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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der kardialen Reizleitung,
insbesondere zur Ermittlung der dreidimensionalen kardialen Reizleitung,
bei einem Patienten sowie eine zugehörige medizinische
Einrichtung zur Ermittlung der kardialen Reizleitung.
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Bei
zahlreichen Erkrankungen im Bereich der Kardiologie, beispielsweise
bei einem Herzinfarkt oder Herzrhythmusstörungen, ist die
Ausbreitung der elektrischen Signale im Herzen verändert.
Daraus resultiert eine Veränderung des elektrischen Feldes des
Herzens, dessen Summenvektor sich in Änderungen der elektrischen
Potentiale an der Körperoberfläche eines Patienten
zeigt.
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Bei
einem Elektrokardiogramm (EKG) werden die elektrischen Potentiale
bzw. die Änderungen der elektrischen Potentiale an der
Körperoberfläche des Patienten erfasst, um daraus
Rückschlüsse auf die Ausbreitung der elektrischen
Erregung im Herzen bzw. das elektrische Feld des Herzens zu ziehen.
Die Potentialänderungen werden im zeitlichen Verlauf als Kurven
dargestellt, um so später einem Arzt eine Diagnose von
Krankheiten zu ermöglichen.
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In
einem konventionellen EKG ist die Beurteilung der kardialen Reizleitung
jedoch eingeschränkt, da die Elektroden selbst bei einem
12-kanaligen EKG nicht in allen Ebenen angeordnet sind, so dass
Ausbreitungen des elektrischen Feldes, die einen Vektor senkrecht
zu den erfassten Ebenen aufweisen, nicht erfasst werden. Dieses
Problem lässt sich teilweise durch eine Erhöhung
der Elektrodenzahl lösen, wodurch aber die Befundung immer schwieriger
wird, da die Zahl der Kurven sehr hoch ist und diese letztlich schwierig
zu interpretieren sind, so dass gut ausgebildete Spezialisten für
eine Beurteilung erforderlich sind.
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Deswegen
ist es vorteilhaft, statt der Potentialänderungen an der
Körperoberfläche des Patienten als einzelne Kurven
tat sächlich die Ausbreitung der Reizleitung im Herzen,
also den entsprechenden Summenvektor selbst, zu erfassen. Damit
wäre es bei einer anschließenden Befundung deutlich
einfacher, Herzerkrankungen zu erkennen und eine Behandlung zu planen.
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Eine
derartige Darstellung wird als „Vektorkardiogramm" bezeichnet
und konnte im Forschungsbereich beispielsweise am isoliert schlagenden
Herzen ermittelt werden. Bei einem lebenden Patienten ist die Rekonstruktion
eines solchen Vektorkardiogramms nur sehr schwer möglich,
da die bisher existierenden Lösungen mit einem erheblichen
Aufwand verbunden sind.
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Beispielsweise
zeigt die
DD 284 594 eine Vorrichtung
zur Ableitung von Herzpotentialen, bei der die Elektroden mit mechanischen
Positionierhilfen in Position gebracht werden. Anschließend
wird die Stellung dieser Positionierhilfen gemessen und diese Information
genutzt.
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Der
Grund, dass die bisher existierenden Verfahren zur Rekonstruktion
von Vektorkardiogrammen sehr aufwendig und wenig praktikabel sind,
ist darin zu suchen, dass für die Rekonstruktion der Erregungsausbreitung
des Herzens anhand der gemessenen Potentiale die genaue Position
der verwendeten Elektroden und die Anatomie, also besonders die
Herzform, bekannt sein müssen.
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Der
Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein diesbezüglich
verbessertes Verfahren zur Ermittlung der kardialen Reizleitung,
insbesondere der dreidimensionalen kardialen Reizleitung, bei einem
Patienten anzugeben.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe ist ein derartiges Verfahren vorgesehen,
das die folgenden Schritte aufweist:
- – Anordnung
von Elektrokardiogramm-Elektroden am Körper des Patienten,
- – Erstellung wenigstens einer die Elektrokardiogramm-Elektroden
zumindest teilweise erfassenden Bildaufnahme wenigstens eines Bereichs
des Körpers des Patienten mit wenigstens einer bildgebenden
Modalität,
- – seitens einer Recheneinrichtung Bestimmung der Positionen
der in der Bildaufnahme erfassten Elektrokardiogramm-Elektroden
in einem der bildgebenden Modalität zugeordneten Koordinatensystem
direkt anhand der Bildaufnahme,
- – Aufnahme von Potentialdaten wenigstens eines Teils
der in der Bildaufnahme erfassten Elektrokardiogramm-Elektroden
und
- – in Abhängigkeit der bestimmten Positionen
der Elektrokardiogramm-Elektroden, der wenigstens einen Bildaufnahme
und der wenigstens einen Aufnahme von Potentialdaten der Elektrokardiogramm-Elektroden
Rekonstruktion der kardialen Reizleitung durch die Recheneinrichtung.
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Erfindungsgemäß werden
somit zunächst EKG-Elektroden am Körper des Patienten
angeordnet, wobei vorteilhafterweise eine Matrix von EKG-Elektroden
gewählt wird. Die Anzahl bzw. Anordnung der Elektroden
ist dabei derart ausgestaltet, dass mit den Elektroden der größte
Teil des Oberkörpers des Patienten erfasst wird.
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Danach
wird mit einer bildgebenden Modalität bzw. mit mehreren
bildgebenden Modalitäten zumindest eine Bildaufnahme wenigstens
eines Bereichs des Körpers des Patienten, also vorteilhafterweise
eines Bereichs des Oberkörpers oder des Thorax bzw. des
gesamten Oberkörpers, der mit Elektrokardiogramm-Elektroden
bedeckt ist, erstellt. Die Bildaufnahme kann eine aus den Bilddaten
mehrerer verschiedener Modalitäten zusammengesetzte Bildaufnahme
sein bzw. eine Bildaufnahme, für die nur Bilddaten einer
Modalität herangezogen wurden. Vorteilhafterweise sind
in der Bildaufnahme alle am Körper des Patienten angeordneten
Elektroden erkennbar.
