WO2003057031A1 - Verfahren zur erzeugung von kardiometrischen parametern, die ins besondere für diagnosezwecke verwendbar sind - Google Patents

Verfahren zur erzeugung von kardiometrischen parametern, die ins besondere für diagnosezwecke verwendbar sind Download PDF

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WO2003057031A1
WO2003057031A1 PCT/CH2002/000667 CH0200667W WO03057031A1 WO 2003057031 A1 WO2003057031 A1 WO 2003057031A1 CH 0200667 W CH0200667 W CH 0200667W WO 03057031 A1 WO03057031 A1 WO 03057031A1
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parameters
vector
spatial
loop
determined
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Application number
PCT/CH2002/000667
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Inventor
Ernst Sanz
Bernhard Emese
Michael Schüpbach
Original Assignee
Ernst Sanz
Bernhard Emese
Schuepbach Michael
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Publication date
Application filed by Ernst Sanz, Bernhard Emese, Schuepbach Michael filed Critical Ernst Sanz
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Publication of WO2003057031A1 publication Critical patent/WO2003057031A1/de

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/318—Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
    • A61B5/339—Displays specially adapted therefor
    • A61B5/341—Vectorcardiography [VCG]

Definitions

  • the invention is in the field of vector cardiometry and relates to a method according to the preamble of the independent claim.
  • the method is used to generate cardiometric parameters from a vector which maps the electric field of the heart and which is determined, for example, by known vector cardiometric methods.
  • the generated parameters are characterized by the fact that they deviate significantly for human or animal individuals with heart diseases or heart disorders from the same data of normal and healthy individuals of this type.
  • the parameters generated by the method or the deviations mentioned are therefore particularly suitable for the diagnosis of heart diseases or disorders.
  • the generated parameters are also characterized by the fact that they can be used to describe physiological properties of the healthy heart well, for example age-related changes without disease value.
  • Determination of the sum vector and the electric field of the heart represents it in a Cartesian coordinate system that is not aligned with the body axis but with the longitudinal axis of the heart.
  • a vector addition of the measured potential differences results in a space vector V or projections of the space vector V on an x, y and z axis, the x axis parallel to the distance E1-E2 and the y axis parallel to the distance E1-E4 and the z-axis is perpendicular to the plane spanned by E1, E2 and E4 (inclined-sagittal plane).
  • the electrical heart action creates an electric field that changes over time.
  • the space vector V determined by vector cardiometric methods is an approximation to the actual spatial sum vector of this field.
  • the direction of the space vector corresponds to the field direction and the length (amount or potential) of the space vector corresponds to the field strength.
  • the three voltages X, Y and Z [mV] represent the sub-vectors or components of the space vector V in a three-dimensional Cartesian coordinate system, preferably the space vector determined by the cardiogoniometric method in the above-mentioned coordinate system.
  • the potential is calculated as the square root (X 2 + Y 2 + Z 2 ). Polar coordinates (two angles alpha and beta and the potential) are also suitable for specific considerations.
  • the maximum potentials achieved during depolarization and repolarization are used for the diagnosis of heart diseases, as well as the directions of the corresponding two vectors with excellent potential and the solid angle between the two excellent vectors. This means that for diagnostic purposes, vectors are parameterized with respect to magnitude and their directions separately.
  • the course of the amount of the space vector V over time is determined by determining maxima and minima (zeros in the course of the differential quotient) in the ranges R +, R-, ST, T + and T- split.
  • maxima and minima zeros in the course of the differential quotient
  • the periodically registered vector amounts are added up and the integral values determined in this way are further used for diagnostic purposes. This means that sums of vector amounts are parameterized in loops.
  • the improvement and extension of the vector cardiometry according to the invention and of the diagnostic possibilities opened up by the vector cardiometry consists, for diagnostic purposes, of the space vector V (or sub-vectors X, Y, Z) determined by a vector cardiometric method or of this space vector V To parameterize the depicted electric field of the heart and its change over time in the sense of a single physical effect as a whole, that is, not to subject the direction and potential of the space vector V to separate considerations as before, but to subject the space vector and its changes over time with respect to the combined one Parameterize great direction and potential.
