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Beispielanalyse "ANS-Explorer Professional"
Im Folgenden können Sie sich durch Bildschirmkopien einer Beispielanalyse einen Eindruck von der Software "ANS-Explorer" machen. In Abhängigkeit von der gewählten Programmversion und der gewählten EKG-Hardware gibt es verschieden komplexe Auswertungsmöglichkeiten. Bei der EKG-Aufzeichnung auf SD-Karte und der anschließenden Auswertung unter Verwendung des "NEUROCOR Kurzzeit-HRV-Analyse"-Knopfes können Sie Ihr Ergebnis schon nach wenigen Klicks in den Händen halten.
Um die außergewöhnliche Leistungsfähigkeit der Software zu demonstrieren, zeigt diese Beispielanalyse an Hand der Programmversion "ANS-Explorer Professional" und einer Live-EKG-Aufzeichnung jedoch alle Bildschirminhalte der Hauptmenüs.
Abbildung 1
Da man sich bei der HRV-Analyse besonders für die feinen Variationen im Herzschlag interessiert, ist es wichtig ein echtes EKG, welches mit ausreichend hoher Frequenz abgetastet wurde, als Eingangssignal zur Verfügung zu haben. Brustgurte oder optischen Aufnehmer sind aus physiologischen und technischen Gründen dafür ungeeignet. Ihre Verwendung ist mit Einschränkungen maximal für den Amateurbereich zulässig. Auf dem obigen Foto (Abbildung 1) sehen Sie die typischen EKG-Klebepositionen.
Die Software "ANS-Explorer" besteht aus zwei miteinander vernetzten Modulen, dem "ANS-Tracer" und dem Namensgeber des Analysepaketes, dem "ANS-Explorer".
Modulbeschreibung ANS-TRACER
Das Modul "ANS-Tracer" ist ein Patientenverwaltungssystem, welches über eine gesicherte Bluetooth-Funkverbindung oder über eine Speicherkarte EKG-Daten eines medizinischen 3-Kanal-EKG-Verstärkers empfängt und diese Daten in chronologischer Folge unter Verwendung aller notwendigen Patienteninformationen für die Weiterverarbeitung zur Verfügung stellt (Abbildung 2).
Abbildung 2
Im Gegensatz zur Offline-Aufzeichnung auf eine Speicherkarte hat man bei der Online-, oder Live-EKG-Aufzeichnung sehr viele Eingriffsmöglichkeiten. In dem dargestellten Setup-Dialog kann vor der Messung ein Aufzeichnungsverfahren gewählt werden. Der "Kurzzeit-HRV-Analyse"-Modus führt aus dem schnellsten Weg zu einer standardisierten Aufzeichnung und Analyse. Die "manuelle EKG-Ableitung" erlaubt eine beliebige Aufzeichnungsdauer. Zudem ist es möglich beliebige Interventionsmarker mit jeweils freier Textgestaltung zu setzen. Die "EKG-Ableitung mit Ablaufplan" ist für vollautomatische Aufzeichnung gedacht. Im Vorfeld können Ablaufpläne erstellt werden die dann die Aufzeichnungdauer, Pausen, Interventionsmitteilungen, Interventionsmarker exakt steuern. Dies ist sinnvoll bei sich wiederholenden Aufzeichnungen mit komplexem Studiendesign (Abbildung 3).
Abbildung 3
Die gezeigt Aufzeichnung erfolgt im "NEUROCOR Kurzzeit-HRV-Analysestandard". Alle Parameter sind dabei fest definiert. Die mit 500Hz bzw. 600Hz aufgezeichneten EKG-Daten werden dabei vollautomatisch in definierte Interventionsphasen untergliedert. Um valide Rohdaten zu gewährleisten, wird während der Aufzeichnung ständig der Kontakt zu den EKG-Elektroden überprüft und die empfangenen Einthovenableitungen in einer Onlineanzeige dargestellt (Abbildung 4).
