DE69528610T2

DE69528610T2 - Anzeigesystem für dreidimensionale Vektorkardiogramme

Info

Publication number: DE69528610T2
Application number: DE69528610T
Authority: DE
Inventors: Mark S. Egler
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Draeger Medical Systems Inc
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2015-02-23
Also published as: EP0674873B1; DK0674873T3; DE69528610D1; US5458116A; EP0674873A1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Anzeige dreidimensionaler (3D-) Vektorkardiogramme.
Ein Elektrokardiogramm (EKG) ist ein Maß für die elektrische Aktivität des Herzes. Sie wird in der Regel durch Bestimmung der Spannungsdifferenz zwischen zwei am Körper angebrachten Elektroden gemessen. Da der Körper jedoch ein dreidimensionaler Raum ist, ist die tatsächliche EKG-Spannung ein dreidimensionaler Vektor in diesem Raum und ändert nicht nur ihren Betrag, sondern auch die Richtung. (Tatsächlich ist die Spannung nicht einmal ein einfacher Vektor, da sie nicht im ganzen Körper gleichförmig ist. Trotzdem wird sie im allgemeinen als ein Vektor modelliert.) Deshalb mißt jedes einzelne Paar Leitungen nur die Spannung in der durch die Linie zwischen diesen beiden Leitungen definierten Richtung, und es ist eine Menge dreier unabhängiger Paare Elektroden erforderlich, um den gesamten dreidimensionalen Spannungsvektor zu messen. Das dreidimensionale EKG wird in der Regel als ein Vektorkardiogramm (VKG) bezeichnet.
Es gibt vielfältige Verfahren zur Anzeige von EKGs. Siehe im allgemeinen P. M. Rautaharju, "A Hundred Years of Progress in Electrocardiography 2: The Rise and. Decline of Vectorcardiography", The Canadian Journal of Cardiology, 4(2):60 (1988). Das einfachste und am weitesten verbreitete ist in Fig. 1 gezeigt. Bei dieser zweidimensionalen Anzeige stellt die horizontale Achse die Zeit und die vertikale Achse die EKG-Spannung dar. Das EKG beschreibt dann einen durch die zeitliche Änderung der Spannung bestimmten Weg. Da diese Anzeige nur eine Spannungsdimension enthält, zeigt sie nur eine eindimensionale Projektion der tatsächlichen dreidimensionalen EKG-Spannung.
Eine alternative Anzeige ist das dreidimensionale Vektorkardiogramm (VKG). Das VKG ist der Weg, der im (dreidimensionalen) Raum durch den dreidimensionalen EKG-Spannungsvektor beschrieben wird. Ein typisches VKG ist in Fig. 2 gezeigt, wobei die drei Dimensionen in eine zweidimensionale Anzeigeebene projiziert werden. Obwohl diese Anzeige alle drei räumlichen Spannungen darstellt, enthält sie keine explizite Darstellung der Zeit. Obwohl die zeitliche Vorgeschichte der Spannung dynamisch beobachtet werden kann, während der räumliche Weg beschrieben wird, zeigt das VKG, sobald es angezeigt wurde, nur die Beziehungen zwischen den räumlichen Spannungen. Es behält keine Informationen bezüglich der zeitlichen Vorgeschichte dieser Spannungen.
Jedes dieser beiden bekannten Anzeigeformate hat seine Vorteile. Die typische EKG-Anzeige (Fig. 1) zeigt explizit Zeitbeziehungen, so daß Eigenschaften des Herzschlagzyklus, wie zum Beispiel die P- und C-Wellen und der QRS-Komplex untersucht werden können. Ein großer Teil der Expertise von Medizinern bei der Untersuchung von EKGs rührt von ihrer Vertrautheit mit diesen bestimmten Figuren und Mustern in dem EKG. Ärzte verwenden jedoch häufig mehrere EKGs, die entlang verschiedenen Richtungen im Körper gemessen werden, um einen Teil der dreidimensionalen Informationen wiederzugewinnen, die in einer Einzelspannungsanzeige verlorengehen. Alle Informationen in diesen Mehrfach- EKGs sind in der dreidimensionalen VKG-Anzeige (Fig. 2) enthalten, die zusätzlich die räumlichen Beziehungen zwischen den verschiedenen Spannungen zeigt. Da in dem VKG eine explizite Darstellung der Zeit fehlt, ist es jedoch für Experten, die es benutzen, schwierig, ihre Erfahrung bei der Interpretation von auf Zeit basierenden EKGs zu nutzen.
