Validierung biomagnetischer Verfahren bei isotroper und anisotroper Volumenleitung in einem Torsophantom

In dieser Arbeit wurden die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit von biomagnetischen Verfahren untersucht. Es wurde biomagnetische Messungen mit einem Vektorbiomagnetometer an einem realistischen, komplexen, teils anisotropen Torsophantom durchgeführt. Es konnten verschieden detaillierte Computermodelle untersucht werden. Die Rekonstruktion eines einzelnen Dipols bei gleichzeitiger Aktivität anderer Dipole konnte erfolgreich mit einem Torsophantom durchgeführt werden. Der genutzte RAP-MUSIC Algorithmus konnte als eine aktuelle Methode zur Quellenrekonstruktion erfolgreich validiert werden. Kreis- und spiralförmige Ströme wurden in unterschiedlichen Ausprägungen systematisch als eine mögliche Quelle für Unterschiede in magnetischen und elektrischen Daten untersucht. Dabei konnte aufgezeigt werden, wie die Kreis- bzw. Spiralform die magnetische Flussdichte und die elektrischen Potentiale beeinflusst. Hier wurde erstmals ein anisotroper Volumenleiter für Phantomuntersuchungen zur Modellierung physiologischer Aktivität entwickelt und eingesetzt. Es konnte aufgezeigt werden, dass die Signalstärke und die Orientierung der Potentiale und Magnetfelder nicht vernachlässigbar von anisotropen Bereichen des Volumenleiters beeinflusst werden. Die Form und die Ausdehnung elektrischer Potentiale wurden ebenfalls verändert. Die Ausdehnung der Magnetfelder wurde kaum beeinflusst. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass der rekonstruierte Ort einer Dipolquelle nicht merklich von einer anisotropen Struktur beeinflusst wird. Basierend auf dieser Arbeit ist es nun möglich, von der vektoriellen Erfassung der magnetischen Flussdichte zu profitieren, sowohl für die Nutzung bei Verfahren zur Quellenrekonstruktion als auch für neue Möglichkeiten der visuellen Darstellung der Ausbreitung des Magnetfeldes biologischer Quellen im dreidimensionalen Raum

Bioelectric and biomagnetic measurements are differentially sensitive to spiral currents

Observations indicate that different information is contained in electrocardiograms and magnetocardiograms in both patients and healthy volunteers. Closed loop currents could explain this phenomenon. We hypothesized that open loops, such as the spirally shaped currents in the heart, also contribute to these differences. We modeled two types of open spiral-shaped loops, based on the heart geometry, using 12 artificial current dipoles in a physical torso phantom. The electric potentials and magnetic fields were measured simultaneously with increasing numbers of active dipoles in the spiral source geometries. We found a continuous increase in the measured amplitudes of the magnetic fields, up to a plateau value when 10 active dipoles were enabled. For the electric potentials, we found that the amplitudes increased when up to six or eight active dipoles had been enabled, and then decreased thereafter. We conclude that open loop currents also contribute to the experimentally observed differences in magnetocardiograms and electrocardiograms in both patients and healthy volunteers. Combined bioelectric and biomagnetic measurements should provide greater insight into heart activity than do single modality measurements

Spatiotemporal correlation analyses: a new procedure for standardisation of DC magnetocardiograms

There is a lack of standard methods for the analysis of magnetocardiograms (MCGs). MCG signals have a shape similar to the ECG (P wave, QRS complex, T wave). High-quality multichannel recordings can indicate even slight disturbances of de- and repolarisation. The purpose of our study was to apply a new approach in the analysis of signal-averaged DC-MCGs. DC-MCGs (31-channel) were recorded in 182 subjects: 110 patients after myocardial infarction and 72 controls. Spatiotemporal correlation analysis of the QRS complex and T wave patterns throughout the entire heart cycle was used to analyse homogeneity of de- and repolarisation. These plots were compared to standard ECG analyses (electrical axis, Q wave, ST deviation, T polarity and shape). Spatiotemporal correlation analyses seem to be applicable in assessing the course of electrical repolarisation with respect to homogeneity. MCG provided all diagnostic information contained in common ECG recordings at high significance levels. The ECG patterns were included in 5/8 of our parameters for electrical axis, 6/8 for Qwave, 7/8 for ST deviation and 5/8 for T-polarity based on two time series of correlation coefficients. We conclude that our spatiotemporal correlation approach provides a new tool for standardised analysis of cardiac mapping data such as MCG

Human fetal heart rate variability-characteristics of autonomic regulation in the third trimester of gestation

Aim: To describe developmental aspects of the sympathovagal heart rate regulation in the human fetus by applying numerics to visual descriptions of fetal heart rate patterns throughout the third trimester of pregnancy. The focus is to determine potential benefits of this alternative means of assessing the maturation of the fetal autonomic nervous system by analysis of fetal heart rate variability (fHRV). Subjects and methods: The magnetocardiograms of 103 normal fetuses between 24q1 and 41q6 weeks of gestation were studied. Fetal heart beat intervals were determined with a temporal precision of 1 ms. The levels of fetal activity were estimated according to characteristic heart rate patterns (I–III) prior to 32, between 32–35 and beyond 35 (groups 1–3) completed weeks. Mean heart rate (mHR), standard deviation of normal-to-normal beat intervals (SDNN) and root mean square of successive differences of normal beats (RMSSD) served as fHRV indices, mean permutation entropy (PE_Mean) as complexity measure. SDNN/RMSSD was introduced as a potential marker for sympatho-vagal balance. Results: Low activity fHRP (I) were characterized by significantly lower level fHRV indices and higher PE_Mean when compared to fHRP II. We found that SDNN/RMSSD decreases with gestation in fHRP I, which suggests increasing vagal influence. In fHRP III (assigned to active awake fetuses only after 32 weeks), highest level SDNN and mHR are associated with a dramatically reduced complexity. fHRV indices cluster characteristically with the activity levels. Conclusions: We conclude that a combined analysis of fHRV, based on SDNN/RMSSD and PE_Mean, and fHRP is advantageous in the assessment of maturation of the fetal autonomic nervous system

Auflösungsvermögen biomagnetischer Messungen bei multiplen dipolaren Quellen und Kreisströmen

In dieser Diplomarbeit wurde der Einfluß von kreisförmigen Stromquellen auf biomagnetische Messungen untersucht. Eine Stromquelle, die aus zwölf einzelnen künstlichen Platin-Dipolen modelliert war, wurde in einem realistischen Torsomodell genutzt. Es wurden magnetische und elektrische Meßdaten mit einem kommerziellen 99-Kanal Biomagnetometer und einem 60-Kanal EKG-Gerät erhoben. Die Signalstärke der elektrisch und magnetisch detektierten Daten wurde ermittelt und miteinander verglichen. Die inversen Lösungen mittels verschiedenen fokalen und verteilten Quellenmodellen wurden systematisch untersucht und die Güte der erhaltenen Rekonstruktionsergebnisse wurde bestimmt und bewertet