DE102010024965A1

DE102010024965A1 - Verfahren zur Bestimmung eines charakteristischen Verlaufs einer R-Zacke in einem EKG-Signal, Computerprogrammprodukt und elektronisch lesbarer Datenträger zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102010024965A1
Application number: DE102010024965A
Authority: DE
Inventors: Michael Frank; Dr. Rößler Jürgen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2011-12-29
Also published as: US20110319780A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines charakteristischen Verlaufs einer R-Zacke in einem EKG-Signal umfasst dabei folgende Schritte: – Aufnehmen einer zeitlichen Folge von Messwerten, – Speichern der Messwerte mit zugehörigem Zeitwert, – Bestimmen einer Anzahl Werte bestimmter zeitlicher Ableitung und ihrer jeweiligen Zeitwerte in den gespeicherten Messwerten, – Auswählen eines der Werte bestimmter zeitlicher Ableitung als exemplarischen Wert, wobei das Auswählen eines der Werte bestimmter zeitlicher Ableitung als exemplarischen Wert mindestens einen Plausibilitätstest umfasst, – Wählen einer Teilfolge der gespeicherten Messwerte als charakteristischen Verlauf in Abhängigkeit des zu dem exemplarischen Wert zugehörigen Zeitwerts. Durch die Kombination einer Bestimmung in Frage kommender Werte über ihre Ableitung mit einem Plausibilitätstest ist das Verfahren besonders robust. Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt und ein elektronisch lesbarer Datenträger zur Durchführung des Verfahrens beansprucht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines charakteristischen Verlaufs einer R-Zacke in einem EKG-Signal, sowie ein Computerprogrammprodukt und einen elektronisch lesbarer Datenträger zur Durchführung des Verfahrens.
EKG-Messvorrichtungen werden in erster Linie zur Messung und Überwachung der Herzfunktion eines Patienten eingesetzt, dazu wird typischerweise über mindestens zwei Elektroden die Summenspannung der elektrischen Aktivität der Herzmuskelfasern als so genanntes „EKG-Signal” gemessen. In 1 ist beispielhaft ein idealer Verlauf eines solchen EKG-Signals als Spannung U über der Zeit dargestellt. Charakteristische Verläufe des EKG-Signals sind nach Einthoven mit den Buchstaben P, Q, R, S und T gekennzeichnet und geben üblicherweise die verschiedenen Phasen eines Herzschlags wieder.
Es gibt neben der reinen Überwachung der Herzfunktion eines Patienten noch weitere Anwendungen. Beispielsweise werden EKG-Signale auch bei der medizinischen Bildgebung zur Erzeugung von Trigger-Signalen verwendet. Über das EKG-Signal wird während der Bildgebung Information über die Herzphase gewonnen, um damit die Bildgebung mit der Herztätigkeit zu synchronisieren. Insbesondere bei Bildgebungsverfahren, die eine längere Aufnahmezeit benötigen, können so Herzaufnahmen oder auch Aufnahmen von Bereichen, die durch den Herzschlag bewegt werden, mit hoher Qualität erstellt werden.
Auch während einer Untersuchung eines Patienten mittels eines Magnetresonanzgeräts werden EKG-Messvorrichtungen zur in-situ-Aufnahme von EKG-Signalen verwendet. Dabei stellt der Betrieb im Magnetresonanzgerät wegen der dort zur Bildgebung verwendeten starken Gradientenfelder und hochfrequenten Felder jedoch besondere Anforderungen an die EKG-Messvorrichtung, um eine gegenseitige Störung von Magnetresonanzgerät und EKG-Messvorrichtung zu verhindern. EKG-Messvorrichtungen, die im oben angegebenen Sinn Magnetresonanz-kompatibel sind, sind auf dem Markt erhältlich.
Die Bestimmung von R-Zacken in EKG-Signalen ist für eine zuverlässige Triggerung unerlässlich. Diese Bestimmung wird jedoch z. B. durch im Magnetfeld auftretende T-Wellenüberhöhungen erschwert.
Ein weiteres, großes Problem für eine zuverlässige EKG-Signalmessung stellen auch nach wie vor sich zeitlich ändernde Magnetfelder dar, wie sie im Magnetresonanzgerät als magnetische Gradientenfelder zur Ortskodierung verwendet werden. Derartige sich zeitlich ändernde Magnetfelder erzeugen nach dem Induktionsgesetz Störspannungen, die in dem von den EKG-Elektroden aufgenommenen EKG-Signal als Störung eingekoppelt werden. Derartige magnetisch erzeugte Störsignale überlagern sich mit dem vom Herzen erzeugten EKG-Signal und verfälschen dieses.
Diese Störungen sind höchst unerwünscht. Zur Synchronisation einer Aufnahme eines Magnetresonanzbildes mit dem Herzschlag ist eine zuverlässige Erkennung der R-Zacke des EKG-Signals erforderlich. Die Störsignale können z. B. wegen ihrer oftmals ähnlichen Form irrtümlich als eine R-Zacke interpretiert werden und somit fälschlicherweise eine Triggerung einer Aufnahme eines Magnetresonanzbildes auslösen. Andererseits kann es auch vorkommen, dass eine „echte” R-Zacke wegen der überlagerten Störsignale nicht als solche erkannt wird. Dies führt regelmäßig zu einer deutlichen Verschlechterung der Bildqualität.
