VERFAHREN ZUR ERZEUGUNG VON KARDIOMETRISCHEN PARAMETERN, DIE INSBESONDERE FÜR DIAGNOSEZWECKE VERWENDBAR SIND
Die Erfindung liegt auf dem Gebiete der Vektor-Kardiometrie und betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs. Das Verfahren dient zur Erzeugung von kardiometrischen Parametern aus einem Vektor, der das elektrische Feld des Herzens abbildet und der beispielsweise nach bekannten Vektor- kardiometrischen Methoden ermittelt wird. Die erzeugten Parameter zeichnen sich dadurch aus, dass sie für menschliche oder tierische Individuen mit Herzkrankheiten oder Herzstörungen markant abweichen von den gleichen Daten von normalen und gesunden derartigen Individuen. Die durch das Verfahren erzeugten Parameter bzw. die genannten Abweichungen eignen sich also insbesondere für die Diagnose von Herzkrankheiten oder -Störungen. Die erzeugten Parameter zeichnen sich auch dadurch aus, dass sich mit ihrer Hilfe physiologische Eigenschaften des gesunden Herzens gut beschreiben lassen, zum Beispiel altersabhängige Veräderungen ohne Krankheitswert.
Ein bevorzugtes, zur Klasse der Vektor-kardiometrischen Methoden gehörendes Verfahren, die sogenannte Kardiogoniometrie ist im europäischen Patent EP-
0086429 von Dr. Ernst Sanz beschrieben. Dieses Verfahren erlaubt eine sehr genaue
Ermittlung des das elektrische Feld des Herzens abbildenden Summenvektors und
stellt ihn in einem kartesisches Koordinatensystem dar, das nicht an der Körperachse sondern an der Herzlängsachse ausgerichtet ist.
Die Ableitungspunkte der Kardiogoniometrie gemäss EP-0086429, zwischen denen Potentialdifferenzen gemessen werden, sind: » El entsprechend dem Punkt für die Spannung V4 (gemäss Wilson),
• E2 sagittal zu El und entsprechend dem Punkt für die Spannung V8 (gemäss Wilson),
• E3 lotrecht zur Strecke E1-E2, über El in einem Abstand von 0,7 mal dem Abstand zwischen El und E2, • E4 waagrecht von E3 nach der rechten Patientenseite in einem Abstand von
0,7 mal dem Abstand zwischen El und E2.
Eine Vektoraddition der gemessenen Potentialdifferenzen ergibt einen Raumvektor V bzw. Projektionen des Raumvektors V auf eine x, y und z- Achse, wobei die x- Achse parallel zur Strecke E1-E2, und die y- Achse parallel zur Strecke E1-E4 und wobei die z- Achse senkrecht auf der durch El, E2 und E4 aufgespannten Ebene (schrägsagittale Ebene) steht.
Die elektrische Herzaktion erzeugt ein sich über die Zeit änderndes elektrisches Feld. Der durch Vektor-kardiometrische Methoden ermittelte Raumvektor V ist eine Näherung an den tatsächlichen räumlichen Summenvektor dieses Feldes. Dabei entspricht die Richtung des Raumvektors der Feldrichtung und die Länge (Betrag oder Potential) des Raumvektors der Feldstärke. Die drei Spannungen X, Y und Z [mV] stellen die Teilvektoren oder Komponenten des Raumvektors V in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem dar, vorzugsweise den nach der kardiogoniometrischen Methode ermittelten Raumvektor im oben genannten Koordinatensystem. Das Potential berechnet sich als Quadratwurzel aus (X2+Y2+Z2).
Für spezifische Betrachtungen eignen sich auch Polarkoordinaten (zwei Winkel alpha und beta und das Potential).
Gemäss EP-0086429 werden für die Diagnose von Herzkrankheiten die während Depolarisierung und Repolarisierung (R- und T-Schleife) maximal erreichten Potentiale verwendet sowie die Richtungen der entsprechenden zwei potentialmässig ausgezeichneten Vektoren und der Raumwinkel zwischen den beiden ausgezeichneten Vektoren. Das heisst, für diagnostische Zwecke werden bezüglich Betrag ausgezeichnete Vektoren und getrennt davon deren Richtungen parametrisiert.
Gemäss der späteren Publikation WO-99/36860 (Dr. E. Sanz) wird der zeitliche Verlauf des Betrags des Raumvektors V durch Bestimmung von Maxima und Minima (Nullstellen im Verlauf des Differentialquotienten) in die Bereiche R+, R-, ST, T+ und T- aufgeteilt. In diesen Bereichen werden die periodisch registrierten Vektorbeträge aufsummiert und die derart ermittelten Integralwerte für diagnostische Zwecke weiterverwendet. Das heisst, es werden, schlingenweise Summen von Vektorbeträgen parametrisiert.
Es ist nun die Aufgabe der Erfindung, die Vektor-Kardiometrie, insbesondere die Kardiogoniometrie bezüglich Diagnosemöglichkeiten zu erweitern und zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren, wie es in den Patentansprüchen definiert ist.
