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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms.
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Ein Elektrokardiogramm, kurz EKG, auch Herzspannungskurve, Herzschrift, Ableitung oder Ableitungskurve genannt, gehört heute zu einer Standarduntersuchungstechnik in der medizinischen Praxis. Die physikalische Grundlage für ein Elektrokardiogramm ergibt sich aus einer elektrischen Erregung, die meist vom Sinusknoten ausgeht und eine Kontraktion des Herzmuskels eines Patienten bewirkt. Ein EKG ergibt sich dann aus der, an der Körperoberfläche messbaren und als Zeitverlauf speicherbaren, Änderung der elektrischen Spannung. Es beschreibt damit ein periodisches Bild der elektrischen Herzaktion. Zweck eines EKGs ist, einen Arzt bei der Bewertung von Eigenschaften und Erkrankungen des Herzens zu unterstützen. Zur Bestimmung eines EKSs werden Elektroden an definierten Stellen des Körpers eines Patienten angebracht und es wird die elektrische Spannung zwischen diesen Punkten gemessen und aufgezeichnet. Im Folgenden werden die Begriffe Elektrokardiogramm, EKG und Ableitung bzw. Ableitungskurve als Synonyme verwendet.
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Je nach Position der Elektroden unterscheidet man verschiedene Methoden, ein Elektrokardiogramm zu bestimmen.
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Ableitung nach Einthoven:
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- Ableitung I: zwischen rechtem und linkem Arm
- Ableitung II: zwischen rechtem Arm und linkem Bein
- Ableitung III: zwischen linkem Arm und linkem Bein
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Ableitung nach Goldberger:
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- Ableitung aVR: zwischen rechtem Arm und den zusammengeschalteten Elektroden von linkem Arm und linkem Bein
- Ableitung aVL: zwischen linkem Arm und den zusammengeschalteten Elektroden von rechtem Arm und linkem Bein
- Ableitung aVF: zwischen linkem Bein und den zusammengeschalteten Elektroden beider Arme
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Ableitung nach Wilson:
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- V1–V6: sechs Brustwandableitungen
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Diese zwölf Ableitungen werden üblicherweise bei jedem Standard-EKG verwendet. Zudem gibt es noch Ableitungen nach Nehb, bei denen durch Übertragen der Ableitungen nach Einthoven auf die Brustwand ein virtuelles Dreieck auf der Brustwand gebildet wird, und Ableitungen nach Frank, bei denen eine zusätzliche Elektrode am Hals platziert wird. Die beiden zuletzt genannten Ableitungen werden allerdings selten verwendet, da die Anbringung der Elektroden zu aufwendig erscheint. Zudem müssen Sie exakt und genau angebracht werden, da ansonsten keine ausreichende Signalqualität gegeben ist bzw. eine falsche Information an den Arzt gegeben wird. Neben der Aufzeichnung von Herzspannungskurven kann mit Hilfe des EKGs eine ungefähre Aussage über die Lage und Ausrichtung des Herzen getroffen werden.
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Allen EKG-Messungen gemein ist die Verwendung von einzelnen Elektroden, die mittels verschiedener Methoden auf der Hautoberfläche des zu untersuchenden Patienten angebracht werden müssen. Dabei gibt es häufig Komplikationen bei der Bestimmung der korrekten Position und der Haftung auf der Hautoberfläche.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms anzugeben, das im Vergleich zu bekannten Verfahren einfacher durchzuführen ist und weniger Fehlerrisiken aufweist. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms zu beschreiben.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms mit den Merkmalen des ersten unabhängigen Patentanspruchs und einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms mit den Merkmalen des zweiten unabhängigen Patentanspruchs.
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Ein Grundgedanke der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms, bei dem mehrere Elektroden leitfähig auf einem Untersuchungsobjekt angeordnet sind, wobei die mehreren Elektroden in einer Matrixform mit zuordenbaren Indexpositionen angeordnet sind, und das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
- S1) Messen aller Ableitungen, die sich aus der Kombination zweier verschiedener Elektroden ergeben;
- S2) Vergleichen der gemessenen Ableitungen mit einer Menge von gegebenen Referenzableitungen durch Bestimmen von Übereinstimmungsmaßen, und Speichern der Indexpositionen desjenigen Elektrodenpaares, dessen Übereinstimmungsmaß am größten ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms geht somit von mehreren bzw. einer Vielzahl an Elektroden aus, die leitfähig auf einem Untersuchungsobjekt, z.B. einem menschlichen oder tierischen Patienten, angeordnet sind. Dabei sind die Elektroden in einer Matrixform mit zuordenbaren Indexpositionen angeordnet. Unter einer Matrixform wird eine gitterähnliche Struktur, mit einer zeilen- und spaltenartigen Anordnung der Elektroden, verstanden. Die Abstände der Spalten und die Abstände der Zeilen sind dabei vorzugsweise jeweils im Wesentlichen gleich groß. Vorzugsweise sind die Elektroden im Bereich des Oberkörpers des Untersuchungsobjektes angeordnet. Die matrixförmige Anordnung schließt dabei auch Fälle ein, bei denen Plätze der Matrix nicht von einer Elektrode besetzt sind. Beispielsweise können Elektroden im Brustbereich und im Armbereich im gleichen Abstand voneinander angeordnet sein, wogegen im Bereich zwischen Rumpf und Armen keine Elektroden angeordnet sind. Denkbar sind Abstände in der Größenordnung von einem Zentimeter oder weniger. Die Position einer jeden Elektrode ist durch eine Indexposition, zum Beispiel durch ein Zahlenpaar mit vorgebbarem Ursprung, eindeutig zuordenbar.