Es wird eine Anzeige benötigt, die das Einzelspannungs- EKG mit dem dreidimensionalen VKG in Beziehung setzt, damit Mediziner ihre bestehende Erfahrung mit der EKG- Interpretation ausnutzen können. Ein bekanntes System, das die beiden Anzeigen nebeneinander in einem statischen Format zeigt, wurde in W. R. Milnor, S. A. Talbot & E. V. Newman, "A Study of the Relationship Between Unipolar Leads and Spatial Vectorcardiograms, Using the Panoramic Vectorcardiograph", Circulation, 7: 545 (1953), beschrieben. Dieses System ermöglichte die Anzeige im wesentlichen eines eindimensionalen Querschnitts durch eine zweidimensionale Ansicht des dreidimensionalen VKGs. Obwohl das System deshalb eine Beziehung zwischen den beiden Anzeigen anzeigt, ist es auf die Anzeige dieser einzigen Beziehung beschränkt. Im Idealfall sollte eine Anzeige in der Lage sein, den Übergang zwischen den beiden Anzeigeformaten dynamisch zu zeigen, so daß ihre Beziehungen ersichtlich werden. Eine solche Anzeige würde es Medizinern ermöglichen, den Nutzen ihrer Erfahrung bei der Interpretation von EKGs zu behalten, ohne die in dem VKG verfügbaren zusätzlichen Informationen zu opfern. Sie würde außerdem ein ideales Werkzeug für die Lehre und das Demonstrieren der Beziehungen zwischen den räumlichen und zeitlichen Elementen der Herzspannung bereitstellen. Die vorliegende Erfindung liefert diese Vorteile.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ein Verfahren zum Anzeigen einer zeitlichen Vorgeschichte eines dreidimensionalen Vektorkardiogramms umfaßt folgende Schritte: Zunächst wird ein dreidimensionales Bezugsfeld für das Vektorkardiogramm definiert. Als nächstes wird eine Zeitachse gewählt, entlang der die Vektorkardiogramm-Vorgeschichte gezogen werden soll. Danach wird ein Bereich von Zeiten angegeben, der die Zeitachse segmentiert. Die Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte wird dann für jeden der gewählten Zeitwerte erzeugt, wobei das Vektorkardiogramm für diesen Zeitwert in eine zu der Zeitachse senkrechte Ebene projiziert wird. Als nächstes wird eine Ansichtspunkt-Achse aus mehreren wählbaren Ansichtspunkt-Achsen ausgewählt. Als letztes wird die Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte auf ein Anzeigegerät projiziert.
Die Ansichtspunkt-Achse des obigen Verfahrens kann so gewählt werden, daß sie zu der Zeitachse senkrecht ist. In dieser Situation wird eine einzige räumliche Dimension des Vektorkardiogramms angezeigt. Zusätzlich kann die Ansichtspunkt-Achse von einem zu der Zeitachse senkrechten Ansichtspunkt, wodurch eine einzige räumliche Dimension angezeigt wird, zu einem zu der Zeitachse parallelen Ansichtspunkt geändert werden, wodurch eine zweidimensionale Projektion des Vektorkardiogramms angezeigt wird.
Die Zeitachse des obigen Verfahrens kann auch geändert werden, wodurch das angezeigte dreidimensionale Vektorkardiogramm ebenfalls verändert wird. Zusätzlich können gleichzeitig mehrere Zeitachsen gewählt werden, so daß eine einzelne Vektorkardiogrammanzeige mehr als eine Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte enthält. Die Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte kann unter Benutzersteuerung expandiert oder kontrahiert werden. Außerdem kann der Benutzer die Projektion des Vektorkardiogramms skalieren.
Das Verfahren ermöglicht die gleichzeitige Anzeige mehrerer Vektorkardiogramme. Zum Beispiel kann das Verfahren erweitert werden, indem gleichzeitig ein dreidimensionales Vektorkardiogramm einer zeitlichen Vorgeschichte und eine einzige räumliche Dimension des dreidimensionalen Vektorkardiogramms auf derselben Anzeige angezeigt werden. Dadurch wird eine aufgeteilte Schirmanzeige desselben Vektorkardiogramms ermöglicht, wodurch verschiedene Ansichten derselben Informationen angezeigt werden.
Das Verfahren kann weiterhin dadurch erweitert werden, daß eine Auswahl verschiedener Bereiche von Zeitwerten für jedes angezeigte Vektorkardiogramm ermöglicht wird. Dadurch kann der Mediziner verschiedene Zeitspannen derselben zeitlichen Vorgeschichte betrachten und vergleichen.
Außerdem wird eine Vorrichtung zum Anzeigen der zeitlichen Vorgeschichte eines dreidimensionalen Vektorkardiogramms gemäß dem obigen Verfahren beschrieben. Verschiedene Anzeigetechnologien können verwendet werden, um das Vektorkardiogramm anzuzeigen. Eine Computer-CRT-Anzeige kann zur Anzeige einer zweidimensionalen Projektion des dreidimensionalen Vektorkardiogramms verwendet werden. Als Alternative können dreidimensionale Direktvolumenanzeigen verwendet werden, so daß eine direkte dreidimensionale Anzeige des Vektorkardiogramms bereitgestellt wird.
Der Mediziner, der das Gerät verwendet, kann die verschiedenen Parameter und Achsen durch Skalen, Computermäuse, Joysticks oder Tastaturen auswählen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein typisches vorbekanntes zweidimensionales Elektrokardiogramm.
Fig. 2 ist ein vorbekanntes dreidimensionales Vektorkardiogramm (projiziert auf das zweidimensionale Papier).
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines Vektorkardiogrammsystems, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung integriert.
