-
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung einer Vielzahl von Aktivierungspotentialen im Herzen, ein entsprechendes Computerprogrammprodukt, eine entsprechende Vorrichtung sowie ein entsprechendes System.
-
Ein bekanntes Verfahren zur nichtmedikamentösen, minimalinvasiven Behandlung von idiopathischen oder paroxysmalen Arrhythmien des Herzens ist die intrakardiale Ablation. Hierbei wird beispielsweise bei Vorhofflimmern ein Katheter mit mindestens einer Elektrode über die venösen Blutgefäße in den rechten Vorhof des Herzens eingeführt und durch die Herzscheidewand hindurch im linken Vorhof platziert. Die meisten Ablationskatheter verfügen über 4 Elektroden, wobei HF-Energie über die Elektrode an der Spitze des Katheters an das Gewebe abgegeben wird. Anschließend werden Muskelgewebs-Areale im linken Vorhof mittels eines durch die Elektrode eingebrachten Hochfrequenzstroms derart verödet (ablatiert), dass sogenannte Rotoren (kreisende Erregungen) oder ektopische Aktivierungsquellen beseitigt werden, welche ursächlich für das Vorhofflimmern gehalten werden. Alternativ kann analog eine minimalinvasive Behandlung mittels Laser oder Kälte erfolgen.
-
Die Erfolgsquote einer Ablation kann gesteigert werden, wenn während der Behandlung die Wirksamkeit der durch die Ablation oder andere minimalinvasive Verfahren induzierten Läsionen zuverlässiger beurteilt werden kann. Dies ist mit den heutigen Verfahren nur eingeschränkt möglich. In vielen Fällen ist deshalb nach einer ersten AF-Ablations-Behandlung (AF = atrial fibrillation) noch eine zweite AF-Ablation erforderlich. Dies führt zu einer erhöhten Belastung des Patienten.
-
Die Erstellung eines Oberflächen-Elektrokardiogramms (EKG), d.h. die Aufzeichnung der elektrischen Aktivität der Herzmuskelfasern mittels auf der Oberfläche des Körpers des Patienten angebrachten Elektroden, ist bereits seit vielen Jahren eine Möglichkeit, Arrhythmien des Herzens festzustellen. Oberflächen-EKGs werden auch bereits dafür verwendet, das Ergebnis einer Ablation zu beurteilen.
-
Aus der Druckschrift
US 7,123,954 B2 sind bereits Verfahren bekannt, welche Oberflächen-EKG-Signale und intrakardiale EKG-Signale einer im Herzen angeordneten Elektrode mittels einer sogenannten temporospatialen Morphologie-Korrelation auswertet, um Arrhythmien besser beurteilen zu können, mögliche Ablationsorte besser zu identifizieren und den Erfolg der Ablation zu beurteilen. Hierbei erfolgt zur Aufnahme der intrakardialen EKG-Signale eine intrakardiale Anregung (pacing). Bei der temporospatialen Morphologie-Korrelation wird die Reproduzierbarkeit einer zeitabhängigen und elektrodenspezifischen Elektrogramm-Morphologie analysiert.
-
In der Druckschrift
US 9,370,312 B2 werden verschiedene Berechnungsverfahren zum Abgleich eines Oberflächen-EKG mit einem intrakardialen EKG mittels Abbildung (maps) elektrischer Potentiale des Herzens beschrieben. Hierbei werden eine endokardiale Abbildung mittels Katheter und eine Abbildung basierend auf einem Oberflächen-EKG erzeugt und anhand von anatomischen Fixpunkten und/oder elektrischen Eigenschaften der Abbildungen in Übereinstimmung gebracht.
-
Der Artikel „Noninvasive Study of the Human Heart using Independent Component Analysis“, Yi Zhu et al., Proceedings of Sixth IEEE Symposium on BioInformatics and BioEngineering (BIBE'06) (2006), Seite 340, beschreibt die Anwendung von Independent Component Analysis (ICA) auf EKG-Daten für die Simulierung der Herzaktivität.