Bisher wird versucht diese Problematik dadurch zu lösen, dass als mögliche R-Zacke bewertete Signale vor einer Triggerung weiter einer einfachen Schwellenwertprüfung unterworfen werden. Diese Schwellenwertprüfung sieht in der Regel einen nicht zu überschreitenden Maximalwert sowie einen nicht zu unterschreitenden Minimalwert vor. Wird der Maximalwert überschritten, wird davon ausgegangen, dass eine Störeinkopplung durch die Gradientenfelder vorlag. Wird der Minimalwert unterschritten, geht man davon aus, fälschlicherweise eine T-Welle als R-Zacke bewertet zu haben. In beiden Fällen wird kein Triggersignal abgegeben.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und einen elektronisch lesbaren Datenträger anzugeben, die eine zuverlässige Detektion von R-Zacken von in einem Magnetresonanzgerät gemessenen EKG-Signalen erlauben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 14 bzw. einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß Anspruch 15.
Das Verfahren zur Bestimmung eines charakteristischen Verlaufs einer R-Zacke in einem EKG-Signal umfasst dabei folgende Schritte:

– Aufnehmen einer zeitlichen Folge von Messwerten,
– Speichern der Messwerte mit zugehörigem Zeitwert,
– Bestimmen einer Anzahl Werte bestimmter zeitlicher Ableitung und ihrer jeweiligen Zeitwerte in den gespeicherten Messwerten,
– Auswählen eines der Werte bestimmter zeitlicher Ableitung als exemplarischen Wert, wobei das Auswählen eines der Werte bestimmter zeitlicher Ableitung als exemplarischen Wert mindestens einen Plausibilitätstest umfasst,
– Wählen einer Teilfolge der gespeicherten Messwerte als charakteristischen Verlauf in Abhängigkeit des zu dem exemplarischen Wert zugehörigen Zeitwerts.

Durch die Kombination einer Bestimmung in Frage kommender Werte über ihre Ableitung mit einem Plausibilitätstest ist das Verfahren sehr robust. Somit kann es auch bei vorliegenden Störungen des EKG-Signals zuverlässig zur Bestimmung eines charakteristischen Verlaufs einer R-Zacke des EKG-Signals verwendet werden. Beispielsweise, wenn ein Patient sich bereits innerhalb des Messvolumens des Magnetresonanzgeräts befindet, dessen elektromagnetische Felder zu einer Überhöhung von T-Wellen im EKG-Signal führen, kann trotzdem zuverlässig ein charakteristischer Verlauf einer R-Zacke des EKG-Signals ermittelt werden. Dieser charakteristische Verlauf kann dann bei einer laufenden MR-Untersuchung des Patienten dazu verwendet werden, aktuelle EKG-Signale mit dem zuvor ermittelten charakteristischen Verlauf der R-Zacke zu vergleichen. Auf diese Weise wird eine besonders zuverlässige Erkennung von R-Zacken in dem aktuellen EKG-Signal und damit eine besonders zuverlässige Triggerung der MR-Untersuchung ermöglicht, insbesondere da die aus dem charakteristischen Verlauf gewonnenen Vergleichswerte und die aktuell gemessenen EKG-Signale unter möglichst ähnlichen Bedingungen gemessen werden. Falls erforderlich, kann der charakteristische Verlauf der R-Zacke auch während der MR-Untersuchung erneut ermittelt werden, ohne dass der Patient aus dem Magnetresonanzgerät herausgefahren werden müsste. Somit kann auf eventuell auftretende Änderungen an der EKG-Messvorrichtung oder des Herzschlags (zum Beispiel durch ein Schwitzen oder eine Belastung des Patienten verursacht) und damit verbundene Änderungen des erhaltenen EKG-Signals reagiert werden. Bei entsprechender Ausführung des Magnetresonanzgeräts kann ein solches Ermitteln des charakteristischen Verlaufs zum Beispiel bequem von einer Bedienkonsole aus, beispielsweise durch Anklicken eines entsprechenden Software-Buttons, angestoßen werden.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der Wert bestimmter zeitlicher Ableitung der Wert größter zeitlicher Ableitung. Der Wert größter zeitlicher Ableitung liegt mit großer Wahrscheinlichkeit auf der steigenden Flanke der R-Zacke (Q–R in 1) und markiert somit einen Bereich im EKG-Signal, der kurz vor dem interessierenden Ereignis, der R-Zacke selbst, liegt. Wird anhand eines solchen Wertes ein charakteristischer Verlauf des EKG-Signals um den gewünschten Triggerzeitpunkt (R-Zacke) herum, ermittelt, kann später durch Vergleichen eines aktuellen Signals mit dem charakteristischen Verlauf vorausschauend eine mögliche R-Zacke in dem aktuellen EKG-Signal detektiert werden. Es sind auch andere Werte der zeitlichen Ableitung als bestimmte Werte denkbar. Beispielsweise lokale Extremwerte der zeitlichen Ableitung oder eine kleinste zeitliche Ableitung, die mit hoher Wahrscheinlichkeit auf der abfallenden Flanke von der R-Zacke in das S-Tal liegt. Der Wert größter zeitlicher Ableitung bietet sich wegen seiner Lage vor dem zu detektierenden Triggerzeitpunkt und seiner einfachen Berechenbarkeit jedoch besonders an. Daher wird im Folgenden anstelle von Werten bestimmter zeitlicher Ableitung meist nur noch von Werten größter zeitlicher Ableitung gesprochen. Wird ein anderer Wert als bestimmter Wert zeitlicher Ableitung verwendet, ergibt sich das Weitere analog.
