214 betrifft, so geht das Verfahren auf Block 222 über, wenn ein nicht zu schockender Herzrhythmus des Patienten festgestellt wird, und rät dem Benutzer zur Durchführung der HLW-Behandlung. Auch an diesem Punkt teilt der AED dem Benutzer mit: "Kein Schock empfohlen. Beginne HLW". Vorzugsweise wird die Aufforderung zur Durchführung der HLW einen definierten Zeitraum über angezeigt. Endet der Zeitraum für die HLW, so geht das Verfahren 200 zum Entscheidungsblock 204 über und führt eine andere Analyse am Patienten durch.
Zurückkommend auf den Entscheidungsblock 212 geht das Verfahren 200 zu einem Entscheidungsblock 224 über, an dem bestimmt wird, ob der Patient atmet. Hierbei kann der AED ein beliebiges einer Vielzahl an gängigen Mitteln zur automatischen Bestimmung der Atmungsaktivität des Patienten heranziehen. Solche Mittel umfassen das Anbringen einer Probenröhre an den Mund des Patienten zur Analyse der Schwankungen des vom Patienten ausgeatmeten Kohlendioxids. Andere Mittel umfassen das Beobachten von Veränderungen der Impedanz des Patienten, die auf eine Änderung des Lungenvolumens des Patienten hinweisen. Wiederum andere Mittel umfassen das Umspannen des Brustkorbs des Patienten mit einem Band mit Dehnungsmesser, um die durch die Atmung bedingte Weitung des Brustkorbs des Patienten zu beobachten. Alternativ dazu kann der AED den Benutzer des AED auffordern, Informationen darüber einzugeben (z. B. durch Drücken eins Knopfs), ob der Patient atmet, wenn keine automatischen Mittel zur Detektion der Atmung des Patienten zur Verfügung stehen.
Bestimmt das Verfahren 200 in Block 224, dass der Patient nicht atmet, so geht das Verfahren 200 auf Block 226 über, an dem der Benutzer des AED den Rat erhält, mit der Rettungsbeatmung zu beginnen. Hierbei berichtet der AED dem Benutzer Folgendes: "Puls detektiert. Beginne Rettungsbeatmung". Der AED führt die Überwachung des Herzpulses des Patienten fort und kehrt zu Block 204 zurück, wenn kein Herzpuls mehr detektiert wird. Detektiert der AED zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Verabreichung der Rettungsbeatmung, dass der Patient selbst atmet, geht das Verfahren 200 auf Block 228 über, an dem der AED den Patienten auf das fortgesetzte Vorhandensein von Atmung und Herzpuls hin überwacht.
Bestimmt das Verfahren 200 in Block 224 hingegen, dass der Patient atmet, so geht das Verfahren 200 auf Block 228 über, an dem der AED den Status des Patienten überwacht. Hierbei berichtet der AED: "Puls und Atmung detektiert. Überwachung des Patienten". Detektiert der AED zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Überwachung des Patienten, dass der Patient nicht mehr atmet, geht das Verfahren 200 auf Block 226 über, an dem der Benutzer des AED den Hinweis erhält, mit der Rettungsbeatmung zu beginnen. Wird kein Herzpuls des Patienten mehr detektiert, so geht das Verfahren 200 von Block 228 auf Block 204 über, um eine neue Analyse des Patienten zu beginnen.
Schlussendlich kann, wie in 11 angemerkt ist, der AED während des Rettungsbeatmungsverfahrens in Block 226 oder des in Block 228 durchgeführten Überwachungsverfahrens prüfen, ob eine HLW des Patienten durchgeführt wird. Stellt der AED fest, dass die HLW ausgeführt wird, kann der AED den Benutzer auffordern, die HLW zu beenden. Bestimmt der AED während des HLW-Zeitraums von Block 222, dass der Patient keiner HLW unterzogen wird, so kann der AED den Benutzer an die Durchführung einer HLW-Behandlung des Patienten erinnern. ein Verfahren zur Bestimmung der Durchführung einer HLW am Patienten ins die Überwachung der Impedanz des Patienten zur Beobachtung von Schwankungsmustern der Impedanz des Patienten, die auf eine HLW hinweisen.