-
Die oben beschriebenen bekannten Verfahren haben häufig den Nachteil, dass sie noch zu ungenau arbeiten und teilweise lediglich eine Unterbrechung des Signalpfads in der Oberfläche des Herzmuskels durch Ablation nachweisen können, nicht jedoch Signalpfade in der Tiefe des Herzmuskels erfassen. Daher wird das Ergebnis einer Ablation häufig nicht richtig beurteilt.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren anzugeben, das eine genauere Beurteilung der Ablation einschließlich tiefer gelegener Areale ermöglicht. Die Aufgabe besteht ferner darin, eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen.
-
Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Insbesondere wird erfindungsgemäß die Größe und Anordnung einer Vielzahl von Aktivierungspotentialen im Herzen mit den nachfolgend aufgeführten Schritten bestimmt:
- a) Aufnahme mindestens eines Oberflächen-EKG-Signals synchron mit einer Vielzahl an Kanälen,
- b) Aufnahme mindestens eines IEGM-Signals,
- c) Verarbeitung des Oberflächen-EKG-Signals mittels ICA-Analyse und Ermittlung des Betrags und der Lage einer Vielzahl von Aktivierungspotentialen im Herzen basierend auf der ICA-Analyse sowie
- d) Vergleich des mindestens einen IEGM-Signals mit der Vielzahl von Aktivierungspotentialen und Korrigieren des Betrags und/oder der Lage mindestens eines der Vielzahl der Aktivierungspotentiale im Herzen basierend auf dem Vergleich.
-
In einem bevorzugten Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Oberflächen-EKG mit 64 Kanälen aufgenommen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung und für alle hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind auch weniger oder mehr Kanäle für die Aufnahme denkbar, wie z.B. 6, 32, 128 usw. Die Verwendung einer größeren Anzahl an Kanälen steigert die Genauigkeit der Signalanalyse und geht einher mit einem höheren Rechenaufwand.
-
Die ICA-Analyse (ICA = Independent Component Analysis) ist eine bekannte Analysemethode der Signalverarbeitungstechnik, die statistisch unabhängige Signalquellen, die in einem linear gemischten Signal vorliegen, rekonstruieren kann. Siehe hierzu beispielsweise die Publikation „Independent Component Analysis“ von A. Hyvärinen, J. Karhunen, and E. Oja, John Wiley & Sons, Inc. aus 2001, in der die Funktionsweise der ICA anhand derer mathematischen Basisalgorithmen dargelegt ist.
-
Im vorliegenden Fall wird erfindungsgemäß die ICA-Analyse auf den Datensatz eines vielkanaligen Oberflächen-EKGs, bevorzugt mit 64 Kanälen, angewendet und der Datensatz entsprechend verarbeitet, um eine Vielzahl an Signalquellen darstellenden Aktivierungspotentialen des Herzens im Einzelnen, einschließlich ihres Betrags und ihrer Lage zu ermitteln. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter „Betrag“ des Aktivierungspotentials der zeitabhängige Verlauf des jeweiligen Potentials verstanden.
-
Die ICA-Analyse ist erfindungsgemäß einsetzbar, da die Messpunkte (Elektroden/Kanäle des EKG) räumlich verteilt angeordnet sind. Sie werden an vorgegebenen Stellen auf der Oberfläche des Körpers des Patienten befestigt. Weiter wird erfmdungsgemäß davon ausgegangen, dass die Anzahl der Messpunkte (Kanäle) größer ist als die Anzahl der statistisch unabhängigen Signalquellen (hier: Aktivierungspotentiale im Herzen). Zudem sind vorliegend die erfassten Mischsignale (Kanäle des Oberflächen-EKG) eine lineare Kombination der nativen Signalquellen (Aktivierungspotentiale des Herzens) bzw. für die späteren Berechnungen hinreichend genaue lineare Kombination. Ferner besitzen die Aktivierungspotentiale keine Gaußverteilung und sind statistisch unabhängig.
