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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur invasiven hämodynamischen Druckmessung, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur invasiven hämodynamischen Druckmessung mit einem einzigen Drucksensor.
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Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anzeige und Analyse hämodynamischer Druckkurven beschrieben, welche während einer Pullback-Messung gewonnen werden, bei der (nur) ein Drucksensor verwendet wird, um nacheinander Druckkurven von verschiedenen Messorten aufzunehmen.
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Die Herzkatheteruntersuchung ist eine weltweit verbreitete und gut etablierte invasive Technik. Heute ist die Herzkatheteruntersuchung typischerweise ein kombiniertes hämodynamisches sowie angiographisches Verfahren, um das Herz oder die Blutgefäße zu untersuchen und ebenso therapeutische und oft lebensrettende Eingriffe vorzunehmen, wie z. B. in Grossmann's Cardiac Catheterization, Angiographie and Intervention, von Donald S. Baim, 7. Auflage, 2006, Lippincott Williams & Wilkens, ISBN 07817-5567-0 beschrieben. Die Herzkardiologische) Katheteruntersuchung ist ein Verfahren, bei dem ein sehr dünner und flexibler Schlauch in die Arterien bzw. Venen oder Herzkammern eingeführt wird. Der Schlauch wird als Katheter bezeichnet. Er wird üblicherweise durch ein Blutgefäß im Arm, in der Leiste oder im Hals eingeführt. Die Herzkatheteruntersuchung ermöglicht Röntgenbilder (Angiogramme), welche die Herzkammern oder Herzkranzgefäße wiedergeben, wobei ein spezieller Farbstoff verwendet wird. Es ist möglich, den Blutdruck in den Blutgefäßen in den Lungen und im Herzen und den Herzkammern aufzunehmen und den Blutstrom und Sauerstoffgehalt des Blutes an verschiedenen Stellen im Herzen zu messen.
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Die Funktion der Herzklappen besteht darin, einen unidirektionalen Blutstrom aufrecht zu erhalten. Wenn die Herzklappen krankhaft sind, wird die mechanische Energie der Herzmuskel-Kontraktion nicht mehr effizient in eine Blutzirkulation durch den Körper umgesetzt. Die Beeinträchtigung der Herzklappenfunktion kann entweder an einer Verengung oder einem Verschluß (Stenose genannt) oder aber auch an einem unvollständigen Schließen und einer Regurgitation liegen, welche ebenfalls in Grossman's Cardiac Catheterization, Angiography and Intervention, Donald S. Baim, 7. Auflage, 2006, Lippincott Williams & Wilkins, beschrieben wird. Eine Stenose kann in allen vier Herzklappen auftreten und wird daher nach der entsprechenden Klappe benannt: Aorten-Stenose, Mitral-Stenose, Trikuspidal-Stenose und Pulmonal-Stenose.
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Koronararterien-Erkrankung ist das am weitesten verbreitete Problem, welches eine Katheterisierung erfordert bzw. das, was kurz als „Herzkatheter” bekannt ist. Eine Koronararterien-Erkrankung tritt auf, wenn die Arterien, die Blut in den Herzmuskel bringen, durch Ansammlung von Fetten und Cholesterin verengt werden. Das Blut kann dann nicht mehr frei durch die Gefäße fließen und kann in vorübergehendem Unwohlsein in der Brust (Angina) oder in einem Herzinfarkt (Myokardialinfarkt) resultieren. In einigen Fällen ist eine Herzkatheterisierung auch nötig, um zu überprüfen, wie gut der Herzmuskel pumpt und wie gut die Herzklappen öffnen und schließen.