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In einem ersten Verfahrensschritt werden alle Ableitungen, die sich aus der Kombination zweier verschiedener Elektroden ergeben, gemessen. Dies bedeutet, dass die Spannungsverläufe sämtlicher Permutationen aus zwei Elektroden gemessen werden.
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In einem zweiten Verfahrensschritt werden die gemessenen Ableitungen mit einer Menge von gegebenen Referenzableitungen verglichen, wobei jeweils ein Übereinstimmungsmaß bestimmt wird. Anschließend werden die Indexpositionen desjenigen Elektrodenpaares gespeichert, dessen Übereinstimmungsmaß am größten ist. In einem einfachen Fall umfasst die Menge der gegebenen Referenzableitungen eine einzige Referenzableitung, so dass alle gemessenen Ableitungen mit dieser einen Referenzableitung verglichen werden. Der Vergleich besteht darin, dass ein Übereinstimmungsmaß bestimmt oder berechnet wird. Unter einem Übereinstimmungsmaß oder Ähnlichkeitsmaß kann beispielsweise der Kehrwert der Differenz von zwei Signalen verstanden werden. Ist die Differenz zweier Signale betragsmäßig klein, so ist der Kehrwert der Differenz, d.h. das Übereinstimmungsmaß, groß. Weiter ist denkbar, eine Transformation, wie Streckung, Stauchung, Anpassung an eine Herzfrequenz, etc., derart zu bestimmen, dass eine gemessene Ableitung auf die Referenzableitung abgebildet wird. Je größer die Koeffizienten der Transformation sind, desto kleiner ist das Übereinstimmungsmaß. Weitere Algorithmen zur Bestimmung eines Übereinstimmungsmaßes sind aus dem Bereich der medizinischen digitalen Bildverarbeitung bekannt und ebenfalls verwendbar. Das Ergebnis des Grundgedankens des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit dasjenige Elektrodenpaar, dessen Ableitung einer Referenzableitung am ähnlichsten ist. Das Verfahren ist leicht anwendbar, denn ein Anwender braucht keine genaue Vorkenntnis über den exakten Ort, an dem er die beiden Elektroden anordnen muss, um eine gewünschte Ableitung, die durch die Referenzableitung bzw. die Referenzableitungen vorgegeben ist, zu bestimmen.
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Vorzugsweise werden die Indexpositionen des Elektrodenpaares mit dem größten Übereinstimmungsmaß visualisiert.
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Durch eine Visualisierung der Indexpositionen des Elektrodenpaares mit dem größten Übereinstimmungsmaß, d.h. desjenigen Elektrodenpaares, dessen Ableitung der Referenzableitung am ähnlichsten ist, erhält ein Anwender wichtige Informationen über die Lage des bestimmten Elektrodenpaares. Diese Information kann zum Beispiel eine Plausibilitätskontrolle umfassen oder Aufschluss über ein Krankheitsbild des Untersuchungsobjektes liefern.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung werden im ersten Verfahrensschritt Ableitungen zwischen einer vorgebbaren Elektrode und jeweils allen anderen Elektroden gemessen. Die vorgebbare Elektrode ist insbesondere an einer vorgebbaren Extremität des Untersuchungsobjektes oder an einer vorgebbaren, topographisch anatomisch eindeutigen Position angeordnet.
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Durch dieses Merkmal wird die Anzahl der durchzuführenden Messungen verkleinert, da nicht sämtliche Ableitungen an Permutationen aus zwei Elektroden gemessen werden, sondern nur Ableitungen von einer vorgegebenen Elektrode gegen jeweils jede der restlichen Elektroden. Die vorgebbare Elektrode wird auch als Master-Elektrode und die restlichen Elektroden werden auch als Slave-Elektroden bezeichnet. Die vorgebbare Elektrode, d.h. die Master-Elektrode, wird vorzugsweise an einer vorgebbaren, d.h. von einem Nutzer beispielsweise wählbaren, Extremität des Untersuchungsobjektes, wie zum Beispiel dem rechten Arm bzw. dem rechten Handgelenk, angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Lage der Master-Elektrode wohl definiert ist und auch für einen weniger erfahrenen Nutzer leicht auffindbar ist. Weiter kann vorteilhaft die Master-Elektrode an einer vorgebbaren, topographisch anatomisch eindeutigen Position angeordnet werden. Die topographische Anatomie beschreibt die einzelnen Strukturen des Körpers nach ihren räumlichen Lagebeziehungen zueinander. Beispielsweise könnte die Master-Elektrode unterhalb der Subclavia, d.h. des Schlüsselbeins, die leicht ertastbar ist, angeordnet werden.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Menge der gegebenen Referenzableitungen in einer elektronischen Datenbank gespeichert ist.