Die erfindungsgemässe Verbesserung und Erweiterung der Vektor-Kardiometrie und der durch die Vektor-Kardiometrie eröffneten Diagnosemöglichkeiten besteht darin, für diagnostische Zwecke den durch eine Vektor-kardiometrische Methode ermittelten Raumvektor V (oder Teilvektoren X, Y, Z) bzw. das durch diesen Raumvektor V abgebildete elektrische Feld des Herzens und dessen zeitliche Veränderung im Sinne einer einzigen physikalischen Wirkung als Ganzes zu parametrisieren, das heisst, nicht wie bis anhin Richtung und Potential des Raumvektors V voneinander getrennten Betrachtungen zu unterziehen, sondern den Raumvektor und dessen zeitliche Veränderungen bezüglich der miteinander kombinierten Grossen Richtung und Potential zu parametrisieren.
Für eine derartige Parametrisierung eignet sich die Darstellung des Raumvektors als von einem Koordinatenursprung ausgehend und eine Betrachtung der Bahn der Vektorspitze im virtuellen Raum um den Koordinatenursprung, wobei die Betrachtung eine dynamische sein kann, in der insbesondere die „räumliche Geschwindigkeit" der Bewegung der Vektorspitze entlang ihrer Bahn betrachtet wird, und/oder eine mehr statische, in der die „räumliche Form" dieser Bahn betrachtet wird.
Aus der dynamischen Betrachtung ergeben sich beispielsweise als Parameter:
. die „räumliche Geschwindigkeit" der Vektorspitze als Funktion der Zeit,
• maximale und minimale „räumliche Geschwindigkeiten" und durch solche ausgezeichnete Zeitpunkte innerhalb des Herzschlages.
Aus der statischen Betrachtung ergeben sich beispielsweise als Parameter:
der Verlauf der „räumlichen Bahn" der Vektorspitze durch Raumbereiche, die durch Richtung und Abstand vom Koordinatenursprung definiert sind und in denen die Bahn mit verschiedenen Wahrscheinlichkeiten verläuft,
Formeigenschaften der „räumlichen Bahn" der Vektorspitze, wie beispielsweise die räumliche Fläche von Schleifen, die Schleifen- Exzentrizität oder die Länge von Schleifen-Basislinien (räumliche Distanz zwischen Schleifen- Anfang und Schleifen-Ende).
Aus einer kombiniert dynamischen und statischen Betrachtung ergeben sich beispielsweise als Parameter:
• Potentialsummen aufgeteilt auf Bereiche, die richtungsmässig gegeneinander abgegrenzt sind (z.B. Oktanten).
Für eine Diagnose wird für das der Diagnose zu unterziehende Individuum beispielsweise ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugter Parameter mit einem entsprechenden Parameter einer repräsentativen Menge von als gesund und normal oder als eine bekannte Herzkrankheit oder -Störung aufweisend eingestuften Individuen verglichen. Gegebenenfalls werden mehrere nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugte Parameter oder eine Kombination solcher Parameter mit bekannten Parametern oder davon abgeleiteten Parametern verwendet. In diesem Falle werden den einzelnen Parametern beispielsweise Gewichte zugeordnet und wird die Summe der gewichteten Parameter für ein der Diagnose zu unterziehendes Individuum ermittelt. Dann wird diese Summe dem Vergleich unterworfen. In sehr ähnlicher Weise kann die an sich bekannte Methode der logistischen Regression für die lineare Verknüpfung von verschiedenen Parametern verwendet werden. Es ergibt sich dabei aus der Summe der entsprechend
gewichteten Parameter ein Wert zwischen null und eins, wobei seine Grosse auch eine Aussage erlaubt über die Sicherheit bzw. Unsicherheit einer Diagnose.
In derselben Art können beispielsweise auch Quotienten von Parametern verglichen werden.
Die gemessenen Potentialdifferenzen werden digitalisiert und einem entsprechend ausgerüsteten Datenverarbeitungssystem zugeführt, durch das aus den digitalisierten Messdaten für regelmässig aufeinander folgende Zeitpunkte der Raumvektor V bzw. die Teilvektoren X, Y, Z und daraus die erwünschten Parameter errechnet werden. Diese Parameter werden direkt mit entsprechenden Parametern von Messungen an Vergleichsindividuen oder mit aus solchen Messungen ermittelten Grenzwerten oder Grenzbereichen verglichen („manuelle Diagnose"), wofür die Parameterwerte oder insbesondere die Bahn der Vektorspitze vorteilhafterweise visualisiert werden und die entsprechenden Grenzwerte, Grenzbereiche oder Vergleichsdaten darübergelegt werden.
Für eine „vollautomatische Diagnose" werden die erstellten Parameter einzeln oder kombiniert einer Kategorie einer Mehrzahl von ebenfalls gespeicherten Kategorien zugeordnet und die Kategorie als Diagnose ausgegeben.
Die Parameter werden schlingenweise oder für den ganzen Herzschlag ermittelt. Für die schlingen weise Betrachtung werden die Anfangs- und Endpunkte der Schlingen (z.B. J- und Z-Punkt) bestimmt, wofür ebenfalls verbesserte Methoden vorgeschlagen werden. In an sich bekannter Weise werden als Parameter aus einer Mehrzahl von Schlägen gemittelte Werte (mean) oder die entsprechenden mittleren
Werte (median) verwendet. Auch die Standardabweichung (Standard deviation oder SD) von Werten kann gegebenenfalls als relevanter Parameter verwendet werden.
