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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse des
Herzrhythmus, genauer zur Analyse von Alternationen von Zyklus zu
Zyklus und/oder der Veränderlichkeit
der Welle der ventrikulären
Repolarisation in einem EKG Signal.
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Ein
EKG Signal, welches sei es durch externe Elektroden oder sei es
durch eine endokavitäre
Sonde aufgenommen wurde, weist auf charakteristische Art eine Reihe
von PQRST-Komplexen auf, welche der Abfolge der Herzschläge des Patienten
entsprechen.
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Über einen
Herzzyklus, die QRS, welche die Depolarisation der Ventrikel übersetzt,
und gefolgt durch eine Welle, welche „T-Welle" oder „Repolarisationswelle" genannt wird (wobei
diese zwei Begriffe im Nachfolgenden unterschiedslos gebraucht werden),
welche die elektrische Übersetzung
auf dem EKG der Repolarisation der myokardschen Zellen der Ventrikel
ist.
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Die
T-Welle (Repolarisationswelle) weist eine stark veränderliche
Amplitude und eine stark veränderliche
Form auf und sie ist sehr empfindlich gegenüber Störungen der Leitung in dem Myokard.
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Verschiedene
Vorrichtungen wurden bereits vorgeschlagen, um spezifisch die Veränderlichkeit
dieser T-Welle zu analysieren, zum Beispiel die FR-A-2 784 035 (Ela
Médical),
welche die T-Welle durch diagnostizieren des Erscheinens eines ischämischen
Zustands, dann der Entwicklung dieses Zustandes in Echtzeit analysiert,
um in Konsequenz den Betrieb der Vorrichtung anzupassen.
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In
diesem Dokument ist die Vorrichtung zur Analyse der T-Welle eine
Vorrichtung, welche in einem Implantat (Herzschrittmacher oder Kardioverter/Defibrillator)
eingebaut ist und welche in Echtzeit arbeitet, durch Analyse des
Ankuftszeitpunktes der Repolarisationsfront.
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Ein
anderer Parameter der T-Welle, der interessant zu bewerten sein
kann, ist die Alternierung (Alternans), welche eine sehr leichte,
sich wiederholende Veränderung
ist, in der Größenordnung
von Millivolt, von einem Schlag zum Nächsten, der Wellenform des
EKG im zeitlichen Segment, welches der Repolarisationswelle entspricht.
Diese Veränderung
ist vom Typ ABABAB..., das heißt,
dass, wenn man jede zweite Welle untersucht, diese Wellen einander
sehr ähnlich
sind, dass aber umgekehrt von einer Welle zur direkt nächstfolgenden
Welle eine erkennbare Veränderung
der Amplitude erscheinen kann, deren Niveau einen wichtigen Indikator
einer elektrischen Herzinstabilität des Patienten bildet.
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Das
Vorhandensein einer Alternierung der T-Welle, welche einen nichteinheitliche
Repolarisation des Myokards erkennen lässt, ist insbesondere ein sehr
gutes Prädiktor
von Fibrillation, und folglich des klinischen Risikos einer ventrikulären Arrhythmie
und von plötzlichem
Tod.
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In
dem Falle eines implantierten Defibrillators/Kardioveters mit einem
integrierten Analysator der Alternierung der T-Welle, wie zum Beispiel
durch die FR-A-2 808 213 (Medtronic Inc.) beschrieben, ist es möglich, im
Falle eines Risikos von gewichtigem Herzrisiko schnell eine Warnung
an den Patienten oder den Arzt zu liefern, oder auch eine Therapie
durch die Vorrichtung auszulösen,
wenn dieses Risiko erwiesen ist.
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Unabhängig von
implantierten Vorrichtungen, welche einen in Echtzeit arbeitenden
Analysator integriert haben, ist es auch möglich, das Vorhandensein einer
Alternierung der T-Welle ausgehen von Signalen zu untersuchen, welche
durch einen „Holter" genannten Aufzeichner
erfasst wurden, das heißt,
ein Gerät,
welche kontinuierlich und über
lange Dauer die Aufzeichnung von Signalen verwirklicht, welches
mittels implantierter Elektroden oder externer Elektroden erfasst
wurden. Das Studium des Holter-Aufzeichners kann so die Untersuchung
einer eventuellen Alternierung der T-Welle enthalten, welche einen
Risikomarker bildet. Eine solche Analyse nimmt all ihre Wichtigkeit
in der Definition von Patienten, welche empfänglich sind, besser von der
Implantierung eines implantierbaren Herzschrittmachers/Defibrillators
als primäre
Prävention
zu profitieren.
