Elektronický systém a programové vybavení pro detekci a optimalizaci pulzů kardiostimulátoru

Transkript

1 Elektronický systém a programové vybavení pro detekci a optimalizaci pulzů kardiostimulátoru Milan Štork Katedra aplikované elektroniky a telekomunikací & Regionálním inovační centrum pro elektrotechniku (RICE) Západočeská univerzita v Plzni & MUDr. Vlastimil Vančura Kardiologické oddělení, FN Plzeň

2 Elektronický systém a programové vybavení pro detekci a optimalizaci pulzů kardiostimulátoru Tato práce vznikla ve spolupráci s FN v Plzni a MUDr. Vlastimilem Vančurou Úvod Elektronické systémy pro sběr dat Methody vyhodnocení Výsledky Závěr

3 Kardiostimulátor - úvod Elektroda Kard. stim Elektroda Schématické znázornění umístění dvoukomorového kardiostimulátoru v těle pacienta. Do srdce jsou zavedeny 2 elektrody

4 Kardiostimulátor - úvod Znázornění dvoukomorového kardiostimulátoru s vývody vedenými do horní síně a dolní srdeční komory. 1- kardiostimulátor, 2- izolované kabely k elektrodám, 3- levá síň, 4- levá komora, 5- pravá síň, 6- pravá komora

5 Kardiostimulátor - úvod Zjednodušené blokové schéma dvoukomorového kardiostimulátoru. Z- zesilovač, F- analogový filtr, P- analogově/číslicový převodník, VP- vysílač/přijímač, S- senzory, µc- mikrokontrolér, B- baterie, Vvýstupní zesilovač, El elektrody

6 Kardiostimulátor - úvod Pulz (pulzy) kardiostimulátoru Kardiostimulátory mohou zlepšit např.: Bradykardie TF<60 [tepů/min] Sinus pause Vynechání pulzů Bradycardie/tachycardie - the srdce střídá velmi pomalé a rychlé režimy Srdeční blokace Lékař může parametry kardiostimulátoru telemetricky nastavit

7 Systém pro sběr dat Blokové schéma elektronického vyhodnocovacího systému s návazností na vyšetřovanou osobu s kardiostimulátorem a přístroje EKG a Finapres. AO1 a AO2 obvody pro zpracování analogového signálu. A/D1 a A/D2 analogově/číslicové převodníky, µc mikrokontrolér

8 Systém pro sběr dat Fotografie elektronického vyhodnocovacího systému 17x10x4 cm

9 Systém pro sběr dat Blokové schéma Finapresu pro snímání kontinuální tlakové křivky z prstu pacienta. M manžeta, D LED dioda, S světlo citlivý senzor, Z rozdílový zesilovač, k1, k2 konstanty, R regulátor, V výkonový zesilovač, k2 konstanta, VENT proporcionální ventil, KO kompresor, ST senzor tlaku, PT pletysmografický signál

10 Systém pro sběr dat Příklad kontinuální tlakové křivky na výstupu Finapresu. Dikrotický zářez a následné zvlnění na sestupném rameni sfygmografického záznamu vzniká odrazem primární tepové vlny. U osob s nepružnými tepnami (obvykle starší osoby) se toto zvlnění vytrácí.

11 Metody vyhodnocení 200 a) b) čas [s] a) Příklad signálu EKG a tlakové křivky b) se skrytými pulzy od kardiostimulátoru

12 Metody vyhodnocení 200 a) pulzy 0 b) čas [s] a) Příklad signálu EKG a tlakové křivky b) nejdříve s jedním pulzem, později se 2 stimulačními pulzy od kardiostimulátoru

13 Metody vyhodnocení Signál EKG a tlaková křivka bez pulzů kardiostimulátoru Frekvenční spektrumekg signálu bez pulzů kardiostimulátoru

14 Metody vyhodnocení Signál bez pulzů kardiostimulátoru Wavelets saclogram typu obrysy bez pulzů kardiostimulátoru

15 Metody vyhodnocení Signál se skrytými pulzy kardiostimulátoru EKG křivka a krevní tlak Diskrétní Hilbertova transformace EKG signálu Frekvenční spektrum EKG signálu

16 Metody vyhodnocení Signál se skrytými pulzy kardiostimulátoru Wavelets saclogram typu obrysy se skrytými pulzy kardiostimulátoru

17 Metody vyhodnocení Signál s jedním pulzem od kardiostimulátoru EKG křivka a krevní tlak Diskrétní Hilbertova transformace EKG signálu Frekvenční spektrum EKG signálu

18 Metody vyhodnocení Signál s jedním pulzem od kardiostimulátoru Wavelets saclogram typu obrysy s jedním pulzem kardiostimulátoru

19 Metody vyhodnocení Signál se 2 pulzy od kardiostimulátoru EKG křivka a krevní tlak Diskrétní Hilbertova transformace EKG signálu Frekvenční spektrum EKG signálu

20 Metody vyhodnocení - výsledky Signál se 2 pulzy od kardiostimulátoru Scalogram x Vzorky 3 4 Wavelets saclogram typu obrysy se 2 pulzy kardiostimulátoru 0

21 Metody vyhodnocení - výsledky Signál s jedním a pak se 2 pulzy od kardiostimulátoru Scalogram x Vzorky 3 4 Wavelets saclogram typu obraz se 2 pulzy kardiostimulátoru 0

22 Metody vyhodnocení - výsledky Variabilita srdeční frekvence může být také použita pro detekci dostatečné energie pulzů kardiostimulátoru. V případě nedostatečné energie pulzů kardiostimulátoru, nebo u osoby bez kardiostimulátoru se perioda QRS komplexů obvykle trochu mění, naopak v případě správné funkce je tepová frekvence synchronizována pulzy kardiostimulátoru. Odvození pulzů na odcházející hraně R (QRS komplexu). Je požito adaptivního prahování.

23 Metody vyhodnocení - výsledky Variabilita tepové frekvence bez pulzů kardiostimulátoru, střední hodnota = 75.3; směrodatná odchylka =10.2. Variabilita tepové frekvence s pulzy od kardiostimulátoru, střední hodnota = 70.4; směrodatná odchylka = 0.45.

24 Metody vyhodnocení - výsledky 200 A B C D E Vzorky Wavelet transformace EKG signálu nejdříve s jedním pulzem a pak se 2 pulzy od kardiostimulátoru

25 Metody vyhodnocení - výsledky A B C D 0-2 E Vzorky Wavelet transformace EKG signálu bez pulzů kardiostimulátoru

26 Metody vyhodnocení - výsledky 200 A B C D E 0-2 Vzorky Wavelet transformace EKG signálu se skrytými pulzy

27 Měřící systém další vývoj Přístroj pro měření síly stisku ruky s návazností na počítač

28 Závěr V tomto příspěvku byly prezentovány přístroje pro měření EKG a tlakové křivky, byly zobrazeny příklady těchto signálů a jejich vyhodnocení několika způsoby. Hlavním cílem byla detekce synchronizace srdce i v případě, že pulzy kardiostimulátoru nebyly v signálu pozorovatelné a možnost nalezení těchto pulzů. Z uvedených metod se zdá být nejlepší wavelet transformace, která umožnila zobrazit přesnou polohu pulzů a jejich amplitudu. Přístroj a vyhodnocovací postup by měl v budoucnu přispět k optimalizaci energie pulzů kardiostimulátoru a optimálnímu umístění elektrod v srdci. To vše by mělo vést k menší zátěži pro pacienta, delší provoz baterie kardiostimulátoru atd. Děkuji za Vaši pozornost