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In einer elektronischen Datenbank kann eine große Datenmenge effizient gespeichert werden und im Rahmen einer Datenverarbeitung, wie sie zum Beispiel bei der Bestimmung eines Übereinstimmungsmaßes notwendig ist, können benötigte Teilmengen der Datenbank bedarfsgerecht einem Rechenalgorithmus bereitgestellt werden.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung eines Grundgedankens der Erfindung sieht vor, dass die Menge von gegebenen Referenzableitungen Ableitungen mit zugehörigen Elektrodenableitungspositionen umfassen, die in der ärztlichen Praxis übliche Ableitungen sind, die insbesondere Ableitungen mit zugehörigen Elektrodenableitungspositionen nach Einthoven, Goldberger, Wilson, Nehb und/oder Frank umfassen.
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Die Lage der Elektroden zur Gewinnung von Ableitungen nach Einthoven, Goldberger, Wilson, Nehb und Frank wurden zuvor beschrieben. Da in der ärztlichen Praxis diese oder zumindest einige dieser Ableitungen meist standardmäßig durchgeführt werden, liegt eine große Anzahl an Ableitungen vor, die Eingang in die Menge an gegebenen Referenzableitungen finden können.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem zweiten Verfahrensschritt ein weiteres Elektrokardiogramm mit vorgebbaren Elektrodenpositionen bestimmt.
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Wurde durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ein Elektrodenpaar gefunden, dessen Ableitung mit einer Ableitung aus der Menge von gegebenen Referenzableitungen am besten übereinstimmt, kann mit diesem Elektrodenpaar ein weiteres Elektrokardiogramm bestimmt werden. Dadurch, dass eine Übereinstimmung der Ableitungskurve der gemessenen Ableitung mit einer Ableitungskurve der Referenzableitungen gefunden wurde, ist bekannt, welche Positionen die Elektroden der gemessenen Ableitungen einnehmen, nämlich genau diejenigen Elektrodenpositionen der übereinstimmenden Referenzableitung. Somit kann für eine Elektrode eine andere Position vorgegeben werden und mit diesen Elektrodenpositionen kann eine weitere Ableitung bestimmt werden. Dies schließt auch den vorteilhaften Fall ein, dass durch ein wiederholt ausgeführtes, erfindungsgemäßes Verfahren mehrere Elektrodenpaare gefunden werden, deren Ableitungen jeweils mit anderen Referenzableitungen am besten übereinstimmen und dadurch die Positionen von mehr als zwei Elektroden wohl definiert sind. Aus diesen Elektroden mit definierten Positionen können zwei Elektroden vorgegeben werden, von denen bisher noch keine Ableitung durchgeführt wurde, und eine neue Ableitung gewonnen werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Menge von gegebenen Referenzableitungen wenigstens eine Gruppe von Referenzableitungen von gesunden Untersuchungsobjekten und wenigstens eine Gruppe von Referenzableitungen von kranken Untersuchungsobjekten umfasst.
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Da sich die Ableitungen von gesunden Untersuchungsobjekten im Allgemeinen von denen kranker Untersuchungsobjekten unterscheiden, ist es vorteilhaft, wenn die Menge von gegebenen Referenzableitungen Referenzableitungen von gesunden Untersuchungsobjekten und Referenzableitungen von kranken Untersuchungsobjekten enthält. Vorteilhaft sind die beiden Gruppen unterscheidbar geteilt. Bei einer Übereinstimmung einer gemessenen Ableitung mit einer der Referenzableitungen kann aufgrund der Zugehörigkeit zu einer Gruppe geschlossen werden, ob das gemessene Elektrokardiogramm einem gesunden oder einem kranken Untersuchungsobjekt zuzuordnen ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Menge von Referenzableitungen durch einen Nutzer erweiterbar ist und/oder dass die Menge von Referenzableitungen durch ein Lernverfahren erweiterbar ist und/oder dass jede Referenzableitung der Menge von Referenzableitungen zusätzliche Informationen, insbesondere Informationen über einen Krankheitszustand, umfasst.
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Die Menge von Referenzableitungen kann interaktiv von einem Benutzer um weitere Referenzableitungen erweitert werden. Dazu kann der Benutzer beispielsweise eine gemessene Ableitung der Menge von Referenzableitungen zuführen, oder auch beispielsweise der Gruppe von Referenzableitungen eines gesunden oder eines krankhaften Untersuchungsobjektes zuweisen. In letzterem Fall kann zudem das Krankheitsbild spezifiziert werden.
