DE102006056156B4

DE102006056156B4 - Anordnung zur Erfassung von EKG-Signalen

Info

Publication number: DE102006056156B4
Application number: DE102006056156A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Rößler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2010-02-25
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: CN101190126B; CN101190126A; US20080125667A1; US8116856B2; DE102006056156A1

Abstract

Anordnung zur Erfassung von EKG-Signalen, mit wenigstens drei Elektroden, die über Leitungen mit einer Verstärkereinheit verbunden sind, bei der wenigstens zwei Leitungen von der Verstärkereinheit bis zu einem Verzweigungspunkt keinen oder lediglich einen geringen Abstand zueinander aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Verzweigungspunkt zwischen den wenigstens zwei Leitungen (18, 19, 20) zumindest über einen Teil ihrer Länge eine elastische Membran (22) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erfassung von EKG-Signalen, mit wenigstens drei Elektroden, die über Leitungen mit einer Verstärkereinheit verbunden sind, bei der wenigstens zwei Leitungen von der Verstärkereinheit bis zu einem Verzweigungspunkt keinen oder lediglich einen geringen Abstand zueinander aufweisen.
Für die Magnetresonanztomographie (MR) ist es erforderlich, die EKG-Signale des Patienten zu erfassen, um die Triggerung der MR-Messsequenzen auf den Herzschlag des Patienten zu synchronisieren. Ebenso kann durch das bei einer MR-Untersuchung erfasste EKG-Signal die Information über die aktuelle Herzphase erhalten werden. Wenn die EKG-Signale und die Triggerung bzw. Auslösung der Messsequenz nicht synchronisiert werden, besteht die Gefahr, dass die MR-Bilder Bewegungsartefakte enthalten.
In der Praxis ist die Erfassung der EKG-Signale allerdings mit Schwierigkeiten verbunden, da die bei den MR-Sequenzen wirkenden elektrischen und magnetischen Felder in erheblichem Umfang störend in die EKG-Elektronik einkoppeln, wodurch die zuverlässige Bestimmung der Herzphase beeinträchtigt wird. Neben diesen unerwünschten Einkopplungen in die EKG-Elektronik tritt bei höherer magnetischer Flussdichte der so genannte magnetohydrodynamische Effekt auf, der zu einer Überhöhung der T-Welle des Herzschlags führt. Die verschiedenen Phasen des Herzzyklus werden in der Elektrokardiographie mit Buchstaben bezeichnet, beispielsweise durch die Abfolge P-Q-R-S-T. Die R-Zacke zeigt dabei den größten Ausschlag, sie ist der Bezugspunkt der Triggerung und muss deswegen zuverlässig bestimmt werden.
Ein Verfahren zur EKG-Triggerung einer Messsequenz eines Magnetresonanzgeräts ist aus der US 6,070,097 bekannt, aller dings werden die EKG-Signale eines Patienten dort über einen einzigen Kanal erfasst.
In der WO 99/04688 A1 ist die Erfassung von zwei EKG-Kanälen vorgeschlagen worden, aus der eine Vektordarstellung in einem Koordinatensystem abgeleitet wird. Aus dieser Darstellung soll die R-Zacke des Herzzyklus entnommen werden können. Es ist jedoch zweifelhaft, ob dieses Verfahren eine ausreichende Zuverlässigkeit aufweist, da diese Vektorprojektion von vielen Einflüssen abhängig ist, beispielsweise verändert sie sich, wenn der Patient den Atem anhält.
Aus der US 2004/0225210 A1 ist eine gattungsgemäße Anordnung zur Erfassung von EKG-Signalen bekannt. Dort sind verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen zwei oder mehr Leitungen zumindest abschnittsweise mit geringem Abstand zueinander geführt sind. Ein Ende der Leitungen kann an einen Verstärker angeschlossen werden, am anderen Ende der Leitungen befindet sich eine Elektrode, gegebenenfalls kann auch ein Verzweigungspunkt vorhanden sein.
Aus der DE 10 2005 004 859 A1 ist eine EKG-Elektroden-Anordnung für MR-Anwendungen bekannt, bei der mehrere Elektroden über jeweils eine Leitung mit einem Verstärker verbunden sind.
Eine typische herkömmliche Anordnung zur Erfassung von EKG-Signalen ist schematisch in 1 dargestellt. Die Anordnung umfasst drei Elektroden 1, die über Klemmen 2 jeweils mit einer Leitung 3 verbunden sind, die einzelnen Leitungen 3 sind zu einer Verstärkereinheit 4 geführt, in der sie zur Weiterverarbeitung verstärkt werden. Die Elektroden 1 werden auf dem Brustkorb eines Patienten platziert, wobei die Kabel 3 beliebig verlegt werden können. Es ist auch möglich, mehr als drei Elektroden zu verwenden.
Die in 1 gezeigte Erfassung der Spannungen U1 und U2 erfolgt über zwei Schleifen, die jeweils von zwei Leitungen 3 und einer gestrichelt gezeichneten Strecke 5 im Körper gebildet werden. Das abzuleitende EKG-Signal kann als Spannungsquelle U_I oder U_AVF angesehen werden.