-
Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, mindestens ein intrakardiales, vorzugsweise unipolares EKG-Signal (im Folgenden kurz IEGM-Signal) aufzunehmen, das mittels mindestens einer innerhalb des Herzens angeordneten Elektrode erfasst wird. Dafür wird ein Katheter, an dessen Spitze die Elektrode angeordnet ist, über das venöse System in das Herz des Patienten vorgeschoben und transseptal in das linke Atrium geführt. Der Katheter wird an der Innenwand der Kammer entlanggefahren, um das elektrische Potential an der Innenwand punktuell mittels der Elektrode zu messen. Die mindestens eine Elektrode kann zusätzlich zur Ablation genutzt werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die ICA-Analyse auch auf das IEGM-Signal angewendet werden. Das IEGM-Signal ist ein Kompositsignal, das sich aus von verschiedenen elektrischen Aktionspotentialen generierten Einzelsignalen zusammensetzt. Die ICA ermöglicht eine Extraktion und Isolation der Einzelsignale aus dem IEGM. Hierzu werden die für die ICA typischen Berechnungsschritte auf das IEGM-Signal angewendet.
-
Das IEGM-Signal wird nun mit der mittels ICA-Analyse aus dem Oberflächen-EKG-Datensatz ermittelten Vielzahl von Aktivierungspotentialen oder Kombinationen von diesen Aktivierungspotentialen verglichen und somit kombiniert analysiert. Basierend auf diesem Vergleich wird der Betrag und/oder die Lage mindestens eines der Vielzahl der Aktivierungspotentiale im Herzen korrigiert. Durch den Vergleich kann ein Aktivierungspotential aus dem mittels ICA-Analyse ausgewerteten Oberflächen-EKG oder eine Kombination von solchen Aktivierungspotentialen dem mittels IEGM-Signal ermittelten Aktivierungspotential zugeordnet werden. Da bei dem erfassten IEGM-Signal der Ort des zugehörigen Aktivierungspotentials viel genauer bekannt ist, erlaubt das IEGM-Signal eine Korrektur der mittels ICA-Analyse bestimmten Vielzahl von Aktivierungspotentialen.
-
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass auch weiter in der Tiefe des Herzmuskels liegende Bereiche untersucht werden können. Durch die Kombination des Signals des Oberflächen-EKG und des IEGM-Signals werden nicht nur oberflächliche Signalpfade erfasst. Aktivierungspotentiale aus tiefer liegenden Arealen des Herzmuskels fließen in das Signal des Oberflächen-EKGs ein und werden durch die Zerlegung in Signalquellen mittels der ICA-Analyse herausgearbeitet. Wenn beispielsweise nach einer Ablation lediglich das vorzugsweise unipolare IEGM-Signal für die betreffende Stelle stark verändert wird oder verschwindet, so ist es sehr wahrscheinlich, dass in einem tieferliegenden Bereich des Myokards noch ein leitender Pfad existiert, der noch mittels Ablation behandelt werden muss. Die Ablation kann durch das erfmdungsgemäße Verfahren genauer beurteilt werden.
-
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Vergleich in Schritt d) mittels Korrelationsrechnung durchgeführt. Hierdurch ist ein besonders schneller und einfach zu implementierender Vergleich der Daten möglich. Siehe hierzu zur Definition der Korrelation in der Signalverarbeitung: Daniel Ch. Von Grünigen - „Digitale Signalverarbeitung", Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, 2. Auflage, 2002, insbesondere Seite 51. Siehe des Weiteren zur Korrelationsrechnung aus einem allgemeineren Blickwinkel der Statistik: A. Papoulis - „Probability, Random Variables, and Stochastic Processes", McGrawHill, 3rd edition, 1991.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Betrag und die Lage der nach den Schritten a) bis d) ermittelten Vielzahl von Aktivierungspotentialen vorzugsweise mittels eines zweidimensionalen oder eines dreidimensionalen Modells des Herzens in einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Abbildung (Map) dargestellt. Hierdurch kann die Verteilung der Aktivierungspotentiale besonders effektiv beurteilt werden.