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Das
Vorhandensein einer Alternierung der T-Welle ist auch ein wichtiger
Prädikor
einer Verschlechterung des ischämischen
Zustandes des Patienten. In der Tat drück sich ein ischämischer
Zustand durch eine quasi-instantane und erkennbare Veränderung
der ventrikulären
Repolarisationswelle aus (die Ischämie tritt nach einer Unterbrechung
oder einer Reduzierung der Blutzufuhr des Herzens auf).
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Die
Untersuchung einer Alternierung der T-Welle hat sich bis heute als
relativ schwierig erwiesen, da die Veränderung von Zyklus zu Zyklus,
welche diese Alternierung erkennen lässt, sehr schwach ist (typischerweise
eine Variation in der Größenordnung
von 5 μV)
insbesondere im Vergleich zum mittleren Niveau des Rauschens, das
in dem EKG Signal vorhanden ist, wobei dieses Rauschen ein typisches
Niveau in der Größenordnung
von 10 μV
hat. Die Untersuchung einer Alternierung der T-Welle macht daher
den Einsatz von Mitteln notwendig, welche gleichzeitig sehr empfindlich
sind und eine gute Immunität
gegenüber
Rauschen haben (was folglich komplexe Algorithmen und Filterungen
impliziert).
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Aufgrund
dieser Tatsache erforderten die bis dato vorgeschlagenen Algorithmen
relativ beträchtliche Rechenmittel,
was folglich Rechenmittel impliziert, die deren Einsatz in einem
Mikrorechner oder, als stärkerem
Grund, in einem ambulanten oder implantierten Gerät nicht
erlauben, da dies nur zum Preis einer exzessiven Behandlungszeit
und/oder einer schlechteren Qualität des Ergebnisses ist. Um nun
aber schnell einen zuverlässigen
Prädiktor
der Fibrillation oder der Ischämie
des Myokards zu erhalten, ist es wichtig, schnell eine bestimmte
Anzahl an Mikrovariationen sichtbar machen und unterscheiden zu
können,
welche sehr signifikant für
das Erhalten einer zuverlässigen
und zutreffenden Diagnose sein können.
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Unter
den verschiedenen Techniken zur Analyse des Alternierens der T-Welle,
die bis heute vorgeschlagen wurden, kann man zitieren:
- – das
Spektralverfahren (siehe insbesondere US-A-4 802 491 und Rosenbaum
DS et al., Electrical Alternans and Vulnerability in Ventricular
Arrhythmias. N Engl J Med 1994; 330:235-241): diese Technik schlägt vor,
die energetischen Variationen des Frequenzspektrum des EKG zu untersuchen,
um eine Energiespitze für
eine Frequenz zu suchen, die die gesuchte Fluktuation erkennen lässt;
- – die
Technik der komplexen Demodulation (siehe US-A-5 842 997 und Nearing
B et al., Dynamic Tracking of Cardiac Vulnerability by Complex Demodulation
of the T-Wave, Science 1991; 252:437-440): diese Technik trachtet
danach, die Fluktuation der Amplitude der T-Welle zu modellieren
durch eine Sinusoide variabler Amplitude und variabler Phase, um
ein dynamisches Verfolgen der Variationen der Alternierung der T-Welle
sicher zu stellen; ihre intrinsische Komplexität macht es jedoch schwierig,
das Verfahren anzuwenden, ohne spezifische materielle Schaltungen
hinzuzufügen;
- – die
Analysetechnik im Zeitbereich (siehe Verrier R. et al., Median Beat
Analysis of T-Wave Alternans to Predict Arrhythmic Death after Myocardial
Interaction: Results from the Autonomie Tone and Reflexes after Myocardial
Infarction Study, Circulation, 102, 18;2000: II-713 (abstract)):
dieses Verfahren besteht im Berechnen, für jeden zweiten Schlag, des
Mittels des Niveaus der T-Welle in einem gegebenen Punkt des Segments
der Repolarisation und im Quantifizieren des Amplitudenunterschieds
zwischen diesen zwei Mitteln;
- – die
Technik des Dehnens (siehe US-A-5 580 638 und Berger R et al., Beat-to-Beat QT Interval
Variability: Novel Evidence for Repolarization Ability in Ischemic
and Non-Ischemic Dilated Cardiomyopathy, Circulation 1997;96:1557-1595):
in dieser Technik überlagert
man die T-Welle mit einem Muster und die temporäre Komponente wird gedehnt,
um die Differenz zwischen dem Muster und dem analysierten Schlag
zu analysieren;
- – die
Technik durch Kreuzkorrelation (siehe Burratini L et al., Computer
Detection of Non-Stationary T-Wave Alterans Using New Correlative
Method, Computers in Cardiology 1997;42:657-660): es handelt sich
um eine Technik, die darin besteht, im Zeitbereich die Amplitudenvariationen
und die Morphologie der Repolarisationswelle auf der Basis eines
Korrelationsindexes zu Quantifizieren; jede T-Welle wird mit einer
mittleren T-Welle korreliert, welche repräsentative für eine Reihe von Schlägen ist,
wobei eine Alternierung, positiv oder negativ, sich durch eine Oszillation
dieses Korrelationsindexes um den Einheitswert ausdrückt.