An der Verstärkereinheit 4 kann für jede Schleife eine Spannung gemessen werden, die die Summe des abgeleiteten EKG-Signals und eines induzierten Spannungsanteils ist. Der induzierte Spannungsanteil verursacht die störenden Einkopplungen in das EKG-Signal und lässt sich nach dem Induktionsgesetz berechnen. Die induzierten Spannungen berechnen sich nach dem Induktionsgesetz als Flächenintegral. Die Flächen S₁ und S₂ entsprechen dabei jeweils der Schleife, die durch zwei Leitungen und den dazwischen liegenden Weg im Körper des Patienten gebildet wird. Je größer diese Fläche ist, desto größer ist auch die unerwünschte induzierte Spannung.
Wenn die EKG-Signale erfasst werden, um die Messung eines Magnetresonanzgeräts zu triggern, besteht das Problem, dass durch die sich ändernden Magnetfelder Störungen in das EKG-Signal eingekoppelt werden. Im Stand der Technik ist vorgeschlagen worden, diese Störungen durch eine aufwändige Signalverarbeitung herauszufiltern oder zu unterdrücken. Diese Vorgehensweise erfordert allerdings einen hohen Aufwand für die Signalverarbeitung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Erfassung von EKG-Signalen anzugeben, bei der der Einfluss störender Magnetfelder verringert ist und die keine aufwändige Signalverarbeitung erfordert.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass hinter dem Verzweigungspunkt zwischen wenigstens zwei Leitungen zumindest über einen Teil ihrer Länge eine elastische Membran gebildet ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die störenden Einkopplungen in das EKG-Signal verringert werden können, indem die zwischen zwei Leitungen gebildete Fläche minimiert wird. Somit werden die störenden Einkopplungen unmittelbar am Ort ihrer Entstehung minimiert.
Im Rahmen der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Leitungen parallel zueinander verlaufen und/oder als Bestandteil eines mehrere Leitungen aufweisenden Kabels ausgebildet sind. In diesem Fall ist der Abstand zwischen den Leitungen konstant und sehr gering bzw. es ist überhaupt kein nennenswerter Abstand vorhanden, sodass auch die zwischen den Leitungen aufgespannte Fläche vernachlässigbar gering ist, was zur Folge hat, dass praktisch keine störenden Spannungen induziert werden.
Der Abschnitt der Leitungen, bei dem die wenigstens zwei Leitungen keinen oder lediglich einen geringen Abstand zueinander aufweisen, befindet sich zwischen der Verstärkereinheit und dem Verzweigungspunkt. Im weiteren Verlauf von dem Verzweigungspunkt zu den Elektroden verlaufen die Leitungen mit Abstand zueinander. Die in diesem Fall aufgespannte Fläche ist jedoch wesentlich kleiner im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen, bei denen die Leitungen von der Verstärkereinheit bis zu den Elektroden unabhängig und getrennt voneinander verlaufen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass sich der Verzweigungspunkt an oder in der Nähe einer Elektrode befindet. Beispielsweise können zwei Leitungen bis zu dem Verzweigungspunkt geführt sein, an dem sich eine Elektrode befindet, eine dieser Leitungen kann über den Verzweigungspunkt hinaus geführt sein. Bei anderen Ausgestaltungen der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Abschnitte der wenigstens zwei Leitungen zwischen dem Verzweigungspunkt und den Elektroden im Wesentlichen dieselbe Länge aufweisen. Alternativ können sie jedoch auch eine unterschiedliche Länge aufweisen.
Die Anzahl der bei der erfindungsgemäßen Anordnung verwendeten Leitungen beträgt wenigstens drei, selbstverständlich kann jedoch auch eine größere Anzahl an Leitungen verwendet werden, wobei sich an jedem Ende einer Leitung eine Elektrode befindet.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
1 eine herkömmliche Anordnung zur Erfassung von EKG-Signalen;
2 eine weitere Anordnung zur Erfassung von EK-Signalen;
3 eine weitere Anordnung zur Erfassung von EKG-Signalen; und
4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine Anordnung zur Erfassung von EKG-Signalen mit drei Elektroden 6, 7, 8, die jeweils über eine Leitung 9, 10, 11 mit einer Verstärkereinheit 4 verbunden sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Leitungen 9 und 11 gleich lang, die Leitung 10, die die Elektrode 7 mit der Verstärkereinheit 4 verbindet, ist demgegenüber kürzer. Wie in 2 zu sehen ist, sind die Leitungen 9, 10, 11 zwischen der Verstärkereinheit 4 und einem Verzweigungspunkt, der mit dem Ort der Elektrode 7 zusammenfällt, parallel zueinander angeordnet, sodass sie keinen oder nur einen sehr geringen Abstand voneinander aufweisen. Von dem Verzweigungspunkt bis zu den Endpunkten der Leitungen 9, 11, die durch die Elektroden 6, 8 gebildet werden, verlaufen die Leitungen 9, 11 getrennt voneinander.