Fig. 4 zeigt eine dreidimensionale Vektorkardiogrammanzeige zusammen mit einem Zyklus einer zweidimensionalen zeitlichen Vorgeschichte, die gemäß der Erfindung angezeigt wird.
Fig. 5 zeigt eine dreidimensionale Vektorkardiogrammanzeige zusammen mit mehreren Zyklen einer zweidimensionalen zeitlichen Vorgeschichte, die gemäß der Erfindung angezeigt wird.
Fig. 6 zeigt eine Reihe von Projektionen des dreidimensionalen Vektorkardiogramms in aufeinanderfolgende, zu den Zeitachsen senkrechte Ebenen.
Fig. 7 ist die Anzeige von Fig. 5 entlang der y-Achse gesehen.
Fig. 8 zeigt das dreidimensionale Vektorkardiogramm- Koordinatensystem, in dem die Zeit- und Ansichtspunkt- Achsen so gewählt sind, daß ein zweidimensionales Kardiogramm wie in Fig. 1 erzeugt wird.
Fig. 9a-9d sind eine Reihe perspektivischer Ansichten von verschiedenen sequentiellen Ansichtspunkten einer zweidimensionalen zeitlichen Vorgeschichte, die gemäß der Erfindung angezeigt wird.
Fig. 10 zeigt eine dreidimensionale Vektorkardiogrammanzeige zusammen mit mehreren Zyklen dreier zweidimensionaler zeitlicher Vorgeschichten, die gemäß der Erfindung angezeigt werden.
Fig. 11 ist die Anzeige von Fig. 8 entlang der y-Achse gesehen.
Fig. 12a und 12b zeigen die Anzeigen der zeitlichen Vorgeschichte von Fig. 9, wobei ihre Zeitachsen ausgerichtet sind.
Fig. 13a-13b, 13c-13d und 13e-13f zeigen drei zeitliche Vorgeschichten, die auf der rechten Seite jeweils von einer Senkrechten zu ihrer Zeitachse und auf der linken Seite mit einer Anzeige des entlang ihrer Zeitachse betrachteten dreidimensionalen Vektorkardiogramms dargestellt sind.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die vorliegende Erfindung liefert ein klares und flexibles Mittel zur Anzeige der zeitlichen Vorgeschichte dreidimensionaler Vektorkardiogramme (VKGs). Der Mediziner kann eine oder mehrere Zeitachsen wählen, entlang denen die zeitliche VKG-Vorgeschichte angezeigt wird. Indem es einem Mediziner ermöglicht wird, ein VKG von verschiedenen Ansichtspunkten aus zu betrachten, kann er die maximale Menge von Informationen aus den VKG-Daten entnehmen. Bei vorbekannten Systemen war ein Arzt nicht in der Lage, willkürlich eine Ansichtspunkt-Achse zu wählen und verlor dadurch wertvolle Informationen.
Die vorliegende Erfindung berechnet dann die Vorgeschichte oder den Bereich von Zeitwerten der VKG- Spannungen in den zu den gewählten Zeitachsen senkrechten Richtungen und zeigt diese an. (Die resultierenden drei Dimensionen (eine zeitliche und zwei räumliche) können natürlich auf einer zweidimensionalen Anzeige, wie zum Beispiel einer CRC, nicht authentisch wiedergegeben werden. Wie bei dem ursprünglichen dreidimensionalen VKG wird stattdessen die Projektion der drei Dimensionen in die zweidimensionale Ebene angezeigt.)
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines Systems zum Sammeln und Anzeigen von EKG-Daten gemäß dem Verfahren der Erfindung. Eine Menge von EKG-Elektroden 301, die die eine geringe Amplitude aufweisenden elektrischen Impulse aus dem EKG-Subjekt 300 erfassen und zu dem EKG-Verstärker 310 senden, messen unverarbeitete elektrische Signale.
Der EKG-Verstärker 310 berechnet drei ungefähr orthogonale EKG-Kanal-Vektorsignale 311, 312 und 313 aus einer Menge von Patienten-Oberflächen-EKG- Elektrodenspannungen 301 und verstärkt die Spannungen zur Verringerung des Rauschens in nachfolgenden Schaltungen. Das bevorzugte Verfahren ist das Orthogonal-EKG-Kanal-System nach Frank mit acht Elektroden zur Erzeugung der drei Kanal-Vektor-Signale X 311, Y 312 und Z 313. Alternative Verfahren, wie zum Beispiel die Berechnung von Approximationen für · 311, Y 312 und Z 313 aus dem standardmäßigen "12-Kanal"-EKG- System oder durch einfaches Auswählen dreier der standardmäßigen 12-Kanal-Vektor-Signale zur Maximierung der Orthogonalität (z. B. Z = Lead I, Y = Lead aVF, Z = Lead V2), sind für den Zweck der Erfindung akzeptabel. Diese Verfahren sind in der EKG-Methodologie wohlbekannt.
Der Signalmultiplexer 320 setzt die analogen Signale X 311, Y 312 und Z 313 in digitale Signale um. Der Signalmultiplexer 320 multiplext dann die umgesetzten Signale auf den Ausgang 321.
