ES2206678T3 - Metodo y aparato mejorados para la medicion de la actividad cardiaca. - Google Patents

Abstract

SE EXPONE UN PROCEDIMIENTO PARA LA MEDICION DEL GASTO CARDIACO EN PACIENTES EN LOS QUE LA FORMA DE ONDA DE LA PRESION ARTERIAL DE UN PACIENTE A PARTIR DE UN DISPOSITIVO DE CONTROL DE LA PRESION, DURANTE UN PERIODO DE TIEMPO, SUFRE DIVERSAS TRANSFORMACIONES Y CORRECCIONES, INCLUIDA LA AUTOCORRELACION, CON LO QUE SE OBTIENE LA PULSATILIDAD Y EL RITMO CARDIACO DEL PACIENTE. EL VOLUMEN NOMINAL DEL LATIDO SE CALCULA A CONTINUACION A PARTIR DE LA PULSATILIDAD Y EL GASTO CARDIACO NOMINAL OBTENIDOS, MULTIPLICANDO EL VOLUMEN DEL LATIDO POR EL RITMO CARDIACO.

Description

Método y aparato mejorados para la medición de la actividad cardíaca.

La presente invención se refiere a un método y aparato mejorados para la medición de la actividad cardiaca y, en particular, a un método y aparato mejorados que tienen una velocidad rápida de respuesta.

Se ha sugerido desde al menos 1904 (Erlanger and Hooker, Bull. John Hopkins Hosp. 15:17)) que la presión del impulso arterial podría considerarse como un índice aproximado al volumen de impulso del corazón, y, en combinación con el ritmo del corazón, podría proporcionar la actividad cardiaca. Este método se encontró que era muy simplista, particularmente a presiones arteriales altas donde se interrumpía la relación.

Por consiguiente, se introdujeron varios factores de corrección tales como la edad, peso, altura y flexibilidad/disten-
sibilidad aórtica. Aunque estos factores de corrección mejoraron los resultados, existían todavía varias condiciones de alteración en pacientes donde se obtuvieron resultados decepcionantes, por ejemplo, pacientes con actividades cardiacas bajas y presiones de impulso arterial altas, o viceversa.

Se han sometido a ensayo varios métodos para la derivación de actividad cardiaca a partir de análisis de la forma de onda de presión: por ejemplo, a partir de la velocidad de la onda de impulso y mediante la integración del contorno del impulso. Como métodos autónomos, estos han probado también ser igualmente decepcionantes con una mayor dificultad en la medición de las características morfológicas principales de la forma de la onda en situaciones patológicas, por ejemplo, picos, áreas sistólicas, ranura dicrótica. Durante cirugía principal, o en una situación de cuidado intensiva, la forma de la onda de presión puede no mostrar una ranura dicrótica en absoluto.

Además de utilizar factores de corrección Hamilton (The physilogy of cardiac output. Circulation 8: 527, 1953) sugirió que la actividad cardiaca podría derivarse de la altura del impulso de presión sanguínea del paciente siguiendo la calibración por otro método de actividad cardiaca, tal como dilución de tinte. Además, más recientemente Jansen y col., (Continuous cardiac output monitoring by pulse contour during cardiac surgery, Eur. Heart Journal 1990, 11:26.-2) describen un método de "contorno de impulso corregido" donde el contorno de impulso es calibrado utilizando una técnica de termodilución.

La Patente de los Estados Unidos Nº 5400793 describe un método para determinar el volumen de impulso sanguíneo a partir de una señal de presión de flujo sanguíneo de aorta pulsátil en un sujeto. El método utiliza un modelo de simulación de la aorta como una línea de transmisión complementada con un accesorio Windkessel incluyendo una relación de volumen de presión para la aorta que se conoce en la técnica.

Esencialmente, las ondas de presión registradas desde la aorta son utilizadas para calcular la impedancia característica de la línea de transmisión, y los parámetros del Windkessel son adaptados hasta que la presión en el modelo está de acuerdo con lo registrado en la aorta. El flujo indicado por el modelo es entonces integrado durante el periodo de sístole. Idealmente, este método requiere un sistema de registro de presión de alta fidelidad en la aorta. Aunque se menciona un método de corrección de una medición de presión en una arteria periférica, este método no puede utilizarse con la respuesta de frecuencia pobre dada por la mayoría de los transductores que están ahora en uso clínico rutinario: en la presencia de ruido "un filtro anti-resonancia" no puede recuperar la información que se pierde por la calidad pobre de estos transductores.