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Um eine sorgfältige Übersicht über die hämodynamischen Aktivitäten des Herzens zu erhalten, müssen Druckmessungen an verschiedenen Orten, z. B. in den Herzkammern sowie in den Koronararterien oder anderen Blutgefäßen, durchgeführt werden. Blutdruckmessungen an verschiedenen Orten können entweder gleichzeitig mit mehreren Drucksensoren oder nacheinander durch Bewegen eines Drucksensors oder des Herzkatheters an verschiedenen Orten durchgeführt werden. Aufgrund verschiedener Umstände ist in vielen Situationen nur ein Drucksensor verfügbar. Das Verfahren, das in dieser Situation üblicherweise ausgeführt wird, wird Pullback genannt, d. h. der Katheter mit dem Drucksensor wird an einen Ort vorwärts gedrückt (z. B. durch eine der Herzklappen (vergleiche obige Ausführungen)), um eine erste Messung durchzuführen und wird dann in eine zweite Position für eine zweite Messung zurückgezogen. Um die hämodynamische Situation an den beiden Messorten leicht vergleichen zu können, werden diese üblicherweise in einem Überlagerungsmodus dargestellt, d. h. Abschnitte der Druckkurven (die typischerweise mehrere Herzschläge umfassen), die nachfolgend und an unterschiedlichen Positionen aufgenommen wurden, werden gleichzeitig in einem Druck-Zeitdiagramm dargestellt. Typischerweise ist der Zeitmaßstab ebenso wie der Druckmaßstab für einen einfachen Vergleich der gleiche. Auf diese Weise werden die Unterschiede der Druckkurven am offensichtlichsten.
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Neben diesem Vergleich durch die visuelle Betrachtung der Kurve durch einen Arzt ermöglicht moderne Software hämodynamischer Herzkatheter-Laborsystemen weitere Analysen durch Berechnung verschiedener Parameter basierend auf den Druckkurven (und in einigen Fällen anderen Informationen oder Messungen, welche ebenfalls von den Orten, an welchen beide Druckmessungen aufgenommen wurden, abhängen). Beispiele sind verschiedene Typen von Druckgradienten (z. B. Spitze-Spitze oder Mittelwertgradienten) sowie Gradienten über Herzklappen oder zwischen willkürlich gewählten Messorten. Diese Ergebnisse werden wiederum für weitere Berechnungen, wie Klappenflächen und (Klappen-)Durchflussraten sowie vaskuläre Widerstände, verwendet.
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Da Druckkurven von dem Katheter (im Herzen) aufgenommen werden, während das Herz kontinuierlich schlägt, sind die Druckmessungen oft durch Bewegungsartefakte aufgrund der Kontraktion und der Erschlaffung des Herzmuskels beeinflusst. Andere Artefakte haben ihren Ursprung in einer Bewegung des Drucksensors aufgrund der Blutströmung. Abhängig von Faktoren wie dem Messort, dem Typ des Katheters und den Fähigkeiten des untersuchenden Arztes kann die Schlag-zu-Schlag Reproduzierbarkeit der Druckkurvenformen gering sein. Daher wird oft ein Mittelungsverfahren über einige Herzschläge angewandt, um den Fehler zu vermindern.
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Allerdings ist zur Analyse von realen Druckaufnahmen die Schlag-zu-Schlag Überlagerung von Kurven sowie der beschriebene Mittelungsmechanismus aufgrund der – manchmal sehr ausgeprägten – Unterschiede in der Herzschlagrate während der beiden (oder mehreren) Druckmessungen oft schwer zu erreichen. Herzrhythmusstörungen des Patienten können ein anderer Grund für dieses Phänomen sein. Da beide Effekte zu verschiedenen R-R Intervallen und Druck-Peak-Intervallen in den beiden Messabschnitten führen, kann gewöhnlich nur ein Druck-”Herzschlag”-Paar, mit je einem Druck-Peak aus jeder gemessenen Druckkurve, optimal ausgerichtet werden, während alle anderen Druck-Peaks keine optimale Ausrichtung erreichen.
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Um eine bessere Ausrichtung zu erreichen, kompensieren herkömmliche Lösungen die Variabilität des Herzschlags und der korrelierten Druck-Peak-Intervalle durch Strecken oder Stauchen einer der beiden Druckkurven. Jedoch ist die Morphologie (insbesondere die Dauer) der Druck-Peaks hauptsächlich durch den zeitlichen Verlauf der Kontraktion und Erschlaffung der Herzmuskulatur bestimmt, welche für „normale” Schläge ziemlich stabil (d. h. ausgenommen pathologische Herzschläge wie Extrasystolen) und im Wesentlichen unabhängig von der Herzschlagrate ist. Daher müssen der zeitliche Verlauf eines Herzschlags und das Intervall zwischen den Herzschlägen wie unabhängige Prozesse behandelt werden. Folglich ist das Skalieren des zeitlichen Verlaufes einer Druckkurve auf das Intervall zwischen den Herzschlägen zum Zweck einer besseren Ausrichtung im Hinblick auf das physiologische Verhalten des Herzens kein geeignetes Verfahren.