Der Median-Parameter (mittlerer Parameter) ist ein aus dem Median-Schlag abgeleiteter Parameter. Der Medianschlag wird aus allen registrierten Herzschlägen mittels der bekannten Median-Berechnung erzeugt. Dabei werden die registrierten Schläge möglichst exakt übereinander gelegt, so dass für jeden Zeitpunkt innerhalb des Schlages mehrere Messwerte existieren. Der Medianschlag setzt sich zusammen aus je dem mittleren (medianen) Wert für jeden Zeitpunkt. Im Gegensatz zu einem arithmetischen Mittelwert ist ein Medianwert gegenüber Ausreissern unempfindlich.
Ein gemittelter Parameter wird berechnet, indem derselbe Parameter aus jedem Schlag der Hauptklasse der aufgezeichneten Schläge errechnet und daraus das arithmetische Mittel gebildet wird. Die Hauptklasse ist die Klasse der am häufigsten in der Messung vorkommenden gleichartigen Schläge. Normalerweise gehören alle Schläge zur Hauptklasse. Extraschläge, sogenannte Extrasystolen, werden separaten Klassen zugeordnet.
Kurzbezeichnungen der in der folgenden Beschreibung aufgeführten Parameter sind kursiv und in Anführungszeichen geschrieben. Dabei sind Zeiten mit t symbolisiert und in ms angegeben; Geschwindigkeiten sind mit v symbolisiert und in mV/ms angegeben. Sum wird verwendet für Potentialsummen und sqrt() für Quadratwurzeln.
Die Erfindung und insbesondere für Diagnosezwecke vorteilhafte, nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugte Parameter werden im Zusammenhang mit den folgenden Figuren im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
Figur 1 die „räumliche Bahn" der Vektorspitze während einem beispielhaften Herzschlag im auf der schrägsagittalen Ebene basierenden, kartesischen Koordinatensystem mit den eingangs genannten Achsen x, y und z;
Figur 2 die „räumlichen Bahnen" der Vektorspitze für eine Mehrzahl von Herzschlägen der Hauptklasse eines gesunden menschlichen Individuums
(Projektion auf die x/y-Ebene) ;
Figur 3 die „räumlichen Bahnen" einer Mehrzahl von Herzschlägen eines Patienten mit einer koronaren Herzerkrankung (KHK) mit T-Schlingen im basalen Bereich (Projektion auf die x/y-Ebene);
Figur 4 ein Bündel von normierten T-Schlingen gesunder Vergleichs-Individuen (Projektion auf die y/z-Ebene);
Figur 5 ein Bündel von normierten T-Schlingen von KHK-Patienten (Projektion auf die y/z-Ebene);
Figur 6 die Oktanten des Koordinatensystems gemäss Figur 1.
Die Figuren und die folgenden Beschreibungen des erfindungsgemässen Verfahrens beziehen sich alle auf den eingangs genannten kardiogoniometrisch ermittelten Raumvektor und das entsprechende Koordinatensystem. Dies heisst aber in keiner Weise, dass das erfindungsgemässe Verfahren auf diesen Raumvektor beschränkt ist. Die gleichen Parameter können auch für nach anderen Vektor-kardiometrischen Methoden ermittelte Raumvektoren erstellt und für diagnostische Zwecke verwendet werden.
Zur Erfassung der räumlichen Bahn der Vektorspitze und ihrer dynamischen Bewegung entlang ihrer Bahn wird der Raumvektors V in regelmässig aufeinanderfolgenden Zeitpunkten (Abstand beispielsweise 1ms) während einer Mehrzahl von Herzschlägen gespeichert, beispielsweise in Form von aufeinanderfolgenden Datensätzen X,Y,Z bezogen auf ein vorgegebenes, geeignetes kartesisches Koordinatensystem, von dessen Ursprung der Raumvektor ausgeht.
