Accessible Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag September 13, 2016

Auswertung von Vibrometersignalen zur Bestimmung kardiovaskulärer Parameter

Processing of vibrometer signals for determination of cardiovascular parameters
Laura Mignanelli, Armin Luik, Kristian Kroschel, Lorenzo Scalise and Christian Rembe
From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

Laser-Doppler-Vibrometer (LDV) messen kleinste Schwingungsamplituden und haben neben technischen auch biomedizinische Anwendungen wie zum Beispiel die Schwingungsmessung auf der Haut. Die Überwachung des Herzrhythmus wird aktuell mit dem Elektrokardiogramm (EKG) durchgeführt, wobei Elektroden auf der Haut befestigt werden. Eine berührungslose Messung wäre vorteilhaft und würde die Patientenüberwachung (z. B. verbrannte Haut, Traumata auf dem Brustkorb, Frühgeborene und Athleten unter Belastung) erheblich vereinfachen. In diesem Beitrag zeigen wir, dass optische Vibrokardiographie (VKG) mit einem LDV nicht nur wie bereits bekannt die Herzfrequenz und deren Variabilität messen kann, sondern auch eine berührungslose Herzrhythmusmessung mit einer robusten atrioventrikulärer (AV) Block-Klassifikation ermöglicht, da der Herzschlag als mechanische Quelle zu Schwingungen auf der Haut führt. Dazu haben wir einen geeigneten Bereich auf dem Thorax identifiziert, der Schwingungen aufweist, die eindeutig dem Schließen von der linken Herzkammer und der linken Herzvorkammer zugeordnet werden können. Wir diskutieren außerdem verschiedene Signalverarbeitungskonzepte für eine automatische Signalmustererkennung von charakteristischen Signalabschnitten.

Abstract

Laser Doppler vibrometers (LDV) measure tiny vibration amplitudes and have already shown to be suitable for many applications in technical and biomedical fields as, for example, vibration detection on the skin. The monitoring of the heart rhythm is actually based on the electrocardiogram (ECG), which requires the application of electrodes. A non-contact measurement has many benefits and would simplify patient monitoring (e.g., burned skin, chest-trauma, premature infants, and athletes during exercise). As already known, optical Vibrocardiography (VCG) with LDV allows the detection of heart rate and heart rate variability because the heart beat is an mechanical source. This paper demonstrates the possibility of a reliable detection and classification of atrioventricular (AV) blocks. To solve this task we have identified an area on the thorax which shows vibration responses of the contraction of the atrium and the ventricle. We also discuss different signal processing concepts for an automated signal pattern recognition of characteristic signal segment.

Danksagung

Wir danken der Polytec GmbH für die Unterstützung und die Bereitstellung von Geräten. Die Autoren L. Mignanelli und C. Rembe waren während der Durchführung der Untersuchungen für die Polytec GmbH tätig.

Erhalten: 2015-11-27
Revidiert: 2016-1-26
Angenommen: 2016-2-11
Online erschienen: 2016-9-13
Erschienen im Druck: 2016-9-28

©2016 Walter de Gruyter Berlin/Boston