La Patente de los Estados Unidos Nº 5390679 describe un método de determinación de la actividad cardiaca procedente de una forma de onda de presión cardiaca en la que la forma de onda de presión es detectada continuamente y se convierte en una corriente de datos digital. Cuando se detecta un cuadro de latidos completo de datos, el procesador extrae una pluralidad de características desde la forma de onda detectada que caracteriza la forma de onda. Estos datos son comparados con las formas de onda de presión representativas memorizadas (RPW) que tienen una actividad cardiaca conocida obtenida por la aplicación a esto de una tecnología de reconocimiento patrón. Es necesario, no obstante, memorizar miles de RPW con el fin de formar una base de datos con respecto a la cual puedan compararse la forma de onda de presión.

Finalmente, Irlbeck y col (Continuous measurement of cardiac output with pulse contour analysis, Anaesthetist 1995, 44:493-500) proponen que el cálculo del volumen de impulsos y la actividad cardiaca es posible por el análisis del área bajo la parte sistólica de la forma de onda de presión de impulso arterial, junto con un factor de calibración individual (Zao) teniendo en cuenta la impedancia vascular que varía individualmente.

Desafortunadamente, este análisis es de aplicabilidad limitada a la medición clínica puesto que las formas de onda registradas para los pacientes para los que sería útil realmente, con frecuencia no muestran las características requeridas para el reconocimiento de la parte sistólica de la forma de onda de presión. El impulso es con frecuencia irregular y cada latido puede generar varias ondas menores superpuestas sobre la forma de onda de impulso primaria.

Ahora hemos creado un método y aparato mejorado para la medición de la actividad cardiaca que no sufre de los inconvenientes precedentes de los métodos de la técnica precedente descritos anteriormente.

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Por consiguiente, en un primer aspecto, la presente invención proporciona un método para la medición de la actividad cardiaca en un paciente, cuyo método comprende las etapas de:

(i)

registrar y memorizar una forma de onda de presión sanguínea arterial de un paciente a partir de un dispositivo de supervisión de presión sanguínea durante un periodo de tiempo;

(ii)

someter la forma de onda obtenida en la etapa (i) a una transformación no lineal que corrija una variación de las características del sistema arterial con presión;

(iii)

someter la curva de la forma de onda corregida de la etapa (ii) en auto-correlación con el fin de derivar una capacidad de pulsaciones y ritmo del corazón de la forma de onda corregida;

(iv)

calcular un volumen de impulso nominal a partir de la capacidad de pulsaciones; y

(v)

obtener la actividad cardiaca nominal por la multiplicación del volumen de impulso nominal por el ritmo del corazón.

En un segundo aspecto de la presente invención se proporciona un método para la medición de la actividad cardiaca en un paciente, cuyo método comprende las etapas de:

(a)

registrar y memorizar una forma de onda de presión sanguínea arterial de un paciente a partir de un dispositivo de supervisión de presión sanguínea durante un periodo de tiempo;

(b)

restar de la forma de onda de presión sanguínea una media de dicha forma de onda de presión sanguínea y someter los datos a autocorrección;

(c)

transformar los datos de la etapa (b) en datos que se refieren a una capacidad de pulsaciones y velocidad de corazón de la forma de onda;

(d)

calcular un volumen de impulso nominal de la capacidad de pulsaciones; y

(e)

obtener la actividad cardiaca nominal multiplicando el volumen de impulso nominal por el ritmo del corazón.

Llevando a cabo cualquiera de los métodos de la presente invención, la presión sanguínea arterial de un paciente es supervisada continuamente por medios convencionales a través de una línea arterial y transductor de presión, por ejemplo, utilizando una máquina de supervisión de presión sanguínea de Hewlett Packard. Los datos de actividad de la máquina son amplificados y regulados para proporcionar una forma de onda de presión sanguínea continua. La forma de onda de presión sanguínea continua es supervisada durante un periodo de tiempo, por ejemplo, al menos dos latidos del paciente y generalmente durante un periodo de diez segundos o menos, preferentemente durante un periodo de hasta cuatro segundos.