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Aus der
US 2001/0034488 A1 und der
DE 10 2004 009 871 A1 sind Verfahren bekannt, die sich mit der hämodynamischen Untersuchung bei der Herzkatheterisierung befassen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Überlagern hämodynamischer Druckmessungen bereitzustellen, welches genauere Resultate im Falle einer variablen Herzrate ergibt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren der hämodynamischen Untersuchung mittels Herzkatheteruntersuchung bereitgestellt, welches das Aufnehmen eines Elektrokardiogramms der Herzaktivität beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet weiter die Schritte des Aufnehmens eines Elektrokardiogramms der Herzaktivität, das Aufnehmen einer ersten Druckmessung an einem ersten Messort während einer Mehrzahl von Herzschlägen und Darstellen der ersten Druckmessungen einer ersten Kurve. Ein nachfolgender Schritt besteht im Aufnehmen einer zweiten Druckmessung an einem zweiten Messort während einer Mehrzahl von Herzschlägen und Darstellen der zweiten Druckmessung in einer zweiten Kurve. Weiter sieht das Verfahren die Schritte vor: Segmentieren der ersten Kurve in eine Serie von ersten Segmenten, wobei jedes erste Segment mit einem Herzschlag in dem Elektrokardiogramm korrespondiert, und Segmentieren der zweiten Kurve in eine Serie von zweiten Segmenten, wobei jedes zweite Segment mit einem Herzschlag in dem Elektrokardiogramm korrespondiert sowie das Abtrennen von mindestens den ersten oder den zweiten Segmenten voneinander, um eine Sequenz von getrennten Segmenten zu erhalten. Schließlich beinhaltet das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das Überlagern und Ausrichten eines Segments einer Kurve mit einem abgetrennten Segment einer anderen Kurve, um ein Paar von überlagerten und ausgerichteten Segmenten zu erhalten und das Berechnen eines Druckgradienten, basierend auf einem Paar von überlagerten und ausgerichteten Segmenten. Das Verfahren wird vorzugsweise bei einer Anordnung mit einem einzigen Sensor durchgeführt, bei dem der Sensor (oder der Ort, an welchem der Druck gemessen wird) aus einer ersten in eine zweite Position zurückgezogen wird. Die Erfindung ist allerdings ebenfalls für Konfigurationen vorteilhaft, bei denen zwei oder mehr Drucksensoren oder eine Sensoranordnung mit mehreren Druck aufnehmenden Orten verwendet wird. Der Begriff Messort wird verwendet, um die Position anzugeben, bei welcher der Druck im Drucksensor gemessen wird – ungeachtet der technischen Implementierung des Sensors, das heißt, ob die Transformation von einem Drucksignal in ein elektrisches Signal an einem Messort selbst (was bei einem so genannten „Tip”-Katheter geschieht) oder wie es bei einem konventionellen Katheter ist, in einem Druckwandler, welcher vom Messort entfernt ist (sogar außerhalb des Körpers), vorgenommen wird.
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Gleichermaßen stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere ein Herzkatheter-Laborsystem bereit, welches einen Herzkatheter zum Einführen in die Arterien bzw. Venen oder Herzkammern, einen Drucksensor zur invasiven hämodynamischen Druckmessung, der mit dem Herzkatheter gekoppelt ist, und eine Ausgabeeinheit zum visuellen Darstellen eines Druckgradienten umfaßt. Das Herzkatheter-Laborsystem ist ausgestaltet, um ein Elektrokardiogramm der Herzaktivität und eine erste Druckmessung an einem ersten Meßort während einer Mehrzahl von Herzschlägen vorzunehmen und die erste Druckmessung in einer ersten Kurve zu repräsentieren. Weiter ist es möglich eine zweite Druckmessung an einem zweiten Meßort während einer Mehrzahl von Herzschlägen vorzunehmen und die zweite Druckmessung in einer zweiten Kurve zu repräsentieren. Schließlich ist das Herzkathetermeßsystem weiter eingerichtet, um die erste Kurve in eine Serie von ersten Segmenten zu segmentieren, wobei jedes erste Segment einem Herzschlag in dem Elektrokardiogramm entspricht, die zweite Kurve in eine Serie von zweiten Segmenten zu segmentieren, wobei jedes zweite Segment einem Herzschlag in dem Elektrokardiogramm entspricht. Mindestens entweder die ersten oder die zweiten Segmente können voneinander abgetrennt werden, um eine Sequenz von getrennten Segmenten zu erhalten. Ein Segment einer Kurve kann mit einem abgetrennten Segment einer anderen Kurve überlagert und ausgerichtet werden, um mindestens ein Paar von überlagerten und ausgerichteten Segmenten zu erhalten. Schließlich kann die Vorrichtung bzw. das Herzkatheter-Laborsystem einen Druckgradienten basierend auf dem Paar von überlagerten und ausgerichteten Segmenten berechnen und den Druckgradienten auf der Ausgabeeinheit ausgeben.