ES2336137T3

ES2336137T3 - Monitor de perfusion cerebral.

Info

Publication number: ES2336137T3
Application number: ES06701857T
Authority: ES
Inventors: Yosef Reichman; Ben Zion Poupko; Shlomi Ben-Ari
Original assignee: Orsan Medical Technologies Ltd
Current assignee: Orsan Medical Technologies Ltd
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2026-01-17
Also published as: DK1895902T3; DE602006010378D1; JP5225080B2; US8187197B2; JP2008506445A; US20090227881A1; ATE447886T1; US8512253B2; PT1895902E; WO2006011128A8; JP2008546438A; US20080275352A1; JP4904263B2; WO2006011128A1; US20140163404A1; CN101242781B; CN101242781A

Abstract

Método para calcular el flujo sanguíneo cerebral analizando las señales IPG, es decir, pletismografía por impedancia y PPG, es decir, fotopletismografía, de la cabeza, el método comprende: a) encontrar un gradiente máximo o el gradiente más negativo de la señal IPG, dentro de al menos una parte del ciclo cardíaco; b) encontrar un gradiente máximo o el gradiente más negativo de la señal PPG, dentro de al menos una parte del ciclo cardíaco; c) encontrar una proporción del gradiente máxim o el gradiente más negativo de la señal IPG con respecto al gradiente máximo o al gradiente más negativo de la señal PPG; y d) calcular un indicador del flujo sanguíneo cerebral a partir de la proporción.

Description

Monitor de perfusión cerebral.

Campo de la invención

La presente invención hace referencia a la medición de flujo sanguíneo en la cabeza.

Antecedentes de la invención

Existe una necesidad de medir el flujo sanguíneo cerebral durante varios eventos y procedimientos médicos, ya que cualquier alteración provocada en el flujo sanguíneo del cerebro podría causar lesiones en la función de las células cerebrales, e incluso la muerte de células cerebrales si la alteración es prolongada. Mantener el flujo sanguíneo del cerebro es particularmente importante, ya que las células cerebrales son más vulnerables a la falta de oxígeno que otras células, y ya que las células cerebrales usualmente no pueden regenerarse tras una lesión.

Una cantidad de situaciones comunes pueden provocar una disminución en el flujo sanguíneo general del cerebro, incluyendo la arritmia, un infarto de miocardio y un shock hemorrágico traumático. Un aumento repentino en el flujo sanguíneo del cerebro también puede causar daños graves, y es especialmente probable en recién nacidos y bebés prematuros, aunque tal aumento también podría producirse en otros pacientes con ciertas afecciones médicas, o durante una cirugía. En todos estos casos, los datos sobre la cantidad de flujo sanguíneo en el cerebro y los cambios en la velocidad del flujo pueden ser importantes para la evaluación del riesgo de una lesión en el tejido cerebral y la eficacia de un tratamiento. La disponibilidad de dichos datos puede permitir realizar en forma oportuna diversos procedimientos médicos para aumentar, disminuir o estabilizar el flujo sanguíneo cerebral, y evitar daños permanentes en el cerebro.

Dada la ausencia de medios simples para controlar en forma directa o indirecta el flujo sanguíneo cerebral, la información sobre cambios en el flujo sanguíneo cerebral se infiere indirectamente monitoreando parámetros clínicos que pueden medirse con facilidad, tales como la presión sanguínea. Sin embargo, debido a que existe una relación diferente entre presión sanguínea y flujo sanguíneo cerebral en diferentes afecciones médicas, puede haber situaciones en las cuales el flujo sanguíneo cerebral es inadecuado, incluso cuando la presión sanguínea parece ser adecuada. El flujo sanguíneo cerebral también puede inferirse indirectamente monitoreando la función neurológica, pero dado que la disfunción neurológica a menudo es irreversible para cuando se la detecta, es más deseable detectar cambios en el flujo sanguíneo cerebral directamente, mientras sus efectos en la función cerebral todavía son reversibles.

Los medios existentes para medir el flujo sanguíneo cerebral son complejos, costosos y en algunos casos invasivos, lo cual limita su utilidad. Tres métodos que se utilizan actualmente sólo en investigación son 1) inyección de xenón radioactivo en las arterias carótidas cervicales y observación de la radiación que emite mientras se esparce por el cerebro; 2) tomografía por emisión de positrones, también basada en la inyección de material radioactivo; y 3) angiografía por resonancia magnética, realizada utilizando un sistema de resonancia magnética costoso, del tamaño de una habitación, y que requiere de varios minutos para dar resultados. Estos tres métodos sólo pueden realizarse en un hospital u otro centro que tenga los equipos especializados disponibles, e incluso en los hospitales no resulta práctico monitorear pacientes de forma continuada utilizando estos métodos.

Un cuarto método, el Doppler transcraneal (DTC) utiliza ultrasonido, no es invasivo y ofrece resultados inmediatos. Sin embargo, el DTC no ofrece una determinación correcta del flujo sanguíneo en aproximadamente el 15% de los pacientes, debido a la dificultad de pasar ondas sonoras a través del cráneo, y requiere excelentes habilidades por parte de profesionales con capacitación prolongada y práctica en la realización del examen y en descifrar los resultados. Otra desventaja del DTC es que sólo mide el flujo sanguíneo regional del cerebro, y no mide el flujo sanguíneo global. La ultrasonografía Doppler también puede utilizarse para medir el flujo sanguíneo en las arterias carótidas, proporcionando una estimación del flujo sanguíneo en la cabeza, pero no específicamente en el cerebro, y no incluye el flujo sanguíneo de la cabeza a través de las arterias vertebrales. El flujo sanguíneo de la cabeza a través de las arterias vertebrales es difícil de medir con ultrasonografía debido a su proximidad con las vértebras.