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Bei
der Auswahl der bildgebenden Modalität ist darauf zu achten,
dass die Elektrokardiogramm-Elektroden in der Bildaufnahme erkennbar sind
bzw. dass das Bildaufnahmeverfahren zu den EKG-Elektroden kompatibel
ist.
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Anhand
der Bildaufnahme werden seitens einer Recheneinrichtung die Positionen
der in der Bildaufnahme erfassten Elektrokardiogramm-Elektroden zumindest
teilweise bestimmt. Die Positionsbestimmung erfolgt dabei zweckmäßigerweise
derart, dass die Koordinaten in einem Koordinatensystem, das der
bildgebenden Modalität zugeordnet ist, angegeben werden.
Prinzipiell ist das Koordinatensystem frei wählbar. Erfindungsgemäß wird
direkt anhand der Bilddaten, also direkt anhand der in der Bildaufnahme
zu sehenden EKG-Elektroden, deren Position z. B. mit einer Software
mit Bildverarbeitungsroutinen bestimmt. In diesem Sinne wird die
Elektrodenposition sofort anhand der Bildaufnahme der bildgebenden Modalität,
also beispielsweise einer Magnetresonanzaufnahme, bestimmt.
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Darüber
hinaus werden erfindungsgemäß die Potentialdaten
wenigstens eines Teils, vorzugsweise aller, der in der Bildaufnahme
erfassten Elektrokardiogramm-Elektroden aufgenommen. Dies kann beispielsweise
gleichzeitig bzw. im Wesentlichen zeitgleich mit der Erstellung
der Bildaufnahme mit der bildgebenden Modalität geschehen.
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In
Abhängigkeit der bestimmten Positionen der Elektrokardiogramm-Elektroden,
der wenigstens einen Bildaufnahme und der wenigstens einen Aufnahme
von Potentialdaten der Elektrokardiogramm-Elektroden wird durch
die Recheneinrichtung, die hierzu eine geeignete Rechenkonstruktionssoftware
aufweist bzw. Zugriff auf eine solche hat, die kardiale Reizleitung
rekonstruiert bzw. berechnet. Aus der Bildaufnahme bzw. den mehreren
Bildaufnahmen kann dabei die Beeinflussung durch das Gewebe, insbesondere
ein umliegendes bzw. das Herz umgebendes Gewebe, extrahiert werden.
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Das
Verfahren kann zumindest teilweise automatisch durch die Recheneinrichtung
durchgeführt werden, wobei gegebenenfalls eine Überwachung durch
technisches Personal oder einen Ingenieur oder Naturwissenschaftler,
insbesondere einen Physiker, vorgesehen sein kann. Der Techniker
oder Naturwissenschaftler kann gegebenenfalls über ein Bildausgabemittel
der Recheneinrichtung bestimmte Vorgaben für die Bildaufnahme
bzw. die Aufnahme von Potentialdaten durch die EKG-Elektroden oder die
Rekonstruktion der kardialen Reizleitung anhand der aufgenommenen
Messdaten vorgeben. Auch die Anordnung der Elektrokardiogramm-Elektroden,
die durch physikalische Erwägungen geprägt ist,
kann durch das technische Personal vorgenommen werden. Alternativ
kann entsprechend geschultes medizinisches Personal eingesetzt werden.
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Durch
die direkte Positionsbestimmung der EKG-Elektroden aus der Bildaufnahme
bzw. den Bildaufnahmen ist eine Elektrodenerfassung bzw. -erkennung
ohne weitere Umrechnungsverfahren möglich. Es ist also
nicht mehr erforderlich, zur Positionsbestimmung der Elektroden
eine komplizierte Umrechnung bzw. Transformation durchzuführen,
die auf vorher oder unabhängig von der EKG-Aufnahme angefertigten
Bildaufnahmen basiert, die gegebenenfalls die Elektroden überhaupt
nicht bzw. nicht in der aktuell für die EKG-Aufnahme richtigen
Lage zeigen.
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Vorteilhafterweise
wird wenigstens eine Bildaufnahme zumindest im Wesentlichen zeitgleich
mit der Aufnahme von Potentialdaten der Elektrokardiogramm-Elektroden
und/oder im Zeitraum zwischen zwei Aufnahmen von Potentialdaten
der Elektrokardiogramm-Elektroden erstellt. Es wird also mit besonderem
Vorteil einer Erfassung der Bilddaten, also beispielsweise von Magnetresonanztomographiedaten, während
der Messung der EKG-Daten durchgeführt. Dadurch wird es
möglich, die elektrische Erregungsausbreitung im Herz durch
eine Kombination von unmittelbar zusammengehörenden EKG-Daten
und Magnetresonanztomographiedaten zu bestimmen. Die EKG-Daten liefern
dabei die Informationen über die elektrischen Potentiale
an der Körperoberfläche des Patienten, während
die Magnetresonanzto mographiedaten die Form bzw. Anatomie des Herzens, des
Thorax und die Position der Elektroden angeben bzw. sich diese aus
diesen Daten ableiten lässt.
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Dabei
kann die EKG-Aufnahme kontinuierlich bzw. in kurzen Zeitabständen
durchgeführt werden, während gleichzeitig die
Magnetresonanzaufnahmen bzw. Aufnahmen mit einem anderen bildgebenden
Verfahren erstellt werden, wozu bestimmte Aufnahmesequenzen bzw.
Aufnahmefolgen verwendet werden können.
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Durch
die Bildaufnahme wird somit die Anatomie, also insbesondere die
Lage des Herzens und die Form des Thorax, erfasst, während
sich gleichzeitig durch die Positionsbestimmung der Elektrokardiogramm-Elektroden
die elektrischen Potentiale an der Körperoberfläche
des Patienten räumlich genau zuordnen lassen.