In 2 sind ferner schematisch Pfade 12, 13 eingezeichnet, die die leitenden Strecken im Körper eines Patienten darstellen sollen. Die abzuleitenden EKG-Signale U_I und U_AVF sind als Spannungsquelle in 2 eingezeichnet. Man sieht, dass die von den Pfaden 12, 13 und den entsprechenden Leitungen 9, 11 eingeschlossenen Flächen S'₁- und S'₂ wesentlich kleiner sind im Vergleich zu den Flächen von 1, somit sind die störenden induzierten Spannungen ebenfalls beträchtlich verringert.
3 zeigt eine weitere Anordnung zur Erfassung von EKG-Signalen, wobei für übereinstimmende Bestandteile dieselben Bezugszeichen wie in 2 verwendet werden. In Übereinstimmung mit der Anordnung von 2 umfasst die Anordnung 14 Elektroden 6, 7, 8, die über Leitungen mit einer Verstärkereinheit 4 verbunden sind. Die Elektrode 6 ist über eine Leitung 15 mit der Verstärkereinheit verbunden, die Elektrode 8 ist über eine Leitung 16 mit der Verstärkereinheit verbunden, die Elektrode 7 ist über eine Leitung 10 mit der Verstärkereinheit 4 verbunden. Die Leitungen 10, 15, 16 weisen einen gemeinsamen Abschnitt auf, über den sie parallel geführt sind, der als Kabel mit drei innen liegenden Leitungen ausgebildet sein. Im Unterschied zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Abschnitte der Leitungen 15, 16 zwischen dem Verzweigungspunkt und den Elektroden 6, 8 unterschiedliche Längen auf, sodass sich unterschiedlich große Flächen S₃, S₄ ergeben, die jeweils durch die Leitungen 15, 16 und den entsprechenden Pfad im Körper des Patienten gebildet sind. Allerdings sind auch diese Flächen, von denen die Größe der induzierten Spannung abhängt, klein im Vergleich zu denjenigen der herkömmlichen Anordnung, die in 1 gezeigt ist.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Anordnung 17 zur Erfassung von EKG-Signalen umfasst drei Elektroden, die über Leitungen 18, 19, 20 mit der Verstärkereinheit 4 verbunden sind. Die Leitungen 18, 19, 20 sind jedoch nur in dem unmittelbar an die Verstärkereinheit 4 angrenzenden Abschnitt 21 parallel zueinander geführt. Im Anschluss daran verzweigen sich die Leitungen 18, 19, 20. In diesem verzweigten Bereich ist zwischen den Leitungen 18 und 19 so wie 19 und 20 eine elastische Membran 22 ausgebildet, die zum Beispiel aus einem Elastomer oder einem Gummimaterial hergestellt sein kann. Durch die Membran 22 sind die entsprechenden Abschnitte der Leitungen 18, 19, 20 elastisch miteinander verbunden, wodurch verhindert wird, dass sich diese Abschnitte zu weit voneinander entfernen. Andererseits ist es problemlos möglich, die Elektroden auf dem Körper eines Patienten nahezu beliebig zu positionieren. Die Membran 22 übt dann eine Rückstellkraft auf die entsprechenden Abschnitte der Leitungen 18, 19, 20 aus, die bewirkt, dass die Flächen der Spannungsschleifen verringert werden, sodass die unerwünschten induktiven Störungen ebenfalls verringert sind.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, insbesondere sind auch erfindungsgemäße Anordnungen zur Erfassung von EKG-Signalen denkbar, bei denen die verschiedenen beschriebenen Varianten kombiniert sind oder bei denen eine größere Anzahl von Elektroden oder Leitungen vorhanden ist.

Claims

Anordnung zur Erfassung von EKG-Signalen, mit wenigstens drei Elektroden, die über Leitungen mit einer Verstärkereinheit verbunden sind, bei der wenigstens zwei Leitungen von der Verstärkereinheit bis zu einem Verzweigungspunkt keinen oder lediglich einen geringen Abstand zueinander aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Verzweigungspunkt zwischen den wenigstens zwei Leitungen (18, 19, 20) zumindest über einen Teil ihrer Länge eine elastische Membran (22) gebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Leitungen (18, 19, 20) parallel zueinander verlaufen und/oder als Bestandteil eines mehrere Leitungen aufweisenden Kabels ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verzweigungspunkt an oder in der Nähe einer Elektrode befindet.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte der wenigstens zwei Leitungen zwischen dem Verzweigungspunkt und den Elektroden dieselbe Länge aufweisen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte der wenigstens zwei Leitungen zwischen dem Verzweigungspunkt und den Elektroden eine unterschiedliche Länge aufweisen.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (18, 19, 20) flexibel ausgebildet sind, insbesondere als Spiralkabel.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (22) aus einem Elastomer oder einem Gummimaterial hergestellt ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Membran (22) lösbar oder abnehmbar ist.