Dos técnicas adicionales que se utilizan, generalmente en la investigación, para medir el flujo sanguíneo de la cabeza y en otras partes del cuerpo son la pletismografía por impedancia eléctrica (IPG, por sus siglas en inglés) y la fotopletismografía (PPG, por sus siglas en inglés), ver WO 03/059164, patente estadounidense US 6,819,950 de Mills describe la utilización de PPG para detectar la estenosis carótida, entre otras afecciones. La patente estadounidense US 5,694,939 de Cowings describe las técnicas de biofeedback (bioinformación) para controlar la presión sanguínea, lo que incluye la utilización del IPG en la región inferior de la pierna y PPG en el dedo. La patente estadounidense US 5396893 de Oberg et al. indica que el PPG es superior al IPG para monitorear los ritmos cardíacos y respiratorios de los pacientes. La patente estadounidense US 6,832,113 de Belalcazar describe la utilización de IPG o PPG para medir el flujo sanguíneo, a los fines de optimizar un marcapasos cardíaco. La patente estadounidense US 6,169,914 de Hovland et al. describe la utilización de varios tipos de sensores, incluyendo IPG y PPG para monitorear la excitación sexual femenina con una sonda vaginal, y describe la utilización de diferentes tipos de sensores en combinación.

La patente US 6,413,223 de Yang et al. describe una sonda, utilizada en el dedo, que contiene dos sensores PPG y un sensor IPG. Los datos combinados de los tres sensores, analizados utilizando un modelo matemático del flujo sanguíneo arterial, proporciona una medición más adecuada del flujo sanguíneo que la que se obtendría utilizando IPG o PPG individualmente.

J. H. Seipel y J. E. Floam, en J. Clinical Pharmacology 15, 144-154 (1975) presentan los resultados de un estudio clínico sobre los efectos de un fármaco, la betahistidina, sobre la circulación sanguínea cerebral, craneal, del cuero cabelludo y de la pantorrilla. La reoencefalografía (REG), una forma de IPG, se utilizó para medir la amplitud del flujo sanguíneo cerebral.

Resumen de la invención

Un aspecto de algunas realizaciones de la invención hace referencia a la determinación del flujo sanguíneo cerebral a partir de datos de IPG, utilizando los datos sólo de ciclos cardíacos seleccionados, y descartando los datos de otros ciclos cardiacos, según las características de los datos de IPG y/u otros datos, por ejemplo datos de ECG (electrocardiograma). Opcionalmente, los datos de IPG se obtienen de electrodos colocados en la cabeza o en las orejas, por ejemplo como se describen en cualquiera de las solicitudes de patentes relacionadas mencionadas con anterioridad. El flujo sanguíneo cerebral se determina a partir de una combinación de datos de IPG y datos de PPG, y características de los datos de IPG, los datos de PPG, otros datos, o cualquier combinación de ellos, se utilizan para seleccionar los ciclos cardíacos a partir de los cuales se utilizan los datos de IPG y PPG. Opcionalmente, los datos de PPG se obtienen de sensores de PPG colocados en la cabeza o en las orejas, por ejemplo como se describe en cualquiera de las solicitudes de patentes relacionadas mencionadas con anterioridad. Opcionalmente, estas características comprenden la duración del ciclo cardíaco, y los datos se utilizan para los ciclos cardíacos de similar duración, mientras los ciclos cardíacos con duraciones muy diferentes se descartan. En forma adicional o alternativa, las características comprenden una correlación cruzada entre la señal de cada ciclo cardíaco y el siguiente (o precedente) ciclo cardíaco, para la señal IPG y/o para la señal PPG. Por ejemplo, los datos se utilizan para un ciclo cardíaco sólo si la correlación cruzada excede un umbral, para la señal IPG o para la señal PPG, o sólo si la correlación cruzada excede un umbral para las señales IPG y PPG.

Un aspecto de algunas realizaciones de la invención hace referencia a la reducción de artefactos respiratorios de los datos IPG y/o datos PPG, antes de utilizar los datos IPG, o una combinación de los datos IPG y PPG, para medir el flujo sanguíneo cerebral. Los artefactos respiratorios se reducen, por ejemplo, ajustando los datos de manera diferente para cada ciclo cardíaco, de modo que los datos en una fase particular en el ciclo cardíaco, o un promedio de los datos durante una serie particular de fases del ciclo cardíaco, siempre tienen un valor fijo. Opcionalmente, los artefactos respiratorios se eliminan sustancialmente de los datos IPG y/o de los datos PPG, por ejemplo el flujo sanguíneo cerebral calculado de los datos IPG y PPG varía en menos del 10% como una función de la fase del ciclo de respiración, en un promedio sobre muchos ciclos de respiración. Opcionalmente, la fase particular en el ciclo cardíaco es la fase diastólica, como se indica, por ejemplo, mediante el pico de la onda R, o como se indica por un mínimo en la señal IPG o la señal PPG.

Un aspecto de algunas realizaciones de la invención hace referencia a utilizar una proporción de un gradiente, opcionalmente un gradiente máximo de la señal IPG a un gradiente, opcionalmente un gradiente máximo de la señal PPG, como una medición del flujo sanguíneo cerebral. Se cree que este gradiente está muy correlacionado con la salida del flujo sanguíneo. Opcionalmente, el gradiente máximo se normaliza, por ejemplo dividiéndolo por una medida de la amplitud de la señal para ese ciclo cardíaco. Opcionalmente, la medición resultante del flujo sanguíneo cerebral se suaviza utilizando un promedio a lo largo del tiempo. Por ejemplo, se utiliza un promedio móvil a lo largo del tiempo, con un intervalo de tiempo fijo, por ejemplo unos pocos segundos, o con un número fijo de ciclos cardíacos. Opcionalmente, el suavizado se realiza durante un intervalo de tiempo que varía con el tiempo, adaptándose a las características de la señal.

Por lo tanto, se provee, según una realización a modo de ejemplo de la invención, un método para calcular el flujo sanguíneo cerebral analizando las señales de IPG y PPG de la cabeza, dicho método que comprende:

a): encontrar un gradiente máximo o el gradiente más negativo de la señal IPG, dentro de al menos una parte del ciclo cardíaco;

b): encontrar un gradiente máximo o el gradiente más negativo de la señal PPG, dentro de al menos una parte del ciclo cardíaco;

c): encontrar una proporción del gradiente máximo o el gradiente más negativo de la señal IPG con respecto al gradiente máximo o al gradiente más negativo de la señal PPG; y

d): calcular un indicador del flujo sanguíneo cerebral a partir de la proporción.