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Wenigstens
eine Bildaufnahme kann erfindungsgemäß durch die
Aufnahme und/oder Auswertung von Potentialdaten der Elektrokardiogramm-Elektroden
getriggert erstellt werden und/oder es können Bildaufnahmen
im Rahmen von Bildsequenzen erstellt werden, insbesondere von sehr
schnellen Bildsequenzen. Dies ermöglicht eine effektive
simultane Aufnahme der Potentiale der Elektroden sowie der Magnetresonanzdaten
oder anderer Daten eines anderen bildgebenden Verfahrens. Durch
die Triggerung, insbesondere die EKG-Triggerung, wird eine mögliche
Bewegungsunschärfe minimiert. Weiterhin ermöglichen
sehr schnelle Sequenzen für die Bildaufnahme eine hohe
Zeitauflösung.
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Als
bildgebende Modalität kann eine Magnetresonanzeinrichtung
und/oder eine Computertomographieeinrichtung und/oder eine andere
röntgenbasierte Einrichtung verwendet werden. Dabei können
die Bildaufnahmen gegebenenfalls aus Daten verschiedener Bildaufnahmeverfahren
kombiniert werden. Beispielsweise können mit einer Magnetresonanzeinrichtung
Aufnahmen gefertigt werden, in denen die Position der Elektrokardiogramm- Elektroden
besonders gut zu erkennen ist, während weitere Informationen
aus Röntgenaufnahmen bezogen werden.
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Ausschlaggebend
für die Auswahl der bildgebenden Modalität bzw.
eine Kombination bildgebender Modalitäten ist letztlich
die Frage, ob daraus die Form des Herzens, des Thorax und die Position der
verwendeten Elektroden hinreichend gut bzw. genau ermittelt werden
können.
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Aus
der wenigstens einen Bildaufnahme kann ein, bei mehreren Bildaufnahmen
insbesondere zeitaufgelöstes, dreidimensionales Modell
des Thorax ermittelt werden. Dieses dreidimensionale Modell des
Thorax kann in der Folge, beispielsweise mit einer automatischen
Bildverarbeitung, weiter verarbeitet werden, um die interessierenden
Bereiche zu erkennen bzw. die Elektroden zu lokalisieren. Werden mehrere
Bildaufnahmen, beispielsweise im Rahmen einer schnellen Aufnahmesequenz
bzw. eines Filmes erstellt, so lässt sich daraus zeitaufgelöst
unter Berücksichtigung der Herz- bzw. Atembewegung ein dreidimensionales
Modell des Thorax ermitteln, das dann ebenfalls als Grundlage für
die Ermittlung der dreidimensionalen Reizausbreitung im Herzen des Patienten
dienen kann.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung können seitens einer bzw. der
zuvor erwähnten Recheneinrichtung in dem dreidimensionalen
Modell des Thorax automatisch das Herz und/oder die Oberfläche
des Thorax und/oder die räumliche Position der Elektrokardiogramm-Elektroden
bestimmt werden, insbesondere mittels wenigstens eines Segmentierungsverfahrens.
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Hierzu
ist auf der Recheneinrichtung eine entsprechende Software vorhanden
bzw. kann diese auf eine entsprechende Software oder ein Softwarepaket
einer anderen Recheneinrichtung oder eines externen Speichermediums
zugreifen, die oder das eine Gewebesegmentierung ermöglicht.
Damit können die Form des Herzens bzw. das Herz als solches lokalisiert
und erkannt werden, ebenso die Körperoberfläche
des Patienten. Das Segmentierungsverfahren kann mit Hilfe geeigneter
Mustererken nungsverfahren sowie unter Rückgriff auf anatomische
Bibliotheken vollständig oder weitgehend automatisiert
ablaufen. Gegebenenfalls sind unterstützende Eingriffe eines
Bedieners möglich. Beispielsweise kann dieser vorab bestimmte
Parameter für die Segmentierung wählen.
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Des
Weiteren kann aus der wenigstens einen Bildaufnahme oder den mehreren
Bildaufnahmen ein dreidimensionales Modell erstellt werden, in dem
die Gewebe segmentiert und diesen elektrische Eigenschaften zugewiesen
werden. Bei mehreren Bildaufnahmen in einer definierten zeitlichen
Abfolge kann dieses Modell wiederum zeitaufgelöst erstellt werden.
Die Gewebesegmentierung und die Zuweisung von elektrischen Eigenschaften
bildet dabei die Grundlage für die Bestimmung der Reizausbreitung im
Herzen des Patienten. Das dreidimensionale Modell mit den segmentierten
Gewebebestandteilen und diesen zugewiesenen elektrischen Eigenschaften
kann auf einem dreidimensionalen Modell des Thorax, das gegebenenfalls
vorab ermittelt wurde, basieren.
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Mittels
des dreidimensionalen Modells kann die kardiale Reizleitung rekonstruiert
werden. Die Segmentierung erlaubt die Unterscheidung zwischen unterschiedlichen
Geweben, wobei die Zuordnung von elektrischen Eigenschaften eine
gezielte Vorhersage bzw. Berechnung der Beeinflussung eines elektrischen
Feldes und damit der Erregungsausbreitung ermöglicht.
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Die
kardiale Reizleitung kann erfindungsgemäß mit
besonderem Vorteil in Form eines Vektorkardiogramms, insbesondere
eines dreidimensionalen Vektorkardiogramms, rekonstruiert werden.
Ein derartiges Vektorkardiogramm stellt die Ausbreitung der Reizleitung
im Herzen, vorteilhafterweise als dreidimensionalen Summenvektor,
dar. Damit ist es bei einer nachgeordneten Befundung effektiv möglich, Störungen
wie Herzrhythmusstörungen und dergleichen zu erkennen und
eine Behandlung zu planen.
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Die
rekonstruierte kardiale Reizleitung kann seitens einer Recheneinrichtung,
gegebenenfalls mittels der Recheneinrichtung, die bereits die Segmentierung
bzw. Positionsbestimmung der Elektroden durchgeführt hat,
insbesondere auf einem Bildausgabemittel der Recheneinrichtung,
zusammen mit der wenigstens einen Bildaufnahme visualisiert werden.