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Eine Erweiterung der Menge von Referenzableitungen durch ein Lernverfahren kann in einem einfachen Fall darin bestehen, dass eine gemessene Ableitung mit der besten Übereinstimmung mit einer Referenzableitung in die Menge von Referenzableitungen aufgenommen wird und dadurch die Datenbasis vergrößert. Denkbar ist auch die Verwendung sogenannter maschineller Lernverfahren. Maschinelle Lernverfahren sind an sich bekannte Verfahren für die künstliche, d.h. algorithmusbasierte, Generierung von Wissen aus Erfahrung. Darunter versteht man, dass ein künstliches System, das zum Beispiel in einem Computersystem niedergelegt ist, aus Beispielen lernt, und das Gelernte auf ihm bisher unbekannte Situationen anwenden kann. Vorteilhaft kann ein System, das ein maschinelles Lernverfahren umfasst, neben dem Erlernen von neuen Formen, die es in neuen Bildern wiedererkennt, auch Gesetzmäßigkeiten in den Lerndaten erkennen und auf unbekannte Daten anwenden. Bevorzugt ist das maschinelle Lernverfahren ein überwachtes maschinelles Lernverfahren, bei dem der Lernalgorithmus die Datenbank durch Vorgaben von Beispielen und deren jeweils zugeordneten Klassen erweitert. Dazu gehört beispielsweise auch der Fall, dass eine unbekannte Ableitung durch die Eingabe eines menschlichen Anwenders als gesund oder krankhaft klassifiziert wird und das System in Folge diese Ableitung in seine Datenbank integriert hat.
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Günstig wird die gemessene Ableitung mit dem größten Übereinstimmungsmaß an ein Monitoringsystem übertragen und/oder wird einem Netzwerk zur Verfügung gestellt und/oder wird in einen standardisierten Datensatz aufgenommen.
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Unter Monitoring wird allgemein das unmittelbare systematische Erfassen, d.h. das Protokollieren, Beobachten oder Überwachen, eines Vorgangs oder Prozesses mit technischen Hilfsmitteln oder mit anderen Beobachtungssystemen, wie einem Monitoringsystem, verstanden. Ein wichtiger Aspekt ist dabei die wiederholte regelmäßige Durchführung von Untersuchungsprogrammen. Denkbar ist auch, in einem beobachteten Vorgang bzw. Prozess regelnd einzugreifen, wenn dieser nicht einem Sollverlauf folgt oder wenn vorgebbare Grenzwerte unter- bzw. überschritten werden. Ein kommerziell erhältliches Monitoringsystem ist beispielsweise unter dem Namen AXIOM Sensis XP der Firma Siemens AG bekannt. Weiter kann die gemessene Ableitung mit dem größten Übereinstimmungsmaß einem Netzwerk zur Verfügung gestellt werden, indem die Daten über geeignete Schnittstellen drahtgebunden oder drahtlos in ein Datenverarbeitungsnetzwerk eingespeist werden. Schließlich kann die gemessene Ableitung mit dem größten Übereinstimmungsmaß automatisch oder interaktiv in einen Patientenbericht eingefügt werden oder in einen standardisierten Datensatz, z.B. in einen DICOM Structured Report, zur weiteren Befundung aufgenommen werden.
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Es ist denkbar, aus der gemessenen Ableitung mit dem größten Übereinstimmungsmaß die Lage und die Ausrichtung des Herzens zu bestimmen und/oder eine dreidimensionale Darstellung des Aktionspotentials des Herzens zu bestimmen.
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Zusätzlich kann nun aus der gemessenen Ableitung mit dem größten Übereinstimmungsmaß die Lage und Ausrichtung des Herzens automatisch bestimmt und beispielsweise in einem Schaubild ausgegeben werden. Aus dem gemessenen Datengut kann in einer weiteren Ausführungsform eine dreidimensionale Darstellung des Aktionspotentials des Herzens dargestellt werden.
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Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms, umfassend eine Elektrodenhalterungsvorrichtung mit mehreren Elektroden, die dazu ausgelegt ist, die mehreren Elektroden leitfähig auf einem Untersuchungsobjekt und in einer Matrixform mit zuordenbaren Indexpositionen anzuordnen. Weiter umfasst die Vorrichtung zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms ein Rechen- und Steuermittel, das zur Durchführung eines der zuvor beschriebenen Verfahrens ausgelegt ist, und wenigstens ein Verbindungsmittel zum elektrischen Verbinden der mehreren Elektroden mit dem Rechen- und Steuermittel.
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Mit Hilfe der Vorrichtung zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms kann vorteilhaft eines der zuvor beschriebenen Verfahren zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms durchgeführt werden. Die Vorrichtung umfasst eine Elektrodenhalterungsvorrichtung mit mehreren bzw. einer Vielzahl Elektroden. Die Elektroden können in einer Matrixform leitfähig auf einem Untersuchungsobjekt angeordnet werden, wobei die Positionen durch Indexpositionen, z.B. durch ein Zahlenpaar, zuordenbar sind. Die Elektroden sind mittels Verbindungsmitteln, die drahtlos oder drahtgebunden, z.B. in Form eines Kabelstrangs, sein können, mit einem Rechen- und Steuermittel verbunden. Das Rechen- und Steuermittel, zum Beispiel ein Computer, ist dazu ausgelegt, eines der zuvor beschriebenen Verfahren, insbesondere die Verfahrensschritte zum Messen aller Ableitungen, die sich aus der Kombination zweier verschiedener Elektroden ergeben und dem Vergleichen der gemessenen Ableitungen mit einer Menge von gegebenen Referenzableitungen durch Bestimmen von Übereinstimmungsmaßen und Speichern der Indexpositionen desjenigen Elektrodenpaares, dessen Übereinstimmungsmaß am größten ist, durchzuführen. Dazu kann das Rechen- und Steuermittel beispielsweise über entsprechende Messmittel zur Messung von elektrischen Spannungen, entsprechende Computerprogramme zur Datenkommunikation und Ausführung medizinischer, digitaler Bildverarbeitungsalgorithmen verfügen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Elektrodenhalterungsvorrichtung eine flexibel ausgebildete netzartige Struktur, in deren Netzknotenpunkten Elektroden anordenbar sind und deren netzartige Struktur derart ausgebildet ist, dass Elektroden unmittelbar an dem Untersuchungsobjekt anordenbar sind.