Opcionalmente, encontrar el gradiente máximo o más negativo comprende encontrar el gradiente máximo, tanto para las señales IPG como para las PPG, y encontrar una proporción comprende una proporción de gradientes máximos.

Opcionalmente, los gradientes máximos son máximos dentro de una parte inicial del ciclo cardíaco.

En forma alternativa, encontrar el gradiente máximo o más negativo comprende encontrar el gradiente más negativo, tanto para las señales IPG y PPG, y encontrar una proporción comprende una proporción de los gradientes más negativos.

Opcionalmente, los gradientes máximos son máximos dentro de una parte final del ciclo cardíaco.

En una realización de la invención, el gradiente máximo o más negativo de al menos una de las señales se normaliza a una medida de la amplitud de dicha señal.

Opcionalmente, la medida de la amplitud es la amplitud de pico a pico de dicha señal durante todo el ciclo cardíaco.

Alternativamente, la medida de la amplitud es un valor promedio de dicha señal durante todo el ciclo cardíaco.

Opcionalmente, la señal PPG proviene de un sensor PPG en el lado izquierdo de la cabeza. En forma adicional o alternativa, la señal PPG viene de un sensor PPG en el lado derecho de la cabeza.

En forma adicional o alternativa, la señal PPG es un promedio de señales de un sensor PPG en el lado izquierdo de la cabeza y un sensor PPG en el lado derecho de la cabeza.

También se provee, según una realización a modo de ejemplo de la invención, un método para calcular el flujo sanguíneo cerebral variable con el tiempo, que comprende:

a): obtener una señal IPG variable con el tiempo de la cabeza;

b): obtener una señal PPG variable con el tiempo de la cabeza;

c): utilizar las señales IPG y PPG para calcular un indicador variable con el tiempo del flujo sanguíneo cerebral; y

d): realizar un procesamiento de datos en una o más señales IPG, la señal PPG, y el indicador del flujo sanguíneo cerebral, para reducir ruidos o artefactos o ambos.

En una realización de la invención, realizar un procesamiento de datos comprende descartar datos de la señal IPG, la señal PPG, o ambos, para los ciclos cardíacos que cumplen con uno o más criterios para ser descartados.

Opcionalmente, los criterios pueden tener una duración fuera del rango esperado.

Opcionalmente, el rango esperado tiene un máximo de entre 1,3 y 2 veces la duración promedio de los ciclos cardíacos.

En forma adicional o alternativa, los criterios comprenden que una o ambas señales IPG y PPG tengan una correlación cruzada por debajo de un umbral, entre el ciclo cardíaco y el ciclo cardíaco siguiente.

En forma adicional o alternativa, los criterios comprenden que una o ambas señales IPG y PPG tengan una correlación cruzada por debajo de un umbral, entre el ciclo cardíaco y el ciclo cardíaco precedente.

Opcionalmente, el umbral está entre +0,5 y +0,8.

En una realización de la invención, realizar el procesamiento de datos comprende reducir los artefactos respiratorios en la señal IPG, la señal PPG, o ambas.

Opcionalmente, calcular el indicador de flujo sanguíneo cerebral comprende utilizar el método según una realización a modo de ejemplo de la invención.

En una realización de la invención, realizar el procesamiento de datos comprende el suavizado del indicador de flujo sanguíneo cerebral.

Opcionalmente, el suavizado comprende encontrar un promedio en un intervalo de tiempo.

Opcionalmente, el suavizado comprende utilizar una escala de tiempo que se ajusta de forma adaptativa, según el comportamiento del indicador de flujo sanguíneo cerebral como una función de tiempo.

Breve descripción de los dibujos

En las siguientes secciones se describen realizaciones a modo de ejemplo de la invención con referencia a los dibujos. Los dibujos no necesariamente están a escala y en general se utilizan los mismos números de referencia para las mismas características o similares que se muestran en los diferentes dibujos.

La figura 1 es un diagrama de flujo de un método para determinar el flujo sanguíneo cerebral, según una realización a modo de ejemplo de la invención.

Las figuras 2A-2D muestran esquemáticamente gráficos de las señales IPG y PPG, con artefactos respiratorios y sin los artefactos respiratorios, según una realización a modo de ejemplo de la invención;

La figura 3 muestra esquemáticamente un gráfico de las señales IPG y PPG, durante buenos y malos ciclos cardíacos, según una realización a modo de ejemplo de la invención;

La figura 4 muestra esquemáticamente un gráfico de un indicador de flujo sanguíneo cerebral como una función de tiempo durante un procedimiento de endarterectomía, según una realización a modo de ejemplo de la invención;

La figura 5 muestra esquemáticamente un gráfico del indicador de flujo sanguíneo cerebral que se muestra en la figura 4, que muestra el efecto de incluir todos los ciclos cardíacos, e incluir sólo los ciclos cardíacos buenos, según una realización a modo de ejemplo de la invención;

La figura 6 muestra esquemáticamente un gráfico del indicador de flujo sanguíneo cerebral que se muestra en la figura 4, que se niveló en el tiempo, junto con los valores del indicador antes del suavizado, según una realización a modo de ejemplo de la invención;

La figura 7 muestra esquemáticamente un gráfico de un indicador de flujo sanguíneo cerebral calculado de un sujeto como una función de tiempo, según una realización a modo de ejemplo de la invención, durante un examen en el cual se aumentó el flujo sanguíneo cerebral haciendo que el sujeto tome aire con un mayor nivel de dióxido de carbono; y

La figura 8 muestra esquemáticamente un gráfico de un indicador de flujo sanguíneo cerebral calculado para los hemisferios derecho e izquierdo del cerebro de un sujeto como una función de tiempo, según una realización a modo de ejemplo de la invención, durante un examen en el cual el sujeto realizó una tarea cognitiva que aumenta el flujo sanguíneo del hemisferio izquierdo.

Descripción detallada de realizaciones a modo de ejemplo

La figura 1 muestra un diagrama de flujo 100, que describe un método para determinar el flujo sanguíneo cerebral (FSC) según una realización a modo de ejemplo de la invención. Los diferentes pasos en el diagrama de flujo 100 se describirán con referencia a los gráficos de datos, que se muestran en las figuras 2, 3 y 4.