  • the representation of the space vector as starting from a coordinate origin and a consideration of the path of the vector tip in virtual space around the origin of the coordinate are suitable, wherein the observation can be dynamic, in which in particular the “spatial velocity” of the movement of the vector tip their path is considered, and / or a more static one, in which the "spatial shape" of this path is considered.
  • the following parameters result: the course of the "spatial path" of the vector tip through spatial areas which are defined by the direction and distance from the origin of the coordinates and in which the path runs with different probabilities,
  • Shape properties of the "spatial path" of the vector tip such as, for example, the spatial area of loops, the loop eccentricity or the length of loop baselines (spatial distance between the loop start and loop end).
  • a parameter generated by the method according to the invention is compared with a corresponding parameter of a representative amount of individuals classified as healthy and normal or as having a known heart disease or disorder.
  • several parameters generated by the method according to the invention or a combination of such parameters with known parameters or parameters derived therefrom are used.
  • weights are assigned to the individual parameters, for example, and the sum of the weighted parameters is determined for an individual to be diagnosed. Then this sum is subjected to the comparison.
  • the known method of logistic regression can be used for the linear linking of different parameters. It results from the sum of the corresponding weighted parameters a value between zero and one, whereby its size also allows a statement about the certainty or uncertainty of a diagnosis.
  • the measured potential differences are digitized and fed to a correspondingly equipped data processing system, by means of which the space vector V or the sub-vectors X, Y, Z and the desired parameters are calculated from the digitized measurement data for regularly successive times. These parameters are compared directly with corresponding parameters of measurements on comparison individuals or with limit values or limit ranges determined from such measurements (“manual diagnosis”), for which the parameter values or in particular the trajectory of the vector tip are advantageously visualized and the corresponding limit values, limit ranges or comparison data are superimposed ,
  • the parameters created are assigned individually or in combination to a category of a plurality of likewise stored categories and the category is output as a diagnosis.
  • the parameters are determined in loops or for the entire heartbeat.
  • the starting and ending points of the loops eg J and Z points
  • the starting and ending points of the loops are determined for loop-by-loop viewing, for which improved methods are also proposed.
  • averaged values (mean) or the corresponding mean values are used as parameters from a plurality of beats Values (median) used.
  • the standard deviation (SD) of values can also be used as a relevant parameter if necessary.
  • the median parameter is a parameter derived from the median beat.
  • the median beat is generated from all registered heartbeats using the known median calculation.
  • the registered beats are superimposed as precisely as possible, so that there are several measured values for each point in time within the beat.
  • the median stop is made up of the mean (median) value for each point in time. In contrast to an arithmetic mean, a median is insensitive to outliers.
  • An averaged parameter is calculated by calculating the same parameter from each beat of the main class of recorded beats and calculating the arithmetic mean.
  • the main class is the class of the most common type of beats that occur in the measurement. Usually all strokes belong to the main class. Extra blows, so-called extrasystoles, are assigned to separate classes.
  • Show: 1 shows the "spatial trajectory" of the vector tip during an exemplary heartbeat in the Cartesian coordinate system based on the inclined sagittal plane with the axes x, y and z mentioned at the beginning;
  • Figure 2 shows the "spatial trajectories" of the vector tip for a plurality of heartbeats of the main class of a healthy human individual
  • FIG. 3 shows the “spatial trajectories” of a plurality of heartbeats of a patient with coronary heart disease (CAD) with T loops in the basal region (projection on the x / y plane);
  • CAD coronary heart disease
  • FIG. 4 shows a bundle of standardized T loops of healthy comparison individuals (projection onto the y / z plane);
  • FIG. 5 shows a bundle of standardized T loops from CAD patients (projection onto the y / z plane);
  • FIG. 6 shows the octants of the coordinate system according to FIG. 1.
  • the figures and the following descriptions of the method according to the invention all relate to the cardiogoniometrically determined space vector and the corresponding coordinate system. However, this in no way means that the method according to the invention is limited to this space vector.
  • the same parameters can also be created for space vectors determined by other vector cardiometric methods and used for diagnostic purposes.
