Signalmittelung im Ruhe-EKG – wie aus mehreren Herzschlägen ein sauberes EKG entsteht
Ein modernes digitales EKG-Gerät zeichnet nicht nur die elektrische Aktivität des Herzens auf. Die digital vorliegenden Signale können anschließend auch verarbeitet werden, um die Beurteilung und Vermessung des EKGs zu erleichtern. Eine dieser Möglichkeiten ist die Signalmittelung mehrerer Herzschläge, wie sie beispielsweise beim SCHILLER CS-200 im Rahmen eines normalen Ruhe-EKGs eingesetzt werden kann.
Dabei handelt es sich ausdrücklich nicht um die sogenannte Spätpotentialanalyse (Signal-Averaged ECG, SAECG). Ziel ist vielmehr, aus mehreren während der normalen Ruhe-EKG-Aufzeichnung registrierten Herzschlägen einen repräsentativen, möglichst störungsarmen Durchschnittskomplex zu erzeugen.
Wie entsteht ein gemittelter Herzschlag?
Während einer typischen Ruhe-EKG-Aufzeichnung von etwa sechs bis zehn Sekunden registriert das Gerät in jeder der zwölf Ableitungen mehrere Herzschläge.
Diese QRS-Komplexe werden vom Computer erkannt und zeitlich zueinander ausgerichtet. Anschließend können vergleichbare Herzschläge miteinander verrechnet werden. Vereinfacht kann man sich das folgendermaßen vorstellen:
Gemitteltes EKG = Summe der vergleichbaren Herzschläge ÷ Anzahl der Herzschläge
Der entscheidende Punkt ist, dass das eigentliche EKG-Signal bei jedem normalen Herzschlag an einer vergleichbaren Stelle auftritt. Viele Störungen tun dies dagegen nicht.
Warum verschwinden dadurch Artefakte?
Ein Ruhe-EKG enthält neben dem eigentlichen Herzsignal häufig kleine Störungen. Sie können beispielsweise durch Muskelaktivität, geringfügige Bewegungen, Elektrodenkontakt oder elektrisches Rauschen entstehen.
Solche Störungen treten meist zufällig auf. Werden mehrere Herzschläge zeitlich übereinandergelegt und gemittelt, bleibt das regelmäßig wiederkehrende EKG-Signal erhalten, während sich zufällige Abweichungen teilweise gegenseitig aufheben.
Das Ergebnis ist ein ruhigerer und repräsentativerer Durchschnittskomplex.
Wichtig ist allerdings: Die Signalmittelung kann nur solche Störungen reduzieren, die sich von Herzschlag zu Herzschlag verändern. Ein systematischer Fehler, eine dauerhaft schlechte Elektrode oder eine kontinuierliche Störquelle lässt sich nicht einfach „wegmitteln“.
Ein einfaches Beispiel
Angenommen, bei zehn aufeinanderfolgenden Herzschlägen beträgt die tatsächliche R-Zacke ungefähr 1,0 mV. Durch kleine zufällige Störungen werden jedoch Werte zwischen beispielsweise 0,95 und 1,05 mV registriert.
Betrachtet man nur einen einzelnen Herzschlag, kann diese Abweichung sichtbar sein. Werden dagegen mehrere geeignete Herzschläge gemittelt, nähert sich der resultierende Wert wieder dem reproduzierbaren Signal des Herzens an.
Genau darin liegt die Stärke der digitalen Signalmittelung.
Besonders hilfreich für die automatische EKG-Vermessung
Der gemittelte Komplex ist nicht nur optisch angenehm. Er bietet dem Computer eine stabilere Grundlage für die Vermessung des EKGs.
Dazu gehören insbesondere:
- Beginn und Ende der P-Welle
- PQ- beziehungsweise PR-Intervall
- Beginn und Ende des QRS-Komplexes
- QRS-Dauer
- Beginn und Ende der T-Welle
- QT- und QTc-Zeit
- Amplituden und elektrische Herzachse
Gerade die exakte Bestimmung sehr kleiner Signaländerungen kann bei einem einzelnen, leicht verrauschten Herzschlag schwieriger sein als bei einem aus mehreren Schlägen gebildeten repräsentativen Komplex.
Mittelung ist nicht gleich Filterung
Signalmittelung und digitale Filter sind zwei unterschiedliche Verfahren.
Ein Filter versucht bestimmte Frequenzanteile des Signals zu unterdrücken – beispielsweise hochfrequente Muskelartefakte oder niederfrequente Schwankungen der Grundlinie.
Bei der Signalmittelung wird dagegen die Tatsache ausgenutzt, dass sich das echte EKG von Herzschlag zu Herzschlag reproduziert, während viele Störungen zufällig auftreten.
Beide Verfahren können sich ergänzen, dürfen aber nicht miteinander verwechselt werden.
Auch die Mittelung hat Grenzen
Ein gemittelter Komplex ist eine mathematische Repräsentation mehrerer Herzschläge und kein tatsächlich in dieser Form aufgezeichneter einzelner Herzschlag.
Das ist insbesondere bei Rhythmusstörungen wichtig. Extrasystolen, wechselnde QRS-Morphologien, intermittierende Leitungsstörungen oder einzelne ST-T-Veränderungen können in einer Durchschnittsdarstellung verloren gehen oder dürfen nicht mit normalen Schlägen vermischt werden.
Deshalb ersetzt der gemittelte Komplex niemals die Betrachtung des originalen EKG-Verlaufs.
Originalsignal und gemittelter Komplex ergänzen sich
In der klinischen Praxis haben daher beide Darstellungen ihre Berechtigung.
Das kontinuierlich aufgezeichnete Ruhe-EKG zeigt, was während der Untersuchung tatsächlich passiert ist. Der gemittelte Komplex zeigt dagegen besonders übersichtlich, wie der typische Herzschlag während dieser Aufzeichnung ausgesehen hat.
Gerade bei einem stabilen Sinusrhythmus kann die Mittelung eine sehr gute Grundlage für die computergestützte Vermessung von P-Welle, PQ-Zeit, QRS-Komplex und QT-Zeit liefern.
Fazit
Die digitale Signalmittelung eines modernen Ruhe-EKG-Systems ist ein elegantes Verfahren zur Verbesserung der Signalqualität. Mehrere vergleichbare Herzschläge werden zeitlich ausgerichtet und zu einem repräsentativen Durchschnittskomplex zusammengeführt.
Das regelmäßig wiederkehrende elektrische Signal des Herzens bleibt dabei erhalten, während zufällige Störungen reduziert werden können.
Das Ergebnis ist ein artefaktärmerer, gut vermessbarer repräsentativer Herzschlag. Er erleichtert sowohl die automatische EKG-Analyse als auch die ärztliche Beurteilung.
Entscheidend bleibt jedoch: Der gemittelte Komplex ergänzt das Original-EKG – er ersetzt es nicht. Besonders bei Arrhythmien oder wechselnden EKG-Morphologien muss deshalb immer auch die tatsächliche Rhythmusaufzeichnung beurteilt werden.
Mit Unterstützung von KI erstellt.
jpo