Prädiktion von Herzbewegungen

Herzrhythmusstörungen sind die wohl am weitesten verbreiteten Herzleiden. Dabei werden alle Rhythmen, die vom normalen Sinusrhythmus abweichen, als Störung beschrieben. In der vorliegenden Arbeit soll ein Teilaspekt der Behandlung von Vorhofflimmern durch Bestrahlung betrachtet werden – die Prädiktion von Herzbewegungen. Die Bestrahlung soll durch einen Roboter erfolgen, dessen Bewegungen sich an die unvermeidlichen Bewegungen des Patienten wie Herzschlag und Atmung anpassen sollen. Da der Roboter nur mit einer Latenzzeit auf die Bewegungen des Patienten reagieren kann, ist es notwendig diese vorherzusagen. Um zunächst einen Überblick über den Bau und die Funktionsweise des Herzens zu erhalten, wird in Kapitel 1 dieser Hintergrund erläutert. Kapitel 2 beschäftigt sich mit der Einführung der vier verschiedenen Prädiktionsalgorithmen, die zur Bestimmung einer synchronen Bewegung von Mensch und Roboter untersucht werden sollen: der MULIN-Algorithmus, der waveletbasierte Least-Mean-Squares-Algorithmus, die Support Vector-Regression und das erweiterte Kalmanfilter. Getestet werden diese vier Algorithmen an Datensätzen, die auf drei verschiedene Weisen erhoben werden: Zunächst werden die Algorithmen an einem computergenerierten Datensatz zur Volumenänderung getestet, anschließend an einem an zwei Probanden extern aufgezeichneten und im dritten Versuch an zwei inneren Signalen. Die Prädiktion erfolgt jeweils über ein Vorhersageprogramm, das derzeit im Institut für Robotik und kognitive Systeme entwickelt wird. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Kapitel 3 dargestellt. Im letzten Kapitel erfolgt die Bewertung der Ergebnisse.