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Die Elektrodenhalterungsvorrichtung kann beispielsweise durch die Verwendung von elastischen Bändern, z.B. aus Gummi, als flexibles Netz gestaltet sein, so dass es sich den Eigenschaften der Anatomie sowohl weiblicher als auch männlicher Patienten anpasst, dauerhaft eng anliegt und somit stets einen gleichbleibend guten Kontakt sicherstellt. Es weist durch das verwendete Material eine Kompression auf, die den guten elektrischen Kontakt zur gegebenenfalls präparierten, d.h. eventuell rasierten und/oder mit Kontaktgel benetzten, Hautoberfläche gewährleistet. Die Maschen des Netzes sind vorzugsweise eng, beispielsweise in einer Größenordnung von einem Zentimeter oder auch weniger, und in den Netzknotenpunkten sind Elektroden anordenbar. Weiter ist denkbar, dass die flexibel ausgebildete netzartige Struktur der Elektrodenhalterungsvorrichtung als ein flexibler, zumindest teilweise flächiger Schlauch ausgebildet ist und die Elektroden netzförmig anordenbar sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die flexibel ausgebildete netzartige Struktur schlauchartig ausgebildet und Elektroden sind umfänglich an dem Untersuchungsobjekt anordenbar.
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Durch die flexibel ausgebildete netzartige Struktur, die vorzugsweise schlauchartig oder nach Art eines Hemdes ausgeführt ist, können die Elektroden über den gesamten Umfang des Untersuchungsobjektes, d.h. insbesondere auch am Rücken des Untersuchungsobjektes, angeordnet werden. Nachteilig bei der Durchführung von konventionellen Ableitungen nach Nehb und Frank ist die Anbringung der Elektroden an ungünstigen bzw. schwer zugänglichen Positionen des Patienten. Zum Beispiel werden bei einer Ableitung nach Nehb Elektroden am Rücken des Patienten angeordnet. In dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Elektrodenhalterungsvorrichtung ist eine Vielzahl von Elektroden rings um einen Patienten, vorzugsweise hauptsächlich seines Oberkörpers, und zudem engmaschig positioniert. Eine flexibel ausgebildete netzartige Struktur, die schlauchartig ausgebildet ist, umfasst auch einen zumindest teilweise flächigen Schlauch aus einem flexiblen Material, z.B. aus Gummi, an dem Elektroden umfänglich an dem Untersuchungsobjekt anordenbar sind.
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Mit besonderem Vorteil umfasst das Rechen- und Steuermittel ein Anzeigemittel und/oder ein Eingabemittel.
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Zur Anzeige beispielsweise von Indexpositionen eines Elektrodenpaares, einer Herzlage oder einer dreidimensionalen Darstellung eines Aktionspotentiales eines Herzens, dient ein Anzeigemittel, das zum Beispiel als Computermonitor ausgeführt sein kann. Zur Entgegennahme von Benutzereingaben, wie die Vorgabe von Elektrodenpositionen oder eine Eingabe eines Startsignals zur Durchführung einer weiteren Bestimmung eines Elektrokardiogramms, dient ein Eingabemittel, das zum Beispiel als Computertastatur, Computermaus oder Taster, ausgeführt sein kann.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden Figuren samt Beschreibung. Es zeigen:
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1 beispielhaft ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms;
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2 symbolisch eine Grafik zur Beschreibung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms mit einem Ausführungsbeispiel einer Elektrodenhalterungsvorrichtung;
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4 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms mit einem Ausführungsbeispiel einer Elektrodenhalterungsvorrichtung und einer Anbindung an ein Monitoringsystem.
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1 zeigt beispielhaft ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 1 zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms. Das Verfahren 1, bei dem mehrere Elektroden leitfähig auf einem Untersuchungsobjekt angeordnet sind, wobei die mehreren Elektroden in einer Matrixform mit zuordenbaren Indexpositionen angeordnet sind, umfasst die Verfahrensschritte S1 bis S4. Es beginnt mit Verfahrensschritt S1 und endet nach Verfahrensschritt S4. Die einzelnen Verfahrensschritte lauten:
- S1) Messung aller Ableitungen, die sich aus der Kombination zweier verschiedener Elektroden ergeben;
- S2) Vergleichen der gemessenen Ableitungen mit einer Menge von gegebenen Referenzableitungen durch Bestimmen von Übereinstimmungsmaßen, und Speichern der Indexpositionen desjenigen Elektrodenpaares, dessen Übereinstimmungsmaß am größten ist;
- S3) Bestimmen eines weiteren Elektrokardiogramms mit vorgebbaren Elektrodenpositionen;
- S4) Bestimmen der Lage und der Ausrichtung des Herzens aus der gemessenen Ableitung mit dem größten Übereinstimmungsmaß.