Figur 1 zeigt eine derartige „räumliche Bahn" der Vektorspitze für einen beispielhaften Herzschlag. Dieser ist grob in drei zeitlich aufeinanderfolgende Abschnitte (Schlingen) unterteilt: P-Schlinge, R-Schlinge und T-Schlinge. Es gibt auch Individuen, deren Herzschlag nach der T-Schlinge noch eine weitere Schlinge (U-Schlinge) aufweist. Die Benennungen für den zeitlich detailliert unterteilten Herzschlag sind wie folgt (in der Figur 1 sind nur die wichtigsten der Benennungen aufgeführt) :
Z-Punkt: Zeitpunkt des Beginns der R-Schlinge, bzw. Ende der P-Schlinge; J-Punkt: Zeitpunkt des Endes der R-Schlinge^ bzw. Beginn der T-Schlinge (oder der ST-Strecke);
P: Beginn P-Schlinge bis Ende P-Schlinge;
Pmax: Zeitpunkt des maximalen Potentials innerhalb der P-Schlinge;
P+: Beginn P-Schlinge bis Pmax (ansteigendes Potential); P-: Pmax bis Ende P-Schlinge (abfallendes Potential);
R: Beginn R-Schlinge bis Ende R-Schlinge;
Rmax: Zeitpunkt des maximalen Potentials innerhalb der R-Schlinge;
R+: Beginn R-Schlinge bis Rmax (ansteigendes Potential);
R-: Rmax bis Ende R-Schlinge (abfallendes Potential); T: Beginn T-Schlinge bis Ende T-Schlinge;
Tmax : Zeitpunkt des maximalen Potentials innerhalb der T-Schlinge;
T+: Beginn T-Schlinge bis Tmax (ansteigendes Potential);
T-: Tmax bis Ende T-Schlinge (abfallendes Potential) ;
U: Beginn U-Schlinge bis Ende U-Schlinge;
Umax: Zeitpunkt des maximalen Potentials innerhalb der U-Schlinge;
U+: Beginn U-Schlinge bis Umax (ansteigendes Potential);
U-: Umax bis Ende U-Schlinge (abfallendes Potential);
TP: Ende T-Schlinge bis Ende des Schlages;
PP: Beginn P-Schlinge bis Beginn P-Schlinge des nächsten Schlages
(Schlagintervall).
ZZ: Z-Punkt bis Z-Punkt des nächsten Schlages.
Ein grundlegender Parameter, der sich durch eine kombinierte Betrachtung von Richtung und Betrag des Raumvektors in einem dynamischen Sinne ergibt, ist seine „räumliche Geschwindigkeit", das heisst, die Geschwindigkeit der Vektorspitze bei ihrer Bewegung entlang der Bahn. Die „räumliche Geschwindigkeit" des Raum vektors ist selber eine vektorielle Größe, nämlich der Vektor (dx, dy, dz), wobei dx der Abstand zwischen zwei nacheinander registrierten Positionen der Spitze des Raumvektors in x-Richtung (dx = Xn - Xn-ι), dy der entsprechende Abstand in y-Richtung und dz der entsprechende Abstand in z-Richtung ist. Der Betrag der „räumlichen Geschwindigkeit" ist ein Potential (mV) pro Zeit (ms) und errechnet sich als Quadratwurzel aus (dx2+dy2+dz2) .
Aus der räumlichen Geschwindigkeit abgeleitete Parameter sind Zeitpunkte, die sich durch minimale oder maximale räumliche Geschwindigkeiten auszeichnen und deren Positionen in einer spezifischen Schlinge. Die R-Schlinge weist einen Punkt maximaler räumlicher Geschwindigkeit auf, der sich im Bereiche des zunehmenden Potentials oder im Bereich des abnehmenden Potentials findet. In der T-Schlinge findet sich der Punkt maximaler räumlicher Geschwindigkeit im Bereich des abnehmenden Potentials.
Parameter, die sich auf minimale oder maximale räumliche Geschwindigkeiten beziehen, sind beispielsweise: "Mediän Rvmax" (Maximalwert des Betrags der räumlichen Geschwindigkeit in der Mediän R-Schlinge), "Mean Rvmax" (Mittelwert der Maximalwerte des Betrags der räumlichen Geschwindigkeit in der R Schlinge der aufgezeichneten Schläge), "SD Rvmax" (Standardabweichung von „Mean Rvmax"), "Mediän Tvmax" (Maximalwert des Betrags der räumlichen Geschwindigkeit in der Mediän T-Schlinge), "Mean Tvmax" (Mittelwert der Maximalwerte des Betrags der räumlichen Geschwindigkeit in der T-Schlinge der aufgezeichneten Schläge), "SD Tvmax" (Standardabweichung von „Mean Tvmax").
Aus der räumlichen Geschwindigkeit lässt sich auch eine verbesserte Bestimmung des J-Punktes ableiten. Der J-Punkt in der Kardiogoniometrie ist vergleichbar mit dem J-Punkt der Elektrokardiometrie und kennzeichnet das Ende der R Schlinge. Dabei werden vier verschiedene, leicht differierende J-Punkte unterschieden: Js-, Jt-, Jr- und Je-Punkt.
Der Js-Punkt wird nach der in der Publikation WO-99/36860 bekannten Methode anhand der Mediän Potentialkurve ohne Verwendung der räumlichen Information ermittelt. Der Js-Punkt ist im einfachsten Fall das Minimum der geglätteten Potentialkurve zwischen R-Schlinge und T-Schlinge. Dies gilt, wenn ein eindeutiges Minimum im Potentialverlauf vorhanden ist. Ist jedoch eine im auslaufenden R allmählich abfallende Potentialkurve vorhanden, dann ist der Js-Punkt definiert als die Stelle, wo das Potential 0.4mV unterschreitet und anschließend das Differential des Potentials weniger als 0.003 mV/ms beträgt.
Der Je-Punkt ist ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugter Parameter.