Dabei können die eine oder mehrere Bildaufnahmen benachbart
zu bzw. neben einer Darstellung der rekonstruierten kardialen Reizleitung,
insbesondere in Form eines Vektorkardiogramms, dargestellt werden.
Dies kann gegebenenfalls mittels einer gemeinsamen Software zur
Visualisierung geschehen. Ebenso ist es möglich, dass die
rekonstruierte kardiale Reizleitung direkt in eine Darstellung der
Anatomie integriert bzw. eingezeichnet wird, so dass eine unmittelbare
Zuordnung der Reizleitung zur zu Grunde liegenden anatomischen Struktur
bzw. weiteren Bilddaten, die aus der Bildaufnahme oder dem Film von
Bildaufnahmen zu erkennen sind, möglich ist. Gegebenenfalls
kann durch einen Bediener oder durch eine Voreinstellung eine gemeinsame
bzw. getrennte Darstellung der kardialen Reizleitung und der Bildaufnahme
in einer Bilddarstellung oder nacheinander veranlasst werden.
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Mit
besonderem Vorteil wird die rekonstruierte kardiale Reizleitung
in der Bildaufnahme farbig und/oder optisch hervorgehoben visualisiert.
Beispielsweise kann das ermittelte 3D-Vektorkardiogramm farbig,
gegebenenfalls auch unter Verwendung mehrerer Farben, in ein Magnetresonanzbild eingezeichnet
beziehungsweise integriert werden, das aus Graustufen besteht, bzw.
diesem überlagert werden. Zusätzlich kann eine
weitere optische Hervorhebung realisiert werden, beispielsweise
ein Blinken oder eine besonders breite Linienführung oder eine
auffällige Umrisskennzeichnung.
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Die
Visualisierung kann seitens der Recheneinrichtung in Abhängigkeit
einer Eingabe eines Nutzers und/oder zeitweise erfolgen. Der die
EKG-Aufnahme bzw. die Bildaufnahme z. B. mit Hilfe eines Magnetresonanztomographen
steuernde Techniker bzw. Naturwissenschaftler, gegebenenfalls auch
ein Arzt, kann also im Vorfeld eingeben, dass die Visualisierung
im Abstand von einigen Sekunden erfolgen soll bzw. in Abhängigkeit
vom Herzzyklus oder im Wechsel von Reizleitungsdaten und Bilddaten.
Des Weiteren kann von vornherein eine Visualisierung nur zu bestimmten
Zeiten vorgesehen sein. Beispielsweise kann bei einer zeitaufgelösten
Aufnahme der Herzbewegung in Echtzeit, unter anderem mittels eines
sogenannten „Cine"-Verfahrens oder dergleichen, nur zu
bestimmten Zeiten, beispielsweise in jedem n-ten Herzzyklus, eine
Visualisierung erfolgen.
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Mit
der bildgebenden Modalität können zeitaufgelöst über
wenigstens einen Teil eines oder mehrerer Herzzyklen Bildaufnahmen
erstellt werden. Damit lässt sich eine Aufnahme und Darstellung
der Anatomie über einen längeren Zeitraum, insbesondere
einen kompletten Herzzyklus, erreichen. Besonders vorteilhaft ist
eine zeitaufgelöste Bildaufnahme, die eine Echtzeitverfolgung
des Herzzyklus ermöglicht.
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Aus
den Bildaufnahmen kann ein Film erstellt werden, insbesondere ein
Film, in dem die kardiale Reizleitung visualisiert ist. In diesem
Fall lässt sich über einen kompletten Herzzyklus
oder auch mehrere Herzzyklen in der Art eines dreidimensionalen Films
nicht nur die Anatomie des schlagenden Herzens bzw. eines umgebenden
Bereichs verfolgen, sondern auch die Ausbreitung der elektrischen
Erregung im Herzen des Patienten. Dies ermöglicht einem
Arzt, dem die Daten derart aufbereitet automatisch seitens der Recheneinrichtung
bzw. unter Mitwirkung eines Technikers oder Naturwissenschaftlers dargestellt
werden, eine zuverlässige und einfache Diagnose. Dabei
ist es auch denkbar, dass zwischen der Darstellung eines Films bzw.
der Darstellung einer einzelnen Aufnahme, der jeweils die kardiale Reizleitung überlagert
sein kann, gewechselt wird, beispielsweise automatisch oder in Abhängigkeit
von vorher seitens eines Bedieners gemachten Vorgaben.
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Die
Elektrokardiogramm-Elektroden können für die Erfassbarkeit
mittels der bzw. die Erkennbarkeit in der wenigstens einen Bildaufnahme
mit jeweils wenigstens einer Markierung ver sehen werden. Mit besonders
vorteilhafter Wirkung werden die Markierungen so gewählt,
dass sie im jeweiligen Bildaufnahmeverfahren besonders gut sichtbar
sind. Für unterschiedliche Elektrokardiogramm-Elektroden
können gegebenenfalls unterschiedliche Markierungen bzw. Marker
verwendet werden, insbesondere in der Art und Weise, dass jeweils
benachbarte Elektroden unterschiedliche Marker bzw. Markierungsarten
aufweisen, um eine bessere Identifizierung der einzelnen Elektroden
zu ermöglichen. Zur weiteren Sicherung der Positionsbestimmung,
die auf den Markern basiert, können für einzelne
Elektroden gegebenenfalls mehrere Marker verwendet werden. Denkbar
ist dies beispielsweise bei besonders ausgezeichneten Elektroden
an anatomisch relevanten Stellen oder dergleichen.
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Die
Elektrokardiogramm-Elektroden können mit einer Markierung
aus einem Material mit einem eindeutigen Kontrastverhalten, insbesondere
einem metallischen Material, und/oder einer Resonanzspule und/oder
einem Fluormarker und/oder einem Röntgenmarker versehen
werden. Ein eindeutiges Kontrastverhalten eines Materials bedeutet,
dass dieses sich in der Bildaufnahme gut abhebt. Gegebenenfalls können
andere Marker als die erwähnten verwendet werden, z. B.
wenn die jeweilige bildgebende Modalität mit anderen Markern
eine bessere und genauere Identifikation der Elektroden ermöglicht.