Wir zuvor erörtert wurde, kann die Analyse der EKG-Daten mit der Analyse der PKG-Daten kombiniert werden, um das Vorhandensein eines Herzpulses des Patienten zu bestimmen. In einem Aspekt kann die Detektion eines QRS-Komplexes in den EKG-Daten, der dem Zeitpunkt vorangeht, zu dem ein Herzton auftritt, zur Bestätigung der Detektion eines Herztons dienen. In einem anderen Aspekt kann die Detektion eines QRS-Komplexes in den EKG-Daten dazu verwendet werden, die PKG-Daten zu identifizieren, die für das Herzton-Detektionsverfahren von Nutzen sind, da das Auftreten eines Herztons nach dem Auftreten eines QRS-Komplexes zu erwarten ist, wenn ein Herzpuls des Patienten vorhanden ist. Dieser Aspekt der Erfindung ist für die Identifikation eines Herztonkandidaten in den PKG-Daten hilfreich. Zudem ist er bei der Bestimmung hilfreich, ob der Patient in einem Zustand der pulslosen elektrischen Aktivität ist. Wurde ein QRS-Komplex in den EKG-Daten gefunden und tritt innerhalb eines erwarteten Zeitraums danach kein Herzton auf, so befindet sich der Patient in einem Zustand der pulslosen elektrischem Aktivität, der dem Benutzer der Vorrichtung mitgeteilt werden kann (z. B. gemeinsam mit der HLW-Aufforderung in Block 222 des in 11 dargestellten Pulsdetektions-/Defibrillationsverfahrens 200).
Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurden, versteht es sich, dass an diesen Ausführungsformen verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise verwendet das hierin detailliert beschriebene Pulsdetektionsverfahren zwar die Analyse der PKG-Daten zur Bestimmung des Vorhandenseins eines Herzpulses, doch ist bekannt, dass Pulsdetektionsverfahren auch Daten, die von anderen beim Patienten abgefühlten physiologischen Signalen erhalten werden, auf Merkmale analysieren kann, die auf das Vorhandensein eines Herzpulses hinweisen. Beispielsweise können Schwankungen der transthorakalen Impedanz des Patienten mit dem Auspumpen von Blut aus dem Herzen in Zusammenhang gebracht werden. Durch Überwachung charakteristischer Schwankungen der transthorakalen Impedanz des Patienten kann das Pulsdetektionsverfahren das Herzzeitvolumen des Patienten überwachen und somit das Vorhandensein eines Herzpulses bestimmen. Ultraschallsignale aus Doppler-Ultraschallsonden, die am Patienten angeordnet werden, können ebenfalls zur Überwachung und Quantifizierung des Blutflusses im Patienten und somit zur Bestimmung des Vorhandenseins eines Herzpulses verwendet werden.
Außerdem wird hierin die Verwendung eines MEM-Spektrums für die Spektralanalyse der PKG-Daten detailliert beschrieben, doch ist Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung bekannt, dass auch andere Spektralanalyseverfahren, einschließlich solcher, die auf einer Fourier-Transformation beruhen, stattdessen eingesetzt werden können. Außerdem können, wie bereits angemerkt, der temporale Energieaspekt und der spektrale Energieaspekt der Erfindung separat oder gemeinsam angewendet werden, um das Vorhandensein eines Herztons beim Patienten zu bestimmen. Daher ist der Schutzumfang als durch die folgenden Ansprüche bestimmt zu betrachten.