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen es, Druckgradienten in einer viel genaueren Art und Weise zu berechnen als bei konventionellen Verfahren. Dies liegt an den Schritten des Abtrennens der Segmente mindestens einer Druckkurve, welche an dem ersten und/oder dem zweiten Messort zur Druckmessung abgenommen wird. Das Abtrennen ist gegenüber dem Strecken und Stauchen (wie es von einigen Lösungen gemäß dem Stand der Technik vorgeschlagen wird) vorzuziehen, weil die abgetrennten Segmente keine Modifikation erfordern und damit keine unpassenden Peak-Ausrichtungen oder gar Fehlausrichtungen auftreten. Wie den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen zu entnehmen ist, besteht keine Veranlassung, die Segmentierung für beide Kurven durchzuführen. Es kann genügen, die Segmente nur einer der Kurven voneinander zu trennen. Jedes Segment ist so zu verstehen, dass es grundsätzlich zu einem Herzschlag gehört, wobei ein abgetrenntes Segment sich nicht über den gesamten Herzschlag erstrecken muss. Im Kontext dieser Beschreibung bezieht sich ein Herzschlag auf ein vollständiges Intervall, wie z. B. ein Intervall, das sich von einer R-Welle bis zur nächsten R-Welle (RR-Intervall) erstreckt. Das abgetrennte Segment kann wesentlich kürzer sein als die Dauer eines korrelierten Herzschlags (d. h. das ganze Intervall), indem unwichtige Teile des Segments entfernt werden. Unerwarteterweise hat sich jedoch gezeigt, dass sich die Berechnungen, die auf überlagerten, abgetrennten Segmenten basieren, genauer sind. Da kein Strecken verwendet wird, um die Segmente zu überlagern, wird das Druckkurvensegment in der ursprünglich physiologischen Form bewahrt. Aufgrund des Schrittes des Abtrennens der Segmente kann das Ausrichten der Segmente verbessert werden und Fehler, die durch Stauchen oder Strecken herbeigeführt werden, werden vermieden. Im Allgemeinen sollte das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf „normale” Herzschläge angewandt werden, d. h. Herzschläge, die nicht aus einer pathologischen (elektrischen und/oder mechanischen) Herzaktivität resultieren. Das Überlagern eines normalen Herzschlags mit einem extrasystolischen Herzschlag würde fehlerhafte Ergebnisse hervorbringen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Berechnungsschritt basierend auf den Flächen zwischen dem ersten und dem zweiten Segment ausgeführt. Die Fläche zwischen den jeweils zwei Segmenten kann durch Schnittpunkte zwischen dem ersten Segment und dem zweiten Segment begrenzt sein. Die Fläche wird durch das Paar von Segmenten eingeschlossen und ferner durch Schnittpunkte zwischen dem ersten und dem zweiten Segment begrenzt. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung basiert der Berechnungsschritt auf einer Fläche, die durch das Paar von Segmenten eingeschlossen ist, wobei die Fläche mindestens auf einer Seite (links oder rechts des Maximums) durch den Ort zweier Punkte maximaler Nähe (oder minimaler Distanz) zwischen den beiden Segmenten begrenzt ist. Jeder der beiden Punkte befindet sich auf einem der Segmente, wodurch eine Position des geringsten Abstands zwischen den Segmenten definiert wird. Diese Position wird verwendet, um eine Grenze für die Fläche zu definieren. Somit kann der Berechnungsschritt, der nach dem Segmentieren, Abtrennen und Ausrichten sowie Überlagern ausgeführt wird, auf mehreren verschiedenen Parametern der Segmente ausgeführt werden, ohne auf die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu verzichten. Wenn man das vorstehend beschriebene Konzept der minimalen Distanz zwischen zwei Punkten auf eines der Segmente anwendet, kann eine große Anzahl verschiedener Kurven verwendet werden. Selbst wenn kein Schnitt zwischen den zwei Segmenten auftritt, kann eine Fläche basierend auf den zwei Punkten der engsten Nachbarschaft zwischen den Kurven bestimmt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein kleinster Fehlerquadrat-Algorithmus verwendet, um die optimale Ausrichtung der beiden Druckmaxima zu finden. Bezüglich der ausgerichteten Segmente wird der Zeitbereich für die Fläche, auf welchem der Berechnungsschritt basiert, bestimmt. Um akzeptable Ergebnisse zu erzielen, können die Kurven aus den zwei Druckmessungen mittels eines Tiefpassfilters gefiltert werden, bevor sie abgetrennt und ausgerichtet werden, um so Artefakte zu eliminieren. Die so gefilterten Kurven werden voneinander abgetrennt (mindestens eine Kurve) und (grob) in Übereinstimmung mit ihren Maxima ausgerichtet. Um eine optimale Ausrichtung zu finden, wird ein Algorithmus gemäß dem kleinsten Fehlerquadrat angewandt. Demnach wird eine Kurve (oder ein Segment der Kurve) grundsätzlich zeitlich gegenüber der anderen (Abtastwert für Abtastwert) verschoben. Für jeden Verschiebungsschritt wird die Summe der Quadrate der Amplitudendifferenzen berechnet. Die optimale Ausrichtung liegt in dem Punkt vor, bei dem ein Minimum der Summe gefunden wird. Da nur ein lokales Minimum gefunden werden soll, ist darauf zu achten, dass die Segmente nicht zu weit gegeneinander verschoben werden.
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Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in dem Schritt des Abtrennens und Überlagerns der abgetrennten Segmente. Demnach betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls ein Verfahren zum Anzeigen und Analysieren hämodynamischer Druckkurven, welches folgende Schritte beinhaltet: Aufnehmen einer ersten Druckkurve an einem ersten Messort durch einen Drucksensor während einer Mehrzahl von Herzschlägen und Darstellen der ersten Druckkurve in einer ersten Kurvenform, Bewegen des Blutdrucksensors in eine zweite Position, Abnehmen einer zweiten Druckmessung an einem zweiten Messort durch den Drucksensor während einer Mehrzahl von Herzschlägen und Darstellen der Druckmessungen in einer zweiten Kurve, Abtrennen der ersten Kurve in losgelöste Segmente und Überlagern der zweiten Kurve mit einem abgetrennten Segment der ersten Kurve.
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Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren hervor, wobei
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1 eine herkömmliche Darstellung zweier überlagerter Kurven von zwei Druckmessungen zeigt,
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2 eine Darstellung von zwei Kurven zeigt, welche gemäß der vorliegenden Erfindung segmentiert und überlagert wurden,
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3 eine andere Darstellung eines Herzschlags zweier Kurven zeigt, welche entsprechend der vorliegenden Erfindung segmentiert und überlagert wurden, und
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4 eine weitere Darstellung eines Herzschlags zweier Kurven zeigt, welche gemäß der vorliegenden Erfindung segmentiert und überlagert wurden.
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Die Referenzzeichen (a) und (b) betreffen in allen Figuren die beiden Kurvenformen (von denen eine mit einer durchgezogenen und eine andere mit einer gestrichelten Linie gezeichnet ist).
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1 zeigt ein Diagramm gemäß dem Stand der Technik mit zwei Druckkurvenformen (a) und (b) eines Pullback-Verfahrens im Überlagerungsmodus. Wie leicht zu erkennen ist, weichen die Intervalle zwischen aufeinander folgender Druck-Peaks in beiden Kurvenformen deutlich voneinander ab. Daher ist nur das erste Druck-Peak-Paar optimal ausgerichtet. Es ist schwer, aus den anderen Druck-Peaks nützliche Informationen abzuleiten: z. B. weicht die Fläche (gestrichelt) zwischen den beiden Druck-Peaks bei nicht optimal ausgerichteten Peaks wesentlich voneinander ab.
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Da konventionelle Computeralgorithmen die Intervallvariabilität nicht oder nicht angemessen berücksichtigen, besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, einen Anzeigemodus bereitzustellen, um wesentliche Teile der Druckkurven zur visuellen Begutachtung und Diagnose optimal zu überlagern und einen Algorithmus, der selbst im Fall der zuvor erläuterten Herzratenunterschiede und Abnormalitäten eine akkurate Computeranalyse (z. B. des beschriebenen Mittelns) ermöglicht.