Vorteilhaft umfasst das Bestimmen einer Anzahl Werte größter zeitlicher Ableitung und ihrer jeweiligen Zeitwerte in den gespeicherten Messwerten ein Unterteilen eines die Messwerte enthaltenden Speichers in Subspeicher. Die Subspeicher sind dabei vorteilhaft derart gewählt, dass sie eine Anzahl Messwerte enthalten, welche innerhalb einer Zeitdauer aufgenommen wurden, welche einer Herzperiode entspricht. Wird nun in jedem Subspeicher genau der Wert größter zeitlicher Ableitung und sein zugehöriger Zeitwert bestimmt und gespeichert, kann mit großer Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass dies ein Wert auf der Steigung der R-Zacke in der betreffenden Herzperiode ist. Die gespeicherten Werte größter zeitlicher Ableitung repräsentieren somit die Flanken potentieller R-Zacken und somit potentielle R-Zacken.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden aus der Anzahl Werte größter zeitlicher Ableitung eine Teilmenge, die einer R-Zacke zuzuordnen sind, und ihre zugehörigen Zeitwerte gemäß einer vorgegebenen Vorschrift ausgewählt. So findet bereits eine erste Vorauswahl möglicher, mit hoher Wahrscheinlichkeit einer R-Zacke zuzuordnenden Werte statt. Beispielsweise werden die bestimmten Werte größter zeitlicher Ableitung mit dem maximalen, d. h. hier größten, Wert der bestimmten Werte größter zeitlicher Ableitung verglichen, und diejenigen ausgewählt, welche maximal um einen vorgegebenen Prozentsatz, z. B. maximal um 65% oder weniger, z. B. 35%, von dem größten Wert abweichen. Wird ein anderer Wert bestimmter zeitlicher Ableitung gesucht als der Wert größter zeitlicher Ableitung, ist der maximale Wert derjenige, welcher die bestimmte Eigenschaft im größten Maße erfüllt.
Vorteilhaft wird bei einem erfindungsgemäßen Plausibilitätstest mindestens ein zeitlicher Abstand zwischen zwei bestimmten zeitlich aufeinander folgenden Werten größter zeitlicher Ableitung bestimmt, und dieser mit mindestens einem Vergleichswert verglichen. Der Vergleichswert ist hierbei zum Beispiel ein mittlerer Wert einer typischen Herzperiode.
Alternativ oder zusätzlich können bei einem Plausibilitätstest zeitliche Abstände zwischen zwei bestimmten zeitlich aufeinander folgenden Werten größter zeitlicher Ableitung miteinander verglichen werden. Somit kann sichergestellt werden, dass der Zeitabstand zwischen zwei als mögliche R-Zacken erkannten Werten ähnlich ist, und damit die Periodizitätsforderung erfüllt ist.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt ist direkt in einen Speicher einer programmierbaren Verarbeitungseinheit einer Magnetresonanzanlage ladbar, und umfasst Programmmittel, um alle Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Verarbeitungseinheit der Magnetresonanzanlage ausgeführt wird.
Ein erfindungsgemäßer elektronisch lesbarer Datenträger umfasst darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Verarbeitungseinheit einer Magnetresonanzanlage das beschriebene Verfahren durchführen.
Die auf das Verfahren bezogenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten für das Computerprogrammprodukt und den elektronisch lesbaren Datenträger analog.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Figuren. Die aufgeführten Beispiele stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Es zeigen:
1 beispielhaft einen idealen Verlauf eines EKG-Signals über der Zeit,
2 schematisch eine EKG-Messvorrichtung und ein Magnetresonanzgerät, in Verbindung mit welchen das Verfahren durchführbar ist,
3 eine schematische Darstellung eines Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Anhand der 2 und 3 wird im Folgenden das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit einer EKG-Messvorrichtung und einem Magnetresonanzgerät 1 erläutert.
Wie in 2 dargestellt ist, befindet sich während einer Untersuchung ein Patient 5 mit einer angelegten EKG-Messvorrichtung 4 in dem Magnetresonanzgerät 1. Das Magnetresonanzgerät 1 ist hier nur schematisch durch seine Magneteinheit 2 und eine Patientenliege 3, mit welcher Patienten 5 in das Magnetresonanzgerät 1 herein- und herausgefahren werden können, dargestellt. Der prinzipielle Aufbau eines Magnetresonanzgeräts aus Hochfrequenzspulen und Gradientenspuleneinheit sowie die zugehörigen Steuereinheiten eines Magnetresonanzgeräts sind bekannt. Ebenso ist die EKG-Messvorrichtung 4 nur schematisch als Block dargestellt, da der prinzipielle Aufbau einer EKG-Messvorrichtung mit EKG-Elektroden und Verstärker-/Filtereinheiten zur Messung einer Spannung zwischen zwei EKG-Elektroden bekannt ist.
Die EKG-Messvorrichtung 4 sowie das Magnetresonanzgerät 1 sind erfindungsgemäß mit einer Verarbeitungseinheit 6 verbunden welche Daten von der EKG-Messvorrichtung 4 empfangen kann, sowie mit dem Magnetresonanzgerät 1, zum Beispiel einer Steuereinheit desselben, kommunizieren kann. Die Verarbeitungseinheit 6 umfasst dabei mindestens eine Speichereinheit 6.1.
Wird ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt 7 in die programmierbare Verarbeitungseinheit 6 des Magnetresonanzgeräts 1 geladen, kann das nachfolgend beschriebene Verfahren ausgeführt werden, wenn das auf dem Computerprogrammprodukt 7 umfasste Programm auf der Verarbeitungseinheit 6 ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt 7 kann auch als elektronisch lesbare Steuerinformationen auf einen elektronisch lesbaren Datenträger 8 gespeichert werden, und bei Verwendung des Datenträgers 8 in der Verarbeitungseinheit 6 des Magnetresonanzgeräts 1 eine Durchführung des Verfahrens ermöglichen.