  • the space vector V is stored at regularly successive points in time (distance, for example, 1 ms) during a plurality of heartbeats, for example in the form of successive data records X, Y, Z based on a predetermined, suitable Cartesian coordinate system, from whose origin the space vector starts.
  • Figure 1 shows such a "spatial trajectory" of the vector tip for an exemplary heartbeat. This is roughly divided into three successive sections (loops): P-loop, R-loop and T-loop. There are also individuals whose heartbeat after the T-loop has yet another loop (U-loop) The names for the heartbeat divided in time are as follows (only the most important of the names are listed in FIG. 1):
  • Z point time of start of the R loop or end of the P loop
  • J point time of the end of the R loop ⁇ or beginning of the T loop (or the ST segment);
  • Pmax time of the maximum potential within the P loop
  • P + start P loop to Pmax (increasing potential);
  • P- Pmax to the end of the P-loop (falling potential);
  • Rmax time of the maximum potential within the R loop
  • R + start of R loop up to Rmax (increasing potential);
  • R- Rmax to the end of the R loop (falling potential); T: start T-loop to end T-loop;
  • Tmax time of the maximum potential within the T loop
  • T + start of T-loop up to Tmax (increasing potential);
  • T- Tmax to the end of the T-loop (falling potential);
  • U start of U-loop to end of U-loop;
  • Umax time of the maximum potential within the U loop
  • ZZ Z point to Z point of the next stroke.
  • the amount of the "spatial velocity” is a potential (mV) per time (ms) and is calculated as the square root (dx 2 + dy 2 + dz 2 ).
  • Parameters derived from spatial speed are times that are characterized by minimum or maximum spatial speeds and their positions in a specific loop.
  • the R-loop has a point of maximum spatial velocity, which is found in the area of the increasing potential or in the area of the decreasing potential.
  • the point of maximum spatial velocity is in the area of the decreasing potential in the T-loop.
  • Parameters relating to minimum or maximum spatial speeds are, for example: “Median Rvmax” (maximum value of the amount of spatial speed in the Median R loop), “Mean Rvmax” (average of the maximum values of the amount of spatial speed in the R Loop of recorded beats), “SD Rvmax” (standard deviation of “Mean Rvmax”), “Median Tvmax” (maximum value of the amount of spatial velocity in the Median T loop), “Mean Tvmax” (average of the maximum values of the amount of spatial Speed in the T-loop of the recorded beats), “SD Tvmax” (standard deviation from “Mean Tvmax”).
  • Js, Jt, Jr and Je points An improved determination of the J point can also be derived from the spatial speed.
  • the J point in cardiogoniometry is comparable to the J point in electrocardiometry and marks the end of the R loop.
  • Js, Jt, Jr and Je points There are four different, slightly different J points: Js, Jt, Jr and Je points.
  • the Js point is determined according to the method known in publication WO-99/36860 on the basis of the median potential curve without using the spatial information.
  • the Js point is the minimum of the smoothed potential curve between the R loop and the T loop. This applies if there is a clear minimum in the potential curve.
  • the Js point is defined as the point where the potential falls below 0.4mV and then the differential of the potential is less than 0.003 mV / ms.
  • the per point is a parameter generated by the method according to the invention.
  • the Jr point is the point between the R and T loop where the space vector makes the greatest change in direction in space. If such a change in direction cannot be determined in individual cases, which is the case when the vector moves on a relatively straight line from R to T, the Jr point is set to the same position as the per point. This is logical because the point of greatest change in direction is often also a point with little change in potential.
  • the largest conceivable change of direction is 180 degrees and corresponds to the reversal of the direction of the vector. 90 degrees corresponds to a right angle turn. Negative angles do not occur in this view.
  • the Jt point and a corresponding Zt point are determined as points before and after and before the R loop, between which the vector tips are the smallest distance apart (minimum length of the baseline; see below).
  • FIG. 2 shows the “spatial trajectories” of the vector tip for a plurality of heartbeats of the main class of a healthy human individual;
  • FIG. 3 shows the “spatial trajectories” of a plurality of heartbeats of a patient with coronary heart disease (CHD), which are characterized in particular by the basal T. - Loops and by scattering and shape of the R loops differ from the webs of Figure 2.
  • CHD coronary heart disease
  • Spatial area of the P, R or T loop in mV 2 "Median Parea”, “Mean Parea”, “SD Parea”, “Median Rarea”, “Mean Rarea”, “SD Rarea”, “Median Tarea” , “Mean Tarea”, “SD Tarea”.
  • a pointed short loop has a small area.
  • a wide open, almost circular loop has a large area. The value is standardized and therefore independent of the absolute size of the loop.
  • the parameter calculates the area the loop previously scaled to 1 mV in maximum.
  • a loop that runs round in the apical and basal area gives the greatest values.