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Der Algorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet kein Strecken oder Stauchen der Druckkurvenformen, d. h., weder die zeitlichen Verläufe der Kurvenformen noch die Amplituden werden modifiziert.
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Die Erfindung macht von der Tatsache Gebrauch, dass in Abhängigkeit vom Typ der Messung nur gewisse Teile der Druckkurven benötigt werden oder relevant sind. Mit anderen Worten wird nur ein Teil der ganzen Kurvenform für eine bestimmte Analyse gebraucht und deshalb müssen nur Teile der Kurvenform überlagert werden. Welche Teile gebraucht werden und wie die korrespondierenden Start- und Endpunkte des relevanten Intervalls gefunden werden, hängt von der beabsichtigten Messung und den Messorten ab.
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Da für eine bestimmte Analyse nur ein Teilabschnitt des gesamten Druck-Peak- zu Druck-Peak-Intervalls benötigt wird, schlägt die vorliegende Erfindung das folgende Verfahren vor:
- • Abtrennen des relevanten Teils jedes Herzschlags in beiden Kurvenformen (Segmentierung), was unter Zuhilfenahme des korrelierten EKGs ausgeführt wird,
- • Überlagern der relevanten Teilabschnitte auf einer Herzschlag-zu-Herzschlag-Basis,
- • Optimieren der Ausrichtung der beiden Druck-Peaks in den Teilabschnitten. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird diese optimale Ausrichtung mittels eines kleinsten Fehlerquadrat-Algorithmus erreicht.
- • Anzeigen der abgetrennten Kurvenformen in optimaler Ausrichtung für beide Abschnitte im Überlagerungsmodus. Die Kurvenformen sind dann nicht mehr kontinuierlich.
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2 zeigt dieselben Druckkurvenformen wie in 1, wobei diese gemäß dem Algorithmus verarbeitet wurden und gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt werden. Demnach wird die Kurvenform (b) segmentiert und jedes Segment wird mit einem korrespondierenden Segment der Kurvenform (a) ausgerichtet. Diese Segmente werden durch Korrelieren jeder der Druckkurven mit einem jeweiligen und korrespondierenden Abschnitt eines Elektrokardiogramms bestimmt, welches gleichzeitig mit den Druckkurven aufgenommen wird. Wenn der Druckgradient basierend auf den Flächen zwischen den Kurvensegmenten, wie sie in 2 dargestellt sind, bestimmt werden soll, wird die dargestellte Fläche (gestrichelt) durch die Schnittpunkte zwischen den Kurven begrenzt. Dies ist jedoch nicht der einzige Ansatz, Druck oder Druckgradienten zu bestimmen. Andere Berechnungsverfahren können vielmehr auf zwei korrespondierenden Punkten auf den beiden Kurven basieren, oder die Fläche zwischen den Segmenten kann eher durch Punkte des geringsten Abstands als durch Schnittpunkte beschränkt werden.
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Ein Beispiel für zwei Kurven, welche sich nicht schneiden, ist in 3 dargestellt. Demnach sind die jeweiligen Segmente der beiden Kurven (a) und (b), wie in 3 gezeigt, normal auf dem selben vertikalen Maßstab (Amplitude) überlagert, was zu einer Situation führen kann, in der die Kurven sich nicht schneiden. Allerdings kann in einer solchen Situation der Druckgradient noch immer berechnet werden, wenn eine Fläche zwischen den Segmenten basierend auf benachbarten Bereichen oder Punkten zwischen den Kurven definiert wird. Dies wird durch die gestrichelte Fläche in 3 veranschaulicht. Die Punkte werden an einer Position definiert, an der sich die Kurven innerhalb der jeweiligen Segmente aneinander maximal annähern. Da zwei Kurvensegmente immer zwei Punkte einer minimalen Distanz oder einer größten Nähe zueinander aufweisen, was jedoch nicht zu vernünftigen Berechnungsergebnissen für die Druckgradienten führen könnte, muss jedes Berechnungsergebnis geprüft werden. Dies kann z. B. durch Mitteln der Ergebnisse mehrerer Paare von Segmenten (mehrere Herzschläge) und Identifizieren der Ergebnisse erfolgen, welche zu weit vom Mittelwert entfernt liegen, d. h. Identifizieren von Ausreißern auf der Basis eines Fehlerbereichs oder Fehlerkriteriums. Verglichen mit Schnittpunkten zwischen den Kurven kann der hierdurch eingeführte Fehler leicht erhöht sein, wenn das Prinzip des geringsten Abstandes verwendet wird. Allerdings ist die diagnostische Untersuchung oft bereits beendet, wenn die Druckgradienten in dem Berechnungsschritt berechnet werden und die Messung nicht wiederholt werden kann, so dass der erhöhte Fehler oft akzeptiert werden muss. Um die Punkte des geringsten Abstandes zwischen den beiden Segmenten zu bestimmen, sind die folgenden grundsätzlichen Schritte auszuführen: die optimale Ausrichtung muss, wie zuvor erläutert, gefunden werden (dies wird z. B. basierend auf den Maxima durchgeführt). Wenn kein(e) Schnittpunkt(e) gefunden werden können, werden die Punkte des geringsten Abstandes stattdessen ausgewählt.