An einzelnen Elektroden können mehrere Marker kumuliert angebracht
werden, wobei auch eine Auswahl der Marker in Abhängigkeit
von den jeweiligen Orten bzw. Positionen der Elektroden, insbesondere
im Hinblick auf besondere Identifizierungsschwierigkeiten, erfolgen
kann.
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Die
Positionen der Elektrokardiogramm-Elektroden können unter
Berücksichtigung einer bekannten relativen Lage der Elektrokardiogramm-Elektroden
zueinander und/oder mit Hilfe zumindest teilweise voneinander abweichender
Markierungen der Elektrokardiogramm-Elektroden zur Identifikation
der einzelnen Elektrokardiogramm-Elektroden bestimmt werden. Die
Verwendung unterschiedlicher Markierungen sowie einer bekannten
Anordnung der einzelnen EKG-Elektroden zueinander, beispielsweise bekannter
Nachbarschaftsbeziehungen, gegebenenfalls in Kombination, ermöglicht
es, die Elektroden einzeln zu identifizieren, wodurch letztlich eine
zuverlässige Positionserkennung bzw. eine Kontrolle der
Positionserkennung gewährleistet oder ermöglicht
wird.
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Des
Weiteren können die Markierungen in der wenigstens einen
Bildaufnahme in ihrer Signalstärke und/oder Signalausdehnung
und/oder Signalart voneinander abweichen. Abweichungen der Signalart
können sich beispielsweise durch Verwendung unterschiedlicher
Markerarten oder -Prinzipien bzw. unterschiedlicher Materialien
ergeben. Die Signalstärke bzw. -ausdehnung kann bereits
aufgrund der unterschiedlichen Positionen der einzelnen EKG-Elektroden
unterschiedlich sein bzw. von vornherein so gewählt werden,
dass sich unterschiedliche Stärken bzw. räumliche
Ausdehnungen ergeben. Dies lässt sich beispielsweise bei
Verwendung von Resonanzspulen durch unterschiedliche Ausgestaltungen
beispielsweise hinsichtlich der Windungszahl bzw. der räumlichen
Ausdehnung sowie der Querschnittsfläche erreichen.
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Die
Elektrokardiogramm-Elektroden können in einer Matrixform
und/oder an einer Weste angeordnet werden, insbesondere an einer
flexiblen und/oder am Körper des Patienten eng anliegenden Weste.
Die Matrixform der EKG-Elektroden bietet den Vorteil, dass jede
Elektrode eine definierte Anzahl von Nachbarn hat, die vorteilhafterweise
gleich bleibende oder zumindest definierte Abstände voneinander
aufweisen. Besonders praktisch lässt sich eine Matrixanordnung
als Weste realisieren, die der Patient für die Aufnahme
des EKGs und die Bildaufnahme überzieht. Derartige Westen
sind vorteilhafterweise flexibel ausgestaltet, so dass sie sich
an den Oberkörper des Patienten anpassen bzw. an diesem eng
anliegen. Alternativ können auch einzelne Elektroden mit
geeigneten, insbesondere flexiblen, Materialien miteinander zu einer
Matrix verbunden werden.
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Am
Körper des Patienten können beispielsweise 50
bis 200 Elektrokardiogramm-Elektroden angeordnet werden. Mit einer
solchen Anzahl von Elektroden lässt sich der größte
Teil des Oberkörpers erfassen. Denkbar sind aber ebenso
andere Elektrodenanzahlen, je nachdem, wie genau die kardiale Reizleitung
rekonstruiert werden soll bzw. wie eine zu Grunde liegende diagnostische
Fragestellung aussieht.
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Mit
Vorteil können die Messsignale der Elektrokardiogramm-Elektroden
wenigstens teilweise drahtlos und/oder unter Verwendung von Lichtwellenleitern übertragen
werden. Dadurch wird eine bessere Kompatibilität der Messung
der Potentiale der Elektroden insbesondere im Hinblick auf die Erstellung
von Magnetresonanzbildaufnahmen ermöglicht. Gegebenenfalls
können beide Übertragungsverfahren kombiniert
werden, beispielsweise für ein und dieselbe Elektrode,
oder es können für unterschiedliche Elektroden
unterschiedliche Verfahren zur Signalübertragung verwendet
werden, wodurch eine Identifizierung der Elektroden vereinfacht
wird.
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Darüber
hinaus betrifft die Erfindung eine medizinische Einrichtung zur
Ermittlung der kardialen Reizleitung mit wenigstens einer bildgebenden
Modalität und mit Elektrokardiogramm-Elektroden sowie Mitteln
zur Bestimmung der an den Elektrokardiogramm-Elektroden anliegenden
Potentiale und mit wenigstens einer Recheneinrichtung, vorzugsweise mit
einem Bildausgabemittel, ausgebildet zur Durchführung des
Verfahrens wie vorstehend geschildert.
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Die
medizinische Einrichtung ist also derart ausgebildet, dass durch
eine Kombination von EKG-Daten und Daten einer bildgebenden Einrichtung,
beispielsweise einer Magnetresonanzeinrichtung, die Informationen über
die elektrischen Potentiale an der Körperoberfläche
eines Patienten gleichzeitig mit Bilddaten gewonnen werden können,
die die Form bzw. Anatomie des Herzens, des Thorax und die Position
der Elektroden liefern. Es wird also, insbesondere durch eine gleichzeitige
bzw. EKG-getriggerte Aufnahme von Potentialdaten und Bildda ten,
die Gewinnung aller Informationen ermöglicht, die für
eine umfassende Rekonstruktion der Erregungsausbreitung im Herzen
des Patienten, besonders als 3D-Vektorkardiogramm, erforderlich
sind.