- – der
Ansatz durch Ondoletten (siehe Coudere JP et al., Beat-to-Beat Repolarization
Variability in LQTS Patients with the SCN5A Sodium Channel Gene
Mutation, PACE 1999, 22,1581-1592): das EKG Signal wird zerlegt
in eine Summe von Gauss'schen
und dann verarbeitet, um die unterschiedlichen Bestandteile der
Welle (P, QRS und T) zu isolieren und so Singularitäten erscheinen
zu lassen, welche insbesondere eine Alternierung für die T-Welle
erkennen lassen.
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Die
vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine neue Technik der Erkennung
und der Quantifizierung der Veränderlichkeit
und der Alternierung der T-Welle in einem EKG Signal vorzuschlagen.
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Im
Vergleich zu den oben dargelegten früheren Techniken:
- – arbeitet
die Technik der Erfindung im Zeitbereich um die Veränderlichkeit
oder Alternierung der Repolarisationswelle zu bewerten, wobei so
der Rückgriff
auf Fouriertransformationen oder andere spektrale Analysetechniken
vermieden wird, welche beträchtliche
Rechenmittel notwendig machen;
- – basiert
die Technik der Erfindung nicht auf einem Verfahren der Korrelation
von Signalen für
die Synchronisation und die Quantifikation der Veränderlichkeit
und der Alternierung der T-Welle;
- – erlaubt
die Technik der Erfindung das Verfolgen einer Alternierung oder
einer Veränderlichkeit
der Repolarisation in jedem beliebigen EKG Signal, das eine ausreichende
Amplitudenauflösung
und eine ausreichende Frequenz der Abtastung vorweist, und ist folglich
mit jeglichem existierenden Gerät
verwendbar, auf der Basis von Aufzeichnungen, die nach klassischen
und erprobten Techniken ausgeführt
werden, ohne irgendein dediziertes Gerät zu benötigen, noch die materielle
Anpassung existierender Vorrichtungen;
- – erlaubt
die Technik der Erfindung einen Bereich des Segments der Repolarisation
zu identifizieren, wo die Veränderlichkeit
und/oder die Alternierung maximal sind, wobei so die Richtigkeit
bzw. Relevanz und die Selektivität
der Messung erhöht
wird.
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Die
Vorrichtung zur Analyse der Erfindung arbeitet auf einem EKG Signal,
das zuvor durch eine implantierte medizinische Vorrichtung (Herzschrittmacher,
welcher über
Holter-Funktionen verfügt,
Defibrillator/Kardioverter oder Multi-Site Vorrichtung) oder eine
externe (ambulanter Holter Aufzeichner) erfasst wurde, danach gefiltert,
abgetastet und digitalisiert auf an sich bekannte Art.
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Auf
für die
Erfindung kennzeichnende Weise umfasst die Vorrichtung zur Analyse
der Alternierung von Zyklus zu Zyklus und/oder der Veränderlichkeit
der Welle der ventrikulären
Repolarisation in dem EKG Signal:
- – Extraktionsmittel,
angepasst aus dem EKG Signal, für
jeden Herzschlag, ein zeitliches Segment von T Proben der Welle
der ventrikulären
Repolarisation zu extrahieren, betrachtet ausgehend von einem Zeitpunkt
t, welcher einem vorherbestimmten zeitlichen Ursprung folgt;
- – Speichermittel,
angepasst die so extrahierten T Proben zu speichern, für B aufeinander
folgende Schläge, die
betrachtet werden ausgehend vom b-ten Schlag des EKG Signals, um
ein zweidimensionales Aggregat von T × B Schlägen des Signals auszuwählen und
zu speichern, aneinander grenzend im Zeit-Schläge-Raum;
- – Evaluationsmittel,
angepasst, einen Faktor der lokalen Varianz der Welle der ventrikulären Repolarisation zu
berechnen, der repräsentativ
für ein
Maß der
Varianz des Signalniveaus der Proben im Inneren des Aggregats ist;
und
- – Bewertungsmittel,
angepasst dazu:
- – Alternierungen
von Zyklus zu Zyklus der Welle der ventrikulären Repolarisation auf den
B Schlägen
des Aggregats zu erkennen und zu registrieren;
- – den
Faktor der lokalen Varianz mit einem Faktor der lokalen Alternierung
zu gewichten, der zwischen einem Minimum, das der vollständigen Abwesenheit
der Erkennung einer Alternierung auf den Schlägen des Aggregats entspricht,
und einem Maximum, welches der Erkennung einer permanenten und wiederkehrenden
Alternierung auf allen Schlägen
entspricht, liegt, und
- – einen
Kennwert der Alternierung und der Veränderbarkeit an einen Ausgang
abzugeben, der, für
einen gegebenen Schlag, abhängig
vom Faktor der lokalen Varianz ist, gewichtet mit dem Faktor der
lokalen Alternierung.
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Gemäß verschiedenen,
vorteilhaften Ausführungsformen:
- – wird
die Gewichtung mit dem Faktor der lokalen Alternierung angewandt
auf die Quadratwurzel des Faktors der lokalen Varianz,
- – sind
die Bewertungsmittel Mittel, die dazu angepasst sind, den Faktor
der lokalen Alternierung zu berechnen für eine vorherbestimmte Vielzahl
zeitlicher Untersegmente verschiedener Dauern und Ursprüngen inmitten
des Aggregats, danach unter diesen Untersegmenten diejenigen auszuwählen, für welche
der entsprechende Faktor der lokalen Alternierung maximal ist, und
den Faktor der lokalen Varianz, welcher dem so ausgewählten Untersegment
entspricht, mit dem Faktor der maximalen lokalen Alternierung zu
gewichten,
- – sind
die Bewertungsmittel Mittel, die dazu angepasst sind, den Faktor
der lokalen Alternierung durch Suchen und Quantifizieren der Wiederholung
eines vorher definierten Alternierungsmusters im Inneren des Aggregats
zu berechnen, für
eine gleiche Position der Probe im zeitlichen Segment,
- – umfasst
die Vorrichtung weiterhin Mittel zur Vorbehandlung des Signals,
vor dessen Anwendung auf die Extraktionsmittel, wobei diese Mittel
zur Vorbehandlung umfassen wenigstens eines der Mittel der Gruppe, welche
umfasst: ein Tiefpassfilter; ein Tiefpassfilter mit endlicher Impulsantwort;
ein Filter zur Eliminierung der isoelektrischen Linie; und ein Filter
zur Eliminierung der Atmungskomponente,
- – umfasst
die Vorrichtung weiterhin Mittel zur Auswahl von Proben, eingerichtet,
in dem EKG-Signal eine Sequenz von Schlägen zu suchen, welche über die
gesamte Dauer von B aufeinander folgenden Schlägen einen stabilen Herzrhythmus
vorweist und nur Zyklen umfasst, die sinusalen Ursprungs sind, vorbehaltlich die
Zyklen, die durch einen Herzschrittmacher hervorgerufen wurden,
und dazu, auf die Extraktionsmittel nur eine solche Sequenz von
Schlägen
anzuwenden; die Mittel zur Auswahl können insbesondere Mittel sein,
die dazu eingerichtet sind, die Intervalle RR der B aufeinander
folgenden Schläge
zu berechnen, und einen stabilen Herzrhythmus für diese Sequenz von Schlägen zu definieren,
wenn keines dieser Intervalle sich um mehr als einen gegebenen Prozentsatz
unterscheidet, insbesondere nicht mehr als 10% im Verhältnis zum
Mittelwert des Intervalls RR, das über B Schläge berechnet wurde.
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Man
wird nun ein Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung der Erfindung beschreiben, mit Bezug auf beigefügte Zeichnungen.
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Die 1 ist
ein Schema, welches die aufeinander folgenden Schritte der Behandlung
des Signals zeigt, welches in der Bestimmung eines Indexes der Veränderlichkeit
und der Alternierung endet.
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Die 2 ist
eine Darstellung im dreidimensionalem Raum von aufeinander folgenden
Herzzyklen, welche es erlaubt, ein lokales Aggregat sichtbar zu
machen, von dem ausgehend der Index der Alternierung und der Veränderlichkeit
berechnet werden wird.
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Die 3a und 3b zeigen
Schaubilder von Variationen des Indexes der Veränderlichkeit der Alternierung,
jeweils für
einen Patienten mit dokumentierter Alternierung der T-Welle und
für eine
gesunde Person.
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Die 5a und 5b sind
Histogramme, welche die Leistungen der Analyse im Hinblick auf die Empfindlichkeit
zeigen, jeweils für
eine bekannte Frequenztechnik und für die Technik der Erfindung.
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Die 6a und 6b sind
Histogramme, welche die Leistungen der Analyse im Hinblick auf die
Spezifität
zeigen, jeweils für
eine bekannte Frequenztechnik und für die Technik der Erfindung.
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Die 7a und 7b zeigen
die Variation über
die Zeit des Indexes der Veränderlichkeit
der Alternierung in dem Fall einer Verfolgung in Echtzeit, jeweils
für eine
kerngesunde Person und für
einen Patienten mit Alternierung der Welle T.
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Die 1 zeigt
die unterschiedlichen Schritte der Signalverarbeitung.
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Zuallererst
(Schritt 10) wird das EKG Signal erfasst und in digitaler
Form einer Folge von Proben bzw. Abtastungen variabler Amplitude
gespeichert. Wie weiter oben gezeigt, wird das EKG Signal durch
eine medizinische Vorrichtung, implantiert (Herzschrittmacher, der über Holter-Funktionen
verfügt,
Defibrillator/Kardioverter oder Multi-site Vorrichtung) oder extern
(ambulanter Holter Aufzeichner) erfasst, dann gefiltert, abgetastet
und digitalisiert auf an sich bekannte Art.
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Der
folgende Schritt (Schritt 12) besteht im Erkennen der Spitzen
der Welle R des EKG Signals, um die aufeinander folgenden Schläge, welche
das EKG Signal bilden, zu individualisieren.
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Das
Signal ist dann Gegenstand einer Vorfilterung (Schritt 14),
vorteilhafterweise ein Tiefpassfilter durch ein FIR Filter (Filter
mit endlicher Impulsantwort, das ein nicht-rekursives Digitalfilter
ist).
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Die
kontinuierliche Komponente, entsprechend der isoelektrischen Linie,
wird dann eliminiert (Schritt 16), sowie die Atmunngskomponenten,
welche sich durch langsame Veränderungen
des mittleren Signalniveaus ausdrücken (Schritt 18).
Die Vorrichtung berechnet dann den Wert des Intervalls RR über eine
Reihe von aufeinander folgenden Schlägen (Schritt 20),
um eine Analyse des Segmentes der Repolarisation nur zu verfolgen
in stabilen Herzrhythmusbedingungen, wobei die Stabilität zum Beispiel
durch eine Variation des Intervalls RR von weniger als 10% definiert
wird (Schritt 22).
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In
dem Falle eines Oberflächen-EKGs
wählt die
Vorrichtung eine der Ableitungen (Schritt 24), zum Beispiel
Ableitung VM, A, B oder C für
eine 4-Wege-Vorrichtung.
Andere Vorrichtungen (mit z.B. 2, 3, 4, 8 oder 12 Wegen) können verwendet
werden, wobei die Wahl sich dann auf eine der Wege 1 bis 12 oder
A bis I bezieht.
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Für jeden
Schlag extrahiert die Vorrichtung dann das Segment der Repolarisation, über welches
die Analyse spezifisch vorgenommen werden soll; eine bestimmte Anzahl
an Parametern können
dazu manuell festgesetzt sein, insbesondere : (i) die Größe der QRS;
(ii) die Länge
des Repolarisationssegments; und (iii) die Anzahl der Proben pro
Signal, welche für
das Zerlegen der T-Welle betrachtet werden, ein unerlässlicher Parameter
für die
Identifizierung des Teils der T-Welle, in welcher die Alternierung
und/oder Veränderlichkeit maximal
sind (Schritt 26).
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Die
so individualisierten Repolarisationssegmente werden nebeneinander
ausgerichtet, so, wie man es weiter im Detail mit Bezug auf die 2 beschreiben
werden wird (Schritt 25).
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Die
so umgruppierten Daten werden abgetastet, um das optimale Intervall
des Repolarisationssegments für
die Quantifizierung des Indexes der Veränderlichkeit und der Alternierung
der T-Welle zu suchen (Schritt 30).
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Der
Index wird dann so, wie man es weiter unten darlegen wird, berechnet
(Schritt 32) dann angezeigt (Schritt 34), zum
Beispiel so wie auf den 4a und 4b gezeigt.
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Die
Technik der Erfindung strebt so danach, aus dem EKG Signal einen
Index zu extrahieren, welcher repräsentativ für die Veränderlichkeit der T-Welle in
diesem EKG Signal ist, oder allgeineiner der Alternierung und der
Veränderlichkeit
dieser T-Welle, ein Index, den man im folgenden „Index TVar" bezeichnen wird.
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Im
Wesentlichen besteht das Verfahren, das durch die Vorrichtung der
Erfindung umgesetzt wird, darin, eine zweidimensionale Analyse zu
verwirklichen, gleichzeitig im Zeitbereich und im Bereich der aufeinander
folgenden Schläge:
- – die
Verwendung des Zeitbereichs. weil das Studium der Veränderlichkeit
und der Alternierung der T-Welle den Vorteil eines guten Kompromisses
zwischen der zeitlichen Auflösung
und der Amplitudenauflösung
eines digitalen Signals darstellt, sowie, wie man weiter unten sehen
wird, die Möglichkeit
des Identifizierens und Isolierens des signifikantesten Teils der
T-Welle für
die Quantifizierung der Veränderlichkeit
und der Alternierung;
- – was
die Verwendung des Bereichs der Schläge betrifft, so erlaubt er,
transitorische Phänomene
der Veränderlichkeit
und der Alternierung im Falle nicht sinusförmiger Schläge besser identifizieren zu
können, zum
Beispiel während
kurzer Perioden
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Die 2 ist
eine dreidimensionale Darstellung von jeweiligen T-Wellen von aufeinander
folgenden Schlägen
des EKG Signals, wobei diese Wellen in jedem Schlag isoliert wurden
und derart nebeneinander angeordnet werden, eine Darstellung zu
geben, welche ihre Entwicklung über
die aufeinander folgenden Schläge zeigt.