3 zeigt nun schematisch ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, in welchem bereits vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens angegeben sind.
Zunächst wird eine zeitliche Folge von Messwerten, die ein mit einer EKG-Messvorrichtung gemessenes EKG-Signal zum Beispiel als Spannungswerte repräsentieren, aufgenommen (Block 101). Die aufgenommenen Messwerte werden mit einem zugehörigen Zeitwert, der die zeitliche Relation der aufgenommenen Messwerte zueinander angibt, in einer Speichereinheit gespeichert (Block 102). Hierbei sollte eine ausreichende Anzahl von Messwerten aufgenommen werden. Insbesondere sollte die aufgenommene zeitliche Folge von Messwerten wenigstens eine Herzperiode, vorteilhaft jedoch mehrere Herzperioden umfassen, woraus sich das erforderliche Speichervolumen ergibt.
Nimmt man beispielsweise eine minimale Herzrate von 25 Schlägen pro Minute (bpm, engl. „beats per minute”) an, ergibt sich eine Herzperiode von 60 s/25 = 2,4 s (s, Sekunde). Sollen beispielsweise bei einer Abtastrate von 2,5 ms (ms, Millisekunde), d. h. einer Aufnahme eines Messwerts alle 2,5 ms, mindestens n (n = 1, 2, 3, ...) Herzperioden erfasst werden, ergäbe sich ein Speichervolumen von n*2,4 s/2,5 ms = n*960 Messwerten und der Speicher deckte eine zeitliche Folge über eine Dauer von n*960*2,5 ms ab. In der Regel sollte eine Aufnahme von 2880 Messwerten (n = 3) genügen, was einer Folge einer Dauer von 3*960*2,5 ms = 7,2 s entspricht.
Aus den gespeicherten Messwerten wird im Block 201 eine Anzahl Messwerte bestimmt, welche unter den gespeicherten Messwerten Werte einer bestimmten, z. B. einer größten, zeitlichen Ableitung besitzen (Ergebnis 105) und somit potentielle R-Zacken repräsentieren (siehe oben). Die jeweiligen Werte der Ableitung werden dabei wiederum mit ihrem zugehörigen Zeitwert gespeichert, wobei in einem Ergebnis 109 zu gespeicherten Werten größter zeitlicher Ableitung zugehörige Zeitwerte z. B. in einer Reihenfolge zeitlich aufsteigend gespeichert werden. Dabei kann zum Beispiel der Zeitpunkt „0” im jeweils letzten gespeicherten Wert zugeordnet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Bestimmen der Anzahl Werte größter zeitlicher Ableitung und ihrer jeweiligen Zeitwerte in den gespeicherten Messwerten 201 ein Unterteilen eines die Messwerte enthaltenden Speichers in Subspeicher (Block 103). Dabei kann vorteilhaft entsprechend der Abtastrate und einer anzunehmenden maximalen Herzrate der Speicher in derart viele Subspeicher unterteilt werden, dass die Messwerte, welche in einem Subspeicher enthalten sind, höchstens eine volle Herzperiode oder weniger abdecken.
In dem oben erwähnten Beispiel eines n*960 Messwerte umfassenden Speichers, kann dieser beispielsweise in n*8 Subspeicher von je 120 Messwerten unterteilt werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass selbst bei einer maximal angenommenen Herzrate von 200 bpm, und damit einer Herzperioden von 60 s/200 = 0,3 s (0,3 s/2,5 ms = 120) Messwerte maximal einer ganzen Herzperiode oder aber nur einer Teilperiode in einem Subspeicher enthalten sind.
In den in dem Speicher gespeicherten Messwerten wird nun eine Anzahl Werte größter zeitlicher Ableitung und ihrer jeweiligen Zeitwerte bestimmt (Block 104) und gespeichert (Ergebnis 105). Vorteilhaft wird dabei in jedem Subspeicher ein Wert größter zeitlicher Ableitung dieses Subspeichers und sein zugehöriger Zeitwert bestimmt und gespeichert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die bestimmten Werte größter zeitlicher Ableitung einen gewissen zeitlichen Mindestabstand besitzen, der z. B. wie in dem oben beschriebenen Fall von Subspeichern, welche höchstens eine Herzperiode abdecken, in der Größenordnung eines zu erwartenden zeitlichen Abstands zwischen zwei zu detektierenden R-Zacken (zeitlicher Abstand: eine Herzperiode) liegt. Im Fall von α(z. B. α = n*8) Subspeichern enthält das Ergebnis 105 somit α Werte größter zeitlicher Ableitung und ihre zugehörigen Zeitwerte. Wird der Speicher nicht in Subspeicher aufgeteilt, kann auf andere Weise, z. B. über eine Überprüfung der Zeitwerte, ein ausreichender zeitlicher Abstand der zu speichernden Werte ggf. kombiniert mit einer Maximalzahl an zu speichernden Werten größter zeitlicher Ableitung, sichergestellt werden.
Die größte Steigung in einem EKG-Signal liegt normalerweise auf der steigenden Flanke der R-Zacke (siehe auch 1), daher ist zu erwarten, dass die gespeicherten Werte größter zeitlicher Ableitung eben auf einer solchen steigenden Flanke einer R-Zacke in dem aufgenommenen EKG-Signal liegen.