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In 2 ist symbolisch eine Grafik zur Beschreibung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Im oberen Teil der 2 ist schematisch eine Datenbank 20 erkennbar, in der eine Referenzableitungen zwischen einer ersten Referenzelektrode 23 und einer zweiten Referenzelektrode 24 abgespeichert ist. Im unteren Teil der 2 ist schematisch ein Untersuchungsobjekt 30, hier ein menschlicher Patient, dargestellt. Mehrere Elektroden, von denen drei exemplarisch mit Bezugszeichen 32, 33 und 34 versehen sind, sind leitfähig auf dem Untersuchungsobjekt 30 angeordnet, wobei die mehreren Elektroden in einer Matrixform mit zuordenbaren Indexpositionen angeordnet sind. Unter einer Matrixform wird eine gitterähnliche Struktur, mit einer zeilen- und spaltenartigen Anordnung der Elektroden, verstanden. Die Position einer jeden Elektrode ist durch eine Indexposition, zum Beispiel durch ein Zahlenpaar mit vorgebbarem Ursprung, eindeutig zuordenbar. So könnte beispielsweise die Elektrode 33 die Indexposition (1; 1), die Elektrode 32 die Indexposition (2; 8) und die Elektrode 34 die Indexposition (4; 4) zugeordnet sein. In einem ersten Verfahrensschritt werden alle Ableitungen, die sich aus der Kombination zweier verschiedener Elektroden ergeben, gemessen, d.h. Ableitungen der Elektroden mit der Indexposition (1; 1) zu (1; 2), (1; 1) zu (1; 3), usw. In einem zweiten Verfahrensschritt werden die gemessenen Ableitungen mit gegebenen Referenzableitungen, in diesem Fall mit der gegebenen Referenzableitung, die in der Datenbank 20 ist, durch Bestimmen von Übereinstimmungsmaßen verglichen. Ein Übereinstimmungsmaß ist beispielsweise der Kehrwert der Differenz von zwei Ableitungssignalen, das umso größer ist, je weniger sich die beiden zu vergleichenden Ableitungen unterscheiden. Das Elektrodenpaar mit der Elektrode 33 und der Elektrode 34 weist das größte Übereinstimmungsmaß auf. Die zugehörigen Indexpositionen (1; 1) und (4; 4) werden gespeichert. Mit diesem Elektrodenpaar können weitere Elektrokardiogramme bestimmt werden. Dadurch, dass eine Übereinstimmung der Ableitungskurve der gemessenen Ableitung mit einer Ableitungskurve der Referenzableitung gefunden wurde, ist bekannt, welche Positionen die Elektroden der gemessenen Ableitungen einnehmen, nämlich genau diejenigen Elektrodenpositionen der übereinstimmenden Referenzableitung. Somit kann für die Bestimmung von weiteren Ableitungen für eine Elektrode eine andere Position vorgegeben werden. Beispielsweise kann eine weitere Ableitung mit einer Elektrode 35, die hier beispielsweise am rechten Handgelenk angeordnet ist, zu der Elektrode 34 durchgeführt werden. Diese Ableitung würde einer Ableitung zwischen einer Elektrode 25 und der Elektrode 24 entsprechen, die zum Beispiel für eine Diagnose einer bestimmten Herzerkrankung von besonderem Interesse sein könnte.
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3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms mit einem Ausführungsbeispiel einer Elektrodenhalterungsvorrichtung 40. Ein Untersuchungsobjekt 30, hier ein menschlicher Patient, ist auf einem Lagerungsmittel 44, hier ein Patiententisch, gelagert. Dem Untersuchungsobjekt 30 wurde die Elektrodenhalterungsvorrichtung 40 angelegt. Die Elektrodenhalterungsvorrichtung 40 ist durch die Verwendung von elastischen Verbindungsmitteln, hier beispielsweise von Gummibändern, als flexibles Netz gestaltet und passt sich somit der Anatomie des Untersuchungsobjekts 30 an. Es liegt dauerhaft eng an und stellt so einen gleichbleibend guten Kontakt zwischen Elektroden und der Haut des Untersuchungsobjekts 30 sicher. Die Maschen des Netzes sind eng, so dass eine Vielzahl an Elektroden in den Netzknotenpunkten anordenbar ist. Die an der Elektrodenhalterungsvorrichtung 40 angeordneten Elektroden, von denen eine Elektrode beispielhaft mit dem Bezugszeichen 34 gekennzeichnet ist, eine Elektrode 36 am linken Fuß des Untersuchungsobjektes 30 und eine weitere Elektrode 35, die in diesem Ausführungsbeispiel am linken Handgelenk des Untersuchungsobjektes 30 angeordnet ist, sind über ein erstes Verbindungsmittel 16, hier einen Kabelstrang, und über ein zweites Verbindungsmittel 15, hier ein Kabel, mit einem Rechen- und Steuermittel 11, hier einem Computer, verbunden. Weiter ist über ein drittes Verbindungsmittel 14, hier ein Datenkabel, eine Datenbank 20, hier eine Computerfestplatte, mit