Das Signal 321 kann durch den Direktaufgezeichnet- Selektor 330 zur unmittelbaren Verarbeitung zu dem 3D- Vektorgenerator durchgeleitet oder auf dem Rekorder 340 zur verzögerten Verarbeitung durch den 3D- Vektorgenerator 360 aufgezeichnet werden. Ein aufgezeichnetes Signal 321 wird durch das Wiedergabegerät 350 in das Signal 351 abgespielt, das durch den Direktaufgezeichnet-Selektor 330 geleitet wird. Dadurch kann das System ein im voraus aufgezeichnetes VKG-Signal zu einem zweckmäßigeren Zeitpunkt anzeigen. Der Rekorder 340 muß in der Lage sein, drei orthogonale EKG-Signale kontinuierlich eine Zeitspanne lang aufzuzeichnen, die sich für die beabsichtigte Art von EKG-Analyse eignet, d. h. mindestens 10 Sekunden für einen Echtzeit-EKG-Monitor oder von 3 bis 48 Stunden für eine erweiterte Herzrhythmusstörungsanalyse. Das Abspielgerät 350 muß die aufgezeichneten EKG-Signale für ein gewünschtes Zeitintervall vorzugsweise gleichzeitig mit dem Aufzeichnungsvorgang abspielen. Die Zeitintervallsteuerung 355 steuert die Zeitsteuerung des Abspielgeräts 350.
Der 3D-Vektorgenerator 360 empfängt entweder Echtzeit- EKG-Daten 321 oder im voraus aufgezeichnete EKG-Daten 351 durch den Direkt/Aufgezeichnet-Selektor 330. Der 3D-Vektorgenerator 360 nimmt als Eingabe die Menge von X-, Y- und Z-Signalen an und führt eine 3D- Koordinatendrehung um eine vom Benutzer gesteuerte Achse durch den Ursprung durch, indem die entsprechenden Koordinaten X' 361, Y' 362 und Z' 363 in dem gedrehten Bezugssystem durch die wohlbekannte Koordinatentransformationsformel für die Drehung berechnet werden. Die bevorzugte Ausführungsform für den Vektorgenerator 360 ist ein digitaler Computer. Die vom Benutzer gesteuerte Achse wird durch die 3D- Bezugskoordinatensteuerung 365 gewählt und modifiziert, die bei der bevorzugten Ausführungsform ein Joystick, eine Maus oder ein Trackball ist.
Die transformierten Signale X' 361, Y' 362 und Z' 363 werden in die 3D-Bildwiedergabevorrichtung 370 geleitet. Das wiedergegebene Bild nimmt als Eingaben die Menge von X' 361, Y' 362 und Z'363 gedrehten EKG- Signalen für ein gewünschtes Zeitintervall T1 bis T2 und eine Menge von einem oder mehreren benutzergesteuerten 3D-Bezugszeitachsenvektoren 376 zur Erzeugung einer oder mehrerer VKG-Trajektorien zur Anzeige. Die benutzergesteuerten 3D- Bezugszeitachsenvektoren werden durch die Benutzeransichtswinkelsteuerung 375 gewählt, bei der es sich um ein Tastatur - oder Joystick-Gerät handeln kann. Eine VGK-Trajektorie ist die Menge von 3D- Koordinatenwerten, die entweder aus allen drei EKG- Signalen oder aus einem beliebigen Paar von EKG- Signalen (z. B. X und Y) besteht, wobei die dritte Dimension durch eine lineare Darstellung der entsprechenden Zeitwerte ersetzt wird. Es sind vier solche 3D-Trajektorien möglich: X'Y'Z', X'Y'T, X'Z'T und Y'Z'T, die jeweils verschiedene VKG-Informationen übermitteln.
Als letztes werden die VKG-Trajektorien zur Betrachtung durch den Mediziner auf einer Anzeige 360 wiedergegeben. Jedes Mittel zur Wiedergabe der 3D- Trajektorien in Form eines Bildes, das dem Betrachter ermöglicht, ihre dreidimensionale Beschaffenheit wahrzunehmen. In Frage für solche Anzeigen kommen z. B. eine 2D-Projektion auf einen Flachbildschirm mit dynamischer Benutzersteuerung des Betrachtungswinkels für visuelle Rückmeldung von Hand zu Auge oder andere Verfahren zur Bereitstellung der 3D-Tiefenhinweise, eine stereoskopische Anzeige, die aus zwei solchen 2D- Projektionen besteht und für Betrachter mit normalem stereoskopischem Sehen sichtbar ist, ein Direkt- Volumen-Anzeigegerät (DVDD), das ein echtes 3D-Bild in den durch das Drehvolumen eines sich drehenden oder oszillierenden Spiegels definierten Raum wiedergeben kann. Solche DVDDs können von mehreren gleichzeitigen Betrachtern in verschiedenen Positionen betrachtet werden und reproduzieren Parallaxeeffekte eines sich bewegenden Betrachters. Siehe im allgemeinen T. E. Clifton, F. C. Wefer, "Direct Volume Display Devices", IEEE Computer Graphics and Applications Number 13: 57- 65, Juli 1993.
Als Darstellung des angezeigten Signals betrachte man Fig. 4. In dieser Figur sind die ursprünglichen räumlichen Dimensionen x, y und z. Es wird eine Zeitachse t gewählt, die in diesem Fall parallel zu der z-Achse liegt. Die beiden anzuzeigenden räumlichen Dimensionen in der zeitlichen Vorgeschichte sind deshalb x und y. Die Anzeige wird dann durch Projizieren des dreidimensionalen VKGs entlang der Zeitachse für den interessierenden Zeitbereich erzeugt.
Dadurch entsteht in der Regel eine Figur, die spiralförmig um die Zeitachse liegt. Eine einzige Schleife der Spirale ist in Fig. 3 gezeigt; Fig. 4 zeigt mehrere Schleifen der Spirale. Die folgenden Abschnitte liefern eine ausführliche Beschreibung der Funktionsweise der Erfindung.

Funktionsweise der Erfindung

Die Auswahl einer Zeitachse zu einer Anzeige der zeitlichen VKG-Vorgeschichte ist willkürlich. Der Mediziner kennzeichnet die Zeitachse durch Bezugnahme auf ein dreidimensionales Koordinatensystem, das bei der Anzeige des Vektorkardiogramms verwendet wird. Dadurch kann die VKG-Anzeige dazu verwendet werden, die zeitliche Vorgeschichte entlang jeder beliebigen bestimmten, den Mediziner interessierenden Achse zu untersuchen. Dieses VKG-Koordinatensystem besteht in der Regel aus drei relativ zum Torso orientierten Achsen: links-rechts, oben-unten und vorne-hinten. In Fig. 5 werden diese Achsen als die x-, y- bzw. z-Achse dargestellt. Die Zeitachse wird dann durch Definieren eines dreidimensionalen Vektors in diesem VKG- Koordinatensystem gewählt. In Fig. 5, in der die Zeitachse parallel zu der z-Achse, aber in der entgegengesetzten Richtung, liegt, ist der sie definierende dreidimensionale Vektor (0, 0, -1).
Außerdem muß ein bestimmter Zeitbereich für die anzuzeigende VKG-Vorgeschichte gewählt werden. Wenn die Daten des VKG, die angezeigt werden sollen, für einen bestimmten Zeitbereich von zum Beispiel t&sub1; bis t&sub2; verfügbar sind, dann kann jede beliebige Teilmenge dieses Bereichs verwendet werden. Der gewählte Bereich wird dann auf einen gekennzeichneten Teil der Zeitachse abgebildet. Der zu verwendende Teil der Zeitachse wird dadurch gekennzeichnet, daß wieder in dem VKG- Koordinatensystem ihre Endpunkte angegeben werden. Der Zeitbereich wird dann skaliert, damit er dem gewählten Teil der Zeitachse entspricht. Der Zeitbereich kann außerdem durch Bezugnahme auf den aktuellen Zeitpunkt angegeben werden, wenn zum Beispiel gewünscht wird, kontinuierlich die letzten 10 Sekunden des VKG (d. h. tpresent - 10 bis tpresent) anzuzeigen.
Die Bestimmung der zeitlichen Vorgeschichte wird durch Projektion des dreidimensionalen VKG in aufeinanderfolgende, zu der gewählten Zeitachse senkrechte Ebenen erzielt. Für jede Zeit in dem gewählten Bereich wird eine zu der Zeitachse an diesem Punkt senkrechte Ebene konstruiert. Der Anzeigepunkt der zeitlichen VKG-Vorgeschichte zu diesem Zeitpunkt wird dann durch Projizieren des VKG in diese Ebene bestimmt. Eine Wiederholung dieses Vorgangs für jeden Zeitwert erzeugt eine Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte. Eine graphische Abbildung dieses Vorgangs ist in Fig. 6 für die Zeiten t&sub1;, t&sub2;, t&sub3; und t&sub4; gezeigt. Da die Zeiten geschichtet sind, konvergiert die Anzeige auf einer kontinuierlichen Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte, wie in Fig. 5 dargestellt.
Als letztes wählt der Mediziner außerdem die Perspektive, aus der die Anzeige betrachtet wird. Verschiedene Ansichtspunkte führen natürlich zu verschiedenen Anzeigen. Zum Beispiel zeigt Fig. 7 das VKG von Fig. 5, aber entlang der Betrachterachse gesehen, die in diesem Fall die y-Achse ist. Die Auswahl der Ansichtspunkt-Achse wird genauso wie die Auswahl der Zeitachse durch Kennzeichnen eines Vektors in dem VKG-Koordinatensystem erzielt. In Fig. 7, in der die Anzeige in der Richtung der negativen y-Achse betrachtet wird, ist die Ansichtspunkt-Achse dann definiert als (0, -1, 0).
Die Anzeige der Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte entlang der gewählten Zeitachse geschieht dann durch Projizieren der Anzeigepunkte der Trajektorie in eine zu der Ansichtspunkt-Achse senkrechte Anzeigeebene. Dies führt zu einer zweidimensionalen Darstellung der drei Dimensionen (zwei räumliche und eine zeitliche) der zeitlichen Vorgeschichte.