Auch der Abfall von der R-Zacke in das S-Tal hat eine starke Steigung, wenn auch mit anderem Vorzeichen. Vorliegend soll eine Ableitung, welche eine Steigung beschreibt, ein positives Vorzeichen besitzen, sodass Werte größter zeitlicher Ableitung immer auf einer Steigung (z. B. Q–R Flanke, siehe Figur 1) im EKG-Signal liegen. Kann man nicht bereits unterscheiden, welche Ableitungswerte eine Steigung und welche einen Abfall darstellen (Vorzeichen unbekannt), und will man dennoch sichergehen nur Werte auf der oben genannten Steigung und nicht auf dem Abfall in das S-Tal als Werte größter zeitlicher Ableitung zu speichern, kann gegebenenfalls eine Abfrage über die Dynamik der Messwerte zeitlich vor dem zunächst als Messwert, bei welchem der als Wert größter Ableitung bestimmte Wert vorliegt, vorgenommen werden, um zu entscheiden, ob der bestimmte Wert auf der steigenden Flanke der R-Zacke oder auf dem Abfall in das S-Tal liegt und ihn dementsprechend zu speichern oder zu verwerfen. Wird nach einem anderen bestimmten Wert zeitlicher Ableitung gesucht als nach dem Wert größter zeitlicher Ableitung werden können analoge Abfragen vorgenommen werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden nun die als Ergebnis 105 erhaltenen Werte größter zeitlicher Ableitung sortiert und in einer geeigneten, z. B. in absteigender, Reihenfolge gespeichert, wobei die zugehörigen Zeitwerte analog sortiert und gespeichert werden (Ergebnis 107), sodass weiter eine Zuordnung von Ableitungswert zu Zeitwert möglich ist (Block 106). Das Sortieren kann beispielsweise durch Vergabe entsprechender Indices sowohl an die Ableitungswerte als auch an die zugehörigen Zeitwerte geschehen.
Die Sortierung der Ableitungswerte gemäß ihrer Größe erlaubt es die Anzahl dieser als möglicherweise zu einer R-Zacke gehörend zu bewertenden Werte zu verfeinern und zu reduzieren. Da echte R-Zacken wie bereits erwähnt, die größte Steigung innerhalb eines EKG-Signals haben, sind vor allem die größten Ableitungswerte der gespeicherten Werte größter zeitlicher Ableitung als mögliche R-Zacken in Betracht zu ziehen.
Vorteilhaft wird daher aus der Anzahl Werte größter zeitlicher Ableitung gemäß einer vorgegebenen Vorschrift eine Teilmenge ausgewählt, deren Elemente einer R-Zacke zuzuordnen sind, und ihre zugehörigen Zeitwerte (Block 108).
Als derartige Teilmenge können daher z. B. in einfacher Weise die ersten N Indices der obigen absteigend sortierten Ableitungswerte bestimmt werden, für die gilt: W_1*proc < W_i, wobei W_1 der größte der gespeicherten Ableitungswerte ist, W_i ein beliebiger gespeicherter Ableitungswert und proc ein Wert zwischen 0 und 1. Somit umfasst das Auswählen der Teilmenge Werte größter zeitlicher Ableitung, die einer R-Zacke zuzuordnen sind, einen Vergleich mit dem größten Wert zeitlicher Ableitung W_1 der bestimmten Werte größter zeitlicher Ableitung. Der Wert W_1 wird als auf jeden Fall auf einer R-Zacke liegend angenommen. Der Wert proc definiert somit eine Schranke, um wie viel Prozent ein weiterer der als potentiell zu einer Steigung einer R-Zacke gehörenden gespeicherten Ableitungswerte von der maximalen Steigung W_1 abweichen darf, um noch als möglicherweise zu einer weiteren R-Zacke gehörig angesehen zu werden. Beispielsweise kann proc = 0,65 oder proc = 0,5 oder ein Wert zwischen 0,65 und 0,35 als proc gesetzt werden. Werte W_i < W_1*proc stammen wahrscheinlich eher von anderen Verläufen im EKG-Signal und werden nicht weiter betrachtet.
Die als zu der Teilmenge gehörigen Werte mit W_i > W_1*proc werden mit ihren zugehörigen Zeitwerten t(W_i) (mit W_i > W_1*proc) als Ergebnis 109 gespeichert. Eine solche Reduzierung der Werte größter zeitlicher Ableitung reduziert zusätzlich den weiteren Rechenaufwand.
Vorteilhaft kann aus den Werten obiger Teilmenge (Ergebnis 109) oder aber auch aus den ursprünglich bestimmten Werten größter zeitlicher Ableitung (Ergebnis 105, s. o.) ein Wert als exemplarischer Wert ausgewählt werden, wobei das Auswählen eines der Werte größter zeitlicher Ableitung als exemplarischen Wert mindestens einen Plausibilitätstest umfasst (Block 202).
Dazu können z. B. die im Ergebnis 109 gespeicherten Zeitwerte zunächst in einer Reihenfolge, z. B. aufsteigend, sortiert (Block 110) und als Ergebnis 111 gespeichert werden. Das Auswählen eines der Werte größter zeitlicher Ableitung als exemplarischen Wert umfasst somit ein Sortieren von bestimmten Werten größter zeitlicher Ableitung z. B. aufsteigend nach ihren zugehörigen Zeitwerten.