Abbildung 4
Zu einem beliebigen Zeitpunkt können die Daten zwecks Interpretation weiterverarbeitet werden. Dazu werden zunächst die in den Einthovenableitungen enthaltenen QRS-Komplexe mit Hilfe eines mehrstufigen Algorithmus vollautomatisch detektiert und die R-Zacke durch eine senkrechte rote Line markiert. Ein manueller Benutzereingriff zum Verschieben, Einfügen oder Löschen von Detektionsmarkern ist ebenso möglich (Abbildung 5).
Abbildung 5
Aus der gewählten Einthovenableitung wird mit den detektierten QRS-Komplexen ein sogenannter Multikonturplot gezeichnet (Abbildung 5a). Mit dieser Darstellungsform können Sie mit einem Blick erkennen ob die aufgezeichneten EKG-Daten Arrhythmien oder Störungen enthalten. Bei Bedarf können Sie dann zum entsprechenden EKG-Abschnitt scrollen und diesen begutachten und vermessen.
Abbildung 5a
Die auf diese Weise extrahierten RR-Intervalle können vollständig oder abschnittweise an das Programmmodul ANS-Explorer übergeben werden. In der "Research"-Lizenz können die RR-Daten zur gesonderten Weiterverarbeitung auch in Textform exportiert werden. Da die hier gezeigten Daten im "NEUROCOR Kurzzeit-HRV-Analysestandard" aufgezeichnet wurden erfolgt die Übergabe automatisch (Abbildung 6).
Abbildung 6
Modulbeschreibung ANS-EXPLORER
Der ANS-Explorer als zentrales Modul bereitet nun die vom Modul "ANS-Tracer" importierten RR-Intervalle auf und berechnet die verschiedenen zeit- und frequenzbezogenen Parameter der Herzratenvariabilität.
Bei Bedarf können in dem gezeigten Vorschaufenster die RR-Daten auch nur Abschnittsweise eingelesen werden. Da die hier gezeigten Daten im "NEUROCOR Kurzzeit-HRV-Analysestandard" aufgezeichnet wurden erfolgt die Übergabe automatisch (Abbildung 7).
Abbildung 7
Die im Importbereich angezeigten Daten werden ohne weiteren Eingriff durchanalysiert. Die wichtigsten Einstellung sind als Übersicht aufgeführt. Es wäre an dieser Stelle möglich sich direkt den Ergebnisbericht auszudrucken.
Um die differenzierte und transparente Arbeitsweise der Software zu demonstrieren werden im folgenden die zum Ergebnis führenden Arbeitsschritte aufgezeigt (Abbildung 8).
Abbildung 8
Um die vielen verschiedene HRV-Parameter zu berechnen und eine valide Aussage daraus ableiten zu können, ist es notwendig, die gemessenen Ausgangsdaten verschiedenen mathematischen Vorberechnungen zu unterziehen, bevor sie z.B. der Spektralanalyse zugeführt werden. Die Ausgangsdaten für alle folgenden Berechnungen sind dabei die zeitlichen Abstände zwischen den aufeinander folgenden Herzschlägen, RR-Zeiten genannt.
Aus organischen Gründen - wie z. B. Sinus-Arrhythmien - oder aus technischen Gründen - wie z. B. Bewegung bei der EKG-Ableitung - kann die Folge von RR-Zeiten artefaktbehaftet sein. Mit Hilfe eines Korrekturalgorithmus werden die verschiedenen Artefakte eliminiert und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass weder die Gesamtzeit noch die Phasenlage des Signals verletzt werden darf, durch artifizielle RR-Intervalle ersetzt. Die Grenze der Artefakttoleranz ist dabei einstellbar.
Um sich bei der visuellen Kontrolle schnell einen Überblick darüber verschaffen zu können, aus welchem Grunde ein RR-Intervall als Artefakt gekennzeichnet wurde, wird parallel zur Darstellung der RR-Intervalle der entsprechnene Ausschnitt des Roh-EKGs mit den detektierten QRS-Komplex-Markern gezeichnet. Durch einen einfachen Mausklick in die Grafik oder in die entsprechend positionierte Tabelle kann eine Artefaktmarkierung gesetzt oder aufgehoben werden. Bei der Änderung der Toleranzgrenze oder von Artefaktmarkierungen werden die Grafiken, die Berechnung der Datengüte und alle folgenden Berechnungsschritte unmittelbar aktualisiert (Abbildung 9).