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Hierzu
werden die EKG-Elektroden am Körper des Patienten angeordnet,
es wird mit der bildgebenden Modalität eine Bildaufnahme,
beispielsweise eine Magnetresonanzaufnahme, erstellt, mit der eine Erkennung
der EKG-Elektroden, die hierzu beispielsweise Marker aufweisen,
möglich ist. Die Positionen der Elektrokardiogramm-Elektroden
werden direkt aus der Bildaufnahme bestimmt. Gleichzeitig bzw. anschließend
werden die Potentialdaten, beispielsweise für den gleichen
Teil des Herzzyklus, aufgenommen. In Abhängigkeit der bestimmten
Positionen der EKG-Elektroden sowie der anatomischen Daten der Bildaufnahme
und in Abhängigkeit von der Aufnahme von Potentialdaten
kann seitens der Recheneinrichtung eine Rekonstruktion der kardialen
Reizleitung beispielsweise in Form eines dreidimensionalen Vektorkardiogramms
erfolgen.
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Hierzu
weist die Recheneinrichtung vorteilhafterweise ein geeignetes Softwaremittel
auf bzw. kann die Recheneinrichtung auf ein Softwaremittel oder
ein Softwarepaket auf einer externen Recheneinrichtung oder einem
Speichermedium zugreifen, das unter anderem Bildverarbeitungsmittel
umfasst, die eine Gewebeerkennung und -zuordnung bzw. eine Segmentierung
ermöglichen. Diese Software kann im Weiteren auch zur Rekonstruktion
der kardialen Reizleitung ausgebildet sein, beispielsweise durch
ein ergänzendes Softwarepaket mit entsprechenden Berechnungsfunktionen.
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Wenigstens
eine bildgebende Modalität der Einrichtung kann eine Magnetresonanzeinrichtung und/oder
eine Computertomographieeinrichtung und/oder eine andere röntgenbasierte
Einrichtung sein. Gegebenenfalls können in der medizinischen Einrichtung
verschiedene bildgebende Modalitäten kombiniert sein, beispielsweise
um durch unterschiedliche und sich ergänzende Aufnahmeverfahren
eine optimale Darstellung der Ana tomie zu erhalten. Auch weitere
hier nicht genannte bildgebende Verfahren können vorhanden
sein, beispielsweise eine Ultraschalleinrichtung, um weitere Bildaufnahmemöglichkeiten
zur Verfügung zu stellen.
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Die
Recheneinrichtung ist zweckmäßigerweise zur Bestimmung
der Positionen der in der Bildaufnahme erfassten Elektrokardiogramm-Elektroden direkt
anhand der Bildaufnahme und zur Rekonstruktion der kardialen Reizleitung
in Abhängigkeit der bestimmten Positionen der Elektrokardiogramm-Elektroden,
der wenigstens einen Bildaufnahme und der wenigstens einen Aufnahme
von Potentialdaten der Elektrokardiogramm-Elektroden, insbesondere
mittels einer auf der Recheneinrichtung und/oder extern vorhandenen
Software, ausgebildet. Die Recheneinrichtung weist also ein auf
einem internen bzw. externen Speicher abgelegtes Softwaremittel
auf, das anhand einer Musterkennung oder eines ähnlichen
Verfahrens, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer
bekannten relativen Anordnung, die Positionen der EKG-Elektroden
erfasst und die kardiale Reizleitung unter Rückgriff auf
aus der Bildaufnahme gewonnene anatomische Informationen, insbesondere hinsichtlich
der Gewebebeeinflussung, berechnet bzw. bestimmt. Gegebenenfalls
kann die Recheneinrichtung zum Zweck der Positionsbestimmung bzw. der
Rekonstruktion der Reizleitung auf eine externe Software, beispielsweise
auf einem zentralen Server oder einem Server eines Diensteanbieters,
zurückgreifen. Hierfür ist eine entsprechende
Datenverbindung vorzusehen.
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Darüber
hinaus kann die Recheneinrichtung zur Steuerung der Aufnahme von
Potentialdaten der Elektrokardiogramm-Elektroden und/oder zur Steuerung
der Bildaufnahme mit der bildgebenden Modalität und/oder
zur durch die Aufnahme und/oder Auswertung von Potentialdaten der
Elektrokardiogramm-Elektroden getriggerten Bildaufnahme mit der
bildgebenden Modalität ausgebildet sein, insbesondere mittels
einer auf der Recheneinrichtung und/oder extern vorhandenen Software.
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Die
Recheneinrichtung, die die Positionen der Elektrokardiogramm-Elektroden
bestimmt, steuert somit auch die Aufnahmetätigkeit im Hinblick
auf die Messung der Potentialdaten bzw. die Bildaufnahme mit der
bildgebenden Modalität. In diesem Sinne fungiert die Recheneinrichtung
somit gleichzeitig als Steuerungseinrichtung für die EKG-Erstellung
und die Bildaufnahme. Hierzu kann die Recheneinrichtung aus mehreren
einzelnen Rechenkomponenten bestehen, denen gegebenenfalls unterschiedliche Gehäuse
bzw. Bildschirme oder dergleichen zugeordnet sind. Es kann sich
allerdings auch um einen integrierten Rechner handeln, der gleichzeitig
zur Steuerung dient und die Auswertung der aufgenommenen Daten vornimmt.
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Mit
besonderem Vorteil ist die Recheneinrichtung so ausgebildet, dass
sie, falls sie die Bildaufnahme steuert, diese getriggert durch
das EKG vornimmt. Diese Triggerung kann dabei so aussehen, dass
die Aufnahme der Potentialdaten gleichzeitig mit der Bildaufnahme
geschieht bzw. dass die Potentialdaten im Hinblick auf eine entsprechende
Phase des Herzzyklus oder dergleichen ausgewertet werden, woraufhin
die Bildaufnahme gestartet wird.