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Wenn trotz optimaler Ausrichtung aber auf einer Seite des Segments kein Schnittpunkt existiert, wird das Segment (Kurve) in zwei Teile aufgeteilt, z. B. links und rechts des Maximums. Schritt für Schritt wird für jeden Abtastwert P auf der linken Seite der Kurve (a) die minimale Euklidische Distanz bezüglich jedes Abtastwertes Q des Segments der anderen Kurve bestimmt, wie mittels der folgenden Gleichung wiedergegeben.
wobei x
P, x
Q und x
P, x
Q sich auf die Cartesischen Koordinaten der jeweiligen Abtastwerte P und Q (in einer Cartesischen Darstellung) beziehen und d
PQ der Euklidische Abstand ist. Die zwei Punkte P
min und Q
min des geringsten Abstandes werden als Minimum über alle Distanzen, die für alle Punkte P und Q auf beiden Segmenten (zumindest in spezifischen Abschnitten links und rechts des Maximums) berechnet werden, aufgefunden.
3 zeigt Paare von Punkten P1, Q1 und P2, Q2 um jeweils zwei Punkte des minimalen Abstandes zu veranschaulichen, welche gemäß dem beschriebenen Prinzip selektiert wurden, um Begrenzungen für die Fläche (schraffiert) zu finden.
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4 zeigt eine weitere Darstellung überlagerter Segmente in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. In 4 weist nur die linke Seite vom Maximum einen Schnittpunkt auf. Tatsächlich ist der Schnittpunkt eher ein Berührpunkt als ein Schnittpunkt. In dieser Situation stellt der Berührpunkt die linke Schranke der Fläche dar und die rechte Grenze wird durch die Punkte des geringsten Abstandes bestimmt, welche, wie bezüglich 3 erläutert, berechnet werden. Wenn zwei (oder sogar mehr) Schnittpunkte auf einer Seite auftreten, kann einer dieser Schnittpunkte willkürlich als Beschränkung ausgewählt werden.
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Üblicherweise ist der vertikale Maßstab für die Amplituden der Druckkurven für beide Kurven bei allen Messungen derselbe, d. h. für 1 bis 4. Zumindest wird das Überlagern der Kurvenformen basierend auf demselben vertikalen Amplitudenmaßstab ausgeführt. Für das Bestimmen der Schnittpunkte ist ein gleicher Maßstab unerlässlich.
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5 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Herzkatheter-Laborsystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Herzkatheter-Laborsystem (oder auch Herzkathetermeßplatz) umfaßt einen Katheter 1, der mit einem Drucksensor 2 gekoppelt ist. Außerdem sind Sensoren 3 zur Ableitung eines Elektrokardiogramms vorgesehen. Die Sensoren sind mit einem Ableitkopf (Patienteneinheit) 4 gekoppelt, welcher die Signale von den Sensoren erfaßt, verstärkt und gegebenenfalls in ein digitales Signal umwandelt. Der Ableitkopf 4 ist ebenfalls mit einer Signalverarbeitungseinheit (z. B. Computer oder Recheneinheit) 5 gekoppelt. Die Signalverarbeitungseinheit 5 ist eingerichtet, um den Druckgradienten aus den Druckkurven gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu berechnen, und diesen (ggf. nebst den zugehörigen segmentierten und ausgerichteten Kurven) auf einer Ausgabeeinheit 6 wiederzugeben bzw. darzustellen. Die Ausgabeeinheit 6 kann beispielsweise ein Drucker oder eine Anzeige, wie ein Display oder ein Monitor sein.