Abbildung 9
Die folgende Abbildung zeigt einen gezoomten Ausschnitt der Messwertereihe. Einzelwerte wurden durch Punkte hervorgehoben. Durch Aktivieren des Schalters 'Berechnung übergehen' werden die Berechnungen des jeweiligen Fensters, z.B. die Artefaktkorrektur, ignoriert. Im Falle derArtefaktkorrektur kann man sehr schön erkennen, welche dramatischen Auswirkungen eine nicht oder falsch durchgeführte Artefaktkorrektur auf das Endergebnis hat (Abbildung 10).
Abbildung 10
Auf der gleichen Registerkarte ist ess auch möglich die RR-Zeiten in Form eines Rhythmogramms darzustellen.
Abbildung 11
Da es sich bei den gegebenenfalls artefaktkorrigierten RR-Zeiten bis zu diesem Berechnungsschritt um eine unregelmäßige Zeitreihe handelt, ist es nötig, die Daten durch ein Resampling in eine Zeitreihe mit äquidistanten Intervallabständen zu wandeln, da andernfalls keine Berechnungen in der Frequenzdomäne zulässig sind. Dazu wird eine Interpolationsmethode auf Basis von kubischen Splines verwendet, da hiermit eine wesentlich exaktere Werteschätzung möglich ist als bei Methoden, die wenigere Nachbarwerte berücksichtigen (Abbildung 12).
Abbildung 12
In einem nächsten Schritt werden die so vorbereiteten Daten einem Detrending unterzogen, um den DC-Anteil und weitere störende niederfrequente Frequenzkomponenten zu beseitigen. Die der schnellen Fouriertransformation zugrundeliegende Therorie besagt, dass diese nicht auf instationäre Signale angewendet werden darf. Dies triff z.B. auch zu, wenn sich während der EKG-Aufzeichnung der Puls deutlich ändert. Solche Signale können mitunter durch die Eliminierung höhergradiger Trends verbessert werden. Dazu kann ein Detrending mit orthogonalen Polynomen verwendet werden.
Wenn Sie instationäre Signale, wie z.B. EKG-Signale während oder unmittelbar nach einer körperlichen Belastung, auftreten analysieren möchten so beachten Sie bitte das Angebot unsere Software "Fitness-Observer". (Abbildung 13).
Abbildung 13
Nach der Faltung mit einer Signal-Fensterfunktionen werden die so vorbereiteten Daten in einem letzten Schritt der FFT zugeführt werden. Als Endergebnis kann das Amplitudenspektrum, das Powerspektrum, der Realteil, der Imaginärteil, der Phasenwinkel, der Kosinus- und der Sinusanteil über dem interessierenden Frequenzbereich, bevorzugt von 0 bis 0.5 Hz, dargestellt werden. Die Berechnung und die Anzeige der Signalenergie erfolgt in anpassbaren Frequenzbändern von 0 - 0.04 Hz (VLF), von 0.04 - 0.15 Hz (LF) und von 0.15 - 0.4 Hz (HF).
Nach der Integration der Frequenzbänder werden die benötigten Ergebnisse wie z.B. die sympatho-vagale Balance berechnet (Abbildung 14).
Abbildung 14
Die Rohwerte der Spektralanalyse werden auch als Tabelle ausgeben (Abbildung 15). In der Programmversion "ANS-Explorer Research" können auf Wunsch auch alle Ergebnisse strukturiert exportiert werden.
Abbildung 15
Zusätzlich zu den HRV-Parametern der Frequenzdomäne werden auch Zeitbereichsparameter berechnet. Auf der Registerkarte "Zeitbereichsparameter" finden Sie wichtige Werte wie z.B. SDRR, RMSSD,... oder auch die Verteilung der RR-Zeiten graphisch als Histogramm dargestellt. So kann man schnell einen Eindruck von der Enge oder Breite des Verteilungsmusters erhalten und Ausreißerwerte unmittelbar erkennen (Abbildung 16).