-
Bei diesem Verfahren werden auf Grundlage von im und am Herzen gemessenen elektrischen Potentialen, d.h. die gemessenen EKG-Signale, Spannungs-Abbildungen (Voltage Maps) des Herzens berechnet. In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden EKG-Komponenten, welche entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt wurden. Für die Berechnung einer Voltage Map verwendet.
-
Es ist weiter von Vorteil, wenn basierend auf der nach den Schritten a) bis d) ermittelten Vielzahl von Aktivierungspotentialen ein Rotor und/oder ein ektopisches Aktivierungspotentials automatisch identifiziert wird. Ein solches pathologisches Aktivierungspotential kann beispielsweise in einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Abbildung z. B. entsprechend hervorgehoben dargestellt werden. Zusätzlich oder alternativ können auch weitere anatomische Fixpunkte und -bereiche wie Sinusknoten, atrialer Muskel, AV-Knoten, Bundle Branches, ventrikulärer Muskel automatisch identifiziert und besonders bevorzugt auch in einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Abbildung z. B. hervorgehoben dargestellt werden. Beispielsweise können einzelne Signalkomponenten spezifische Eigenschaften zur Identifizierung einer anormalen Reizübertragung oder Reizentstehung aufweisen. Es werden beispielweise einzelne Signalkomponenten in Abhängigkeit von Zeit und Ort während der Herzperiode aufgenommen und mit bekannten Daten über die normale Herzreizleitung analysiert. Eine solche Analyse kann aus einem Abgleich bestimmter charakteristischen Merkmale der Signalkomponente mit den bekannten Daten darstellen, wie etwa ein Schwellwertvergleich der Signalamplitude. Auch kann eine Analyse aus einem Morphologievergleich der Signalkomponente mit einem bekannten Signalmuster darstellen. Das bekannte Signalmuster steht für eine normale Herzreizleitung und kann patientenspezifisch generiert werden, e.g. indem Signale während der normalen intrinsischen Herzaktivität aufgenommen und zu einem Mustersignal gemittelt werden. Das Signalmuster kann auch ein vorgespeichertes Muster darstellen. Ergibt die Analyse, dass die Signalkomponenten von Eigenschaften einer normalen Herzreizleitung abweichen, könnten Rotoren oder ektopische Aktivierungspotentiale der Grund sein. Solche Signalkomponenten können bei der Erstellung und Darstellung einer Map grafisch hervorgehoben werden. Besteht ein Rotor, so wird die zeitliche und örtliche Analyse der Amplitude der entsprechenden Signalkomponente einen kreisenden Signalpfad aufweisen. Eine solche Komponente kann dann hervorgehoben werden, hierfür können z.B. Methoden der morphologischen Bildverarbeitung verwendet werden.
-
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Betrag und die Lage einer Vielzahl von Aktivierungspotentialen im Herzen mit den Schritten a) bis d) jeweils in einem ersten Zeitraum und in einem zweiten Zeitraum ermittelt, wobei der zweite Zeitraum von dem ersten Zeitraum verschieden ist. Der erste Zeitraum liegt zum Beispiel vor einer Ablation und der zweiten Zeitraum nach einer Ablation. Im nächsten Schritt wird erfindungsgemäß die Veränderung mancher der Aktivierungspotentiale des zweiten Zeitraums zum ersten Zeitraum hinsichtlich Betrag und/oder Lage ermittelt.
-
In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt c) das erfasste vielkanalige Oberflächen-EKG durch ICA in mehrere Komponenten zerlegt, von denen manche Aktivierungspotentiale des Herzens oder Kombinationen von solchen darstellen. Andere Komponenten entsprechen z.B. Artefakten von Muskelbewegungen, Atembewegungen oder Signalstörungen von externen Quellen wie z. B Netzbrummen. Parallel zum Oberflächen-EKG wird auch ein IEGM-Signal an der Ablationsstelle erfasst. An der Ablationsstelle ist es beabsichtigt, die Signalweiterleitung des Herzens zu unterbrechen oder ein ungewünschtes Aktivierungspotential zu unterbinden. Das gleichzeitig mit dem Oberflächen-EKG erfasste IEGM-Signal wird dann z.B. durch Kreuzkorrelation mit den ICA-Komponenten verglichen und die Komponente, die den größten Korrelationsfaktor ergibt, wird der Stelle zugeordnet, an der das Herzgewebe ablatiert werden muss. Die Ablation wird anschließend durchgeführt und die Schritte a bis d werden wiederholt. Wird anschließend an der ablatierten Stelle erneut das Signal gemessen und die ICA-Komponente, die durch Kreuzkorrelation derselben Stelle im ersten Schritt zugeordnet wurde, ist noch vorhanden, dann war die Ablation höchstwahrscheinlich nicht erfolgreich. Es ist denkbar, das Verfahren nicht nur für einen, sondern für mehrere IEGM-Messpunkte vor und nach der Ablation anzuwenden.
-
Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn bei einer Veränderung des Betrags eines Aktivierungspotentials zwischen dem ersten Zeitraum und dem zweiten Zeitraum um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert ein entsprechender akustischer und/oder visueller und/oder taktiler Hinweis erfolgt. In diesem Fall wird nach einer Ablation davon ausgegangen, dass die Ablation an der betreffenden Stelle erfolgreich war.
-
Die obige Aufgabenstellung wird ferner gelöst durch ein Computerprogrammprodukt zur Bestimmung der Größe und Anordnung einer Vielzahl von Aktivierungspotentialen im Herzen mit Programmcodemitteln zur Ausführung eines Computerprogramms nach dessen Implementierung in einer Datenverarbeitungseinrichtung, wobei die Programmcodemittel dazu vorgesehen sind, nach der Implementierung in der Datenverarbeitungseinrichtung das oben beschriebene Verfahren auszuführen. Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt besitzt die oben zum erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile.
-
Die obige Aufgabenstellung wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung, welche erfindungsgemäß die folgenden Elemente umfasst:
- - eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Datensatzes eines Oberflächen-EKG-Signals, das synchron mit einer Vielzahl an Kanälen aufgenommen wurde, und Daten mindestens eines im gleichen Zeitraum aufgenommenen IEGM-Signals des zugehörigen Herzens, sowie
- - eine Datenverarbeitungseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist
- - den Datensatz des Oberflächen-EKG-Signals mittels ICA-Analyse zu verarbeiten und den Betrag und die Lage einer Vielzahl von Aktivierungspotentialen im Herzen basierend auf der ICA-Analyse zu ermitteln sowie
- - die Daten des mindestens einen IEGM-Signals mit der Vielzahl von Aktivierungspotentialen zu vergleichen und den Betrag und/oder die Lage mindestens eines Aktivierungspotentials der Vielzahl der Aktivierungspotentiale im Herzen basierend auf dem Vergleich zu korrigieren.
-
Als Datenverarbeitungsvorrichtung dient beispielsweise ein Mikroprozessor, wie beispielsweise einem Personal Computer mit Mehrkernprozessor.
-
In einem bevorzugten Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde das Oberflächen-EKG mit 64 Kanälen aufgenommen. Es sind jedoch auch EKG Aufnahmen mit weniger oder mehr Kanälen als 64 möglich.
-
Analog zu dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgebildet, dass der Erfolg einer Ablation genauer beurteilt werden kann, weil auch tiefere Bereiche des Myokards in die Analyse einbezogen werden.
-
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Datenverarbeitungseinrichtung zur Durchführung des Vergleichs mittels Korrelationsrechnung eingerichtet. Wie oben bereits erläutert wurde, ist mittels der Korrelationsrechnung ein schneller Vergleich der Daten möglich.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter eine Anzeigeeinrichtung (beispielsweise in Form eines Bildschirms mit einer geeigneten Auflösung, z.B. 1920×1080 Pixel) auf, welche dazu eingerichtet ist, den Betrag und die Lage der ermittelten Vielzahl von Aktivierungspotentialen vorzugsweise mittels eines zweidimensionalen oder eines dreidimensionalen Modells des Herzens in einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Abbildung darzustellen.