Es ist der Punkt zwischen R- und T-Schlinge an dem die räumliche Geschwindigkeit ein Minimum erreicht. Zwischen der R- und T-Schlinge gibt es immer einen Bereich
niedriger räumlicher Geschwindigkeit. Ist das Minimum deutlich an einer zeitlichen Stelle lokalisiert, dann ist dies der Je-Punkt. Erstreckt sich aber das Minimum mit nahezu gleichem niedrigem Geschwindigkeitswert über eine gewisse Zeitdauer, dann wird der Beginn dieser Zeitdauer als Je-Punkt definiert. Zur Berechnung des Je- Punktes wird immer eine geglättete Kurve eines Schlages verwendet. Der Je-Punkt kann für jeden Schlag und für den Medianschlag getrennt ermittelt werden.
Der Jr-Punkt ist der Punkt zwischen R- und T-Schlinge, in dem der Raumvektor die größte Richtungsänderung im Raum vollführt. Ist eine solche Richtungsänderung in Einzelfällen nicht ermittelbar, was dann der Fall ist, wenn sich der Vektor auf einer relativ geraden Linie von R bis T bewegt, wird der Jr-Punkt auf die gleiche Position wie der Je Punkt gesetzt. Dies ist logisch, weil der Punkt größter Richtungsänderung oft auch ein Punkt mit geringer Potentialänderung ist. Die größte denkbare Richtungsänderung ist 180 Grad und entspricht der Richtungsumkehr des Vektors. 90 Grad entspricht einer Abbiegung im rechten Winkel. Negative Winkel kommen bei dieser Betrachtung nicht vor.
Der Jt-Punkt und ein entsprechender Zt-Punkt werden ermittelt als Punkte vor und nach vor und nach der R-Schlinge, zwischen denen die Vektorspitze den kleinsten Abstand voneinander haben (minimale Länge der Basislinie; siehe weiter unten).
Aus der Parametrisierung der J-Punkte ergeben sich beispielsweise die folgenden Parameter: „Mediän Js-Punkt", „Mean Jt-Punkt", „SD Jt-Punkt", „Mediän Je-Punkt", „Mean Je-Punkt", „SD Je-Punkt" ,„Median Jr-Punkt", „Mean Jr-Punkt", „SD Jr- Punkt".
Figuren 2 und 3 illustrieren die diagnostische Verwendbarkeit der räumlichen Bahn der Vektorspitze. Sie zeigen auf die x/y-Ebene projizierte räumliche Bahnen von Vektorspitzen für eine Mehrzahl von Herzschlägen. Figur 2 zeigt die „räumlichen Bahnen" der Vektorspitze für eine Mehrzahl von Herzschlägen der Hauptklasse eines gesunden menschlichen Individuums; Figur 3 die „räumlichen Bahnen" einer Mehrzahl von Herzschlägen eines Patienten mit einer koronaren Herzerkrankung (KHK), die sich insbesondere durch die basalen T-Schlingen und durch Streuung und Form der R-Schlingen von den Bahnen der Figur 2 unterscheiden.
Parameter, die sich auf die Form von Schlingen beziehen, sind beispielsweise:
Räumlicher Flächeninhalt der P-, R- oder T-Schlinge in mV2: „Mediän Parea", „Mean Parea", „SD Parea", „Mediän Rarea", „Mean Rarea", „SD Rarea", „Mediän Tarea", „Mean Tarea", „ SD Tarea". Eine spitze kurze Schlinge hat eine kleine Fläche. Eine weit geöffnete nahezu kreisförmige Schlinge hat eine große Fläche. Der Wert ist normiert und deshalb unabhängig von der absoluten Größe der Schlinge. Der Parameter berechnet die Fläche der vorher auf 1 mV im Maximum skalierten Schlinge. Eine Schlinge, die rund im apikalen und basalen Bereich verläuft ergibt die größten Werte. Die Fläche wird z.B. aus Dreiecksflächen von spitzwinkligen Dreiecken gebildet, deren eine Ecke im Koordinatenursprung liegt.
Exzentrizität der P-, R- oder T-Schlinge: "Mediän Pexc", "Mean Pexc", "SD P exe", "Mediän Rexc", "Mean Rexc", "SD Rexc", "Mediän Texc", "Mean Texc", "SD Texc". Diese Exzentrizität lehnt sich an den Exzentrizitätsbegriff der Ellipse an. Eine Ellipse ist um so exzentrischer je weniger kreisförmig sie ist. Die Exzentrizität wird 1, wenn es sich um einen Kreis handelt. Zur Berechnung wird z.B. in der Schlinge, beginnend vom Maximalvektor in beiden Richtungen der Punkt mit dem größten senkrechten Abstand zur Verbindungslinie des Maximalvektors mit dem Nullpunkt gesucht. Der
Abstand dieser zwei Punkte wird als Halbachse der Schlinge aufgefaßt, die zum Maximalvektor ins Verhältnis gesetzt wird.
Räumliche Länge der Basislinie der P-, R- oder T-Schlinge: „PBaseLine ", „RBaseLine ", „ TBaseLine". Dieser Parameter gibt den räumlichen Abstand zwischen Beginn der Schlinge und Ende der Schlinge in mV. Bei vielen Schlingen liegt der Basislinien- Vektor in der Nähe des Nullpunkts und ergibt einen kleinen Wert der Basislinie. Insbesondere bei der T-Schlinge deutet eine lange Basislinie auf KHK hin.