Abbildung 16
Einem ähnlichen Zweck dient auch die Poincaré-Darstellung, bei der die aktuellen RR-Intervalle in Abhängigkeit von den jeweils vorausgegangenen RR-Intervallen in einem zweidimensionalen Koordinatensystem dargestellt werden. Das sich daraus ergebende Verteilungsmuster ist für einen gesunden Menschen charakteristischerweise eine Wolke in Torpedo-, Zigarren- oder Kometenform. Ein ausgeprägter Sinusrhythmus ist durch eine breite Streuung der Punkte um die 45°-Achse gekennzeichnet, ein eingeschränkter dagegen durch eine schlanke Punktewolke. Bestimmte kardiologische Erkrankungen fallen durch eine spezifische Abweichung von der normalen Verteilungsform auf. So sind z.B. kleinere Punktegruppen abseits der normalen Verteilungsform ein Zeichen von fehlenden, zusätzlichen oder zeitlich veränderten Herzschlägen (Abbildung 17).
Abbildung 17
Schließlich können alle Einzeldaten auch numerisch und graphisch als Abweichungen von einer Populationsnorm dargestellt werden, um auf diese Weise die Position eines Individuums in einer Referenzgruppe deutlich zu machen. Durch diese Darstellungsweise wird zum Beispiel ersichtlich, wie die gemessenen Werte eines Individuums im Hinblick auf seine Alters-, Geschlechts-, Patienten- oder Trainingsgruppe zu beurteilen sind und welchen Rang das Individuum in seiner Vergleichsgruppe einnimmt. Hierzu werden die Ausgangswerte in Prozentrangwerte transformiert (Abbildung 18).
Optional ist es möglich, dass wir Ihnen eine Vergleichsnorm aus Ihrem eigenen Patientenklientel erzeugen. Diese Art der Darstellung erleichtert die Einordnung einer untersuchten Person. Auch lassen sich damit z.B. Trainingsfortschritte besser beurteilen indem man mit steigendem Trainingsfortschritt die Vergleichsgruppe ändert von z.B. Normalpopulation über Gelegenheitssportlern zu Leistungssportlern (Abbildung 18).
Abbildung 18
Die Abbildung 19 zeigt den Vergleich zu einer statischen Normgruppe als Grafik.
Abbildung 19
Als finale Aussage über den Status der autonm-nervösen Regulationsfähigkeit einer Person werden die zwei aussagefähigsten Messparameter in einer Darstellung kombiniert. Und zwar das Maß für die Höhe der autonomen Gesamtaktivierung (SDRR oder Total Power) auf der y-Achse und das Maß der sympatho-vagalen Balance (LF/HF) auf der x-Achse. In einer intuitiv verständlichen Farbgrafik wird es auf diese Weise möglich, sowohl die Höhe wie auch die Richtung der autonomen Aktivierung eines Individuums auf einen Blick zu erkennen.
Farbgrafik und die Achsenskalen orientieren sich in ihrer Gestalt an der Verteilungsfunktion einer realen Normstichprobe und sind aus diesem Grund nicht linear. Dies verhindert Fehlinterpretationen durch Verzerrungen. Diese Art der Darstellung ist international geschützt.
Weiterhin ist es uns gelungen mit dem ARI (Autonomer Regulations Index) einen Parameter zu entwickeln, welcher unter der Berücksichtigung exponentiell regressiver Zusammenhänge zwischen der autonomen Gesamtaktivierung und der sympatho-vagalen Balance einen einzelnen Wert im Sinne eines Gesundheitsindexes des autonomen Nervensystems darstellt.
Um dem Anwender die Interpretation der Ergebnisse zu erleichtern wird zusätzlich bei jeder Analyse eine individuelle Interpretationshilfe in Textform ausgeben (Abbildung 20).
