A Z ELEKTRÓDA FELHELYEZÉS HIBÁI

Az elektródák felhelyezése kritikus kérdés, jellemzően a kevés csatornaszámú EKG mérések esetében, ahol a hibák számottevőek lehetnek, mivel a diagnosztikai információt kevés mért elvezetés hordozza.

Kevés és sokcsatornás esetben is a legtöbb hibát a pontatlanul, nem a megfelelő anatómiai helyre felhelyezett elektródák jelentik. A felhelyezési hibákra vonatkozó becsült értékek rendszerint szimulációs és modell vizsgálatok eredményeiből származnak [83, 141]. A mérési pontok EKG és TPT esetében is anatómiai helyekhez rendeltek. Jellemzően két alapvető lehetőség adódik: vagy könnyen felhelyezhető, de a szív általános elektromos tevékenységét rosszul becslő elektródákat választunk, ezek lehetnek, pl. a végtagi elvezetések, szegycsont vagy gerinc által meghatározott elvezetések, vagy nehezen felhelyezhető (pl. pontos anatómiai ismereteket igénylő) elektródákat választunk, melynek az információtartalma is pontosabb, mint pl. a V1-V6 elvezetés a standard 12 elvezetéses EKG-n, vagy számos nem ekvidisztáns mérőelrendezés elektródái.

Az elektróda-felhelyezés pontatlanságait 192-es és 12 elvezetéses rendszer esetén klinikailag inhomogén populáción szimuláltam, ahol a mellkasi elvezetések pontjait 4 irányba (fel, le, jobbra, balra) mozgattam 0,5 és 3 cm közötti távolságokban 0,5 cm-es lépésközzel. A vizsgálat célja az volt, hogy a mérés reprodukálásakor felmérhető legyen a technológia érzékenysége. A vizsgálatba 150 páciens Lux 32 elvezetés rendszerrel mért páciens TPT adatait használtam fel: 50 normál (NOR) 15 inferior miokardiális infarktuson (IMI), 15 posterior miokardiális infarktuson (PMI), 15 anterior miokardiális infarktuson (AMI) átesett páciens, valamint 20 ischemiás szívbeteg (IHD), 10

Wolff-Parkinson-White szindrómás és 25 különböző aritmiás eset mérési eredményeit használtam. Az adatokat a CVRTI adatbázisából nyertem, a 32 elvezetésből extrapoláltam a 12 elvezetést.

Az elektróda felhelyezés pontatlanságából eredő hiba (a valós adathoz viszonyított potenciál-eltérés), ahogy az várható volt, a szívhez fizikailag közel levő elektródák esetében volt nagyobb. Az elektróda elmozdítások esetén a felfele történő mozgatás és a lefelé, valamint a jobbra és balra történt mozgatás eredményei eltérnek egymástól. Míg a lefelé történő mozdításra a 12 elvezetésből a V2 legérzékenyebb, majd a V1 és V3 elvezetés, a felfelé történő elmozgatás esetén a V4 esetén mértem a legkisebb pattern korreláció és legnagyobb RMS (négyzetes hiba, root mean square) hiba értéket, a populáció átlagát tekintve. Az eredmények függetlenek attól, hogy QRS vagy QRST integrál esetében vizsgáltuk, tehát a depolarizáció és repolarizáció esetében nincs szignifikáns eltérés. A normál populáció esetén minden irányban történő elmozdulás esetén a V2 korrelációs és RMS értékei a legrosszabbak (ld. 3. Táblázat).

3. Táblázat Az elektródák 1 cm elmozdításának (fel, le, jobbra, balra) átlagos hatása Normál populáció esetén:

korrelációs és négyzetes hiba (RMS, [μV]) értékek elvezetésenként.

LEFELÉ JOBBKÉZ FELÉ FELFELÉ BALKÉZ FELÉ V1 korreláció 83,1% 85,8% 91,4% 73,6%

V2 korreláció 82,0% 73,6% 84,9% 54,3%

V3 korreláció 92,3% 54,3% 89,7% 82,0%

V4 korreláció 99,1% 89,1% 97,8% 97,3%

V5 korreláció 99,7% 97,3% 99,0% 99,2%

V6 korreláció 99,8% 99,2% 99,8% 99,1%

V1 RMS 104,13 116,88 96,23 214,94

V2 RMS 198,32 214,94 211,77 338,70

V3 RMS 131,62 338,70 140,75 194,99

V4 RMS 59,46 140,09 98,82 80,78

V5 RMS 36,26 80,78 57,61 59,43

V6 RMS 20,38 59,43 23,15 35,88

Normál páciensek esetében (1 cm lefele történő mozgatás) a korrelációs együttható a V5 és V6 elvezetések esetében meghaladja a 99%-ot, míg az RMS érték 37µV alatt – azaz a mérési zaj tartományába esik. Ez azt jelenti, hogy ezek az elvezetések akár 2-3 cm-es elmozdítás esetén is viszonylag kis jelalak-torzulással reprodukálhatók. A távolság növelésével megközelítőleg lineárisan változnak az RMS hibák (nőnek) és a korrelációs értékek (csökkennek). Míg a korrelációs érték 0,5 cm mozgatás esetén átlagosan 98% a V2 elvezetés esetében, addig 2 cm elmozdulásnál az érték 77%-ra is romolhat lefele történő mozgatásnál. Összességében egy 2 cm-es elmozdulás patológiás esetben legrosszabb lehetőséget tekintve akár a 44,35%-os korrelációs értéket (IMI csoport, V2 elvezetés, jobb kéz felé történő mozgatás), illetve 510,3 μV RMS értéket (PIMI csoport, V2 elvezetés, balkéz felé történő mozgatás) is eredményezhet. Megállapítottam, hogy az elektróda felhelyezésnek ezért igen precíznek kell lenni, lehetőleg 1 cm-es hibahatáron belül, a V1-V3 elvezetések esetében pedig csak nagyon kis mértékben, vagy egyáltalán nem engedhető meg az oldalirányú eltérés az anatómiailag helyes pozíciótól.

3.2 192 elvezetéses TPT reprodukálása redukált elvezetés-rendszerből

Sok esetben az adatok elégtelen száma, egy célzott összehasonlítás, vagy technikailag rosszul kivitelezett mérés miatt szükséges az elveztés-rendszerek konverziója, ami legtöbbször a hiányzó elvezetések reprodukálását vonja magával. Ezért az előző fejezetben bemutatott 150 fős inhomogén páciens minta Lux 32 elvezetés-rendszerrel mért TPT adatinak felhasználásával vizsgáltam a 192 elvezetéses rendszerre történő reprodukálás, valamint a felhelyezési és a reprodukálási hiba kombinációjának hatását. Az adatokból három kérdésre kerestem a választ: mik a pontatlan elektróda-felhelyezés hibái; milyen hatásfokkal lehet limitált elvezetés-rendszerből becsülni adatokat, vagyis az információtartalom mely része állítható helyre; hogy lehet a két hiba együttes hatását csökkenteni. A 192 elvezetés-rendszernek megfelelően, a hiányzó 160 elvezetés potenciálértékeit Lux által ismertetett módszerrel becsültem [69, 70].

Lux és munkatársai megmutatták, hogy ha P1 a mért elvezetések potenciálértékeinek vektora és P2 a becsülni kívánt potenciálok vektora, akkor a legkisebb négyzetes hiba elméletét alkalmazva a legjobb közelítés:

2

1 TP

P = _ahol T =K₁₂^' K₁₁⁻¹

és K11 a P1 vektor, K21 pedig a P2 vektor kovarinacia-mátrixa. T mátrixot transzfermátrixnak nevezzük:

látható, hogy mérete a becsülni kívánt elvezetések számától függően változik.

T mátrixot többféleképpen használhatunk az adatok helyreállítására: vagy az adott elvezetés rekonstrukciójára készítünk egy un. általános T mátrixot a rendelkezésre álló populáció mérési adatainak (súlyozott) átlagából, vagy a páciens korábbi jó (referencia) mérésének adataiból egyénre szabottan képezzük.

A rekonstrukciós eljárás hibaanalízisét a 12 elvezetés egy – a hosszú távú monitorozás szempontjából optimálisnak tartott – részhalmazára végeztem el (I, II, V2 elvezetések) mind globális, mind pedig egyénre szabott T mátrixszal történő helyreállítás esetén. Az ügyet tovább bonyolítja, hogy felmerülhet a pontatlan elektróda felhelyezésből eredő hiba is (pl. otthoni monitorozásnál nem szakképzett egészségügyi dolgozó, hanem a páciens felel azért, hogy az elektródák az anatómiailag definiált pontos lokalizációba kerüljenek). Ezen hatásokat együttesen és külön-külön is vizsgáltam a 150 páciens adataiból származtatott standard 12 elvezetés esetén. A referenciaadat és a helyreállított adatok összehasonlításhoz minden esetben RMS értéket és pattern korrelációt használtam, majd elvezetésenként tároltam a hiba és a korrelációs együttható átlagértékeit és szórását.

A felhelyezési hiba és a rekonstrukciós eljárás együttesen nem csak amplitúdó, hanem jelentős pattern (minta) eltéréseket is okoznak a mellkasi elvezetéseken. A V1-V6 elvezetések esetén ez a hiba igen jelentős. Az elmozdulásból eredő hibát akkor lehet megfelelően kiküszöbölni, amennyiben egy referenciamérés a rendelkezésünkre áll és az egyénre szabott T mátrixszal állítjuk helyre a jelet. A rekonstrukció eredménye QRS és STT szakaszon eltérő: a depolarizációs szakasz esetén az egyénre

szabott T mátrix ad jobb korrelációs értéket és kisebb RMS hibát, mint az általános T mátrix, a repolarizáció esetén azonban a teljesítményük közel azonos.

4. Táblázat az I, II, V2 elvezetés hibás felhelyezésének, majd rekonstrukciójának együttes hibaparaméterei

V1 V2 V3 V4 V5 V6

Átlagos korreláció (egyéni T mátrix) 95,3% 97,6% 97,7% 97,0% 98,7% 98,7%

Átlagos korreláció (általános T mátrix) 89,6% 97,6% 91,0% 91,5% 96,2% 96,0%

RMS érték átlaga μ[V] (egyéni T mátrix) 57,88 67,39 70,72 43,17 27,11 24,86 RMS érték átlaga μ[V] (általános T mátrix) 103,12 67,39 142,33 120,89 72,28 57,69 Korreláció szórása (egyéni T mátrix) 8,9% 4,2% 4,0% 6,1% 3,6% 3,8%

Korreláció szórása (általános T mátrix) 20,0% 4,2% 13,7% 15,1% 6,8% 7,6%

RMS érték szórása μ[V] (egyéni T mátrix) 26,07 28,55 45,39 29,16 17,94 17,30 RMS érték szórása μ[V] (általános T mátrix) 54,41 28,55 86,78 70,60 47,06 37,56

A hibás elektródafelhelyezés hatásait a korrelációs értékekre és a becslési hibára 1 cm elmozdítás esetén a 4. Táblázat mutatja. Az I, II, és V2 elvezetésekből történő helyreállítás a 12 elvezetéses EKG-ra vonatkoztatva egy elfogadható megközelítés, az egyéni T mátrix, mely segítségével a hiányzó elvezetések potenciál-értékeit becsültem lényegesen jobban teljesítettek, mint az átlagolt – teljes populációból származtatott általános T mátrix.

Bármilyen elvezetés-rendszer esetén elmondható, hogy egy elektróda potenciálértékeinek helyreállítására egyéni adatokból számított rekonstrukciós mátrixot célszerűbb használni. Így a későbbiekben a páciens jelei pontosabban helyreállíthatók és a jel információtartalmából a lehető legkevesebb veszik el. A referencia adat mérését nagy körültekintéssel kell elvégezni, így a rekonstruált adat felhelyezési pontatlanságából és a hiányzó elektróda becsléséből eredő hiba minimalizálható. Arra a következtetésre jutottunk, hogy a szívhez legközelebbi jelek esetén az elektródák igen kis mértékű elmozdítása is jelentős hibával – rekonstrukciója ezért számottevő információ-veszteséggel jár. Az elektródák precíz felhelyezése a kiértékelhetőség és a pontos diagnózis alkotás primer feltétele. Amennyiben a felhelyezés hibája 1 cm-en belül tartható, az ebből adódó hiba nagysága elhanyagolható a jelátlagolt TPT esetében [220].