Figuren 4 und 5 illustrieren eine weitere Parametrisierung der räumlichen Bahn der Vektorspitze. Sie zeigen auf die y/z-Ebene projizierte, normierte T-Schlingen von Vergleichs-Individuen (Figur 4) und von KHK-Patienten (Figur 5). Aus der Dichte der Bahnen in verschiedenen Raumbereichen kann offensichtlich auf die Wahrscheinlichkeit eines Bahnverlaufes durch den Raumbereich geschlossen werden.
Zur Parametrisierung des durch die Figuren 4 und 5 illustrierten Sachverhaltes bietet sich beispielsweise eine Unterteilung des Raumes, in dem sich die Vektorspitze bewegt, in „gesunde" und „kranke" Wahrscheinlichkeitsräume an, bzw. in Raumbereiche, durch die eine „gesunde" Bahn mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit verläuft. Diese Wahrscheinlichkeitsräume sind richtungsmässig und betragsmässig voneinander abgegrenzt und unterscheiden sich durch die Wahrscheinlichkeit, mit der sich die Vektorspitze (abhängig vom Zustand des beobachteten Herzens) durch diese Bereiche verläuft.
Für die Aufteilung eines genormten Kugelraumes um den Koordinatenursprung in verschiedene Wahrscheinlichkeitsräume sind Messungen an gesunden oder an als krank diagnostizierten Referenz-Individuen vorzunehmen, sind die Abfolgen der erfassten Referenz-Messdaten zu glätten, zu orthogonalisieren und dann in Bezug auf das Potential zu normieren. Dadurch werden die Referenzdaten unabhängig von den absolut gemessenen Potentialen und eine vergleichende Betrachtung betrifft nur noch die Lage der Schlingen im Raum. Die Glättung erfolgt beispielsweise durch eine fortlaufende Mittelwertbildung oder durch einen Tiefpaß. Zur Normierung wird vorteilhafterweise jede der drei Schlingen (P, R, T) einzeln derart vergrößert oder verkleinert, daß deren Maximalpotential 1mV beträgt, so dass alle Schlingen innerhalb einer Kugel mit dem Radius 1mV zu liegen kommen.
Legt man z.B. alle T Schlingen der Referenz-Individuen (Figur 4) übereinander, füllen diese die lmV-Kugel nicht regelmässig aus, sondern konzentrieren sich in unterschiedlicher Dichte auf einen Teil des Kugelraumes. Gibt man nun jedem Punkt innerhalb der Kugel einen Wahrscheinlichkeitswert für den Aufenthalt des Vektors in einer gesunden Schlinge, dann gibt es neben Bereichen von mittlerer und großer Wahrscheinlichkeit auch solche von sehr geringer Wahrscheinlichkeit, also Teile des Raumes in denen sich so gut wie keine gesunde Schlinge bewegt. Wird eine Schlinge eines Patienten mit unbekanntem Zustand gleich behandelt und festgestellt, dass sie sich in einem Bereich sehr niedriger Wahrscheinlichkeit bewegt, kann auf eine Anomalität bzw. krankhafte Störung geschlossen werden.
Weitere, nach dem erfindungsgemässen Verfahren ermittelte Parameter, die sich für die Diagnose von Herzkrankheiten eignen, beziehen sich auf die zeitliche und/oder potentialmässige Aufteilung des Herzschlags oder einer Schlinge auf die Oktanten des verwendeten kartesischen Koordinatensystems.
Wie in der Figur 6 dargestellt, wird der Raum durch die von je zwei Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems aufgespannten Ebenen in acht Oktanten aufgeteilt. Alle Oktanten berühren sich im Koordinatenursprung. Im eingangs erwähnten, bevorzugten Koordinatensystem, das sich auf die schrägsagittale Ebene bezieht, bilden die Oktanten 1-4 die apikale Hälfte (die zur Herzspitze zeigende) des Raumes, die Oktanten 5-8 die basale Hälfte (die zur Herzbasis zeigende).
Relevante Parameter sind beispielsweise die Potentialsummen oder Potentialanteile des Raumvektors in den Oktanten während eines Herzschlages oder einer einzelnen Schlinge oder die Zeit oder relative Zeit, die der Raumvektor sich in verschiedenen Oktanten befindet. Zur Ermittlung der Potentialsummen werden alle Potentiale aufsummiert, die registriert werden, während der Raumvektor sich in einem spezifischen Oktanten befindet.
Beispielhafte, auf die Oktanten bezogene Parameter sind: „Mediän POctflJ" bis „ Mediän POctfδJ ", „ Mean POctflJ " bis „ Mean POctfδJ ", „ Mediän ROctflJ " bis „Mediän ROctfδJ", „Mean ROctflJ" bis „Mean ROct [8]", „Mediän TOctflJ " bis „Mediän TOct[8j", „Mean TOctflJ " bis „Mean TOct[8]", wobei Oct[n] (n=l-8) angibt, wieviel Prozent des Potentials der Schlinge im jeweiligen Oktanten verläuft. Die Summe aller gemessenen Potentiale der Schlinge ist 100%. Der Wert wird berechnet indem man für jeden erfassten Raumvektor (X,Y,Z) der Schlinge das Potential p berechnet und Oktanten-weise aufsummiert. Eine Berechnung kann für die P-Schlinge, R-Schlinge und T-Schlinge von Mediän und Mean getrennt vorgenommen werden und ergibt die oben angegeben Parameter.