-
In einem weiteren Ausfiihrungsbeispiel ist die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, basierend auf der ermittelten Vielzahl von Aktivierungspotentialen automatisch einen Rotor und/oder ein ektopisches Aktivierungspotential zu identifizieren. Hierdurch wird die Analyse der Daten durch die behandelnde Person vereinfacht.
-
Insbesondere für die Beurteilung der Wirksamkeit einer Ablationsbehandlung ist es von Vorteil, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, den Betrag und die Lage einer Vielzahl von Aktivierungspotentialen im Herzen jeweils in einem ersten Zeitraum (z.B. vor der Ablation) und in einem zweiten Zeitraum (z. B. nach der Ablation) zu ermitteln, wobei der zweite Zeitraum von dem ersten Zeitraum verschieden ist, sowie die Veränderung der Vielzahl der Aktivierungspotentiale des zweiten Zeitraums zum ersten Zeitraum hinsichtlich Betrag und/oder Lage zu ermitteln.
-
Weiter vereinfacht wird die Interpretation der Messergebnisse und die Beurteilung der Ablation, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, bei einer Veränderung des Betrags eines Aktivierungspotentials zwischen dem ersten Zeitraum und dem zweiten Zeitraum um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert, ein Hinweissignal zu erzeugen, welches auf einer Anzeigeeinrichtung (z. B. ein Bildschirm, ein Lautsprecher oder dergl.) eine Ausgabe eines akustischen und/oder visuellen und/oder taktilen Hinweises bewirkt.
-
Die obige Aufgabe wird aus gleichen Gründen zudem durch ein System umfassend eine oben beschriebene Vorrichtung sowie eine Aufnahmeeinrichtung für ein Oberflächen-EKG-Signal synchron mit einer Vielzahl an Kanälen, beispielsweise mit 32 oder 64 Kanälen, und/oder eine Aufnahmeeinrichtung für mindestens ein IEGM-Signal gelöst, wobei Vorrichtung und die Aufnahmeeinrichtung für ein Oberflächen-EKG-Signal und/oder die Aufnahmeeinrichtung für mindestens ein IEGM-Signal derart verbunden sind, dass die Aufnahmeeinrichtung für ein Oberflächen-EKG-Signal das jeweils ermittelte Oberflächen-EKG-Signal an die Vorrichtung übermittelt und die Aufnahmeeinrichtung für mindestens ein IEGM-Signal das jeweils ermittelte mindestens eine IEGM-Signal an die Vorrichtung übermittelt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
-
Es zeigen schematisch:
- 1 die Anordnung der Elektroden der Aufnahmeeinrichtung am Körper des Patienten;
- 2 schematische vergrößerte Darstellung einer 8-fach Elektrode;
- 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 4 eine schematische Anordnung des erfindungsgemäßen Systems zur Messung des Ablationserfolgs
-
Das erfindungsgemäße System umfasst eine Datenverarbeitungseinrichtung (beispielsweise einen Prozessor eines Computers), einen Katheter mit einer Elektrode oder mehreren Elektroden an der distalen Katheterspitze, sowie eine Einrichtung zur Erfassung eines Oberflächen-EKGs. Hierbei wird das Oberflächen-EKG mittels spezieller Elektroden über eine Vielzahl an Kanälen unipolar gegen eine Referenzelektrode erfasst (siehe Schritt 31 in 3). Ein Beispiel für die Anordnung von 8-fach Elektroden 11 und Referenzelektroden 12 am Körper des Patienten 13 ist in 1 dargestellt. Die Referenzelektroden für Oberflächen-EKG und für unipolare IEGM sind z.B. frontal an den Beinen (wie in 1 dargestellt) angebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform werden 8 Patch-Elektroden mit je 8 Einzelelektroden verwendet, sodass insgesamt das EKG über 64 Kanäle gemessen wird. Die Kanäle für Oberflächen-EKG und die IEGM-Kanäle werden z.B. mit 24 Bit Auflösung synchron abgetastet.
