CN1879556B

CN1879556B - 改进心电图触发的方法及装置

Info

Publication number: CN1879556B
Application number: CN2006101055454A
Authority: CN
Inventors: 简·贝泽; 约翰·塞泽尔
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: JP2006346466A; US7620441B2; CN1879556A; US20060287594A1; DE102005027944A1

Abstract

本发明涉及一种方法及一种装置，用于改进通过EKG触发的成像。在本发明的方法中，确定第一触发时刻A和第二触发时刻B，以及一个用于心率变化的阈值。接着计算心率变化。只要低于该阈值就使用触发时刻A。当达到或者超过该阈值时使用触发时刻B。

Description

改进心电图触发的方法及装置

本发明涉及用于改进EKG触发的方法及装置。

用于成像心脏的成像方法在现有技术中公知，例如通过荧光镜、超声、计算机X线断层造影(CT)或者核磁共振(MR)。

如果要借助成像方法成像心脏，大多需要考虑心脏的运动。为此的一种可能性是所谓的EKG触发。在此，在一个从EKG信号(心电图信号)导出的时刻开始图像的拍摄。作为EKG中的特征通常使用所谓的R脉冲。触发时刻于是要么作为在R脉冲后的绝对时刻(例如在R脉冲后400ms)定义，要么作为R-R间隔的百分数定义。

按照这种方式，一方面允许产生同一心脏阶段彼此相继的图像(例如在荧光镜、超声成像时)，另一方面能够在多次心搏期间积累为重构一幅图像所需要的原始数据(例如在CT或者MR成像时)。通常，这样选择触发时刻，使得要成像的结构在拍摄窗口期间尽可能少运动。

在EKG触发时的一个问题是心率的波动。如果心率不恒定，心率的波动导致根据EKG定义的时刻(例如在R脉冲后200ms，或者R-R间隔的50％)并不总是对应于相同的机械心脏阶段。图1表示为此的一个例子。在R-R间隔的50％的触发时刻的条件下，触发时刻通常位于间隔的中点，这点通过由箭头1和2表征的触发1和2表示。然而在心动速率突然升高的情况下，根据相应于所示前两个间隔的心率计算的触发时刻，可能落入一个完全不适当的心脏阶段(参见触发3)。

在现有技术中已经有各种用于优化EKG触发的解决方案，其目的在于使触发时刻与心率匹配，参见，例如Lu B，Zhuang N，Mao SS，Child J，CarsonS，Budoff MJ，“Baseline heart rate-adjusted electrocardiographic triggering forcoronary artery electron-beam CT angiography”Radiology(2004)Nov；232(2)：590-5。在这篇文章中报道，与基本心率匹配的EKG触发与常规EKG触发相比提供80％的更好的结果。不过，这里也没有解决在拍摄期间波动的心率条件下触发时刻可能落入不适当的心脏阶段这样的问题。于是所述文章的作者们在讨论中自己指出，与基本心率匹配的EKG触发也会为病人产生心律干扰问题。

此外，在现有技术中还尝试通过使用靠近R脉冲的触发时刻来减小这一问题。例如，10％的触发时刻对心率的依赖比在图1中所用的50％的触发时刻显著小。然而，这一解决方案对于一些临床应用不适合，因为为此宁肯选用晚的触发时刻(例如90％)，因为在这一心脏阶段要成像的结构是尽可能静止的。

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种改进的方法，该方法至少部分消除所述与触发时刻关联的问题。

根据本发明，该任务通过按照本发明的方法解决。

本发明的基本思想在于，依赖于心率变化，在不同触发策略之间切换。

具体地，执行下述步骤：

(a)准备一个具有n个心搏间隔的EKG，

(b)确定第一触发时刻A和第二触发时刻B，以及一个用于心率变化的阈值，

(c)在n个心搏间隔的基础上计算心率变化，

(d)在使用触发时刻A来触发拍摄的条件下执行用于成像的EKG触发，在此，如果达到或者超过用于心率变化的阈值，则切换到触发时刻B。

首先准备包括n个心搏间隔的EKG数据，亦即表示一个时间窗。该时间窗可以在实际EKG触发前已经建立且用于计算。然而，也可以在使用事先确定的触发时刻的条件下借助触发开始成像方法，并且在触发期间收集EKG数据。然后，可以在成像期间在更新了的时间窗内计算心率或/和心率变化。按照这一处理方式于是能够在必要时重新确定触发时刻A或/和B以及必要时的其它的触发时刻。同样，可以匹配用于心率变化的一个或者多个阈值。