Vorteilhafterweise werden für Diagnosezwecke von den oben aufgeführten, nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugten Parameter ausgewählte Parameter
miteinander kombiniert. Sie können auch mit weiteren Parametern kombiniert werden wie beispielsweise mit den folgenden Parametern:
Ausgezeichnete Potentiale (siehe auch EP-0086429): „Mediän Pmax", „Mean Pmax", „SD Pmax ", „Mediän Rmax", „Mean Rmax", „SD Rmax", „Mediän Tmax", „Mean Tmax", „SD Tmax", „Mediän Umax", „Mean Umax ", „SD Umax". Entsprechende Untersuchungen haben gezeigt, daß junge gesunde Probanden im allgemeinen höhere Potentiale in R und T besitzen als ältere Patienten. Auch der Körperbau beeinflußt den Maximalwert der Potentiale.
Richtung (in Polarkoordinaten) von ausgezeichneten Raumvektoren (für Vektoren mit maximalem Potential, siehe auch EP-0086429): „Mediän alpha Pmax", „Mean alpha Pmax ", „SD alpha Pmax", „Mediän beta Pmax " , „Mean beta Pmax", „SD beta Pmax", „Mediän alpha Rmax", „Mean alpha Rmax", „SD alpha Rmax", „Mediän beta Rmax", „Mean beta Rmax", „SD beta Rmax", „Mediän alpha Tmax ", „Mean alpha Tmax ", „SD alpha Tmax", „Mediän beta Tmax" , „Mean beta Tmax ", „SD beta Tmax", „Mediän alpha Js-Punkt", „Mean alpha Jt-Punkt", „SD alpha Jt-Punkt", „Mediän beta Js-Punkt" , „Mean beta Jt-Punkt", „SD beta Jt- Punkt", „Mediän alpha Je-Punkt", „Mean alpha Je-Punkt", „SD alpha Je-Punkt", „Mediän beta Je-Punkt", „Mean beta Je-Punkt", „SD beta Je-Punkt", „Mediän alpha Jr-Punkt", „Mean alpha Jr-Punkt", „SD alpha Jr-Punkt", „Mediän beta Jr- Punkt", „Mean beta Jr-Punkt", „SD beta Jr-Punkt", „Mediän alpha Pini", „Mean alpha Rini", „SD alpha Pini", „Mediän beta Pini" , „Mean beta Rini", „SD beta Pini", „Mediän alpha Rini ", „Mean alpha Rini", „SD alpha Rini", „Mediän beta Rini" , „Mean beta Rini", „ SD beta Rini", „Mediän alpha Tini", „Mean alpha Tini", „SD alpha Tini", „Mediän beta Tini" , „Mean beta Tini", „SD beta Tini", „ Mediän alpha Pexi ", „ Mean alpha Rexi ", „ SD alpha Pexi ", „ Mediän beta Pexi " , „Mean beta Rexi", „SD beta Pexi", „Mediän alpha Rexi", „Mean alpha Rexi", „SD alpha Rexi", „Mediän beta Rexi" , „Mean beta Rexi", „ SD beta Rexi", „Mediän
alpha Texi", „Mean alpha Texi", „SD alpha Texi", „Mediän beta Texi" , „Mean beta Texi ", „SD beta Texi". Alpha und Beta sind die zwei Raumwinkel, in die ein Vektor in den Raum zeigt. Alpha ist ein Winkel im Wertebereich von +180 Grad, Beta hat einen Wertebereich von +90 Grad. Es gibt für jeden Messzeitpunkt diese zwei Raumwinkel, die sich durch Umrechnung des x,y,z Wertes in Polarkoordinaten ergeben. Als Parameter interessieren uns die Winkelwerte an allen markanten Stellen der Schlinge, an den Orten maximalen Potentials der P-, R- und T-Schlingen und an den verschiedenen J-Punkten.
Es zeigt sich, dass auch die bis anhin nicht parametrisierten Initial- und Exitialvektoren als markante Stellen der Schlingen sich zur Parametrisierung eignen. Der Initialvektor ist der Vektor 10 bis 35 ms nach dem Beginn der Schlinge. Der Exitialvektor ist der Vektor 10 bis 35 ms vor dem Ende der Schlinge.
Raumwinkel zwischen potentialmässig ausgezeichneten Raumvektoren: (siehe auch EP-0086429): „Mediän Phi" , „Mean Phi", „ SD Phi". Der Winkel Phi ist der Offnungs winkel zwischen dem Vektor in Rmax und Tmax. Wenn die beiden Vektoren nahezu in dieselbe Richtung zeigen, ist der Wert für Phi klein. Er kann im anderen Fall bis zu 180 Grad betragen. Wenn Alpha Rmax größer als Alpha Tmax ist, dann wird der Winkel als negative Zahl angezeigt. Die Berechnung erfolgt nach den gängigen Methoden der räumlichen Trigonometrie.