dem Rechen- und Steuermittel 11 verbunden. In der Datenbank 20 ist eine Menge an Referenzableitungen gespeichert, wobei die Menge an Referenzableitungen eine Gruppe 21 von Referenzableitungen von gesunden Untersuchungsobjekten und eine Gruppe 22 von Referenzableitungen von kranken Untersuchungsobjekten umfasst. Das Rechen- und Steuermittel 11 ist dazu ausgelegt, eines der zuvor beschriebenen Verfahren, insbesondere die Verfahrensschritte zum Messen aller Ableitungen, die sich aus der Kombination zweier verschiedener Elektroden ergeben und dem Vergleichen der gemessenen Ableitungen mit der Menge von gegebenen Referenzableitungen, 21 und 22, durch Bestimmen von Übereinstimmungsmaßen, und Speichern der Indexpositionen desjenigen Elektrodenpaares, dessen Übereinstimmungsmaß am größten ist, durchzuführen. Dazu verfügt das Rechen- und Steuermittel 11 über, nicht dargestellte, entsprechende Messmittel zur Messung von elektrischen Spannungen, entsprechende Computerprogramme zur Datenkommunikation, beispielsweise mit der Datenbank 20, und zur Ausführung medizinischer, digitaler Bildverarbeitungsalgorithmen. Zur Anzeige beispielsweise von Indexpositionen eines Elektrodenpaares, einer Herzlage oder einer dreidimensionalen Darstellung eines Aktionspotentiales eines Herzens, dient ein Anzeigemittel 12, hier ein Computermonitor. Zur Entgegennahme von Benutzereingaben, wie die Vorgabe von Elektrodenpositionen oder eine Eingabe eines Startsignals zur Durchführung einer weiteren Bestimmung eines Elektrokardiogramms, dient ein Eingabemittel 13, hier eine Computertastatur.
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In 4 schließlich ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms mit einem Ausführungsbeispiel einer Elektrodenhalterungsvorrichtung 40 und einer Anbindung an ein Monitoringsystem 43 skizziert. Die Elektrodenhalterungsvorrichtung 40 umfasst wieder eine flexibel ausgebildete, netzartige Struktur, in deren Netzknotenpunkten Elektroden, wie die beispielhaft gekennzeichneten Elektroden 31 und 33 angeordnet sind und deren netzartige Struktur derart ausgebildet ist, dass die Elektroden unmittelbar an einem Untersuchungsobjekt 30, hier ein menschlicher Patient, der auf einem Lagerungsmittel 44, hier eine Patientenliege, gelagert ist, angeordnet sind. Durch die flexibel ausgebildete netzartige Struktur, die schlauchartig ausgeführt ist, können die Elektroden über den gesamten Umfang des Untersuchungsobjektes 30, d.h. insbesondere auch am Rücken des Untersuchungsobjektes 30, angeordnet werden. Entsprechend einem Grundgedanken eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden alle Ableitungen, die sich aus der Kombination zweier verschiedener Elektroden ergeben, gemessen und in diesem Ausführungsbeispiel kabellos, z.B. via Bluetooth, Wireless LAN, per Infrarot-Technik, IrDA, zu einem Rechen- und Steuermittel 11, das hier in das Monitoringsystem 43 integriert ist, geführt werden. Die drahtlose Datenübertragung erfolgt durch ein erstes drahtloses Übertragungsmittel 41, das auch nicht dargestellte Messmittel zur Messung von elektrischen Spannungen umfasst, und ein zweites drahtloses Übertragungsmittel 42, das mit dem Monitoringsystem 43 verbunden ist. Das Rechen- und Steuermittel 11 ist dazu ausgelegt, beispielsweise dadurch, dass es ein entsprechendes Computerprogramm abarbeitet, eines der zuvor beschriebenen Verfahren zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms auszuführen. Nachdem ein Elektrokardiogramm bestimmt worden ist, werden zusätzlich aus den gemessenen EKG-Signalen die Lage und die Ausrichtung des Herzens automatisch bestimmt und auf einem Anzeigemittel 12, hier einem Monitor des Monitoringsystem 43, in einem Schaubild ausgegeben. Aus dem gemessenen Datengut wird weiter eine dreidimensionale Darstellung eines Aktionspotentials des Herzens des Untersuchungsobjektes 30 berechnet und auf dem Anzeigemittel 12 dargestellt. Alle Ergebnisse und Abbildungen werden automatisch oder interaktiv, wozu ein Benutzer ein nicht dargestelltes Eingabemittel benutzen kann, dem Monitoringsystem 43 übermittelt und in einem Bericht eingefügt. Die Ergebnisse werden weiter in einem standardisierten Format, beispielsweise einem DICOM Structured Report, abgespeichert.
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Zusammenfassend werden einige wichtige Aspekte und Vorteile durch weitere Ausführungsformen und Beschreibungen verdeutlicht.