然而，代替不断地调整对于触发时刻A或者B或者心率变化的阈值的选择，有意义的是也可以在拍摄图像对话开始前不久一次性地执行该决定并且保持该决定直到结束。

优选确定触发时刻A和B。但是，也可以另外确定其它的触发时刻。

触发时刻A是对于在恒定心率的情况下成像的最佳时刻。根据本发明为此优选触发时刻值在约40％到98％的范围内特别是约45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或者98％。这里特别优选设定在要成像的对象的最佳的静止阶段上的值。在此，也许不一定考虑触发问题。在具有相对稳定心搏的病人的情况下，使用该触发时刻。

触发时刻的精确确定取决于各种成像类型，并且可以由专业人员毫无问题地执行。

对于借助荧光镜成像左心室，例如在R脉冲前不久的触发(例如95％)是理想的。

作为替换，也可以把触发时刻作为绝对值确定。对于A例如200ms到500ms的值是适宜的。然而，该精确的值取决于要检查的对象的心率。

对于触发时刻A也可以使用表示在R脉冲前的某时刻的值，例如A＝-100ms。为此优选该值在-150ms到-10ms的范围内，例如-50ms等。

此外，要确定触发时刻B，它在由于高的心率变化而用时刻A的可靠触发没有意义时使用。触发时刻B要么在开始时确定，要么在计算出心率变化后才确定。

优选地为B选择这样的触发时刻，它在心率波动发生时也不落入完全不匹配的心脏阶段。因此优选B处于尽可能不依赖心率波动的范围内。该范围优选围绕R脉冲，优选在R脉冲上到其后不远。

如果为A选择了一个时刻，它在心脏的一个最佳的静止阶段上设置一个触发，那么时刻B在此优选在时刻A之前，例如B＝20％。这里优选3％到50％的值，再优选5％到30％，再优选5％到25％，再优选5％到20％，再优选5％到15％，再优选5％到10％。

在具有心率强波动的病人的情况下可以直接用R脉冲触发，这虽然不能对应于最佳的静止阶段，但是总能可靠作用。也可以把B设置在R脉冲后不远的一个触发时刻。

也可以为心率波动确定两个阈值，同样为B规定两个所属的触发时刻。如果出现处于一个确定范围内的心率波动，则使用触发时刻B，例如B＝20％。如果出现更强的心率波动，则使用另外的触发时刻，例如用R脉冲触发。

作为替换，B也可以作为绝对值确定，例如B＝10ms。优选地B的该值在5ms到150ms的范围内。

本发明能够在为成像最佳的心脏阶段和触发的稳定性之间得到折衷。当在稳定的心率时使用最佳的心脏阶段，而在必要时在不稳定的心脏阶段放弃最佳的触发时刻，但是为此达到稳定的触发。

因此，心率变化是否意味着心率升高还是降低将不起任何作用。根据本发明的系统能够在心率的每次改变时切换到使用触发时刻B。

此外，无论是A还是B都能自动与当前的心率匹配，例如在Lu B，Zhuang N，Mao SS，Child J，Carson S，Budoff MJ，“Baseline heart rate-adjustedelectrocardiographic triggering for coronary artery electron-beam CTangiography”Radiology(2004)Nov；232(2)：590-5中所述。

此外，为心率变化确定一个阈值。

如果在B之外确定另外的触发时刻，则为另外的触发时刻确定另外的阈值。

要检查的对象的EKG信号优选在拍摄前和/或拍摄期间被连续分析。在此，在n个心搏间隔上分析时间窗和为心率变化确定一个尺度，该尺度给出心率波动有多强。

在一个可能的实现中为此从它们的平均值中确定R-R间隔的均方差SDRR：

{RR}_{mean} = \frac{1}{n} Σ_{i = 1}^{n} {RR}_{i}

式中RRi是彼此相继的心搏间隔，n是为分析使用的间隔数。

SDRR = \sqrt{\frac{1}{n - 1} Σ_{i = 1}^{n} {({RR}_{i} - {RR}_{mean})}^{2}}

n的典型值处于3到20的范围，优选5到15，再优选5到10，再优选6到8。

在使用SDRR作为变化尺度时的阈值优选在10ms到200ms(毫秒)之间，在此，优选使用值为30ms、50ms或者100ms。

然而，除SDRR外其它的变化尺度也是可能的。

根据一个事前确定的变化阈值来选择触发时刻。

通常使用触发时刻A。然而，如果心率变化达到或者超过该阈值，则使用触发时刻B。

所选择的触发时刻被用来触发拍摄。

优选地，在该方法中在分别更新的具有n个心搏间隔的时间窗的基础上连续测量心率变化。在每次触发后进行心率变化的重新测量，从而重新选择触发时刻。

作为替换，还可以用一定的“惯性”来切换触发方式，亦即在具有高心率变化的一个确定时间后才切换到方式B，并且仅当在那之后在一个另外确定的时间内存在低的心率变化后才切换回方式A。