Llevando a cabo el primer método de la presente invención, la presión está sometida a una transformación no lineal antes de la etapa de autocorrelación, mientras que los factores de corrección de los métodos conocidos son aplicados generalmente al final de los cálculos.

Como se menciona anteriormente, la forma de onda de presión obtenida en la etapa (i) del primer método es transformada, preferentemente, a través de una curva de "consulta" con la media de los datos que son encontrados y restados, en los datos que representan la relación de presión/volumen del sistema arterial. La aproximación básica a una tabla de consulta es conocida en la técnica y la relación es no lineal, siendo descrita una serie de tales curvas en Remington y col., 1948, Am. J. Physol 153: 298-308: Características de elasticidad de volumen de la aorta humana y predicción del volumen de impulsos del impulso de presión.

La forma de onda corregida de la etapa (ii) es entonces sometida a autocorrelación con el fin de determinar la capacidad de pulsaciones y el ritmo del corazón de la forma de onda transformada. La autocorrelación es definida en el Dictionary of Science and Technology, Academic Press, 1992, p. 186.

La autocorrelación se realiza por un proceso de multiplicación y suma. En primer lugar, la media de las series es encontrada y restada de cada uno de los valores, de forma que la serie representa la señal que se mueve positiva y negativa alrededor de una media de cero.

Tau (\tau) es utilizado para designar una desviación del tiempo, de forma que en Tau = 0, cada uno de los valores de y es multiplicado por sí mismo, y todos los productos añadidos juntos. Cuando Tau = 1, el primer valor es multiplicado por el segundo, el segundo por el tercero, y así sucesivamente de las series que representan el registro. Los valores obtenidos para cada Tau son divididos por el número de puntos utilizados en la correlación (es decir, n/2) y la función de correlación representada como una función de Tau.

Cuando Tau = 0, la función tiene un valor máximo puesto que cada uno de los valores está siendo elevado al cuadrado y los valores negativos pasan a ser positivos. Si la serie original representó ruido blanco, cualquiera de los puntos no concurrentes tendría una relación aleatoria y sería probablemente tan positivo como negativo. Cuando el Tau es mayor de cero, la suma de los productos estaría, por tanto, próxima a cero. No obstante, si existe cualquier forma de onda sistemática contenida en la serie original, entonces, a un valor adecuado para Tau, semejante está siendo multiplicado de nuevo por semejante, y la autocorrelación se eleva hasta un pico.

Esta forma de realización es muy potente en la detección de las periodicidades; el valor Tau del primer pico de correlación representa la longitud de onda de la periodicidad. Dependiendo del número de ciclos muestreados por las series originales, pueden observarse picos adicionales representando la desviación Tau en la que la primera forma de onda está siendo multiplicada por el siguiente pero uno, y así sucesivamente. Por tanto, el intervalo para un latido del corazón puede encontrarse utilizando autocorrelación - esto es igual al valor más pequeño de Tau que ofrece un pico en la autocorrelación que es comparable con el valor medio al cuadrado en Tau = 0.

El valor de la función de Tau = 0 es el cuadrado medio del registro original. Por tanto, si la traza original fuera una serie de ciclos de una onda seno, la autocorrelación se parecería a una forma de onda coseno, cuyos valores máximos serían el cuadrado medio de la onda seno original. Tomando la raíz cuadrada del valor máximo se da el cuadrado medio de la onda seno original.

La autocorrelación (de los datos transformados con la media restada) es utilizada también para encontrar la capacidad de pulsaciones. Definimos capacidad de pulsaciones como

capacidad \ de \ pulsaciones = \sqrt{R(0)} + \sqrt{-R(\tau _{min})}

donde R(\tau) es la función de autocorrelación y \tau_{min} es el valor de \tau en el que la autocorrelación está a un mínimo.