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Die Erfindung beschäftigt sich allgemein mit der Bestimmung von Elektrokardiogramm-Signalen, kurz EKG, bzw. Elektrokardiogramm-Ableitungen und in einer Ausführungsform mit der Bestimmung der geometrischen Lage des Herzens im Körper eines Untersuchungsobjektes, insbesondere eines Menschen. Bei gängigen Verfahren zur EKG-Bestimmung kommt es häufig zu fehlerhaften EKG-Ableitungen, da die EKG-Elektroden an einer falschen Position am Körper des Untersuchungsobjektes angebracht wurden. Eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Verfahrens zur Bestimmung eines Elektrokardiogramms bietet hierfür eine Lösungsmöglichkeit. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. eine erfindungsgemäße Elektrodenhalterungsvorrichtung adressiert in einer Ausführungsform das während einer EKG-Messung häufig auftretende Problem des Netzbrummens, das oft auf Grund eines schlechten Kontakts einer oder mehrerer Elektroden zur Haut des Untersuchungsobjektes auftritt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung nutzt eine Elektrodenhalterungsvorrichtung, die netzförmig ausgeführt ist und in der eine Vielzahl an EKG-Elektroden integriert ist. Das Netz ist dabei derart ausgestaltet, dass es eng anliegt. Es weist durch das verwendete Material eine Kompression auf, die den sehr guten elektrischen Kontakt zur gegebenenfalls präparierten Hautoberfläche gewährleistet.
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Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens dient dazu, verschiedene Ableitungen zu messen, ohne dem Patienten zusätzliche Elektroden anlegen zu müssen. Dadurch werden Nachteile, wie das Anbringung von Elektroden an schwer zugänglichen Stellen und die korrekte Positionierung der Elektroden, umgangen. Zum Beispiel werden zu Beginn einer Prozedur oder einer Untersuchung verschiedene Ableitungen durch die, in der Elektrodenhalterungsvorrichtung integrierten, Elektroden automatisch gemessen, mit einer Datenbank verglichen und nur noch die Elektroden verwendet, die für den jeweiligen Patienten und die Position der Elektrodenhalterungsvorrichtung auf der Haut erforderlich sind. Die Vorrichtung erkennt automatisch die Lage und Ausrichtung des Herzens und variiert so lange die Auswahl der Elektroden, bis alle Ableitungen richtig dargestellt sind und die EKG-Signale in höchster Qualität darstellbar sind.
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Bisher mussten dem Patienten aktiv die verschiedenen Elektroden angelegt werden und im Normalfall aufwändig korrigiert werden. Dieser Schritt entfällt durch den neuen beschriebenen Automatismus, den das Verfahren, in Verbindung mit einer der erfindungsgemäßen Vorrichtungen mit sich bringt. So haben die EKG-Messungen nach Frank und Nehb zwar viele Vorteile, beispielsweise einen dreidimensionalen Eindruck des Aktionspotentials des Herzens, werden jedoch im Standardfall nicht verwendet, da die Anbringung der Elektroden zu aufwändig bzw. an ungünstigen Positionen, wie Hals oder Rücken, zu erfolgen hat. Zudem muss die Positionierung äußerst exakt erfolgen, um keine Fehlinterpretation zu erhalten.
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Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens lautet:
- – automatisches Messen aller möglichen Ableitungen zwischen einer Master-Elektrode und allen vorhandenen Slave-Elektroden;
- – Vergleich aller gemessenen Ableitungen mit Referenzableitungen einer Datenbank, um festzustellen, welche Slave-Elektroden für eine folgende EKG-Messung verwendet werden sollen. Dabei ist die Datenbank in zwei Hauptgruppen unterteilt: eine erste Hauptgruppe, die EKG-Wellenformen gesunder Patienten beinhaltet und eine zweite Hauptgruppe, die eine Vielzahl von EKG-Wellenformen kranker Patienten beinhaltet. Die Datenbank ist selbstlernend gestaltet und/oder die Datenbank ist interaktiv gestaltet und kann von einem Anwender um weitere Wellenformen erweitert werden. Dazu kann beispielsweise der Anwender dem System mitteilen, ob eine gemessene Wellenform eine gesunde oder eine krankhafte Wellenform darstellt und in letzterem Fall zudem das Krankheitsbild spezifizieren;
- – Durch Abgleich mit prominenten Ausprägungen der Signalformen, wie zum Beispiel der ST-Hebung, von gemessenen Ableitungen mit Referenzableitungen der Datenbank, Ermitteln der idealen Elektrodenpositionen innerhalb der Vorrichtung, beispielsweise einer erfindungsgemäßen Elektrodenhalterungsvorrichtung;
- – Verwendung dieser Elektroden für folgende Messungen von Elektrokardiogramm-Kurven.
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Die vorgestellte Vorrichtung und das vorgestellte Verfahren bieten unter anderem folgende Vorteile:
- – neuartige und komfortable Möglichkeit, EKG-Messungen durchzuführen
- – optimaler Kontakt der Elektroden
- – automatischer Algorithmus zur Detektion der geeigneten Elektroden
- – Benutzer kann interaktiv eingreifen
- – Ankopplung an Monitoringsystem möglich
- – mögliche Integration in ein Monitoringsystem
- – automatische Berichterstellung möglich
- – Möglichkeit, einen Patientenbericht interaktiv zu erstellen
- – Einbindung in DICOM SR, Structured Report, möglich
- – kabelgeführte oder kabellose Übertragung möglich.