Merkmale der Erfindung

Aus der Beschreibung der Erfindung ist ersichtlich, daß sie sehr viel Flexibilität ermöglicht. Durch Auswahl der Zeit- und Ansichtspunkt-Achsen können vielfältige Anzeigen erzeugt werden.
Abhängig von dem gewählten Verfahren zum Definieren der Achsen ist es zum Beispiel möglich, die Anzeige steuerbar oder sogar kontinuierlich zu drehen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die Zeit- und Ansichtspunkt-Achsen durch Definieren von statischen Vektoren gekennzeichnet. Dies kann wie bereits beschrieben durch Verwendung einer numerischen Kennzeichnung des Vektors geschehen. Ein Zeitvektor, der als (0, 0, 1) definiert ist, ist somit ein Vektor entlang der z-Achse. Die Kennzeichnungen der numerischen Werte für die Vektorkomponenten können entweder durch Tastatureingabe oder durch ein Analoggerät, wie zum Beispiel eine Menge von Skalen, einen Joystick oder eine durch den Benutzer gesteuerte Computermaus erzielt werden. Wenn zum Beispiel Skalen verwendet werden, kann die Achse durch Drehen der Skalen selektiv oder kontinuierlich verändert werden. Dadurch kann eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dann eine steuerbare Bewegung der Zeit- und/oder Ansichtspunkt-Achse bereitstellen.
Eine Veränderung der Ansichtspunkt-Achse ermöglicht ein Drehen der Anzeige als eine Einheit (d. h., wobei die Beziehung zwischen der Zeitachse und der Vektorgramm- Koordinatenachse gleich bleibt). Dadurch kann der Mediziner die Anzeige aus verschiedenen Perspektiven betrachten, von denen einige bestimmte Eigenschaften des EKG besser als andere zeigen können. Außerdem wird es dadurch möglich, die zeitlichen Vorgeschichten der Anzeige in einem kontinuierlichen und Echtzeit-Übergang von einer Perspektive direkt entlang der Zeitachse (von der aus sie genau wie das rein räumliche dreidimensionale VKG erscheinen, wie in der noch zu beschreibenden Fig. 9d gezeigt) bis zu zu der Zeitachse senkrechten Perspektiven (aus denen nur eine einzige Spannungsdimension sichtbar ist, wie bei einem vorbekannten zweidimensionalen Vektorkardiogramm, wie in der noch zu beschreibenden Fig. 9a) zu betrachten. Die Implikationen dieser Fähigkeit werden klarer, wenn man ein spezifisches Beispiel betrachtet.
Fig. 8 zeigt eine bestimmte Auswahl der Spannungs-, Zeit- und Ansichtspunkt-Achsen. Man nehme an, daß gewünscht wird, ein herkömmliches zweidimensionales EKG wie das in Fig. 1 anzuzeigen. Man nehme außerdem an, daß eine Anzeige der Spannung in der Richtung d erwünscht ist. Durch Wählen einer Zeitachse t senkrecht zu der Richtung d und anschließendes Wählen eines Ansichtspunkts v senkrecht sowohl zu d als auch zu t (siehe Fig. 8) wird das herkömmliche EKG entlang d angezeigt. Das heißt, diese Auswahl von Achsen erzeugt eine Anzeige in der in Fig. 1 gezeigten Form der Spannung entlang dem Vektor d im Körper.
Fig. 9 zeigt die Anzeigen, die durch kontinuierliches Drehen der Ansichtspunkt-Achse erzeugt werden können. In Fig. 9a liegt die Ansichtspunkt-Achse in der in Fig. 8 gezeigten Richtung v. In Fig. 9d ist die Ansichtspunkt-Achse dieselbe wie die Zeitachse t in Fig. 8. In Fig. 9b und 9c liegen die Ansichtspunkt- Achsen an Zwischenpositionen zwischen denen in Fig. 9a und 9d. Es ist ersichtlich, daß ein Übergang von Fig. 9e durch Fig. 9b und 9c zu Fig. 9d einen Übergang von dem herkömmlichen zweidimensionalen EKG von Fig. 1 zu dem dreidimensionalen VKG bewirkt. Man erhält dadurch ein Mittel, durch das der Mediziner die zweidimensionalen EKG-Eigenschaften, mit denen er vertraut ist, mit dem VKG in Beziehung setzen kann.
Eine Drehung der Zeitachse, anstelle der Ansichtspunkt- Achse, hat einen anderen, aber ebenfalls nützlichen Effekt. Durch Auswahl einer bestimmten Zeitachse werden die zu dieser Achse senkrechten Spannungen angezeigt. Jede dieser Spannungen stellt die Spannung entlang einem bestimmten Vektor im Körper dar, und somit die Spannung, die durch eine bestimmte Positionierung von Elektroden auf dem Körper gemessen werden würde. Deshalb liefert eine Drehung der Zeitachse eine effektive Drehung des Spannungsvektors, ähnlich wie bei einer physischen Umordnung der Elektroden auf dem Körper. Dadurch kann der Mediziner die Spannung jedes beliebigen bestimmten Kanalorts oder die Spannung entlang einem Vektor, der zwischen Kanalorten liegt, betrachten.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die gleichzeitige Bereitstellung von Anzeigen entlang mehreren Zeitachsen. Fig. 10 zeigt drei zeitliche Vorgeschichten entlang jeder von drei orthogonalen Achsen. Es könnte natürlich jede beliebige Anzahl von Achsen gewählt werden, und sie müssen nicht orthogonal sein. Eine andere Möglichkeit ist in Fig. 11 gezeigt, in der zwei senkrechte Zeitachsen gewählt wurden, und sie werden entlang einer dritten orthogonalen Achse betrachtet. Da es nützlicher sein kann, diese Anzeigen mit zwei ausgerichteten Zeitachsen zu betrachten, können sie wie in Fig. 12a und 12b gezeigt angezeigt werden, wobei die beiden Teile der Anzeige von Fig. 11 dupliziert werden. Als Alternative kann zur Anzeige mehrerer zeitlicher Vorgeschichten eine Anzeige wie die in Fig. 13 gezeigte erzeugt werden, in der drei Einzelspannungs-EKGs (Fig. 13a, 13c und 13e) von ihren jeweiligen dreidimensionalen VKGs (Fig. 13a, 13c und 13f), so wie sie entlang der derselben Zeitachse betrachtet werden, begleitet sind. Das System kann alle diese Ansichten gleichzeitig anzeigen, oder nur eine gewählte Teilmenge dieser Ansichten.
Somit wurde ein neuartiges Anzeigesystem für dreidimensionale Vektorkardiogramme gezeigt und beschrieben, das alle dafür gesuchten Aufgaben und Vorteile erfüllt. Für Fachleute werden nach Durchsicht der vorliegenden Beschreibung und ihrer beigefügten Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen offenlegen, viele Änderungen, Modifikationen, Varianten und andere Verwendungszwecke und Anwendungen der vorliegenden Erfindung ersichtlich sein. Alle derartigen Änderungen, Modifikationen, Varianten und andere Verwendungszwecke und Anwendungen, die nicht vom Schutzumfang der Erfindung abweichen, sollen durch das vorliegende Patent abgedeckt werden, das nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt wird, die im Hinblick auf die obige Beschreibung interpretiert werden.