Wurde wie oben als vorteilhaft beschrieben, der Speicher in Subspeicher geteilt und je ein Wert größter zeitlicher Ableitung in einem Subspeicher bestimmt, umfasst das Ergebnis 109 so viele Zeitwerte wie Subspeicher α vorhanden waren (z. B. 8*n, s. o.). Wurde weiterhin wie oben als weiter vorteilhaft beschrieben, eine Teilmenge von N Werten der gespeicherten Werte größter zeitlicher Ableitung ausgewählt, so umfasst das Ergebnis 109 N Zeitwerte.
Im Falle einer Unterteilung des Speichers in Subspeicher kann eine Korrektur des Ergebnisses 109 nötig sein, nämlich dann, wenn eine Subspeichergrenze gerade auf einer steigenden Flanke einer R-Zacke in dem aufgenommenen EKG-Signal liegt. Denn in diesem Fall kann es sein, dass in den beiden Subspeichern, die durch die Subspeichergrenze getrennt werden, Werte als Werte größter zeitlicher Ableitung bestimmt wurden, die derselben steigenden Flanke einer R-Zacke angehören.
Dies kann vorteilhaft korrigiert werden, indem eine Abfrage die jeweiligen zeitlichen Abstände zwischen den Werten des Ergebnisses 111 auf eine vorgegebene Mindestlänge überprüft und bei zu naher zeitlicher Folge zweier aufeinanderfolgender Werte im Ergebnis 111, wahlweise den ersten oder den zweiten der beiden verwirft (Block 112). Nimmt man beispielsweise eine minimale Länge einer R-Zacke von 40 ms an, so wird einer von zwei aufeinanderfolgenden Werten in dem Ergebnis 111, welche 40 ms oder weniger auseinander liegen, verworfen. Bei einer Abtastrate von 2,5 ms entspricht dieser zeitliche Abstand 16 Abtastwerten. Das so korrigierte Ergebnis 111 wird als Ergebnis 113 gespeichert und enthält nunmehr M Einträge.
Im Block 114 wird nun im Rahmen der Auswahl eines der Werte größter zeitlicher Ableitung als exemplarischen Wert mindestens ein Plausibilitätstest durchgeführt.
Ein erster möglicher Plausibilitätstest „A” könnte die Anzahl der Einträge im Ergebnis 111 mit einer Mindestanzahl in den aufgenommenen Messwerten zu erwartender R-Zacken vergleichen und beispielsweise abfragen, ob M >= n ist, wobei M die Anzahl der Einträge im Ergebnis 111 und n, wie oben bereits eingeführt, eine Mindestanzahl mit den aufgenommenen Messwerten abgedeckter Herzperioden ist. Enthält das Ergebnis 111 weniger Einträge als Herzperioden mit den aufgenommenen Messwerten abgedeckt wurden, sind nicht ausreichend viele Werte größter steigender Ableitung erkannt worden, und das Verfahren beginnt von neuem bei Block 101.
Weitere mögliche Plausibilitätstests könnten ein Bestimmen mindestens eines zeitlichen Abstands zwischen zwei bestimmten zeitlich aufeinander folgenden Werten größter zeitlicher Ableitung und ein Vergleichen des bestimmten Abstands mit mindestens einem Vergleichswert umfassen. Beispielsweise wird gebildet RR = Erg111_2 – Erg111_1, wobei RR den zeitlichen Abstand zwischen den an zweiter und an erster Stelle im Ergebnis 111 gespeicherten Werten Erg111_2 und Erg111_1 wiedergibt. Und somit den zeitlichen Abstand der ersten potentiellen R-Zacke von der zweiten. Sind weitere potentielle R-Zacken bestimmt worden, kann auch ein beliebiger anderer Abstand zweier aufeinander folgender potentieller R-Zacken herangezogen werden.
Sodann könnte für einen Plausibilitätstest „B” gelten müssen: „obere Schranke” > RR > „untere Schranke”.
Der bestimmte Zeitabstand wird also z. B. mit einem oberen und einem unteren Vergleichswert verglichen. Als obere Schranke kann insbesondere eine zu einer angenommenen minimalen Herzrate gehörenden Herzperiode eingesetzt werden. Im den bereits oben eingeführten exemplarischen Beispiel einer minimalen Herzrate von 25 bpm, welche einer Herzperiode von 2,4 s entspricht, wären das eben 2,4 s was bei einer Abtastrate von 2,5 ms 960 Messwerten entspricht. Als untere Schranke kann analog insbesondere eine zu einer angenommenen maximalen Herzrate gehörende Herzperiode eingesetzt werden. In dem bereits oben eingeführten exemplarischen Beispiel einer maximalen Herzrate von 200 bpm, wären das 0,3 s was bei einer Abtastrate von 2,4 ms 120 Messwerten entspricht.
Sind mindestens drei Einträge in dem Ergebnis 111 enthalten und somit mindestens drei potentielle R-Zacken bestimmt, kann für einen weiteren Plausibilitätstest „C” der bestimmte zeitliche Abstand zwischen zwei bestimmten zeitlich aufeinander folgenden Werten größter zeitlicher Ableitung RR auch mit weiteren zeitlichen Abständen zwischen zwei (anderen) bestimmten zeitlich einander folgenden Werten größter zeitlicher Ableitung RR_m = Erg111_m – Erg111_(m – 1) verglichen werden (m = 2, 3, ..., M).
Ziel des Vergleichs des Plausibilitätstest „C” ist dabei zum Beispiel, eine ausreichende Ähnlichkeit von Zeitunterschieden zwischen zwei aufeinander folgenden potentiellen R-Zacken sicherzustellen, die mit der Periodizitätsforderung, welche durch die Herzperiode vorgegeben wird, in Einklang steht. So kann beispielsweise gefordert werden, dass für alle m gilt: RR m < 2,0*RR UND RR_m > 0,40*RR.
