Automatische Diagnoseunterstützung bei Herzrhythmusstörungen

Automatische Diagnoseunterstützung bei Herzrhythmusstörungen*
Ausgangslage
Das Herz des Menschen schlägt ungefähr 100 000 Mal pro Tag und pumpt bei
jedem Schlag etwa 70 Milliliter Blut in den Kreislauf. Dabei führen die vier Herzkammern – zwei »Vorhöfe« oder »Atria« und zwei »Ventrikel« – sowie ein System
von Herzklappen zwischen diesen Kammern eine koordinierte Bewegungsfolge
aus. Diese wird von einem aus Nervenfasern und -knoten bestehenden so genannten »Erregungsleitungssystem« gesteuert.
Dauer
Schuljahr 2011/12,
Beginn: 31. August 2011/12
Projektleitung
Dr. Hagen Knaf
Fraunhofer-Institut für Techno- und
Wirtschaftsmathematik ITWM
Fraunhofer-Platz 1
67663 Kaiserslautern
Tel.: 0631 31600-4428
[email protected]
Organisation
Sylvia Gerwalin
Fraunhofer-Institut für Techno- und
Wirtschaftsmathematik ITWM
Fraunhofer-Platz 1
67663 Kaiserslautern
Tel.: 0631 31600-4424
[email protected]
www.felix-klein-zentrum.de
Bild 1: Menschliches Herz und Erregungsleitungssystem
Die SchülerInnen werden durch das
TheoPrax-Team im Felix-KleinZentrum für Mathematik betreut.
Der Stromfluss im Erregungsleitungssystem erzeugt ein messbares elektrisches
Feld, das man mit einem Recorder aufzeichnen kann. Diese Aufzeichnung – das so
genannte »Elektrokardiogramm« (EKG) – kann ein Kardiologe analysieren um
Erkrankungen des Herzens zu diagnostizieren: Der Kurvenverlauf im Elektrokardiogramm spiegelt nämlich genau die einzelnen Aktionen der Herzkammern wider. Deswegen wiederholt sich das gleiche Muster im EKG im Wesentlichen auch
immer wieder. Es entspricht einem Herzschlag und wird »PQRST-Komplex« genannt. Natürlich gibt es Variationen, die den unterschiedlichen Belastungsphasen
des Herzens z.B. beim Schlafen, Sporttreiben oder Lesen entsprechen.
Bild 2: Elektrokardiogramm und PQRST-Komplex
∗ © 2011 by Felix-Klein-Zentrum für Mathematik, Kaiserslautern. Dieses Material darf
im Rahmen von schulischer und universitärer Ausbildung unter Quellenangabe frei
verwendet werden. Die Benutzung im Rahmen von Veröffentlichungen, Fortbildungsveranstaltungen u.a. bedarf der Zustimmung beim o.g. Urheber.
Erblich bedingt oder durch Erkrankungen (z.B. Herzinfarkt) können Schäden im
Erregungsleitungssystem auftreten; diese verursachen Herzrhythmusstörungen
verschiedener Art und Gefährlichkeit. Eine davon ist das »Vorhofflimmern« (Atrial
Fibrillation, AF), bei dem die beiden Atria zeitweise schnelle, unkoordinierte Kontraktionsbewegungen durchführen. Dies ist normalerweise nicht unmittelbar
gefährlich, führt aber zu einer ineffizienten Pumpleistung des Herzes mit entsprechenden Beschwerden, und kann durch Schaumbildung im Blut im schlechtesten Fall einen Schlaganfall zur Folge haben.
Die Diagnose von Herzrhythmusstörungen anhand des EKGs im Allgemeinen und
des Vorhofflimmerns im Besonderen sind zeitaufwendig. Daher ist es wünschenswert so genannte Screeningmethoden zu verwenden, die folgende Eigenschaften besitzen sollten: Schnelle Anwendbarkeit, keine hohen Anforderungen
an die verwendeten Messdaten, hohe Erkennungsraten der gesuchten Rhythmusstörung bei akzeptabler Erkennung des Nichtvorliegens der Störung.
Für das Vorhofflimmern versucht man Screeningverfahren auf der Basis der zeitlichen Abstände zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Herzschlägen aufgezeichnet über einen bestimmten Zeitraum zu ermitteln. Im EKG entspricht der Abstand
zwischen den hohen Kurvenspitzen gerade der Zeitdauer zwischen zwei Herzschlägen – Mediziner nennen diesen Abstand das »RR-Intervall«. Es kann bis auf
ein Tausendstel einer Sekunde genau bestimmt werden.
Ziel des Projektes
Im Projekt soll ein Screeningverfahren für das Vorhofflimmern definiert und hinsichtlich seiner Güte untersucht werden. Als Inputdaten soll dieses Verfahren die
Aufzeichnung von RR-Intervallen über einen bestimmten Zeitraum benutzen.
Inhalte des Projekts

Definition eines Kriteriums zur Erkennung von Vorhofflimmern aus
einer Aufzeichnung der RR-Intervalle über 24 Stunden.

Festlegung von Gütekriterien für das Screeningverfahren.

Funktioniert das Screeningverfahren in akzeptabler Form, wenn man
nur einstündige Aufzeichnungen der RR-Intervalle verwendet?

Abschlussbericht sowie Abschlusspräsentation
Für die Bearbeitung der Aufgaben stellt das Fraunhofer ITWM RR-Intervalldaten
von Personen mit und ohne Vorhofflimmern zur Verfügung.
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