Claims

1. Verfahren, durch das ein Benutzer steuerbar mindestens eine zeitliche Vorgeschichte eines dreidimensionalen Vektorkardiogramms anzeigen kann, indem mindestens eine Trajektorie einer zeitlichen Vorgeschichte angezeigt wird, mit den folgenden Schritten:

Definieren eines dreiminensionalen Bezugsfelds für das Verktorkardiogramm;

Definieren mindestens einer Zeitachse in dem Vektorkardiogramm-Bezugsfeld;

Definieren eines Bereichs von Zeitwerten;

Zuweisen des Bereichs von Zeitwerten zu einem Segment jeder von mindestens einer Zeitachse;

Erzeugen einer Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte für jede mindestens eine Zeitachse, indem für jeden Zeitwert in dem definierten Bereich von Zeitwerten das Vektorkardiogramm auf eine zu der mindestens einen Zeitachse bei diesem Zeitwert senkrechten Ebene projiziert wird;

wobei der Benutzer eine gegebene Ansichtspunkt- Achse aus mehreren wählbaren Ansichtspunkt-Achsen in dem Vektorkardiogramm-Bezugsfeld auswählt; und

jede mindestens eine Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte von der gewählten Ansichtspunkt- Achse aus angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erzeugens mehrere zeitliche Vorgeschichten erzeugt, die gleichzeitig angezeigt werden und der Schritt der Benutzerauswahl für jede angezeigte zeitliche Vorgeschichte eine verschiedene Ansichtspunkt-Achse wählt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erzeugens mehrere zeitliche Vorgeschichten erzeugt, die gleichzeitig angezeigt werden und

der Schritt des Definierens eines Bereichs für jede angezeigte zeitliche Vorgeschichte einen verschiedenen Bereich von Zeitwerten definiert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Anzeigens das Projizieren der Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte auf eine zu der Ansichtspunkt-Achse senkrechte Anzeigeebene umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Anzeigens das Projizieren der Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte in ein dreidimensionales Volumen umfaßt und