Claims

Medizinische Vorrichtung, die Folgendes umfasst: (a) eine Phonokardiogramm-(PKG-)Elektrode (30), die so angepasst ist, dass sie PKG-Signale in einem Patienten (40) abtastet; (b) eine Konvertierungsschaltung (36), die mit der PKG-Elektrode zur Umwandlung der PKG-Signale in digitale PKG-Daten verbunden ist; und (c) eine Verarbeitungseinheit (38), die mit der Konvertierungsschaltung zur Verarbeitung der digitalen PKG-Daten verbunden ist, wobei die Verarbeitungseinheit gemäß den programmierten Anweisungen zur Analyse der PKG-Daten und zur Bestimmung eines Merkmals, welches das Vorhandensein eines Herztons im Patienten (40) anzeigt, arbeitet, wobei durch die Verarbeitungseinheit (38) das ermittelte Merkmal ausgewertet wird, um das Vorhandensein eines Herztons zu bestimmen und zudem das Vorhandensein eines Herzpulses in dem Patienten (40) auf der Basis der bestimmten Anwesenheit eines Herztons zu bestimmen. dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung darüber hinaus Folgendes umfasst: einen Defibrillationspulsgenerator (50), der mit der Verarbeitungseinheit verbunden ist, wobei der Defibrillationsgenerator (50) so aufgebaut ist, dass an den Patienten (40) ein Defibrillationspuls abgegeben wird, wenn durch die Verarbeitungseinheit bestimmt wird, dass ein Herzpuls im Patienten (40) nicht vorhanden ist.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiters eine Anzeige (48) umfasst, die mit der Verarbeitungseinheit (38) verbunden ist, wobei die Verarbeitungseinheit (38) so aufgebaut ist, dass auf der Anzeige (48) eine Nachricht angezeigt wird, die wiedergibt, ob das Vorhandensein eines Herzpulses im Patienten festgestellt wird.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die medizinische Vorrichtung ein automatisierter externer Defibrillator ist.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, die zudem ein Eingabegerät (46) umfasst, das einer die medizinische Vorrichtung betreibenden Person ermöglicht, die Abgabe des Defibrillationspulses zu initiieren, wenn durch die Verarbeitungseinheit bestimmt wird, dass der Patient über keinen Herzpuls verfügt.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Merkmal, welches das Vorhandensein eines Herztons anzeigt, ein temporäres Energiemerkmal ist.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 5, worin das temporäre Energiemerkmal durch die Verarbeitungseinheit aus der Ermittlung einer relativen Energieveränderung zwischen einer geschätzten ersten Energie in den PKG-Daten und einer geschätzten zweiten Energie in den PKG-Daten bestimmt wird.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 6, worin die erste Energie anhand eines ersten Satzes an PKG-Daten und die zweite Energie anhand eines zweiten Satzes an PKG-Daten geschätzt wird und worin der zweite Satz an PKG-Daten vor dem ersten Satz an PKG-Daten erhalten wird.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Merkmal, welches das Vorhandensein eines Herztons anzeigt, ein spektrales Energiemerkmal ist.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 8, worin das spektrale Energiemerkmal mittels der Verarbeitungseinheit (38) aus der Berechnung eines Energiespektrums der PKG-Daten und der Lokalisierung einer Peakenergie im Energiespektrum ermittelt wird, wobei der Energiewert der lokalisierten Peakenergie als spektrales Energiemerkmal verwendet wird.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 8, worin das spektrale Energiemerkmal mittels der Verarbeitungseinheit (38) aus der Berechnung eines Energiespektrums der PKG-Daten und der Lokalisierung einer Peakenergie im Energiespektrum ermittelt wird, wobei die Frequenz, bei der die auftretende lokalisierte Peakenergie auftritt, als spektrales Energiemerkmal verwendet wird.