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Die
Darstellung der 2 ist gegeben mit:
- – auf
der Abszisse: die Zeit, gezählt
in Anzahl an Proben ausgehend von einem Ursprung, welcher dem Zeitpunkt
des Eintreffens der Repolarisationswelle entspricht, bestimmt auf
gleiche Weise von einem Schlag auf den Nächsten (dieser Zeitpunkt des
Eintreffens der Repolarisationswelle kann zum Beispiel auf die in
der vorzitierten FR-A-2 784 035 beschriebenen Weise bestimmt werden);
- – auf
der Ordinate: die Schläge,
gezählt
in Anzahl der Schläge
seit einem gegebenen Ursprung, ausgehend von welchem man eine ununterbrochene
Folge von Schlägen
erkannt hat, die einen stabilen Herzrhythmus (Intervall RR) aufweisen;
- – auf
der Seite: das Signalniveau, in Mikrovolt (digitalisierter Wert).
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Der
erste Schritt besteht darin, im zweidimensionalen Zeit-Schläge-Raum
ein aus B × T
Proben gebildetes Probenaggregat, mit C T,B / t,b bezeichnet, zu isolieren:
- – gelegen
auf einem Segment von Länge
T und zeitlichem Ursprung t jeder Welle der Repolarisation,
- – und
dies für
B aufeinander folgende Schläge,
gezählt
ausgehend vom b-ten Schlag.
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Man
kann so z.B. ein Aggregat C 20,16 / t,b für
ein gleiches Segment von T = 20 Proben isolieren, betrachtet über B =
16 aufeinander folgende Schläge.
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Ausgehend
von diesem Aggregat an Proben wird die Vorrichtung der Erfindung
einen Index berechnen, genannt TVarb, welcher
ein Maß der
Veränderlichkeit
der T-Welle in einer zeitlichen Position t dieser Welle ist, wobei
dieses Maß gewichtet
wird mit einem Faktor, der repräsentativ
ist für
das Auftreten, mehr oder weniger regelmäßig, einer Alternierung.
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Anders
ausgedrückt
ist der Index TVarb ein Maß einer
Kombination der Veränderlichkeit
der T-Welle und der Alternierung der T-Welle.
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Dieser
Index TVar
b kann in der Form ausgedrückt werden:
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Der
erste Term dieses Ausdrucks,
ist die Quadratwurzel der
lokalen Varianz, eine Funktion, welche ein Maß der Veränderlichkeit des Signals im Inneren
des Aggregats in der Region liefert, wo die Alternierung maximal
ist (man wird weiter unten die Weise sehen, nach der man diese Region
maximaler Alternierung bestimmt).
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Der
zweite Term dieses Ausdrucks enthält einen Faktor W(C T,B / t,b) der lokalen
Alternierung, dessen Wert von 0 bis 1 variiert (0 ≤ W(C T,B / t,b) ≤ 1) mit W(C T,B / t,b)
= 1 im Falle dauerhafter Alternierung, welche perfekt wiederkehrend
ist über
die Gesamtheit der B Schläge
des Aggregats, und, umgekehrt, W(C T,B / t,b) = 0 bei vollständiger Abwesenheit
einer Alternierung über
diese B Schläge.
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Der
Faktor der lokalen Alternierung W(C T,B / t,b) wird für unterschiedliche Längen T des
Sektors der Repolarisation und für
unterschiedliche zeitliche Ursprünge
t auf diesem gleichen Segment berechnet, das heißt, anders ausgedrückt, für ein Aggregat
C T,B / t,b, wo ein Abtast- bzw. Scanalgorithmus die Parameter t und T variiert in
den vorab festgelegten Grenzen, zum Beispiel durch eine manuelle
Parametrierung.
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Diese
Suche nach einem Maximum wird folglich entsprechende Werte Tm und
to geben, welche der Länge
bzw. dem zeitlichen Ursprung des Segments der Repolarisation entsprechen,
für welche
der Faktor der lokalen Alternierung, das heißt, C T,B / to,b maximal ist.
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Die
lokale Varianz Var(C Tm,B / t,b) wird für
das so isolierte Aggregat bewertet.