der Schritt der Benutzerauswahl eine Benutzerbewegung um das dreidimensionale Volumen umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Definierens eines Zeitachse in dem Vektorkardiogramm-Bezugsfeld das Auswählen einer gegebenen Zeitachse aus mehreren, vom Benutzer wählbaren Zeitachsen umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Definierens einer Zeitachse in dem Vektorkardiogramm-Bezugsfeld die Benutzerauswahl der verschiedenen Zeitachsen für jede angezeigte zeitliche Vorgeschichte umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Definierens eines Bereichs von Zeitwerten eine Benutzerauswahl eines Bereichs von Zeitwerten umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach dem Schritt des Anzeigens jeder der mindestens einen Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte mindestens eine der mindestens einen Zeitachse steuerbar verändert wird, wodurch die Projektion der Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte ebenfalls steuerbar verändert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei nach dem Schritt des Anzeigens jeder Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte ein Benutzersteuerschritt bereitgestellt wird, um jede Zeitachse steuerbar zu verändern, wodurch die Projektion jeder Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte ebenfalls steuerbar verändert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach dem Schritt des Anzeigens jeder mindestens einen Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte der Schritt der Benutzerauswahl die gewählten Ansichtspunkt-Achsen ändert, wodurch die Perspektive, aus der die zeitliche Vorgeschichte angezeigt wird, ebenfalls verändert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 2, wobei nach dem Schritt des Anzeigens jeder Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte der Schritt der Benutzerauswahl alle gewählten Ansichtspunkt-Achsen ändert, wodurch die Perspektive, von der aus jede zeitliche Vorgeschichte angezeigt wird, ebenfalls steuerbar verändert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Definierens eines dreidimensionalen Bezugsfelds ein Skalieren des dreidimensionalen Bezugsfelds durch einen vom Benutzer wählbaren Skalierungsfaktor umfaßt.

14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Anzeigens jeder Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte das Skalieren der Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte durch einen vom Benutzer gewählten Zoom-Faktor umfaßt, so daß der Benutzer die angezeigte Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte vergrößern oder verkleinern kann.

15. Vorrichtung zum Anzeigen einer zeitlichen Vorgeschichte eines dreidimensionalen Vektorkardiogramms durch Anzeigen mindestens einer Trajektorie einer zeitlichen Vorgeschichte, umfassend:

ein Datenverarbeitungsgerät, das für gewählte Zeitwerte eine Projektion des Vektorkardiogramms auf eine an den gewählten Zeitwerten zu einer Zeitachse senkrechte Ebene berechnet, und zur Auswahl einer Bezugsorientierung, wodurch die mindestens eine Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte erzeugt wird;

ein an das Datenverarbeitungsgerät angekoppeltes erstes Benutzerauswahleingabegerät, durch das der Benutzer eine gegebene Ansichtspunkt-Achse relativ zu der Bezugsorientierung aus mehreren vom Benutzer wählbaren Ansichtspunkt-Achsen auswählen kann und

ein an das Datenverarbeitungsgerät angekoppeltes Anzeigegerät (380) zum Anzeigen der Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte von der Ansichtspunkt-Achse aus.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, zusätzlich mit einem zweiten Benutzerauswahleingabegerät, durch das ein Benutzer eine gegebene Zeitachse relativ zu der Bezugsorientierung aus mehreren benutzerwählbaren Zeitachsen auswählen kann.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, zusätzlich mit einem dritten Benutzerauswahleingabegerät, durch das der Benutzer einem Segment der Zeitachse einen Bereich von Zeitwerten zuweisen kann.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Anzeigegerät ein Direkt-Volumen-Anzeigegerät umfaßt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Anzeigegerät ein Videoanzeigeschirm umfaßt, der eine Projektion der zeitlichen Vorgeschichte in eine zu der Ansichtspunkt-Achse parallele Ebene zeigt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Datenverarbeitungsgerät dafür ausgelegt ist, mehrere Trajektorien der zeitlichen Vorgeschichte zu erzeugen, wobei jede Trajektorie der zeitlichen Vorgeschichte eine verschiedene Zeitachse aufweist, und die mehreren Trajektorien der zeitlichen Vorgeschichte gleichzeitig angezeigt werden.

21. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das erste Benutzerauswahlgerät dafür ausgelegt ist, einen Bereich sequentieller Ansichtspunkt-Achsen auszuwählen, die für eine sequentielle Anzeige der zeitlichen Vorgeschichte verwendet werden sollen, wobei sich der Bereich von einer Ansichtspunkt- Achse senkrecht zu der Zeitachse, wodurch eine einzige räumliche Dimension des dreidimensionalen Vektorkardiogramms angezeigt wird, zu einer Ansichtspunkt-Achse parallel zu der Zeitachse, wodurch eine zweidimensionale Projektion des dreidimensionalen Vektorkardiogramms angezeigt wird, erstreckt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das erste Benutzerauswahlgerät dafür ausgelegt ist, einen Bereich sequentieller Ansichtspunkt-Achsen zu wählen, die für die sequentielle Anzeige jeder der Trajektorien der zeitlichen Vorgeschichte verwendet werden, wobei sich der Bereich von einer Ansichtspunkt-Achse senkrecht zu der Zeitachse, wodurch eine einzige räumliche Dimension des dreidimensionalen Vektorkardiogramms angezeigt wird, zu einer Ansichtspunkt-Achse parallel zu der Zeitachse, wodurch eine zweidimensionale Projektion des dreidimensionalen Vektorkardiogramms angezeigt wird, erstreckt.