-
In 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der 8-fach Elektrode 11 aus 1. Zu sehen sind einzelne Elektroden 21, die auf einer Fläche 20 angeordnet sind, wobei die Elektroden über Leiter 22 mit dem EKG-Messsystem angeschlossen sind. Vorzugsweise handelt es sich bei der 8-fach Elektrode um eine Patch-Elektrode zur Aufnahme von EKGs, die auf der Brust des Patienten aufgeklebt werden. Dabei ist auch eine geringere oder höhere Anzahl an Elektroden denkbar. Die Elektroden 21 sind zueinander versetzt angeordnet, sodass eine möglichst großer Anteil der Fläche 20 mit Elektroden versehen ist. Auf diese Weise kann bei der EKG-Messung eine elektrische Abbildung der Oberflächenpotentiale mit hoher räumlicher Auflösung generiert werden. Es sind jedoch auch andere Anordnungen der Elektroden 21 geeignet, sofern derart angeordnet sind, dass Herzsignale über sie in geeigneter Weise aufgenommen werden können.
-
Der so ermittelte Oberflächen-EKG-Datensatz wird dann an die Datenverarbeitungseinrichtung weitergeleitet und dort mittels ICA-Analyse verarbeitet (siehe Schritt 32 in 3). Hierfür werden beispielsweise ICA-Algorithmen wie infomax, fastICA, Molgedey-Schuster-ICA oder JADE verwendet (Siehe hierzu In A. Hyvärinen, J. Karhunen, and E. Oja, „Independent Component Analysis“, John Wiley & Sons, Inc., 2001 für mehrere fastICA-Varianten sowie infomax-basierte ICA; Jean-Francois Cardoso „High-Order Contrasts for Independent Component Analysis“, Neural Computation 11, 157-192 (1999) für JADE; Molgedey L, Schuster H. „Separation of independent signals using time-delayed correlations“ Phys Rev Lett. 1994;72:3634-3637 für Molgedey-Schuster-ICA). Mittels ICA-Analyse des Datensatzes des Oberflächen-EKG-Signals wird der Betrag und die Lage einer Vielzahl von Aktivierungspotentialen im Herzen ermittelt. Die maximale Anzahl der Aktivierungspotentiale ist in diesem Ausführungsbeispiel 64.
-
Vorzugsweise gleichzeitig zu der Erfassung des Oberflächen-EKGs wird mittels eines zuvor im Herzen angeordneten Katheters, insbesondere mittels dessen Elektrode oder dessen Elektroden ein IEGM-Signal aufgenommen (Schritt 30 in 3). Bei einer Nutzung mehrerer Elektroden kann das IEGM-Signal mehrkanalig ausgebildet sein. Nun wird das IEGM-Signal vorzugsweise mittels Kreuzkorrelation mit der Vielzahl von verschiedene Signalquellen repräsentierende Signalkomponenten verglichen, welche durch das Oberflächen-EKG und die anschließende ICA-Analyse ermittelt wurden (Schritt 33 in 3). Gegebenenfalls erfolgt dann eine Korrektur der mittels Oberflächen-EKG ermittelten Aktivierungspotentiale hinsichtlich deren Betrag und Lage (Schritt 34 in 3). Ein gegebenenfalls bestehender zeitlicher Versatz zwischen dem Oberflächen-EKG-Signal und dem IEGM-Signal wird hierbei vernachlässigt. Bei der Kreuzkorrelation wird vorzugsweise ein Kreuzkorrelationsfaktor bestimmt.
-
Um während einer Ablation den Fortschritt der Behandlung zu beobachten, wird das oben erläuterte Verfahren in einem ersten Zeitraum vor einer Ablation durchgeführt (z.B. einige Sekunden bis zu mehreren Minuten vor einer Ablation, in Abhängigkeit der Herzperiode und der Wiederholperiode des gesuchten atypischen Herzsignals) und eine Vielzahl von Aktivierungspotentialen einschließlich Betrag und Lage bestimmt und gegebenenfalls basierend auf dem IEGM-Signal korrigiert. Zudem wird nach der Ablation nochmals mittels des obigen Verfahrens eine zweite Vielzahl von Aktivierungspotentialen einschließlich Betrag und Lage ermittelt. Anschließend wird die Vielzahl der ermittelten Aktivierungspotentiale vor der Ablation mit der Vielzahl der ermittelten Aktivierungspotentiale nach der Ablation verglichen. Ist nach der Ablation ein Aktivierungspotential, das der Ablationsstelle entspricht, noch verhandeln, so hat sehr wahrscheinlich die durch die Ablation entstandene Läsion den Signalpfad oder die ektopische Quelle in der Tiefe des Myokards noch nicht vollständig erreicht. Die Ablation muss in diesem Fall fortgesetzt werden.