Potentialkomponenten ausgezeichneter Raumvektoren: „MinX", „MaxX", „MinY", „MaxY", „MinZ", „MaxZ", „MinXP", „MaxXP", „MinYP", „MaxYP", „MinZP", „MaxZP", „MinXR ", „MaxXR", „MinYR", „MaxYR ", „MinZR ", „MaxZR ", „MinXT", „MaxXT", „MinYT", „MaxYT", „MinZT", „MaxZT. Bei dieser Parametergruppe handelt es sich um die Minimal und Maximalwerte der X,Y,Z Teilvektoren für den gesamten Schlag oder einzelne Schlingen. „MinX" ist also der
kleinste gemessene X Wert (als Spannung in mV) im gesamten Schlag, „MaxX" ist also der größte gemessene X Wert. Ähnliches gilt für die anderen Parameter. „MaxYR" ist der größte gemessene Y Wert innerhalb der R Schlinge. „MinZT" ist der kleinste gemessene Z Wert in der T Schlinge.
Floating von potentialmässig ausgezeichneten Raumvektoren (siehe auch EP- 0086429): „Pfloat", "Rfloat", "Tfloat". Unter Floating wird die Streuung der Richtung des Maximalvektors der jeweiligen Schlinge verstanden. Der Wert ist um so größer, je mehr die Winkel alpha und beta der Maximalvektoren streuen. Der Wert wird errechnet aus: (SD alfamax)2 + (SD betamax)2.
Anzahl von Extrasystolen: „Extrasystolen ". Patienten, bei denen neben der Hauptklasse von Schlägen weitere Schläge mit anderer Kurvenform festgestellt werden, haben Extrasystolen. Bei Messungen ohne Extrasystolen ist dieser Parameter 0. Ungefähr 3 - 5% der Patienten haben Extrasystolen, jedoch ist nicht jede Form von Extrasystolen als pathologisch anzusehen.
Beispiel 1
Es zeigt sich, dass ein weiblicher Patient mit einem Potentialanteil (Summe der gemessenen Potentiale) von mehr als 48% des gesamten Potentials der T-Schlinge in den basalen Oktanten 5, 6, 7, 8 als an einer koronaren Herzkrankheit leidend eingestuft werden muss.
Beispiel 2
Die folgende Tabelle illustriert eine Diagnosestrategie, die mit einer Probemenge von 151 männlichen Individuen ermittelt wurde. Alle Probeindividuen waren koronarographiert, und teils als KHK negativ, teils als KHK positiv beurteilt. Die Tabelle enthält 18 Parameter und dazugehörige Grenzwerte. Wenn für ein zu diagnostizierendes Individuum einer der aufgelisteten Parameter einen Wert im angegebenen Bereich unterhalb bzw. oberhalb des Grenzwertes aufweist, ist die Diagnose positiv. Der Vergleich mit der koronarographischen Diagnose zeigt für die kardiogoniometrische Diagnose eine Sensitivität von 89% und eine Spezifität von 100%.
„SD Rvmax" > 57,00
„Mediän alpha Rmax " > 90,00
„ SD beta Rmax " > 2,20
„Mediän alpha Tmax " < 50,50
„Mediän beta Tmax" > 0,20
„SD Rmax" > 43,00
„Mean Tmax" < 0,48
„SD Rarea " > 0,12
„Mediän Sum Rbas " > 66,00
„Mean TOct[6j„ > 20,00
„Mediän tR-„ < 33,00
„ Tfloat" > 80,00
„Mean Sum Tbas " > 35,5
„Mediän beta Rexi" > 17,00
„Mediän ROctP [7] " > 2,30
„MinX T" < -750,00
„MaxY T" < 400,00
„MinZ T" > -96,00
Beispiel 3
Die folgende Tabelle zeigt in derselben Weise wie Beispiel 2 eine Diagnosestrategie für weibliche Individuen. Sie wurde ermittelt anhand von 56 koronarographierten Probeindividuen und ergibt eine Sensitivität von 85% und eine Spezifität von 100%. In der dritten und vierten Kolonne sind die Parameterwerte von zwei Patientinnen eingetragen, wobei für die Patientin der dritten Kolonne keine Parameterwerte in den vorgegebenen Bereichen liegen (Diagnose: KHK negativ) und für die Patientin der vierten Kolonne die sechs mit Sternen bezeichneten Parameterwerte in den gegebenen Bereichen liegen (Diagnose: KHK positiv).
„Mediän alpha Tmax" < 20,00 79,18 - 48,42*
„Mean phi" > 160,00 23,24 36,50
„Mediän TOctflJ " > 8,00 0,59 18,12*
„Mediän TOct[3] " < 0.20 59,77 2,95
„Mediän TOct[5j " > 0,40 0,40 8,45*
„Mediän TOct[7] " > 5,00 3,95 78,48*
„Mean Sum Tbas " > 48,00 8,78 65,73*
„Mediän TOctPfSj" > 0,07 0,00 0,18*