En 102, se obtienen los datos de IPG y PPG en bruto de la cabeza. Los datos se adquieren, por ejemplo, utilizando cualquiera de los métodos descritos en cualquiera de las solicitudes de patentes antes mencionadas o en las patentes y publicaciones que se indican como referencia en los Antecedentes, o cualquier otro método conocido en el arte para adquirir datos IPG y PPG de la cabeza. Por ejemplo, se utilizan sensores combinados, que incorporan electrodos para IPG y sensores ópticos para PPG, o bien se utilizan sensores separados. Opcionalmente, los electrodos IPG se diseñan para tener un tamaño y forma determinados y se colocan en la cabeza, para así obtener datos IPG que sean relativamente más sensibles a la impedancia del interior del cráneo, y relativamente menos sensibles a la impedancia del cuero cabelludo, como se describe en las solicitudes de patente mencionadas con anterioridad. Los ejemplos de señales IPG y PPG en bruto como una función de tiempo se muestran respectivamente en las parcelas de muestreo 202 y 204 de las figuras 2A y 2B.

Opcionalmente, hay más de un sensor PPG, por ejemplo, hay dos sensores PPG, uno en cada lado de la cabeza. Opcionalmente, los sensores PPG se encuentran respectivamente en el lado derecho e izquierdo de la frente. En cualquiera de los métodos aquí descritos para utilizar la señal PPG, se puede utilizar ya sea la señal PPG del lado izquierdo de la cabeza o la señal PPG del lado derecho de la cabeza, o un promedio de las dos señales PPG, posiblemente un promedio ponderado.

En 104, las señales IPG y/o PPG en bruto son condicionadas opcionalmente para reducir los artefactos respiratorios. Esto se realiza, por ejemplo, ajustando las señales de modo tal que el valor mínimo para cada ciclo cardíaco tenga un valor constante, fijado en cero en las figuras 2C y 2D. Los métodos para definir qué constituye un solo ciclo cardíaco se describen a continuación, en conexión con 106. Las señales resultantes, la señal IPG condicionada, que se muestra en la parcela de muestreo 206, y la señal PPG condicionada, que se muestra en la parcela de muestreo 208, prácticamente no tienen artefactos respiratorios. No hay correlación aparente de las señales IPG y las señales PPG con el ciclo de respiración visible para cualquiera que observe ocasionalmente las parcelas de muestreo 206 y 208, y cualquier correlación de la señal IPG y/o la señal PPG del ciclo de respiración opcionalmente resulta en un efecto menor al 10% en el flujo sanguíneo cerebral calculado. Opcionalmente, los valores entre la mínima se reducen por el valor promedio o un valor interpolado de la mínima adyacente.

Opcionalmente, en 106, se seleccionan los "buenos" ciclos cardíacos, y se descartan los datos de otros ciclos cardíacos. Opcionalmente, se utiliza un criterio o más de tres criterios para descartar los datos de algunos ciclos cardíacos. El primer criterio se relaciona con cuánto difiere la duración del ciclo cardíaco de una duración promedio. El segundo y tercer criterios se relacionan con cuánto difiere la forma de la señal de un ciclo cardíaco dado de la forma de la señal del ciclo cardíaco siguiente (o precedente), para la señal IPG y para la señal PPG respectivamente. Los datos de los ciclos cardíacos que satisfacen uno o más de estos criterios probablemente tengan un nivel de ruidos más alto que distorsiona las señales, o puede corresponder a un latido irregular que no ofrece un valor típico del flujo sanguíneo cerebral. Los inventores han descubierto que descartar datos para ciclos cardíacos que satisfacen cualquiera de estos tres criterios es particularmente útil para determinar una medida precisa del flujo sanguíneo cerebral. Opcionalmente, los datos se descartan sólo si el ciclo cardíaco satisface dos de estos criterios, o los tres criterios. Opcionalmente, sólo uno de estos criterios se utiliza como criterio para descartar datos. Opcionalmente, sólo se utilizan dos de estos criterios y los datos se descartan si se satisface cualquiera de los dos criterios. Opcionalmente, se utilizan los tres criterios y los datos se descartan si se satisface cualquiera de los criterios. Un experto en el arte puede indicar otros criterios para determinar si los datos de un ciclo cardíaco particular deben descartarse.

La duración del ciclo cardíaco se determina, por ejemplo, utilizando datos de un ECG, y se define como el tiempo desde el pico de una onda R al pico de la siguiente onda R. Para que un pico sea considerado el pico de una onda R, el pico opcionalmente debe cumplir con ciertos criterios. Por ejemplo, el pico se enmarca entre 0,3 segundos y 1,5 segundo del pico de la onda R anterior. Si hay más de un pico local dentro de este intervalo, el pico de la onda R se determina opcionalmente encontrando el pico que se parece más a la amplitud esperada y al intervalo del pico de una onda R. La amplitud esperada y el intervalo de tiempo se basan, por ejemplo, en la amplitud e intervalo de tiempo del pico previo de una onda R, o en un promedio continuo de los valores pasados. Opcionalmente, en lugar de o además de utilizar el pico de la onda R para definir la duración de los ciclos cardíacos, se utilizan datos IPG y/o datos PPG. Por ejemplo, la duración de un ciclo cardíaco se define como el tiempo desde un mínimo (o máximo) local hasta el siguiente mínimo (o máximo) local en la señal IPG y/o PPG, o como el tiempo desde un máximo (o mínimo) local en gradiente de la señal hasta el próximo máximo (o mínimo) local en gradiente. Opcionalmente, el máximo (o mínimo) local en la señal IPG o PPG, o en el gradiente de la señal IPG o PPG, debe cumplir ciertos criterios, por ejemplo criterios similares o idénticos a los criterios descritos anetriormente para utilizar el pico de la onda R. Opcionalmente, se descartan los datos para aquellos ciclos que tengan una duración fuera de un rango esperado. Opcionalmente, el rango máximo esperado está entre 1,3 y 2 veces una duración promedio del ciclo cardíaco. Por ejemplo, el máximo es 1, 65 veces la duración promedio. En forma alternativa, el máximo del rango esperado es menos de 1,3 veces la duración promedio. Opcionalmente, la mínima del rango esperado es menos de 0,7 veces la duración promedio. De forma alternativa, la mínima del rango esperado es más de 0,7 veces la duración promedio. Opcionalmente, no hay un mínimo explícito para el rango, aunque puede haber una duración mínima para cualquier ciclo cardíaco, debido a la forma en que se definen los ciclos cardíacos, como se describe con anterioridad.

La "duración promedio de un ciclo cardíaco" descrita con anterioridad es opcionalmente la mediana o el modo de las duraciones de los ciclos cardíacos. Una ventaja potencial de utilizar la mediana o el modo, en lugar de la media, es que la mediana y el modo son relativamente insensibles a los valores atípicos que pueden representar ruido en los datos en lugar de duraciones reales de los ciclos cardíacos. De forma alternativa, la "duración promedio de un ciclo cardíaco" es la media de las duraciones de los ciclos cardíacos. Opcionalmente, la "duración promedio de un ciclo cardíaco" es un promedio continuo, por ejemplo durante varios ciclos cardíacos, o durante varias decenas de ciclos cardíacos. Utilizar un promedio continuo para la duración promedio de un ciclo cardíaco tiene la ventaja potencial de ajustar la duración promedio a cambios reales en el número de pulsaciones del paciente, debido a cambios fisiológicos en el tiempo. Opcionalmente, se utiliza un valor fijo en lugar de la "duración promedio de un ciclo cardíaco", opcionalmente ajustado al paciente, o el valor fijo se basa en el número de pulsaciones determinado para ese paciente.

Cuánto difiere la forma de la señal (ya sea la señal IPG o PPG) para un ciclo cardíaco dado de la señal para el siguiente ciclo cardíaco, se determina, por ejemplo, mediante correlación cruzada entre las señales para los dos ciclos cardíacos. Opcionalmente, si la correlación cruzada es menor que cierto umbral, para una o ambas señales IPG y PPG, los datos para el ciclo cardíaco se descartan. Opcionalmente, el umbral está entre +0,5 y +0,8, por ejemplo el umbral es +0,7. Opcionalmente, en lugar de utilizar la correlación cruzada entre un ciclo cardíaco y el siguiente ciclo cardíaco para el criterio, el criterio se basa en la correlación cruzada entre el ciclo cardíaco y el ciclo cardíaco anterior. De forma alternativa, los datos se descartan sólo si una de estas dos correlaciones cruzadas es menor que el umbral, o sólo si ambas correlaciones cruzadas son menores que el umbral. Opcionalmente, los datos se descartan sólo si la correlación cruzada (cualquiera que se utilice) es menor que el umbral tanto para la señal IPG como para la señal PPG. De forma alternativa, los datos se descartan sólo si la correlación cruzada es menor que el umbral para la señal IPG, o sólo si la correlación cruzada es menor que el umbral para la señal PPG.

La figura 3 muestra una línea 300 de datos IPG condicionados 302 (curva contínua) y datos PPG condicionados 304 (línea interrumpida). Para los dos primeros ciclos cardíacos, en los intervalos de tiempo 306 y 308, la correlación cruzada entre ese ciclo cardíaco y el siguiente es relativamente baja para los datos IPG, aparentemente debido a ruidos en los datos IPG, y se descartan los datos para estos ciclos cardíacos. Para el resto de los ciclos cardíacos, la correlación cruzada entre ese ciclo cardíaco y el siguiente es relativamente alta, tanto para las señales IPG como para las señales PPG, y los datos de esos ciclos cardíacos no se descartan.

En 108, se calcula un indicador de FSC a partir de los datos IPG y/o PPG para los ciclos cardíacos para los cuales se mantuvieron los datos. En una realización a modo de ejemplo de la invención, se determina el indicador de FSC para cada ciclo cardíaco, tomando la proporción del máximo gradiente de la señal IPG y el máximo gradiente de la señal PPG. Opcionalmente, los gradientes máximos no son necesariamente máximos durante todo el ciclo cardíaco, sino que son máximos durante una parte principal del ciclo cardíaco, tras la fase diastólica. Debe entenderse que las magnitudes de las señales IPG y PPG, y por lo tanto los gradientes máximos de ambas señales, en general pueden ser sensibles a varios factores. Estos factores incluyen la posición exacta de los electrodos y sensores PPG en la cabeza del paciente, que tan bueno es el contacto con la piel, y el espesor de la piel del paciente y la capa de grasa bajo la piel del paciente en el lugar donde se colocan los electrodos y en otras partes de la cabeza del paciente. La proporción de gradientes máximos de las señales IPG y PPG puede no ofrecer una medición absoluta del flujo sanguíneo cerebral pero puede ofrecer sólo una medida relativa del flujo sanguíneo cerebral. Opcionalmente, la medida del flujo sanguíneo cerebral se calibra observando su valor en un momento en el que se sabe que el paciente tiene un flujo sanguíneo cerebral adecuado, por ejemplo antes de una cirugía, cuando el paciente está consciente y puede evaluarse su estado mental haciéndole preguntas. Opcionalmente, los electrodos y sensores PPG se quitan o colocan en otro lugar una vez que se haya calibrado la medición del flujo sanguíneo cerebral, por ejemplo, hasta que se haya completado la cirugía.

Debido a que las arterias en el cerebro generalmente son mayores en diámetro que las arterias de la piel y el cuero cabelludo, el volumen sanguíneo en el cerebro generalmente aumenta antes y más rápido al principio de la fase sistólica, que el volumen sanguíneo en la piel. Debido a que la señal IPG es sensible tanto al volumen sanguíneo en el cerebro como al volumen sanguíneo en la piel, mientras que la señal PPG es sensible sólo al volumen sanguíneo en la piel, generalmente la señal IPG se eleva antes y más rápido, al principio de la fase sistólica, que la señal PPG. El gradiente máximo de cada señal es una medida de cómo de rápido se produce esta elevación, y qué tanto se eleva. El gradiente máximo de la señal IPG es una medida de una suma ponderada del flujo sanguíneo en el cerebro y el flujo sanguíneo en la piel, mientras que el gradiente máximo de la señal PPG es una medida del flujo sanguíneo sólo en la piel. Los gradientes máximos de las señales IPG y PPG pueden ser mejores medidas del flujo sanguíneo en estas regiones que la amplitud de pico a pico de las señales IPG y PPG, que miden cambios en el volumen sanguíneo. El cambio en el volumen sanguíneo depende de la diferencia entre el flujo sanguíneo que entra y sale de una región. Sin embargo, las amplitudes de pico a pico de las señales IPG y PPG pueden ser útiles para medir el flujo sanguíneo cerebral.

Otro método útil para medir el flujo sanguíneo, ya sea para la señal IPG o la señal PPG o ambas, es el gradiente máximo de la señal normalizada a una medida de la amplitud de la señal. Por ejemplo, el gradiente máximo se normaliza dividiendo por la amplitud de pico a pico de la señal para ese ciclo cardíaco. De forma alternativa, el gradiente máximo se normaliza dividiendo por una diferencia entre un valor promedio de la señal, posiblemente un valor de promedio ponderado, y el valor mínimo de la señal, para ese ciclo cardíaco. Opcionalmente, el valor promedio ponderado incluye tanto pesos positivos como negativos, por ejemplo el valor promedio ponderado es un componente Fourier de la señal en la frecuencia del ciclo cardíaco. Opcionalmente, la normalización es para el área de la señal por ejemplo entre la mínima sucesiva.

Los inventores encontraron que la proporción del gradiente máximo de la señal IPG y el gradiente máximo de la señal PPG (ya sea normalizando los gradientes máximos o no) a menudo se correlaciona con el caudal del flujo sanguíneo en el cerebro en ciertas circunstancias, como se determina independientemente con otros medios, por ejemplo TCD. Por ejemplo, en ciertas circunstancias, el cerebro, en sí mismo, aumenta el flujo sanguíneo cerebral constringiendo las arterias periféricas que afectan al flujo sanguíneo del cuero cabelludo y de la piel de la cara. En estos casos, un aumento en el flujo sanguíneo cerebral se correlaciona con una disminución en el flujo sanguíneo en la piel, y la proporción del gradiente mínimo de la señal IPG y el gradiente máximo de la señal PPG puede estar correlacionada con el flujo sanguíneo cerebral.

En circunstancias donde el flujo sanguíneo cerebral se reduce bloqueando o sangrando una arteria en un lado de la cabeza, el flujo sanguíneo periférico del otro lado de la cabeza puede permanecer relativamente constante. En estos casos, particularmente si la señal PPG se mide en el otro lado de la cabeza de la arteria afectada, la proporción del gradiente máximo de la señal IPG al gradiente máximo de la señal PPG también puede correlacionarse con el flujo sanguíneo cerebral. Aún si la señal PPG se toma en el mismo lado de la cabeza que la arteria afectada, la proporción de los gradientes máximos puede correlacionarse razonablemente con el flujo sanguíneo cerebral, quizás porque las arterias colaterales pueden redistribuir sangre de un lado de la cabeza al otro.

En otras circunstancias, diferentes medidas del flujo sanguíneo cerebral pueden ser más útiles. Por ejemplo, si el flujo sanguíneo total de la cabeza se reduce debido a un aumento en la presión sanguínea, entonces el cerebro puede compensar constringiendo las arterias periféricas, reduciendo el flujo sanguíneo en la piel más que en el cerebro. En este caso, el gradiente máximo de la señal IPG sola, o una diferencia ponderada en los gradientes máximos entre las señales IPG y PPG puede ser una mejor medida del flujo sanguíneo cerebral que la proporción de los gradientes máximos.

En algunas realizaciones de la invención, se utiliza una fórmula diferente para encontrar el indicador de FSC. Por ejemplo, en lugar de utilizar proporciones de los gradientes máximos de las señales IPG y PPG, se utiliza la proporción de los gradientes mínimos (más negativos), con los gradientes ya sean normalizados a una medida de las amplitudes o no. Opcionalmente, los gradientes más negativos no necesariamente son los más negativos de todo el ciclo cardíaco, sino sólo de una parte final del ciclo cardíaco, tras la fase sistólica. La caída en el volumen sanguíneo después de la fase sistólica, al igual que el aumento en el volumen sanguíneo tras la fase diastólica, puede ser más rápida para el cerebro que para la piel. La proporción de los gradientes mínimos de las señales IPG y PPG pueden relacionarse con el flujo sanguíneo cerebral en forma similar a la proporción de los gradientes máximos. De forma alternativa, al tomar la proporción de gradientes; el gradiente máximo se utiliza para una de las señales y el gradiente mínimo (o su valor absoluto) se utiliza para la otra señal.

En forma alternativa o adicional, el indicador de FSC se encuentra sustrayendo una señal PPG ponderada de la señal IPG, y después tomando el gradiente máximo de la señal diferente. Opcionalmente, el factor de ponderación se determina requiriendo que un gradiente del borde de salida de la señal PPG ponderada, por ejemplo un gradiente promedio del borde de salida, o un gradiente más pronunciado del borde de salida, sea igual al gradiente correspondiente de la señal IPG. Esta elección del factor de ponderación puede ser apropiada si el borde de salida de la señal IPG está dominado por el flujo sanguíneo en la piel. El indicador de FSC resultante tiene la ventaja potencial de poder posiblemente indicar mejor cambios en el flujo sanguíneo cerebral, causados por un descenso en la presión sanguínea que disminuye el flujo sanguíneo en el cerebro y la piel. Por otro lado, un indicador del FSC basado en las proporciones de los gradientes de las dos señales puede ser menos sensible a ruidos en las señales que un indicador del FSC basado en el gradiente de una diferencia entre las dos señales.

Opcionalmente, el indicador del FSC se basa sólo en la señal IPG, o sólo en la señal PPG. Por ejemplo, el indicador del FSC es la amplitud de pico a pico de una de las señales en cada ciclo cardíaco, o el gradiente máximo o mínimo de una de las señales, o el gradiente máximo o mínimo normalizado a una amplitud de la señal, en cada ciclo cardíaco.

En 110, la señal del indicador del FSC se promedia a lo largo del tiempo, utilizando cualquier algoritmo conocido para el suavizado temporal. Opcionalmente, el promedio se realiza a lo largo de una escala temporal de varios segundos, por ejemplo más de 5, 10 ó 20 segundos, o más de una pluralidad de ciclos cardíacos, por ejemplo más de 5, 10 ó 20 ciclos cardíacos. Opcionalmente, la escala temporal para el suavizado varía en forma adaptativa, según los datos que se suavizan. Por ejemplo, el suavizado comprende realizar un promedio de los datos a lo largo de un intervalo de tiempo que se ajusta hacia arriba si una extrapolación lineal hace una buena predicción sobre dónde estará el siguiente dato, y se ajusta hacia abajo si una extrapolación lineal hace una mala predicción sobre dónde estará el siguiente dato.

Opcionalmente, en lugar de, o además de, promediar el indicador del FSC de una pluralidad de ciclos cardíacos, las señales IPG para cada uno de una pluralidad de ciclos cardíacos se sobreponen y promedian juntas, y opcionalmente se hace lo mismo para la señal PPG, antes de encontrar el indicador del FSC en 108, utilizando cualquiera de los métodos antes descritos.

La figura 4 muestra un gráfico 400, con una línea de una señal del indicador del FSC 402 suavizada como una función de tiempo. El indicador del FSC se calculó tomando la proporción del gradiente máximo normalizado de la señal IPG con respecto al gradiente máximo normalizado de la señal PPG, y la normalización se realizó utilizando la amplitud de pico a pico de cada señal. El suavizado del indicador del FSC se realizó calculando el promedio durante un intervalo de tiempo variable en forma adaptativa, como se describe con anterioridad. Las señales IPG y PPG se midieron en un paciente durante una endarterectomía, en la cual las arterias carótidas comunes, internas y externas de un lado del cuello se ocluyeron entre un momento 406 y un momento 408, mientras se eliminó placa de las arterias. Los datos de PPG utilizados se tomaron del lado de la cabeza opuesto a las arterias ocluidas. La señal del indicador de FSC 402 disminuye en el momento 406, principalmente debido a una disminución en la señal IPG, cuando las arterias están ocluidas y el flujo sanguíneo hacia ese lado de la cabeza, y a todo el cerebro, se reduce. En el momento 408, cuando las arterias ocluidas se liberan, la señal del indicador de FSC 402 aumenta, principalmente debido a un aumento en la señal IPG. La señal del indicador de FSC es mayor después del momento 408 de lo que era antes de que se ocluyeran las arterias, ya que las arterias sin placa permiten un mayor flujo sanguíneo cerebral que antes.

Cabe destacar que los inventores detectaron que este método de calcular el indicador de FSC generalmente ofrece mejores resultados para el flujo sanguíneo cerebral durante una endarterectomía, de entre los métodos que se han probado. Sin embargo, también se ha determinado que algunos otros métodos para calcular el indicador de FSC, incluyendo la utilización de la señal PPG del mismo lado de la cabeza que las arterias ocluidas, ofrecen una indicación bastante buena del flujo sanguíneo cerebral durante una endarterectomía.

La figura 5 muestra un gráfico 500, que ilustra el efecto de descartar ciclos cardíacos malos en el indicador de FSC. Las señales del indicador de FSC que se muestran en el gráfico 500 se calcularon a partir de los mismos datos utilizados en la figura 4. La señal del indicador de FSC 402, que se muestra como una línea contínua, se calculó utilizando sólo "buenos" ciclos cardíacos, y es la misma señal 402 que se muestra en la figura 4. Los buenos ciclos cardíacos se definen como aquellos para los cuales la duración de los ciclos cardíacos fue menor que 1,65 veces la duración media de todos los ciclos cardíacos, y para los cuales tanto las señales IPG como las PPG tuvieron una correlación cruzada de al menos +0,7 entre ese ciclo cardíaco y el siguiente. La señal del indicador de FSC 502, que se muestra como una línea discontinua, se calculó de la misma forma, pero también se incluyeron datos de señal de todos los ciclos cardíacos. Aunque la señal 502 muestra la misma tendencia general que la señal 402, con una reducción mientras las arterias están ocluidas y regresando a un nivel más alto después de que se liberan las arterias, la señal 502 muestra considerablemente más ruido que la señal 402.

La figura 6 muestra un gráfico 600, que ilustra el efecto del suavizado en el indicador de FSC. El indicador de FSC suavizado 402, trazado en el gráfico 600 es el mismo que la señal 402 trazada en las figuras 4 y 5. Un gran número de pequeños asteriscos 602 muestran los valores del indicador de FSC para ciclos cardíacos individuales, que muestran un nivel de ruido mucho más alto que la señal suavizada 402.

Las figuras 7 y 8 muestran los resultados de otras dos pruebas que realizaron los inventores para verificar la utilidad de la señal del indicador de FSC, utilizando voluntarios sanos. En estas pruebas, los indicadores de FSC 702 (en la figura 7) y 802 y 806 (en la figura 8) se definieron como la proporción del gradiente máximo de la señal IPG y el gradiente máximo de una de las señales PPG, pero los gradientes máximos no se normalizaron a las amplitudes de las señales respectivas. Este método de calcular el indicador de FSC generalmente proporcionó mejores resultados en estas dos pruebas, que utilizar los gradientes máximos normalizados. El método de suavizado y la definición de "buenos" ciclos cardíacos fueron el mismo para el indicador de FSC 402 en las figuras 4-6.

En la prueba utilizada para generar los datos trazados en el gráfico 700 en la figura 7, el sujeto respiraba aire normal hasta el momento 708. Entre el momento 708 y el momento 710, el sujeto respiró aire de una bolsa cerrada, lo cual produjo un aumento en el nivel de dióxido de carbono, un procedimiento que se sabe que provoca un aumento en el flujo sanguíneo cerebral. Después del momento 710, el sujeto volvió a respirar aire normal. El nivel de dióxido de carbono medido en el gas que el sujeto exhaló, relativo a una presión parcial de dióxido de carbono exhalado normal de 40mm Hg se trazó en el gráfico 700 como señal 704. Como se esperaba, el indicador de FSC 702 aumenta cuando aumenta el nivel de dióxido de carbono. El cambio en el indicador FSC 702 se debe en gran medida a cambios en la señal PPG, que disminuye cuando aumenta el nivel de dióxido de carbono, ya que el cerebro constriñe las arterias periféricas de la cabeza, para asegurar una provisión de oxígeno continua y adecuada al cerebro. Una señal TCD suavizada 704, un indicador estándar del flujo sanguíneo cerebral, muestra un aumento similar cuando aumenta el nivel de dióxido de carbono.

La figura 8 ilustra el efecto de actividad cognitiva en el flujo sanguíneo cerebral. El indicador de FSC 802 se calculó utilizando la señal PPG del lado izquierdo de la cabeza. El indicador de FSC 802 debe indicar específicamente el flujo sanguíneo en el lado izquierdo del cerebro, ya que se sabe que el cerebro constriñe o relaja las arterias periféricas en forma separada ya sea en el lado izquierdo o derecho de la cabeza, para regular el flujo sanguíneo en los lados correspondientes del cerebro. Se presentaron al sujeto nueve problemas de multiplicación, y se le pidió que los resolviera en su cabeza, en los momentos indicados por las flechas 804. Se sabe que la aritmética mental es una actividad principalmente del lado izquierdo del cerebro, y durante el tiempo que el sujeto estaba resolviendo los problemas, el indicador de FSC 802 mostró un aumento en el flujo sanguíneo cerebral izquierdo, con una demora de aproximadamente dos minutos. En cambio, el indicador de FSC 806, que se calculó utilizando la señal PPG del lado derecho de la cabeza, no muestra un gran incremento, indicando que no hubo incremento en el flujo sanguíneo cerebral derecho durante este período. El indicador de FSC 806 incluso puede mostrar una pequeña disminución durante este período. Los cambios en ambos indicadores de FSC se deben principalmente a cambios en la señal PPG.

Claims

1. Método para calcular el flujo sanguíneo cerebral analizando las señales IPG, es decir, pletismografía por impedancia y PPG, es decir, fotopletismografía, de la cabeza, el método comprende:

c): encontrar una proporción del gradiente máxim o el gradiente más negativo de la señal IPG con respecto al gradiente máximo o al gradiente más negativo de la señal PPG; y

2. Método según la reivindicación 1 en donde encontrar el gradiente máximo o el gradiente más negativo comprende encontrar el gradiente máximo, para las señales IPG y PPG, y encontrar una proporción comprende encontrar una proporción de los gradientes máximos.

3. Método según la reivindicación 2 en donde los gradientes máximos son máximos dentro de una parte inicial del ciclo cardíaco.

4. Método según la reivindicación 1 en donde encontrar el gradiente máximo o el gradiente más negativo comprende encontrar el gradiente más negativo, para las señales IPG y PPG, y encontrar una proporción comprende encontrar una proporción de los gradientes más negativos.

5. Método según la reivindicación 4, en donde los gradientes más negativos son los más negativos dentro de una parte final del ciclo cardíaco.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el gradiente máximo o el gradiente más negativo de al menos una de las señales se normaliza a una medida de la amplitud de dicha señal.

7. Método según la reivindicación 6, en donde la medida de la amplitud es la amplitud de pico a pico de dicha señal durante el ciclo cardíaco.

8. Método según la reivindicación 6, en donde la medida de la amplitud es un valor promedio de dicha señal durante el ciclo cardíaco.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la señal PPG viene de un sensor PPG en el lado izquierdo de la cabeza.

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde la señal PPG viene de un sensor PPG en el lado derecho de la cabeza.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde la señal PPG es un promedio de las señales de un sensor PPG en el lado izquierdo de la cabeza y un sensor PPG en el lado derecho de la cabeza.

12. Método para calcular el flujo sanguíneo cerebral variable con el tiempo, que comprende:

a): obtener una señal IPG, es decir, pletismografía por impedancia, variable con el tiempo de la cabeza;

b): obtener una señal PPG, es decir, fotopletismografía, variable con el tiempo de la cabeza;

13. Método según la reivindicación 12, en donde realizar un procesamiento de datos comprende descartar datos de la señal IPG, la señal PPG, o ambas, para los ciclos cardíacos que cumplen con uno o más criterios para ser descartados.

14. Método según la reivindicación 13, en donde los criterios comprenden tener una duración fuera del rango esperado.

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15. Método según la reivindicación 14, en donde el rango esperado tiene un máximo de entre 1,3 y 2 veces la duración promedio de los ciclos cardíacos.

16. Método según cualquiera de las reivindicaciones 13-15, en donde los criterios comprenden que una o ambas señales IPG y PPG tengan una correlación cruzada por debajo de un umbral, entre el ciclo cardíaco y el ciclo cardíaco siguiente.

17. Método según cualquiera de las reivindicaciones 13-15, en donde los criterios comprenden que una o ambas señales IPG y PPG tengan una correlación cruzada por debajo de un umbral, entre el ciclo cardíaco y el ciclo cardíaco precedente.

18. Método según las reivindicaciones 16 o 17, en donde el umbral está entre +0,5 y+0,8.

19. Método según cualquiera de las reivindicaciones 12-18, en donde realizar el procesamiento de datos comprende reducir los artefactos respiratorios en la señal IPG, la señal PPG, o ambas.

20. Método según cualquiera de las reivindicaciones 12-19, en donde calcular el indicador de flujo sanguíneo cerebral comprende utilizar el método de cualquiera de las reivindicaciones 1-11.

21. Método según cualquiera de las reivindicaciones 12-20, en donde realizar el procesamiento de datos comprende el suavizado del indicador de flujo cerebral.

22. Método según la reivindicación 21, en donde el suavizado comprende encontrar un promedio en un intervalo de tiempo.

23. Método según las reivindicaciones 21 o 22, en donde el suavizado comprende utilizar una escala de tiempo que se ajusta de forma adaptativa, según el comportamiento del indicador de flujo sanguíneo cerebral como una función de tiempo.