Somit werden von einem ersten zeitlichen Abstandes RR Abhängige obere und untere Grenzen für die weiteren zeitlichen Abstände RR_m geschaffen. Im obigen Beispiel wurde die untere Grenze derart gewählt, dass der zeitliche Abstand RR_m zweier aufeinander folgender potentieller R-Zacken mindestens 40% des ersten zeitlichen Abstands RR beträgt. Die obere Grenze wurde derart gewählt, dass der zeitliche Abstand RR_m nicht größer als das 2-fache des ersten zeitlichen Abstands RR beträgt. Eine derartige obere Grenze stellt sicher, dass auch ein zeitlicher Abstand von etwa zwei Herzperioden noch berücksichtigt wird, sollte eine tatsächliche zwischen zwei als potentielle R-Zacken detektierten Werten liegende R-Zacke nicht erkannt worden sein. Die Grenzen können den gegebenen Bedingungen angepasst werden und z. B. für die obere Grenze aus Werten zwischen 1,5*RR und 2,5*RR und für die untere Grenze aus Werten zwischen 0,35*RR und 0,5*RR ausgewählt werden.
Wird ein Plausibilitätstest nicht erfüllt, läuft das Verfahren bei Block 101 mit der Aufnahme von neuen Messwerten weiter.
Sind alle Plausibilitätstests erfüllt, wird aus den M im Ergebnis 111 enthaltenen, potentielle R-Zacken repräsentierenden Werten ein Wert als exemplarischer Wert ausgewählt. Ein möglicher Weg einen exemplarischen Wert zu wählen, ist beispielsweise denjenigen Wert des Ergebnisses 109 zu wählen, welcher an der Stelle [M/2] liegt, wobei [*] die Gaußklammer ist und somit wahlweise für ein auf- oder ein abrunden steht. Das heißt ist mit derjenige Wert größter zeitlicher Ableitung als exemplarischer Wert gewählt, welcher unter den nach ihrer Größe absteigend sortierten Werten des Ergebnisses 109 von den M als potentielle R-Zacke erkannten Werten eine mittlere Dynamik aufweist. Somit umfasst das Auswählen eines der Werte größter zeitlicher Ableitung als exemplarischen Wert ein Bestimmen desjenigen Wertes, welcher eine mittlere Dynamik der Werte, welche einer R-Zacke zuzuordnen sind, aufweist (Block 115). Eine derartige Auswahl eines exemplarischen Wertes wird daher diejenige potentielle R-Zacke wählen, welche eine möglichst große Verwandtschaft zu allen im Ergebnis 111 enthaltenen, potentiellen R-Zacken aufweist.
Zumindest der zu dem als exemplarischen Wert gewählten Wert größter steigender Ableitung gehörende Zeitwert wird als Ergebnis 116 gespeichert.
In Abhängigkeit des Ergebnisses 116, d. h. in Abhängigkeit des zu dem exemplarischen Wert zugehörigen Zeitwerts, wird eine Teilfolge der in Block 102 gespeicherten Messwerte als charakteristischer Verlauf gewählt (Block 117).
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst eine in Block 117 gewählte Teilfolge der gespeicherten Messwerte eine chronologische Folge von gespeicherten Messwerten, welche den Messwert einschließt, zu dem der als Ergebnis 116 gespeicherte Zeitwert korrespondiert. D. h. die als charakteristischen Verlauf gewählte Teilfolge der gespeicherten Messwerte umfasst eine chronologische Folge von gespeicherten Messwerten, welche den Messwert einschließen, welcher denselben Zeitwert besitzt wie der als exemplarischer Wert gewählte Wert.
Somit umfasst die als charakteristischer Verlauf gewählte Teilfolge in jedem Fall zumindest einen Teil der steigenden R-Flanke, auf welcher der als exemplarischer Wert gewählte Wert liegt.
Weiterhin vorteilhaft umfasst das Wählen einer Teilfolge der gespeicherten Messwerte als charakteristischen Verlauf ein Bestimmen von Extremwerten im Verlauf der gespeicherten Werte vor und nach dem exemplarischen Wert als Start- und Endwert des charakteristischen Verlaufs. Auf diese Weise wird gerade die steigende R-Flanke, auf welcher der als exemplarischer Wert gewählte Wert liegt, als charakteristischer Verlauf ausgewählt, da die R-Flanke mit einem lokalen Minimum beginnt und mit einem lokalen Maximum endet. Gegebenenfalls kann der charakteristische Verlauf auch als über die steigende R-Flanke hinaus gehend gewählt werden, z. B. indem weitere Messwerte in einer vorbestimmten Zeitspanne vor dem ermittelten lokalen Minimum und/oder nach dem ermittelten lokalen Maximum und damit vor oder nach der steigenden R-Flanke mit in den charakteristischen Verlauf aufgenommen werden. Die jeweilige Auswahl des charakteristischen Verlaufs um den als exemplarischen Wert bestimmten Messwert, kann entsprechend der gewünschten Verarbeitung des charakteristischen Verlaufs, z. B. als Vergleichskurve für eine spätere R-Zackendetektion in späteren Messungen des EKG-Signals, angepasst werden. Der charakteristische Verlauf wird als Ergebnis 120 gespeichert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird bei der Bestimmung des charakteristischen Verlaufs mittels einer Abfrage 118 überprüft, ob alle nach den Kriterien von Block 117 zu dem charakteristischen Verlauf gehörenden Messwerte in den im Block 102 gespeicherten Messwerten enthalten sind. Läge beispielsweise der als exemplarischer Wert gewählte Wert so nahe am Anfang beziehungsweise Ende des Speichers aus Block 102, könnten eventuell nicht alle gewünschten Werte vorliegen. In einem solchen Fall kann das Ergebnis 116 derart verändert werden, dass anstelle des in Block 115 gewählten Zeitwerts, welcher an der Stelle [M/2] des Ergebnisses 109 liegt, denjenigen zu wählen, welcher an der Stelle [M/2] + 1 oder, z. B. bei einem zweiten Durchlauf des Blocks 119, an der Stelle [M/2] – 1 des Ergebnisses 109 liegt, bevor erneut im Block 117 der charakteristische Verlauf ermittelt wird. Auf diese Weise wird ein anzunehmend ähnlich geeigneter Wert als exemplarischer Wert gewählt, der mit großer Wahrscheinlichkeit nicht ebenfalls an einem der Ränder des Speichers aus Block 102 liegt, und damit den vollen gewünschten charakteristischen Verlauf ermitteln lässt.