El volumen nominal del impulso es encontrado entonces por la multiplicación de la capacidad de pulsaciones por una constante. La actividad cardiaca nominal se obtiene por la multiplicación del volumen nominal de impulso por el ritmo del corazón. Se entenderá que el volumen de impulso nominal y la actividad cardiaca nominal no son calibrados y pueden convertirse en datos calibrados, si se desea.

El volumen del impulso es calculado en la etapa (iv) del método, generalmente por la multiplicación de la capacidad de pulsaciones por un factor de calibración para un paciente particular utilizando un método de calibración seguro conocido, por ejemplo, utilizando un método de dilución de indicadores o método de termodilución. Se describe un método de dilución de indicadores, por ejemplo, en el documento WO93/09427. El método como se describe en el documento WO93/09427 es muy repetible y solamente se requiere un punto de calibración individual para ofrecerla actividad cardiaca. No obstante, se entenderá que el método de la presente invención puede utilizarse sin calibración con el fin de mostrar tendencias o direcciones de cambio de la actividad cardiaca de un paciente.

Una vez que se ha realizado el ajuste/calibración, entonces puede obtenerse la actividad cardiaca multiplicando el volumen de impulso por el ritmo del corazón. La actividad cardiaca puede proporcionarse como un valor adecuado de cobertura de algunos segundos y como datos, ofreciendo así una aproximación al análisis de tiempo real de eventos que cambian rápidamente. Por ejemplo, el método de la presente invención puede utilizarse para supervisar el cambio de actividad cardiaca siguiendo la administración de fluidos, o ajustar un marcapasos temporal a una velocidad óptima, o determinar cuándo puede requerirse la administración de un fármaco vasoactivo.

Otro método de ajuste/calibración de la capacidad de pulsaciones es por el método de termodilución pero este método no es preferido puesto que requiere lecturas múltiples, a saber, la media de al menos tres puntos con el fin de ofrecer un solo volumen de impulso desde el que puede calcularse la actividad cardiaca y presenta un riesgo significativo al paciente.

Llevando a cabo el segundo método de la presente invención, las etapas (a), (d) y (e) corresponden generalmente con las etapas (i), (iv) y (v) del primer método como se describe anteriormente. Siguiendo la etapa (a), la media de la forma de onda es restada y los datos así obtenidos están sometidos entonces a la autocorrelación de la manera descrita anteriormente. Los datos de autocorrelación se transforman entonces en datos que hacen referencia a la capacidad de pulsaciones y al ritmo del corazón de la forma de onda. El cálculo de la capacidad de pulsaciones utilizando este método requerirá escalamiento de acuerdo con la presión media sanguínea, siendo igual el factor de escalamiento a la pendiente de la relación de presión-volumen en la presión media.

Aunque los métodos de la presente invención se han descrito anteriormente asegurando generalmente que se medirá una pluralidad de latidos del corazón, es posible procesar solamente latidos del corazón si pueden identificarse de forma separada. Los métodos para identificar latidos del corazón de forma individual son conocidos en la técnica. Con el fin de encontrar el volumen de impulso de un solo latido, el método sería esencialmente el mismo que el descrito anteriormente, pero para llevar a cabo la autocorrelación, debería suponerse que la presión sanguínea se repetía ella misma después del término del latido.

En un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un primer aparato para la medición de la actividad cardiaca en un paciente, que comprende:

medios para supervisar una presión sanguínea arterial de un paciente;

medios para supervisar un ritmo del corazón de un paciente;

medios para registrar y memorizar la forma de onda de la presión sanguínea arterial de un paciente;

medios para transformar de manera no lineal la forma de onda de la presión para corregir una variación del sistema arterial con presión;

medios para hacer una autocorrelación de los datos transformados y derivar a partir de ellos una capacidad de pulsaciones y ritmo del corazón de la forma de onda; y

medios para calcular la actividad cardiaca nominal de las mediciones del ritmo del corazón del paciente y la capacidad de pulsaciones de la forma de onda.

En el aparato de la invención, los medios para transformar la forma de onda de la presión comprenden preferentemente una tabla de consulta como se describe anteriormente. El aparato puede incluir también medios para calibrar el dispositivo, por ejemplo, utilizando los métodos de dilución de indicadores como se describe anteriormente.

En un aspecto todavía adicional de la presente invención, se proporciona un segundo aparato para la medición de la actividad cardiaca en un paciente, que comprende:

medios para supervisar una presión sanguínea arterial de un paciente;

medios para supervisar un ritmo del corazón de un paciente;

medios para registrar y memorizar la forma de onda de la presión sanguínea arterial de un paciente;

medios para restar de la forma de onda de presión sanguínea una media de dicha forma de onda de presión sanguínea y someter los datos a autocorrelación;

medios para transformar los datos autocorrelacionados en datos relacionados con una capacidad de pulsaciones y velocidad de corazón de la forma de onda; y

medios para calcular la actividad cardiaca nominal procedente de las mediciones del ritmo del corazón del paciente y la capacidad de pulsaciones de la forma de onda.

El aparato para llevar a cabo la presente invención puede comprender cualquier ordenador programado de forma adecuada, tal como un ordenador compatible IBM o un ordenador personal Macintosh. Para el análisis de las curvas de dilución de indicadores, el aparato para la medición de la actividad cardiaca incluirá un sensor de sangre, tal como el descrito en WO 93/09427. La actividad del sensor debe digitalizarse entonces por un convertidor analógico-digital e introducirse en el ordenador. Para cualquier otra forma de señales que representan los parámetros físicos, de manera similar, la actividad del mismo tipo de transductor debe digitalizarse para proporcionar señales para el análisis por el software cargado en un ordenador.

El programa de ordenador que funciona en el ordenador puede o bien representar los resultados o puede emitir esto a otro dispositivo.

La presente invención se describirá adicionalmente con referencia a los dibujos que se acompañan en los que:

Las figuras 1 a 4, muestran los resultados obtenidos utilizando método y aparato de la presente invención para analizar los registros de presión sanguínea arterial de cuatros pacientes; y

Las figuras 5a y 5b comparan la actividad cardiaca de dos pacientes medidas utilizando el método y aparato de la presente invención comparado con el método de la técnica anterior como se describe en el documento WO 93/09427.

Haciendo referencia a los dibujos, en cada una de las figuras 1 a 4, la ventana izquierda superior muestra cuatro segundos de presión sanguínea arterial registrada de un paciente como traza superior y a continuación de esto la autocorrelación. En la ventana derecha superior, son representados el ritmo del corazón (HR), la actividad cardiaca (CO) y la "capacidad de pulsaciones" (PP). La ventana inferior muestra un registro de desplazamiento de derecha a izquierda del historial previo de la actividad cardiaca.

Figura 1 - La forma de onda arterial es uniforme y regular. El ritmo del corazón es de 79,9 latidos por minuto.

Figura 2 - La forma de onda arterial muestra una onda secundaria en el pico, así como una ranura dicrótica sobre el miembro descendente. El ritmo del corazón es de nuevo 79,9 latidos por minuto. Ambos de estos pacientes fueron sincronizados eléctricamente a 80 bpm nominal.

Figura 3 - Esta muestra una onda diastólica pronunciada y retrasada. La autocorrelación ofrece la velocidad correcta del corazón.

Figura 4 - Esta muestra un patrón alternativo en el latido del corazón. La autocorrelación estima la velocidad correctamente y muestra que los latidos alternos están en correlación mejor que los latidos adyacentes.

Las figuras 5a y 5b son gráficos que comparan las mediciones de actividad cardiaca obtenidas utilizando el método de dilución de litio de la técnica anterior como se describe en WO 93/09427, y el primer método de la presente invención. La correlación próxima de los resultados indica claramente los méritos de la presente invención.

Claims (15)

1. Un método para la medición de actividad cardiaca en un paciente, cuyo método comprende las etapas de:

(i)

registrar y memorizar una forma de onda de presión sanguínea arterial de un paciente a partir de un dispositivo de supervisión de presión sanguínea durante un periodo de tiempo;

(ii)

someter la forma de onda obtenida en la etapa (i) a transformación no lineal que corrige una variación de las características del sistema arterial con presión;

(iii)

someter la forma de onda corregida de la etapa (ii) a autocorrelación con el fin de derivar una capacidad de pulsaciones y ritmo del corazón de la forma de onda corregida;

(iv)

calcular un volumen de impulso nominal de la capacidad de pulsaciones; y

(v)

obtener la actividad cardiaca nominal por la multiplicación del volumen de impulso nominal por el ritmo del corazón.