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Der
ihm entsprechende Faktor der lokalen Alternierung W(C T,B / t,b) sowie der
Gewichtungsfaktor werden angewandt, wobei so für jeden Schlag b ein Index
der Veränderlichkeit
und der Alternierung TVar
b erhalten wird:
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Man
wird nun genauer aufzeigen, mit Bezug auf die 3a und 3b,
wie man den Faktor der lokalen Varianz Var(C Tm,B / to,b) und den Faktor der
lokalen Alternierung W(C T,B / t,b) berechnen kann.
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Die
lokale Varianz Var(C Tm,B / t,b) wird erhalten durch eine klassische Varianzrechnung,
es sei:
wobei
- T = Tm
- die optimale Dauer
repräsentiert,
welche den höchsten
Wert der Gewichtungsfunktion sicherstellt (lokale Alternierung),
- Sk(n)
- die Amplitude des
Segments der Repolarisation für
den Schlag n und die Probe k ist,
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- die mittlere Amplitude
der Repolarisation in dem Aggregat ist, gelegen bei der Probe to
und Tm Proben umfassend, für
einen gegebenen Schlag n, und
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- die mittlere Amplitude
von über die
B Schläge
ist, die in dem Aggregat enthalten sind.
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Folglich,
zum Beispiel, auf der Basis eines Aggregats von B × Tm Proben,
welche zum Beispiel im Zeitpunkt t = 20 beginnen, ausgehend vom
b = 16ten Schlag:
das heißt, die Varianz der 20ten Probe
der T-Welle, betrachtet über
ein gleitendes Fenster (gestrichelt dargestellt in der
3a)
von
16 aufeinander folgenden Schlägen.
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Man
wird nun genauer beschreiben, mit Bezug auf die 3b,
wie der Faktor der lokalen Alternierung W(C T,B / t,b) berechnet wird.
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Die
Vorrichtung sucht, über
die aufeinander folgenden Schläge,
das kleinste elementare Muster der Alternierung, das heißt, wie
in dem Rahmen mit durchgezogenem Strich in der 3b dargestellt,
ein Muster von vier aufeinander folgenden Schlägen, welche drei Vorzeichenumkehrungen
vorweisen, vom Typ „+ – +" oder „– + –„. In dem
gezeigten Beispiel ist das Muster vom Typ „+ – +", das heißt, dass, von einem Schlag
auf den nächsten,
das Niveau sich erhöht,
dann vermindert, dann erneut wieder erhöht.
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Sobald
die Anzahl Schläge
des Aggregats festgemacht ist, untersucht die Vorrichtung die Variation
von Zyklus zu Zyklus des Signalniveaus, um das Auftreten (Vorliegen
eines Motivs „+ – +" oder „- + -"), oder nicht, eines
Alternierungsmusters zu bestimmen und dessen Proportion zu bestimmen,
zwischen 0 und 100% (Faktor W(C T,B / t,b)) des Auftretens dieses Musters über die
Reihe der Schläge.
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Genauer
kann der Faktor W(C T,B / t,b) numerisch in der Form bestimmt werden:
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Die
Funktion ALT
n ist eine Funktion, welche
das Zählen
der Anzahl der Grundmotive der Alternierung im Inneren eines gegebenen
Aggregats sicherstellt, mit:
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Folglich
ergibt ALTn 1 wenn alle die Schläge, welche
dem Schlag n folgen, eine Alternierung aufweisen.
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Die
Gewichtungsfunktion (Faktor der lokalen Alternierung) W(C T,B / t,b) für ein gegebenes
Aggregat C T,B / t,b wird durch den Mittelwert des Auftretens der Grundmuster
der Alternierung im Inneren dieses Aggregats dargestellt.
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Man
wird nun, mit Bezug auf die 4a und 4b,
Beispiele geben, welche die Art zeigen, nach der diese Parameter
im Raum Zeit/Schläge
variieren können,
jeweils für
einen Patienten, der eine erwiesene Alternierung der T-Welle aufweist
(4a), und für
einen Patienten, welcher dieses Symptom nicht aufweist (4b).
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Die 4a und
die 4b zeigen die Werteverteilung des Gewichtungsfaktors
W(C T,B / t,b) mit:
- – auf
der Abszisse: der zeitlichen Position des Aggregats im inneren der
T-Welle (zum Beispiel
entspricht das Aggregat Nr. 1 den ersten 40ms der T-Welle, das Aggregat
Nr. 2 befindet sich zwischen 40 und 80ms im Inneren der T-Welle,
usw.),
- – auf
der Ordinate: die Abfolge der Schläge, und
- – seitlich:
die Amplitude, zwischen 0 und 1, des Faktors der Alternierung (Gewichtungsfaktor
W(C T,B / t,b)), auf der Basis einer Falschfarbenskala (Grauskala).