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Merkmal, welches das Vorhandensein eines Herztons anzeigt, ein erstes Merkmal ist und worin die Verarbeitungseinheit zudem gemäß den programmierten Anweisungen zur Analyse der PKG-Daten sowie zur Bestimmung eines zweiten Merkmals, welches das Vorhandensein eines Herztons anzeigt, arbeitet, wobei die Verarbeitungseinheit (38) ermittelt, ob ein Herzton vorhanden ist, indem die ersten und zweiten Merkmale ausgewertet werden.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 11, worin das erste und das zweite Merkmal ein temporales Energiemerkmal oder ein spektrales Energiemerkmal ist, das aus den PKG-Daten stammt.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, die zudem eine Vielzahl an Elektrokardiogramm-(EKG-)Elektroden (12, 14) umfasst, die so angepasst sind, dass sie EKG-Signale in einem Patienten abtasten, wobei die EKG-Elektroden (12, 14) mit einer Konvertierungsschaltung (36) verbunden sind, die so aufgebaut ist, dass dadurch die EKG-Signale zu digitalen EKG-Daten umgewandelt werden, die der Verarbeitungseinheit übermittelt werden.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 13, worin die Verarbeitungseinheit (38) so aufgebaut ist, dass sie gemäß den programmierten Anweisungen zur Analyse der EKG-Daten arbeitet, um die Gegenwart eines ORS-Komplexes in den EKG-Daten sowie das Vorhandensein eines Herzpulses im Patienten (40) zu bestimmen, wenn der ORS-Komplex in den EKG-Daten innerhalb eines erwartungsgemäßen Zeitraums erfolgt, der dem Auftreten eines Herztons in den PKG-Daten vorangeht, und worin das Auftreten des ORS-Komplexes in den EKG-Daten zur Identifizierung der PKG-Daten verwendet wird, die zur Bestimmung eines Herztons gebraucht werden.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 13, worin die Verarbeitungseinheit (38) so aufgebaut ist, dass dem Defibrillationspulsgenerator (50) übermittelt wird, einen Defibrillationspuls zu erzeugen, wenn die Verarbeitungseinheit bestimmt, dass der Patient über keinen Herzpuls verfügt und dass die vom Patienten erhaltenen EKG-Daten auf einen Herzrhythmus hinweisen, der sich zur Behandlung mittels Defibrillationstherapie eignet.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 13, die zudem eine Anzeige (48) umfasst, die mit der Verarbeitungseinheit verbunden ist, wobei die Verarbeitungseinheit (38) so aufgebaut ist, dass auf die Anzeige (48) eine Nachricht angezeigt wird, die empfiehlt, ob der Patient (40) einer Herz-Lungen-Wiederbelebung (HLW) unterzogen werden soll, wenn durch die Verarbeitungseinheit (38) bestimmt wird, dass der Patient (40) über keinen Herzpuls verfügt und wenn die vom Patienten (40) erhaltenen EKG-Daten darauf hinweisen, dass sich der Herzrhythmus nicht für eine Defibrillationstherapie eignet.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 16, worin die Verarbeitungseinheit (38) aufgebaut ist, um die Abgabe von Defibrillationspulsen an den Patienten (40) zu verfolgen und auf der Anzeige eine Nachricht anzuzeigen, die empfiehlt, dass der Patient (40) einer LHW unterzogen wird, wenn die an den Patienten (40) abgegebenen Defibrillationspulse einer vorbestimmten Anzahl entspricht oder darüber liegt.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 16, worin die Verarbeitungseinheit (38) so aufgebaut ist, dass sie auf der Anzeige (48) eine Nachricht anzeigt, die wiedergibt, dass sich der Patient in einem pulslosen Zustand elektrischer Aktivität befindet, wenn der ORS-Komplex in den EKG-Daten auftritt und es in den PKG-Daten zu keinem Herzton kommt.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 16, worin die Verarbeitungseinheit eine Nachricht auf der Anzeige (48) anzeigt, wenn die Verarbeitungseinheit (38) ermittelt, dass der Patient über einen Herzpuls verfügt, durch welche empfohlen wird, dass der Patient einer Rettungsbeatmung unterzogen wird, wenn der Patient auch nicht atmet.