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Des
Weiteren kann die Recheneinrichtung zur Visualisierung der rekonstruierten
kardialen Reizleitung durch Darstellung an einem Bildausgabemittel
ausgebildet sein. Insbesondere kann sie zur Darstellung der rekonstruierten
kardialen Reizleitung zusammen mit der wenigstens einen Bildaufnahme ausgebildet
sein. Die Bildaufnahme bzw. ein Film von Bildaufnahmen können
somit an einem Monitor oder Flachbildschirm oder dergleichen dargestellt
werden, wobei in die Darstellung seitens der Recheneinrichtung ebenso
die rekonstruierte kardiale Reizleitung, beispielsweise in Form
des dreidimensionalen Vektorkardiogramms, eingetragen wird. Dies
kann beispielsweise durch eine Überlagerung der beiden Bilddarstellungen
erfolgen, wobei das Vektorkardiogramm oder eine andere Darstellung
der rekonstruierten kardialen Reizleitung beispielsweise farbig hervorgehoben
werden kann. Die Darstellung kann auch in der Art zusammen erfolgen,
dass jeweils zusammengehörige anatomische Bildaufnahmen
auf der einen Seite und die zugehörige berechnete kardiale
Reizleitung auf der anderen Seite gleichzeitig in verschiedenen
Bildern nebeneinander dargestellt werden bzw. in einer integrierten
Darstellung in unterschiedlichen Bereichen gezeigt werden. Daneben
ist eine getrennte Darstellung möglich.
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Die
Elektrokardiogramm-Elektroden der medizinischen Einrichtung können
jeweils wenigstens eine in Bildaufnahmen der bildgebenden Modalität erkennbare
Markierung aufweisen, wobei es sich beispielsweise für
Magnetresonanzbildaufnahmen um ein Material mit einem eindeutigen
Kontrastverhalten wie Metall handeln kann oder um eine Resonanzspule
und dergleichen.
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Insgesamt
ist es mit der medizinischen Einrichtung gemäß der
Erfindung möglich, die kardiale Reizleitung insbesondere
dreidimensional zu ermitteln, also den Summenvektor der Erregungsleitung im
Herzen aufzunehmen, um so später einem Arzt anhand dieser
Messdaten eine optimale Diagnose zu ermöglichen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den folgenden Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei
zeigen:
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1 eine
Ablaufskizze eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine
erfindungsgemäße medizinische Einrichtung,
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3 und
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4 Prinzipdarstellungen
der kardialen Reizleitung sowie des Herzens bei einem gesunden Herzen
bzw. bei einer infarktbedingten Gewebeschädigung und
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5 eine
Prinzipdarstellung der Überlagerung einer Bildaufnahme
und der rekonstruierten kardialern Reizleitung.
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In
der 1 ist eine Ablaufskizze eines erfindungsgemäßen
Verfahrens mit den Schritten a–e dargestellt. Dabei werden
zunächst im Schritt a die EKG-Elektroden zur Aufnahme der
elektrischen Potentiale am Oberkörper des Patienten angeordnet. Daraufhin
wird gemäß dem Schritt b wenigstens eine Bildaufnahme
oder auch ein Film von Bildaufnahmen wenigstens eines Bereichs des
Körpers des Patienten, vorteilhafterweise des Bereichs,
in dem die EKG-Elektroden angeordnet sind, erstellt. Dies kann beispielsweise
mit einem Magnetresonanztomographen geschehen oder mit einer anderen
bildgebenden Einrichtung, die z. B. den Thorax des Patienten aufnimmt.
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Direkt
aus der Bildaufnahme werden gemäß Schritt c die
Positionen der EKG-Elektroden bestimmt. Somit wird aus der Bildaufnahme
nicht nur die Anatomie, also die Form des Herzens und des Thorax
des Patienten, abgeleitet, sondern ebenso die Position der Elektroden
bestimmt.
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Im
Schritt d wird eine Aufnahme von Potentialdaten der EKG-Elektroden
gestartet. Dies kann gegebenenfalls, wie durch den gestrichelten
Pfeil angeordnet, zeitgleich zur Aufnahme der Bilddaten erfolgen.
Werden die Bilddaten, beispielsweise Magnetresonanzdaten, während
der Messung der EKG-Daten erfasst, so lassen sich die EKG-Daten
direkt den Bildaufnahmen zuordnen. Eine aufwendige nachträgliche
Zuordnung beispielsweise vorher aufgenommener Magnetresonanzdaten
zu einer späteren Elektrodenanordnung, um so die Positionen
der Elektroden nachvollziehen zu können, entfällt.
Die Bildaufnahme kann auch durch das EKG getriggert werden.
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Aus
den Magnetresonanzdaten sowie den EKG-Daten, also durch die Kenntnis
der Anatomie, der Position der Elektroden und der EKG-Potentiale, lässt
sich die Erregungsausbreitung im Herz gemäß Schritt
e dreidimensional rekonstruieren. Beispielsweise kann ein dreidimensionales
Vektorkardiogramm erstellt werden, das seitens einer Recheneinrichtung
an einem Bildschirm dargestellt wird.
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In
der 2 ist eine erfindungsgemäße
medizinische Einrichtung 1 zur Ermittlung der kardialen Reizleitung
dargestellt, die über eine bildgebende Modalität 2,
hier einen Magnetresonanztomographen, verfügt. Des Weiteren
sind EKG-Elektroden 3 vorhanden, die in einer matrixartigen
Anordnung auf einer Weste 4 angeordnet sind, die ein Patient 5 trägt.
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Der
Patient 5 befindet sich zur Aufnahme der EKG-Daten und
der Bilddaten auf einer Patientenliege 6, auf der er in
die bildgebende Modalität 2 eingefahren wird.
Die Weste 4 bzw. die EKG-Elektroden 3 werden über
eine Recheneinrichtung 7 angesteuert. Neben dem eigentlichen
Rechenmittel 8 verfügt die Recheneinrichtung 7 über
ein Bildausgabemittel 9, das es einem hier nicht dargestellten
Bediener, also insbesondere einem Techniker bzw. Naturwissenschaftler,
ermöglicht, die Aufnahme der Messdaten mit Hilfe der EKG-Elektroden 3 bzw.
die bildgebende Modalität 2 zu steuern und die
fertigen Daten für eine seitens eines Arztes vorzunehmende
Diagnose aufzubereiten bzw. zu sichten. Die Recheneinrichtung 7 ist über
Datenleitungen 10 bzw. 11 mit der bildgebenden
Modalität 2 sowie der Weste 4 bzw. den EKG-Elektroden 3 verbunden.