  • the area is formed, for example, from triangular areas by acute-angled triangles, one corner of which lies in the coordinate origin.
  • Eccentricity of the P, R or T loop "Mediän Pexc”, “Mean Pexc”, “SD P exe”, “Mediän Rexc”, “Mean Rexc”, “SD Rexc”, “Mediän Texc”, “Mean Texc “,” SD Texc “.
  • This eccentricity is based on the concept of eccentricity of the ellipse. The less circular it is, the more eccentric an ellipse is. The eccentricity becomes 1 if it is a circle. For the calculation, the point with the greatest vertical distance to the connecting line of the maximum vector with the zero point is searched for in the loop, starting from the maximum vector in both directions. The The distance between these two points is understood as the semiaxis of the loop, which is related to the maximum vector.
  • PBaseLine Spatial length of the baseline of the P-, R- or T-loop: "PBaseLine”, “RBaseLine”, “TBaseLine”. This parameter gives the spatial distance between the beginning of the loop and the end of the loop in mV.
  • the baseline lies - Vector near zero and gives a small baseline value, especially for the T loop, a long baseline indicates CHD.
  • Figures 4 and 5 illustrate a further parameterization of the spatial trajectory of the vector tip. They show normalized T-loops of comparison individuals (FIG. 4) and CHD patients (FIG. 5) projected onto the y / z plane. From the density of the tracks in different spatial areas, the probability of a course of the track through the spatial area can obviously be inferred.
  • each of the three loops (P, R, T) is advantageously enlarged or reduced individually in such a way that their maximum potential is 1mV, so that all loops come to lie within a sphere with a radius of 1mV.
  • Further parameters determined by the method according to the invention relate to the temporal and / or potential division of the heartbeat or a snare to the octants of the Cartesian coordinate system used.
  • the space is divided into eight octants by the planes spanned by two coordinate axes of a Cartesian coordinate system. All octants touch in the coordinate origin.
  • the octants 1-4 form the apical half (the one pointing to the top of the heart) of the room, the octants 5-8 the basal half (the one pointing to the heart base).
  • Relevant parameters are, for example, the potential sums or potential portions of the space vector in the octants during a heartbeat or a single loop or the time or relative time that the space vector is in different octants. To determine the potential sums, all potentials are added up, which are registered while the space vector is in a specific octant.
  • the value is calculated by calculating the potential p for each recorded space vector (X, Y, Z) of the loop and adding them up in octants.
  • a calculation can be carried out for the P-loop, R-loop and T-loop separately from Mediän and Mean and results in the parameters specified above.
  • parameters are advantageously selected from the parameters listed above and generated by the method according to the invention combined with each other. They can also be combined with other parameters such as the following parameters:
  • Alpha and Beta are the two solid angles in which a vector points into space.
  • Alpha is an angle in the range of +180 degrees
  • Beta has a range of values of +90 degrees.
  • the initial and exitial vectors which have not been parameterized so far, are also suitable for parameterization as striking points in the slings.
  • the initial vector is the vector 10 to 35 ms after the beginning of the loop.
  • the exit vector is the vector 10 to 35 ms before the end of the loop.
  • MinX is therefore the smallest measured X value (as voltage in mV) in the entire field
  • MaxX is therefore the largest measured X value.
  • MaximumYR is the largest measured Y value within the R loop.
  • MinZT is the smallest measured Z value in the T loop.
  • extrasystoles Patients in whom other impacts with a different curve shape are found in addition to the main class of impacts have extrasystoles. For measurements without extrasystoles, this parameter is 0. Approximately 3 - 5% of patients have extrasystoles, but is not any form of extrasystoles to be regarded as pathological.
  • the following table illustrates a diagnostic strategy that was determined with a sample of 151 male individuals. All sample individuals were coronarographed, and were assessed partly as CHD, partly as CHD positive. The table contains 18 parameters and associated limit values. If, for an individual to be diagnosed, one of the listed parameters has a value in the specified range below or above the limit value, the diagnosis is positive. The comparison with the coronarographic diagnosis shows a sensitivity of 89% and a specificity of 100% for the cardiogoniometric diagnosis.
  • the following table shows a diagnostic strategy for female individuals in the same way as Example 2. It was determined on the basis of 56 coronarographed sample individuals and gives a sensitivity of 85% and a specificity of 100%.
  • the parameter values of two patients are entered in the third and fourth columns, whereby there are no parameter values for the patient in the third column (diagnosis: CHD negative) and for the patient in the fourth column the six parameter values marked with stars in the given range Ranges lie (diagnosis: CHD positive).