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Man
sieht, bei dem Patienten, der eine dokumentierte Alternierung der
T-Welle aufweist, recht deutlich signifikant erhöhte Koeffizienten W(C T,B / t,b), welche
eine in den letzten Aggregaten des Segmentes (Mitte und rechter
Teil der 4a) gelegene Alternierung erkennen
lassen. Im Gegensatz dazu, bei einem Patienten ohne Alternierung,
sind die Werte von W(C T,B / t,b) sehr viel verteilter über de ge samte Länge des
Segments und die Gewichtung durch die lokale Alternierung ist in
der Gesamtheit sehr viel schwächer
(4b).
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Die 5a, 5b, 6a und 6b sind
dreidimensionale Histogramme, umgesetzt auf der Basis von Simulationen,
jeweils für
eine klassische Frequenztechnik (5a und 6a)
und für
die Technik, welche durch die Vorrichtung der Erfindung umgesetzt
wird (5b und 6b).
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Diese
Figuren sind Histogramme, welche verschiedene Parameter für ein simuliertes
Signal geben, mit, auf der Abszisse, einer zunehmenden Anzahl von
Schlägen,
welche eine Alternierung aufweisen, und, auf der Ordinate, eine
zunehmende Amplitude dieser Alternierung von Zyklus zu Zyklus.
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Die
gezeigten Parameter sind die folgenden:
- – 5a (bekannte
Frequenztechnik): Rate der Alternierung, welche eine statistische
Schätzung
des Niveaus der Alternierung in dem Signal gibt;
- – 5b (Technik
der Erfindung): Schätzung
des Niveaus der Alternierung ausgehend vom Index TVar;
- – 6a (bekannte
Frequenztechnik): kumulierte Spannung der Alternierung, welche eine
Schätzung
der kumulativen Alternierung über
die Gesamtheit des Signals gibt;
- – 6b (Technik
der Erfindung); Anzahl der Schläge,
welche eine Alternierung aufweisen, erhalten durch das Produkt des
Faktors der lokalen Alternierung W(C T,B / t,b) mit der Anzahl der Schläge des Signals.
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Der
Vergleich der 5a und 5b zeigt
insbesondere eine wahrnehmbar erhöhte Empfindlichkeit, wenn es
darum geht, Alternierungen geringer Amplitude zu erkennen.
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Diese
Figuren zeigen auch die Überlegenheit
der Technik der Erfindung, im Vergleich zur bekannten Technik, um
das Auftreten von Alternierungen zu erkennen, welche allein eine
geringe Anzahl von Schlägen aufweisen.
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Die 6a und 6b bestätigen die
vorstehenden Feststellungen, diesmal mit Blick auf die Bewertung
der Anzahl symptomatischer Schläge
(durch die Technik der Erfindung) und der Schätzung der Spannung der Alternierung
(durch die bekannte Frequenztechnik). Auch hier wieder, mit Ausnahme
von Alternierungen sehr geringer Amplitude, stellt man fest, dass
die Technik der Erfindung eine bessere Schätzung der Anzahl symptomatischer
Schläge
erlaubt, wenn allein eine geringe Anzahl von Schlägen eine
Alternierung aufweist.
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Was
die 7a und 7b betrifft,
so zeigen sie erhaltene klinische Ergebnisse, jeweils für eine Person
ohne (7a) und einen Patienten, der
Episoden der Alternierung der Welle T aufweist (7b),
wenn die Technik der Erfindung für
eine kontinuierliche Verfolgung des Index der Veränderlichkeit
und der Alternierung TVar verwendet wird. Diese Figuren zeigen die
Entwicklung des Parameters TVarb im Laufe
von aufeinander folgenden Schlägen
(identifiziert durch ihre zeitliche Position b in der Sequenz der
Schläge,
welche Gegenstand der Verfolgung sind).
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Die
Technik der Erfindung erlaubt, selbst kurze Episoden der Alternierung
der T-Welle zu erkennen
(im gezeigten Beispiel von einer Dauer von 10 bis 15 Schlägen), was
es erlabt, eine Verfolgung praktisch in Echtzeit dieses Parameters
sicher zu stellen. Es wird so möglich,
die Häufigkeit
des Erscheinens einer sporadischen Alternierung zu studieren, ihre
mittlere Dauer, sie mit anderen Indikatoren (Anstrengung, Aktivität, usw.) zu
korrelieren, um dem Praktiker aussagekräftige Information mit Hinblick
einer möglichen
Diagnose von Fibrillationsrisiko und/oder myokardischer Ischämie zu liefern.
Man wird bemerken, dass die Technik der Erfindung keine falschen
Positive liefert, wobei das Niveau des Index TVarb immer
quasi null bleibt im Verlauf der Zeit bei einem gesunden Patienten
(7a).