Die EKG-Daten können alternativ auch drahtlos übertragen
werden.
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Werden
nun die Magnetresonanzdaten mit Hilfe der bildgebenden Modalität 2 während
der Messung der EKG-Daten mittels der EKG-Elektroden 3 aufgenommen,
so kann aus den anatomischen Daten der Bildaufnahme sowie den hieraus
abzuleitenden Elektrodenpositionen im Zusammenhang mit den Potentialdaten
die Erregungsleitung im Herz dreidimensional rekonstruiert werden.
Dabei sind die EKG-Elektroden 3 zur besseren Erkennbarkeit
in der Magnetresonanztomographieaufnahme mit einem Metallmarker
versehen, wobei die Marker in der Darstellung nicht gezeigt sind.
Die Positionsbestimmung der einzelnen EKG-Elektroden 3 wird
durch ihre definierte relative Lage in der Weste 4 vereinfacht.
Damit ist eine Identifikation der einzelnen EKG-Elektroden 3 in
der Bildaufnahme, die den Oberkörper des Patienten 5 zeigt,
möglich. Hierfür wird seitens der Recheneinrichtung 7 eine
Bildverarbeitung mit einer geeigneten Software 6 vorgenommen
und anschließend aus diesen Daten, den Potentialdaten und
der Anatomie die kardiale Reizleitung berechnet. Die kardiale Reizleitung
wird einem Bediener nach der Berechnung am Bildausgabemittel 9 in
einer gewünschten Darstellung, also beispielsweise als Überlagerung
der Reizleitung mit einer anatomischen Bildaufnahme, dargestellt.
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In
der 3 ist eine Prinzipdarstellung 12 der
kardialen Reizleitung 13 sowie des Herzens 14 für
ein gesundes Herz gezeigt. Durch die Pfeile 15 soll dabei
die Richtung der Erregungsausbreitung im Herzen 14 angedeutet
werden. Dabei ist in der Prinzipdarstellung 12 das Bild
des Herzens 14 zusammen (nebeneinander) mit der zugehörigen
kardialen Reizleitung 13 dargestellt.
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Die
Prinzipdarstellung 16 der 4 zeigt
das Herz 17 sowie die zugehörige kardiale Reizleitung 18 für
eine vergleichbare Herzphase, also zum gleichen Zeitpunkt des Herzzyklus
wie in der 3, aber bei einer infarktbedingten
Gewebeschädigung, hier angedeutet durch die dunkle Fläche 19.
Durch die Gewebeschädigung wird die Reizausbreitung, wie
durch die Pfeile 20 gezeigt, gestört. Dementsprechend weist
die kardiale Reizleitung 18 in der Vektorform, in der sie
dargestellt ist, eine andere Ausbildung auf, die es im Rahmen der
späteren Befundung ermöglicht zu erkennen, dass
an dieser Stelle des Herzzyklus eine Abweichung von der Norm auftritt,
also ein Infarkt in einem bestimmten Bereich vorliegt bzw. vorliegen könnte.
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So
ist es mittels der genauen Darstellung der kardialen Reizleitung 13, 18 in
Vektorform wesentlich einfacher möglich, direkt auf bestehende
Schädigungen des Herzens zurückzuschließen,
als dies anhand mehrerer EKG-Kurven, die in Kombination bewertet
werden müssen, möglich ist. Es ist also für
die Befundung bei einer Darstellung der Ausbreitung der kardialen
Reizleitung weniger Expertenwissen erforderlich, als dies bei herkömmlichen
EKG-Kurven, insbesondere bei einer Vielzahl aufgenommener Kurven,
der Fall ist.
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In
der 5 ist schließlich eine Prinzipdarstellung 21 der Überlagerung
einer Bildaufnahme 22, bei der es sich um eine Magnetresonanzaufnahme handelt,
die den Thorax zeigt, mit einer zugehörigen rekonstruierten
dreidimensionalen kardialen Reizleitung 23 gezeigt. Die
Richtung der kardialen Reizleitung 23 wird hierbei durch
Pfeile 24 angedeutet. Die kardiale Reizleitung 23 ist
in der Prinzipdarstellung 21 hervorgehoben dargestellt,
also beispielsweise farbig vor dem Hintergrund der in Graustufen
dargestellten Bildaufnahme 22, hier angedeutet durch die Schraffur.
Im vorliegenden Fall umfasst die kardiale Reizleitung 23 einen
kompletten Herzzyklus, entspricht also den Daten, die am Ende eines
Herzzyklus zu der Bildaufnahme 22 vorliegen.
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Alternativ
kann im Rahmen eines Films die jeweilige Ausbreitung der kardialen
Reizleitung zusammen mit einer zugehörigen anatomischen
Bildaufnahme gezeigt werden, die auf den entsprechenden Zeitpunkt
des Herzzyklus bezogen ist, wobei die Bildaufnahme zweckmäßigerweise
EKG-getriggert erfolgt.
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Der
entscheidende Vorteil beim erfindungsgemäßen Verfahren
bzw. beim Einsatz der erfindungsgemäßen medizinischen
Einrichtung besteht darin, dass die kardiale Reizleitung umfangreich,
insbesondere dreidimensional, aufgenommen bzw. dargestellt werden
kann, ohne dass eine Vielzahl von Kurven erzeugt wird, deren Interpretation
Spezialisten vorbehalten ist. Mit der Erfindung ist auf einfache Art
und Weise die Aufnahme eines Vektorkardiogramms möglich,
wobei das Verfahren eine Messung am lebenden Patienten ermöglicht,
die so einfach durchgeführt werden kann, dass sie ohne
weiteres in die klinische Routine integriert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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