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Abstract

Aus einem Raumvektor, der nach einer Vektor-kariographischen Methode, insbesondere nach der kardiogoniometrischen Methode ermittelt wird, werden für eine Herzdiagnose verwendbare Parameter abgeleitet. Ein derartiger Raumvektor bildet den Summenvektor ab, der seinerseits den zeitlichen Ablauf des elektrischen Feldes des Herzens darstellt. Der Raumvektor wird als von einem Koordinatenursprung ausgehend dargestellt und die abgeleiteten Parameter basieren auf der 'räumlichen Bahn' der Vektorspitze im Raum um den Koordinatenursprung und auf der 'räumlichen Geschwindigkeit' der sich entlang der Bahn bewegenden Vektorspitze. Für die Diagnose werden Parameter-Unterschiede zwischen aktuellen Parametern and Vergleichsparametern verwendet.

Description

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*

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Verfahren zur Erstellung von für eine Herzdiagnose verwendbaren Parametern anhand eines nach einer Vektor-kardiometrischen Methode ermittelten Raumvektors, der den zeitlichen Verlauf des Summenvektors des elektrischen Feldes des Herzens abbildet und eine der Feldrichtung entsprechende Richtung und eine dem Potential entsprechende Länge hat, wobei für die Diagnose Unterschiede von entsprechenden Parametern eines der Diagnose zu unterziehenden Individuums und einer Mehrzahl von Probeindividuen herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Raumvektor von einem Koordinatenursprung ausgehend dargestellt und eine von der
Vektorspitze beschriebene räumliche Bahn und/oder eine räumliche Geschwindigkeit der sich entlang der Bahn bewegenden Vektorspitze im virtuellen Raum um den Koordinatenursprung parametrisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vektor- kardiometrische Methode eine kardiogoniometrische Methode ist und ein kartesisches Koordinatensystem verwendet wird, das sich an der Herzlängsachse ausrichtet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter maximale und minimale räumliche Geschwindigkeiten und dazugehörige Zeitpunkte innerhalb des Herzschlages ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer T- und einer R-Schleife ein J-Punkt mit minimaler räumlicher Geschwindigkeit ermittelt wird.
Nerfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter der Verlauf der räumlichen Bahn der Vektorspitze durch vorgegebene Raumbereiche, die durch Richtung und Abstand vom Koordinatenursprung definiert sind, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Raumbereiche sich voneinander unterscheiden durch die Wahrscheinlichkeit, mit der für Vergleichs-Individuen ermittelte räumliche Bahnen durch sie verlaufen.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter räumliche Flächen, Exzentrizitäten und/oder räumliche Basislinien von Schleifen der räumlichen Bahn der Vektorspitze ermittelt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter relative Potentialsummen oder Aufenthaltszeiten in von der räumlichen Bahn durchlaufenen Oktanten des Koordinatensystems ermittelt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Parametern durch logistische Regression linear verknüpft werden.
10. Datenverarbeitungssystem für die Verarbeitung eines Vektor-kardiometrisch ermittelten Raumvektors, der den zeitlichen Verlauf eines das elektrische Feld des Herzens darstellenden Summenvektor mit einer der Feldrichtung entsprechenden Richtung und einer dem Potential entsprechenden Länge abbildet, zu Parametern, die zu Diagnosezwecken verwendbar sind, welches Datenverarbeitungssystem Eingabemittel und Displaymittel aufweist sowie eine Schnittstelle zur Zuführung von an einem Individuum zwischen Ableitungspunkten gemessenen Potentialdifferenzen und Mittel zur Umrechnung der zugeführten Potentialdifferenzen in die den Raumvektor darstellenden Daten, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenverarbeitungssystem ferner Mittel aufweist zur Visualisierung der Bewegung des Raumvektors als von einem Koordinatenursprung ausgehend und zur Erzeugung von für die Diagnose verwendbaren Parametern aus der räumlichen Bahn der Vektorspitze um den Koordinatenursprung und/oder aus der räumlichen Geschwindigkeit der sich entlang dieser Bahn bewegenden Vektorspitze.
11. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner Speichermittel zur Speicherung von Vergleichsdaten und Vergleichsparametern aufweist, sowie Mittel zum Vergleichen der
Vergleichsdaten oder Vergleichsparametern mit aktuellen Daten oder
Parametern.
12. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass es zur statistischen Auswertung von ermittelten Daten und Parametern Mittel zur Ermittlung von Mittelwerten, von mittleren Werten und von Standardabweichungen aufweist.
13. Datenverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner Mittel zur Erzeugung von Grenzwerten für Parameter und von Wahrscheinlichkeitsräumen für die räumliche Bahn aufweist.
14. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es ausgerüstet ist für eine Visualisierung von übereinandergelegten aktuellen Daten oder Parametern und Vergleichsdaten oder Vergleichsparametern, Grenzwerten oder Grenzbereichen oder Wahrscheinlichkeitsräumen.
15. Datenverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es für die Durchführung einer logistischen Regression zur linearen Kombination einer Mehrzahl von Parametern ausgerüstet ist.
16. Speichermedium mit einem darauf gespeichertem Programmcode, der einen Computer, in dem das Speichermedium eingeführt wird, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 veranlasst.
PCT/CH2002/000667 2002-01-07 2002-12-05 Verfahren zur erzeugung von kardiometrischen parametern, die ins besondere für diagnosezwecke verwendbar sind WO2003057031A1 (de)

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