-
Zusätzlich kann durch die ICA-Analyse nichtinvasiv eine Rekonstruktion der lokalen Aktivierungspotentialen von Rotor, ektopischen Bereichen, Sinusknoten, atrialem Muskel, AF-Knoten, HIS-Bundle, Bundle Branches, ventrikulärer Muskel vorgenommen werden. Hierbei werden die regulären Herzsignale durch Registrierungsalgorithmen erkannt. Eine Datenbank mit regulären Herzsignalen wird dafür benötigt. Die Komponenten können Auskunft über eventuelle pathologische Veränderungen in der Herzaktivität geben. Eine solche Analyse kann auch ohne Einsatz eines Katheters (d.h. ohne die Kombination mit einem IEGM-Signal) erfolgen.
-
4 zeigt eine schematische Anordnung 40 der wesentlichen Komponenten des erfindungsgemäßen Systems zur Messung des Ablationserfolges bei einer Ablation im linken Vorhof. Die Oberflächen- und intrakardialen Elektroden am Patienten 41, einschließlich der Referenzelektroden, ermöglichen die Messung des Oberflächen-EKGs und des IEGMs und sind verbunden mit multiplen unipolaren Messkanälen 42; dabei werden Daten synchron erfasst und Signalkonditionierung durchgeführt. Die erfassten Daten werden an Datenverarbeitungseinrichtung 43 weitergeleitet, wo sie evaluiert und mittels ICA sowie der Korrelationsrechnung ausgewertet werden, wobei das Auswertungsergebnis im Sinne der Erfindung Aussage zum Erfolg der AF Ablation trägt. Dafür wird durch die Datenverarbeitungseinheit mindestens ein Datensatz des Oberflächen-EKG-Signals mittels ICA-Analyse verarbeitet, wobei der Betrag und die Lage einer Vielzahl von Aktivierungspotentialen im Herzen basierend auf der ICA-Analyse ermittelt werden. Des Weiteren werden die Daten des mindestens einen IEGM-Signals mit einer Vielzahl von Aktivierungspotentialen verglichen. Basierend auf dem Vergleich wird der Betrag und/oder die Lage von mindestens einem Aktivierungspotential aus der Vielzahl der Aktivierungspotentiale im Herzen korrigiert. Datenverarbeitungseinrichtung 43 ist verbunden mit einer Anzeigeeinrichtung 44, auf welcher das Auswerteergebnis zum Erfolg der AF Ablation einem Benutzer angezeigt werden kann. Als Mittel zur Indikation des Ablationserfolgs auf der Anzeigeeinrichtung 44 eignen sich beispielsweise grafische Konzepte, wie die Anzeige einer Farbskala oder Prozentskala. Auch kann eine berechnete Struktur der Herzkammern (,Map') auf der Anzeige zusammen mit der Position des Katheters sowie der Indikation des Ablationserfolgs an der jeweils ablatierten Stelle dargestellt sein.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 7123954 B2 [0005]
- US 9370312 B2 [0006]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Yi Zhu et al., Proceedings of Sixth IEEE Symposium on BioInformatics and BioEngineering (BIBE'06) (2006), Seite 340 [0007]
- A. Hyvärinen, J. Karhunen, and E. Oja, John Wiley & Sons, Inc. aus 2001 [0013]
- Daniel Ch. Von Grünigen - „Digitale Signalverarbeitung“, Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, 2. Auflage, 2002, insbesondere Seite 51 [0020]
- A. Papoulis - „Probability, Random Variables, and Stochastic Processes“, McGrawHill, 3rd edition, 1991 [0020]