本发明的另一个主题是用于执行上述方法的装置。本发明特别涉及借助EKG触发成像的装置，包括

-用于显示具有n个心搏间隔的EKG的装置，

-数据处理装置，其中，在该数据处理装置中存储了第一触发时刻A、第二触发时刻B、以及一个用于心率变化的阈值，

-用于在n个心搏间隔的基础上计算心率变化的装置，

-为在使用触发时刻A的条件下执行EKG触发的装置，在此，如果达到或者超过用于心率变化的阈值，则使用触发时刻B。

该装置适宜用于执行上述具有所说明的特征的方法。

附图说明

图1表示一个用于说明触发问题的例子。所表示的是一个具有多个心搏的EKG。用1、2和3表示的箭头分别表示为拍摄一个图像的触发。触发时刻位于RR间隔的50％处。由于心率的突然改变触发3落入与触发1和2不同的心脏阶段。

图2表示一个流程图，该流程图说明本发明的方法的一个实施形式：

首先确定触发时刻A和B。同样确定用于心率变化的阈值。接着在使用具有n个心搏间隔的EKG的情况下计算心率变化。如果该心率变化小于阈值，则为成像使用触发时刻A。如果该心率变化等于或者大于阈值，则为成像使用触发时刻B。在每次决定触发时刻后重新计算心率变化，并重新选择触发时刻。

图3表示心率变化小于阈值的情况：使用触发时刻A。在这种情况确定A＝95％。

图4表示在高的心率变化的情况下使用触发时刻A(A＝95％)导致错误的触发(参见触发3)。这种情况通过本发明的方法得以避免。

图5表示心率变化大于阈值的情况：按照本发明使用触发时刻B＝5％。

Claims

1.一种用于成像的EKG触发方法，包括步骤：

(a)准备一个具有n个心搏间隔的EKG，

(c)在按照

SDRR = \sqrt{\frac{1}{n - 1} Σ_{i = 1}^{n} {({RR}_{i} - {RR}_{mean})}^{2}}

从R-R间隔的平均值确定R-R间隔的均方差(SDRR)的条件下计算心率变化，式中

{RR}_{mean} = \frac{1}{n} Σ_{i = 1}^{n} {RR}_{i}

式中，n是心搏间隔数，R表示R脉冲，RRi表示彼此相继的心搏间隔，RRmean是RRi的平均值，

(d)在使用第一触发时刻A来触发拍摄的条件下执行用于成像的EKG触发，在此，如果达到或者超过用于心率变化的阈值，则切换到第二触发时刻B。

2.根据权利要求1的方法，另外包括步骤：

(e)重复步骤(c)和(d)。

3.根据权利要求1的方法，其中，这样来确定第一触发时刻A，使该第一触发时刻A落入心脏的最佳的静止阶段。

4.根据权利要求1的方法，其中，这样来确定第二触发时刻B，使该第二触发时刻B随着R脉冲被触发或者在R脉冲后不久被触发。

5.根据权利要求1的方法，其中，n在3到20的范围。

6.根据权利要求5的方法，其中，n在5到15的范围。

7.根据权利要求6的方法，其中，n在5到10的范围。

8.根据权利要求1至7之一的方法，其中，连续重新计算心率变化，并根据计算重新进行第一触发时刻A或第二触发时刻B的选择。

9.根据权利要求1至7之一的方法，其中，在达到或者超过用于心率变化的阈值后，在一段时间延迟后才使用第二触发时刻B。

10.一种用于为成像的EKG触发的装置，包括

-用于显示具有n个心搏间隔的EKG的装置，

-用于如下地计算心率变化的装置：在按照

SDRR = \sqrt{\frac{1}{n - 1} Σ_{i = 1}^{n} {({RR}_{i} - {RR}_{mean})}^{2}}

{RR}_{mean} = \frac{1}{n} Σ_{i = 1}^{n} {RR}_{i}

-为在使用第一触发时刻A来触发拍摄的条件下执行EKG触发的装置，在此，如果达到或者超过用于心率变化的阈值，则切换到第二触发时刻B。