2. Un método como se indica en la reivindicación 1, donde la presión sanguínea arterial es representada en la etapa (i) durante un periodo de hasta diez segundos.

3. Un método como se indica en la reivindicación 2, donde la presión sanguínea arterial es representada en la etapa (i) durante un periodo de hasta cuatro segundos.

4. Un método como se indica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la transformación en la etapa (11) se efectúa utilizando una tabla de consulta, encontrándose o substrayéndose entonces la media de los datos.

5. Un método como se indica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el volumen de impulso nominal se obtiene por la multiplicación de la capacidad de pulsaciones por un factor de calibración.

6. Un método como se indica en la reivindicación 5, donde la calibración es obtenida para un paciente particular utilizando un método de calibración no quirúrgico conocido.

7. Un método para la medición de actividad cardiaca en un paciente, cuyo método comprende las etapas de:

(a)

registrar y memorizar una forma de onda de presión sanguínea arterial de un paciente desde un dispositivo de supervisión de presión sanguínea durante un periodo de tiempo;

(b)

restar de la forma de onda de presión sanguínea la media de dicha forma de onda de presión sanguínea y someter los datos a autocorrelación;

(c)

transformar los datos de la etapa (b) en datos que se refieren a la una capacidad de pulsaciones y velocidad de corazón de la forma de onda;

(d)

calcular un volumen de impulso nominal desde la capacidad de pulsaciones; y

(e)

obtener la actividad cardiaca nominal multiplicando el volumen de impulso nominal por el ritmo del corazón.

8. Un método como se indica en la reivindicación 7, donde la presión sanguínea arterial es representada en la etapa (a) durante un periodo de hasta diez segundos.

9. Un método como se indica en la reivindicación 8, donde la presión sanguínea arterial es representada en la etapa (a) durante un periodo de hasta cuatro segundos.

10. Un método como se indica en cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, donde el volumen de impulso nominal se obtiene multiplicando la capacidad de pulsaciones por un factor de calibración.

11. Un método como se indica en la reivindicación 10, donde el factor de calibración se obtiene por un paciente particular utilizando un método de calibración no quirúrgico conocido.

12. Aparato para la medición de actividad cardiaca en un paciente, que comprende:

medios para supervisar una presión sanguínea arterial de un paciente;

medios para supervisar una velocidad de corazón de un paciente;

medios para registrar y memorizar la forma de onda de presión sanguínea arterial de un paciente;

medios para transformar no linealmente la forma de onda de presión para corregir una variación de las características del sistema arterial con presión;

medios para autocorrelacionar los datos transformados y derivar a partir de ellos una capacidad de pulsaciones y ritmo del corazón de la forma de onda; y

medios para calcular la actividad cardiaca nominal de las mediciones de la velocidad de corazón del paciente y la capacidad de pulsaciones de la forma de onda.

13. Aparato como se indica en la reivindicación 12, donde los medios para transformar la forma de onda de presión comprende una tabla de consulta.

14. Aparato como se indica en la reivindicación 12 o la reivindicación 13, que incluye medios para calibrar el dispositivo.

15. Aparato para medición de actividad cardiaca en un paciente, que comprende:

medios para supervisar una presión sanguínea arterial de un paciente;

medios para supervisar un ritmo del corazón de un paciente;

medios para registrar y memorizar la forma de onda de presión sanguínea arterial de un paciente;

medios para restar de la forma de onda de presión sanguínea una media de dicha forma de onda de presión sanguínea y someter los datos a autocorrelación;

medios para transformar los datos autocorrelacionados en datos que se relacionan con una capacidad de pulsaciones y velocidad de corazón de la forma de onda; y

medios para calcular la actividad cardiaca nominal de las mediciones del ritmo del corazón del paciente y la capacidad de pulsaciones de la forma de onda.