Abbildung 20
Auf Wunsch unserer Industriekunden, welche das "ANS-Explorer"-Analysesystem im großen Umfang bei den arbeitsmedizinischen Untersuchungen Ihrer Belegschaft einsetzten ist ein ausdruckbarer und per Mail versendbarer "Kurzzeit-HRV-Analysebericht" entstanden, welcher die wichtigsten Ergebnisse übersichtlich auf einem DIN-A4-Blatt zusammenfasst.
Abbildung 21
Auf vielfache Anregung unserer Kunden und Kollegen, welche allgemein medizinsche Praxen betreiben wurde der obige Bericht um einen bei Bedarf generierbaren Bericht erweitert, welcher individuelle Empfehlungen zur Verbesserung des Gesundheitszustandes und Empfehlungen über weitergehende labordiagnostische Schritte enthält (Abbildung 22).
An dieser Stelle möchten wir uns nochmals für die vielen Ideen und auch konkreten Verbesserungsvorschläge unserer Kunden bedanken. Es wird auch zukünftig ein Hauptanliegen von uns sein, mit Ihrer Hilfe unsere Produkte zeitnah zu verbessern.
Abbildung 22
In der Professionalversion werden die wichtigsten Ergbnisse, Grafiken, Interpretationstexte und zudem einige grundlegende Informationen zu der durchgeführten HRV-Analyse zusätzlich auf einem 5-seitigen Ergebnisbericht angezeigt. Dieser Bericht eignet sich zur Weitergabe an den interessierten Kunden.
Abbildung 23
Nach durchgeführter HRV-Analyse ist es zudem möglich den "Procam Score" des Patienten zu berechnen.
Der sogenannte Procam-Risikorechner schätz das individuelle Risiko einer Person ab, in den nächsten 10 Jahren einen Herzinfarkt zu erleiden. Die Datenlage bezieht sich auf die durchgeführte Procam Studie.
Die erhobenen Daten stammen aus Studien von 35-45jährigen Männern, eine derartige Liste speziell für Frauen konnte bisher noch nicht erstellt werden. Man geht davon aus, dass 45-65jährige Frauen nach den Wechseljahren etwa ¼ des Risikos eines gleichaltrigen Mannes für Herzinfarkt haben. Bei Frauen wird die Gesamtpunktzahl wie bei den Männern errechnet und anschließend durch 4 geteilt.
Bei dem Procam Score wird jedem einzelnen Risikofaktor eine Punktzahl zugeordnet, die Punktzahl wird ermittel und anschließend zusammengezählt. Anhand der Gesamtpunktzahl wird das vorhandene Risiko abgeschätzt.
Die Risikofaktoren sind im Einzelnen:
LDL, Cholesterin, HDL-Cholesterin, Triglyceride, Nüchtern-Blutzucker, systolischer Blutdruck, Diabetes ja/nein, Alter, Raucher ja/nein, blutdrucksenkende Medikation, familiäre Belastung.
Mit freundlicher Genehmigung der Assmann-Stiftung für Prävention.
Abbildung 24
Die Antworten zu 14 wichtigen anamnestischen Fragen können nach der HRV-Analyse zur dauerhaften Dokumentation abgespeichert werden.
Abbildung 25
In der Researchversion steht eine Exportfunktion zur Verfügung, mit der die Daten für die Weiterverarbeitung mit einem Statistikprogramm abgespeichert werden können. Die Exportfunktion erstellt eine umfangreiche und detaillierte Dokumentation der jeweiligen Berechnung. Es kann auch eine Gesamtdatei zur Gruppenauswertung erzeugt werden (Abbildung 26).
Abbildung 26
Möchten Sie das "ANS-Explorer Softwarepaket" zum genaueren Kennenlernen testen?
Senden Sie uns im Supportbereich mit dem Betreff "Download Demosoftware" eine schon vorbereitete Nachricht. Sie bekommen von uns dann die Demoversion des aktuellen "ANS-Explorers" zum zeitlich unbegrenzten Testen zugesendet. Die Funktionen der Software arbeiten ohne Einschränkungen. Mit installiert werden 2 Testdatensätze. Wenn Sie eigene Daten importieren möchten, beachten Sie bitte, dass die eingelesenen Daten mit einem Zufallswert überlagert werden.