Vorteilhaft kann bei dem vorgestellten Verfahren der Speicher im Block 102 ständig aktualisiert werden, das heißt es werden ständig neue Messwerte gespeichert, wobei die Anzahl der im Speicher gespeicherten Messwerte konstant gehalten wird, indem der jeweils älteste gespeicherte Messwert verworfen wird, sobald ein neuer (jüngster) Messwert hinzu kommt. Dass Verfahren kann dann erneut gestartet werden, wenn eine ausreichende Anzahl an neuen Messwerten gespeichert wurde, um einen Subspeicher zu füllen. Auf diese Weise werden immer aktuelle Messwerte mit dem Verfahren analysiert.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines charakteristischen Verlaufs einer R-Zacke in einem EKG-Signal umfassen folgende Schritte: – Aufnehmen einer zeitlichen Folge von Messwerten, – Speichern der Messwerte mit zugehörigem Zeitwert, – Bestimmen einer Anzahl Werte bestimmter zeitlicher Ableitung und ihrer jeweiligen Zeitwerte in den gespeicherten Messwerten, – Auswählen eines der Werte bestimmter zeitlicher Ableitung als exemplarischen Wert, wobei das Auswählen eines der Werte bestimmter zeitlicher Ableitung als exemplarischen Wert mindestens einen Plausibilitätstest umfasst, – Wählen einer Teilfolge der gespeicherten Messwerte als charakteristischen Verlauf in Abhängigkeit des zu dem exemplarischen Wert zugehörigen Zeitwerts.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wert bestimmter zeitlicher Ableitung der Wert größter zeitlicher Ableitung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen einer Anzahl Werte bestimmter zeitlicher Ableitung und ihrer jeweiligen Zeitwerte in den gespeicherten Messwerten ein Unterteilen eines die Messwerte enthaltenden Speichers in Subspeicher umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in jedem Subspeicher der Wert bestimmter zeitlicher Ableitung und sein zugehöriger Zeitwert bestimmt und gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die bestimmten Werte bestimmter zeitlicher Ableitung in einer geeigneten Reihenfolge gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus der Anzahl Werte bestimmter zeitlicher Ableitung eine Teilmenge, die einer R-Zacke zuzuordnen sind, und ihre zugehörigen Zeitwerte gemäß einer vorgegebenen Vorschrift ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Auswählen der Teilmenge Werte bestimmter zeitlicher Ableitung, die einer R-Zacke zuzuordnen sind, einen Vergleich mit einem maximalen Wert der bestimmten Werte zeitlicher Ableitung der bestimmten Werte bestimmter zeitlicher Ableitung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das Auswählen eines der Werte bestimmter zeitlicher Ableitung als exemplarischen Wert ein Bestimmen desjenigen Wertes, welcher eine mittlere Dynamik der Werte, welche einer R-Zacke zuzuordnen sind, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Auswählen eines der Werte bestimmter zeitlicher Ableitung als exemplarischen Wert ein Sortieren von bestimmten Werten bestimmter zeitlicher Ableitung gemäß ihren zugehörigen Zeitwerten umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einem Plausibilitätstest mindestens ein zeitlicher Abstand zwischen zwei bestimmten zeitlich aufeinander folgenden Werten bestimmter zeitlicher Ableitung bestimmt und mit mindestens einem Vergleichswert verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einem Plausibilitätstest zeitliche Abstände zwischen zwei bestimmten zeitlich aufeinander folgenden Werten bestimmter zeitlicher Ableitung verglichen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine als charakteristischen Verlauf gewählte Teilfolge der gespeicherten Messwerte eine chronologische Folge von gespeicherten Messwerten umfasst, welche den Messwert einschließen, welcher denselben Zeitwert besitzt wie der als exemplarischer Wert gewählte Wert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wählen einer Teilfolge der gespeicherten Messwerte als charakteristischer Verlauf ein Bestimmen von Extremwerten im Verlauf der gespeicherten Werte vor und nach dem exemplarischen Wert als Start- und Endwert des charakteristischen Verlaufs umfasst.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Verarbeitungseinheit einer Magnetresonanzanlage ladbar ist, mit Programmmitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen, wenn das Programm in der Verarbeitungseinheit der Magnetresonanzanlage ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Verarbeitungseinheit einer Magnetresonanzanlage das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchführen.