Modellierung und Entfernung physiologischer Bewegungsartefakte im kapazitiven EKG (PMA-cECG)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Leonhardt
• Fachliche Zuordnung: Biomedizinische Systemtechnik ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502842902

Aufgrund der berührungsfreien Messung hat eine kapazitive EKG-Messung (cECG) besonders dort Vorteile, wo die Überwachung der Herzaktivität möglichst unauffällig erfolgen muss. Die stärkeren Bewegungsartefakte, die durch Bewegungen der Gliedmaßen oder des Kopfes entstehen, sind jedoch ein schwerwiegender Nachteil für die Überwachung der elektrischen Aktivität des Herzens bzw. der Herzfrequenz über längere Zeiträume. Dieser Stör-Einfluss kann durch spezielle Ansätze zur Verringerung von Bewegungsartefakten (wie z.b. adaptive Filter) oder durch redundante Messungen, die durch die Fusion von cECG mit anderen biomedizinischen Signalen entsteht, teilweise kompensiert werden. Diese bisherigen Ansätze zielen jedoch primär auf die Überwachung der Herzfrequenz, bei denen die eigentliche EKG-Wellenform von geringem Interesse ist. Die Antragsteller sind jedoch der Überzeugung, dass das cECG auch bezüglich der Signal-Morphologie eine hohe klinischer Relevanz besitzt, die durch das Verständnis und die Kompensation der Wellenformdeformation des cECG-Signals entfaltet werden sollte.Nach unserem Verständnis sollten hierbei physiologische Bewegungsartefakte (interne Organbewegungen) von klassischen (echten) Bewegungsartefakten relativ zum Körper unterschieden werden, bei denen relativ hohe Störamplituden die Signalabdeckung deutlich reduzieren können. Physiologische Bewegungsartefakte (PMAs) entstehen u.a. durch die kardiomechanische Aktivität des Herzens und der daraus resultierenden Impedanzänderung am Elektroden-Gewebe-Übergang. Da die Amplituden im Vergleich zu klassischen Bewegungsartefakten geringer sind und PMAs zudem synchron zum EKG auftauchen, können sie als Teil des Signals fehlinterpretiert werden, was wiederum zu einer fehlerhaften EKG-Analyse führt.Um die inhärenten Wellenformdeformationen besser zu verstehen, wird im Rahmen dieses Projektes das zeitvariante Kopplungsimpedanzmodell der Bewegungsartefakte zu einem Quellen-Filter-Modell erweitert, das die Interferenz der mechanischen Aktivität des Herzens auf die Messung des cECG darstellt. Ein multimodaler Sensor, der cECG, Ballistokardiographie und zeitvariante Kopplungsimpedanzmessungen erfasst, wird entwickelt, um diese Signale in einer Studie an Freiwilligen zu erfassen. Physiologische Bewegungsartefakte werden in numerischen Simulationen und einem speziell zu entwickelnden Prüfstand analysiert, welcher die elektrische Anregung sowie dazugehörige PMAs systematisch erzeugen kann. Schließlich werden die Gesamtergebnisse interpretiert, um standardisierte Verfahren zur Behandlung von PMAs für die cECG-Morphologieanalyse abzuleiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen