RU2293515C2

RU2293515C2 - Noninvasive method for monitoring myocardial contractility

Info

Publication number: RU2293515C2
Application number: RU2005106728/14A
Authority: RU
Inventors: Виктор Александрович Клочков (RU); Виктор Александрович Клочков
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2007-02-20
Also published as: RU2005106728A

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: method involves performing cardiac cycle phase analysis using synchronously recorded electrocardiogram and aorta rheogram data obtained by continuously measuring contraction and expulsion period durations from two rheographic electrodes one of which is active and the other indifferent one, and following heart contraction force from the ratio of these time intervals. The indifferent electrode is arranged along the temporal and frontal bone boundary.

EFFECT: considerably reduced muscular noise interference.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины, конкретно к кардиологии, предназначено для неинвазивного непрерывного контроля сократительной способности миокарда путем постоянного измерения длительности фаз напряжения и изгнания сердечного цикла по синхронно регистрируемым электрокардиограмме и реограмме аорты с помощью электродов, расположенных в характерных точках на поверхности тела.The invention relates to medicine, specifically to cardiology, is intended for non-invasive continuous monitoring of myocardial contractility by continuously measuring the duration of the stress phases and the expulsion of the heart cycle by synchronously recorded electrocardiogram and rheogram of the aorta using electrodes located at characteristic points on the surface of the body.

Известно, что оценка сократительной способности миокарда неинвазивным способом проводится по величине так называемого механического коэффициента Блюмбергера - отношению длительности периода изгнания крови из левого желудочка к длительности периода напряжения (Инструментальные методы исследования сердечно-сосудистой системы. Руководство./Под ред. проф. Т.С.Виноградовой - М.: Медицина, 1986, стр.263). Суть показателя состоит в том, что чем быстрее нарастает внутрижелудочковое давление в фазе предызгнания крови и чем дольше при этом длится изгнание ударного объема крови в аорту, тем больше у исследователя оснований полагать, что сердечная мышца обладает достаточным механическим резервом.It is known that the non-invasive method of myocardial contractility is assessed by the magnitude of the so-called Blumberger mechanical coefficient - the ratio of the duration of the period of expulsion of blood from the left ventricle to the duration of the stress period (Instrumental methods for the study of the cardiovascular system. Manual. / Ed. By Prof. T. S. .Vinogradova - M .: Medicine, 1986, p. 263). The essence of the indicator is that the faster the intraventricular pressure rises in the phase of blood pre-expulsion and the longer the expulsion of the stroke volume of blood into the aorta lasts, the more reason the researcher believes that the heart muscle has sufficient mechanical reserve.

Известен способ регистрации электрической проводимости тканей в области сердца и крупных сосудов - реокардиография (импедансная кардиография), в сочетании с синхронной регистрацией электрокардиограммы (ЭКГ) (Cybulski G., Kozluk E., Michalak E., Niewiadomski W., Piatkowska A. Holter-type impedance cardiography device. A system for continuous and non-invasive monitoring of cardiac haemodynamics. Polish Heart Journal, 2004, v.61, p.138-146).A known method of recording the electrical conductivity of tissues in the region of the heart and large vessels is rheocardiography (impedance cardiography), in combination with synchronous recording of an electrocardiogram (ECG) (Cybulski G., Kozluk E., Michalak E., Niewiadomski W., Piatkowska A. Holter- type impedance cardiography device. A system for continuous and non-invasive monitoring of cardiac haemodynamics. Polish Heart Journal, 2004, v. 61, p. 138-146).

С помощью импедансной кардиограммы также определяют динамику фаз сердечной деятельности во время пробы с дозированной физической нагрузкой для выявления скрытых нарушений сократительной способности миокарда (Sheps D.S. et al. - Continuous noninvasive monitoring of left ventricular function during exercise by thoracic impedance cardiography-automated derivation of systolic time intervals. - Am Heart J, 1982, v.103, p.519-524, Ono T. et al. - Beat-to-Beat Evaluation of Systolic Time Intervals during Bicycle Exercise Using Impedance Cardiography. - Tohoku J. Exp. Med., 2004 v.203, 17-29). Недостатком указанного способа является наличие 4-х кольцевых пружинных электродов, сжимающих шею и грудную клетку.The impedance cardiogram also determines the dynamics of the phases of cardiac activity during a sample with dosed physical activity to detect hidden violations of myocardial contractility (Sheps DS et al. - Continuous noninvasive monitoring of left ventricular function during exercise by thoracic impedance cardiography-automated derivation of systolic time intervals .-- Am Heart J, 1982, v. 103, p. 519-524, Ono T. et al. - Beat-to-Beat Evaluation of Systolic Time Intervals during Bicycle Exercise Using Impedance Cardiography - Tohoku J. Exp. Med ., 2004 v. 203, 17-29). The disadvantage of this method is the presence of 4 ring spring electrodes, compressing the neck and chest.

Известен также способ, использующий разновидность импедансной кардиографии без сдавливающих проводников, при которой два клейких электрода малого размера располагают на шее над проекцией одной из сонных артерий и два таких же - на противоположной поверхности грудной клетки на уровне 5-6 ребра (Sramek В.В. US Patent 4.807.638, ICI A 61 B 5/02,1989). Серийно выпускаются клинические мониторы, использующие этот способ: 1) BioZ, (Cardio Dynamics Intern. Corp., San Diego, CA, USA - BioZ: Operator's Manual Revision C; July, 1998), 2) AIM-8 [Bioimpedance Technology, Ink, Chapel Hill, USA] (Barnes VA, Johnson MH, Treiber FA Temporal stability of 24h ambulatory hemodynamic bioimpedance measures in African American adolescents. Blood Press Monit, 2004, v.9, p.173-177). Однако расположение электродов при этом способе на шее - органе, весьма подвижном, порождает в реальных условиях существенные помехи мышечного характера, которые в свою очередь снижают точность и оперативность метода.There is also a method using a type of impedance cardiography without compressive conductors, in which two small adhesive electrodes are placed on the neck above the projection of one of the carotid arteries and two of the same on the opposite surface of the chest at the level of 5-6 ribs (Sramek V.V. US Patent 4.807.638, ICI A 61 B 5 / 02.1989). Clinical monitors using this method are commercially available: 1) BioZ, (Cardio Dynamics Intern. Corp., San Diego, CA, USA - BioZ: Operator's Manual Revision C; July, 1998), 2) AIM-8 [Bioimpedance Technology, Ink Chapel Hill, USA] (Barnes VA, Johnson MH, Treiber FA Temporal stability of 24h ambulatory hemodynamic bioimpedance measures in African American adolescents. Blood Press Monit, 2004, v.9, p. 173-177). However, the location of the electrodes in this method on the neck - an organ that is very mobile, in real conditions causes significant muscular disturbances, which in turn reduce the accuracy and efficiency of the method.

Известен также способ мониторирования сократительной способности миокарда, в котором для определения кривой, отражающей фазы деятельности сердца, располагают 4 реографических электрода на передней поверхности грудной клетки: два на грудине - один на уровне второго межреберья, второй - на уровне третьего межреберья, а третий и четвертый - на уровне 5-го и 6-го межреберий по срединно-ключичной линии.There is also a method of monitoring the contractility of the myocardium, in which to determine the curve reflecting the phases of the activity of the heart, there are 4 rheographic electrodes on the front surface of the chest: two on the sternum - one at the level of the second intercostal space, the second - at the level of the third intercostal space, and the third and fourth - at the level of the 5th and 6th intercostal space along the mid-clavicular line.

(R.P.Patterson, D.Witsoe. Ventricular volume curves obtained from impedance cardiography. Proc. of the 20^th Ann Int Conf of the IEEE/IMBS, 1998, p.444-446). Однако, как отмечают сами авторы, на форму кривой большое влияние оказывает положение тела пациента - при вертикальном положении на импедансной кардиограмме появляется дополнительная волна, мешающая определению начала фазы изгнания.(RPPatterson, D.Witsoe. Ventricular volume curves obtained from impedance cardiography. Proc. Of the 20 ^th Ann Int Conf of the IEEE / IMBS, 1998, p. 444-446). However, as the authors themselves note, the shape of the curve is greatly influenced by the position of the patient's body - with a vertical position, an additional wave appears on the impedance cardiogram, which interferes with determining the beginning of the phase of exile.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу является классическая реография аорты, при которой для проведения фазового анализа сердечного цикла один электрод (активный) располагается на грудине на уровне второго межреберья, второй (индифферентный) - на спине, на уровне IV-VI грудных позвонков (Инструментальные методы исследования сердечно-сосудистой системы. Руководство./Под ред. проф. Т.С.Виноградовой - М.: Медицина, 1986, стр.349). Однако такое расположение электродов делает затруднительным мониторирование в положении пациента лежа, в силу того, что на индифферентный электрод приходится вес тела и малейшие движения исследуемого вызывают выраженные мышечные помехи.The closest analogue to the proposed method is the classic aortic rheography, in which for conducting a phase analysis of the cardiac cycle, one electrode (active) is located on the sternum at the level of the second intercostal space, the second (indifferent) - on the back, at the level of IV-VI thoracic vertebrae (Instrumental methods studies of the cardiovascular system.Manual./ Ed. by Prof. T.S. Vinogradova - M .: Medicine, 1986, p. 349). However, this arrangement of the electrodes makes it difficult to monitor in the patient’s supine position, due to the fact that the body weight is on the indifferent electrode and the slightest movements of the test person cause pronounced muscular interference.

Задача изобретения - снижение помех при регистрации реограммы аорты в условиях свободного поведения пациента.The objective of the invention is to reduce interference when registering a rheogram of the aorta in the conditions of free behavior of the patient.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе неинвазивного мониторирования сократительной способности миокарда с помощью фазового анализа сердечного цикла по синхронно регистрируемым электрокардиограмме и реограмме аорты путем постоянного измерения длительности периодов напряжения и изгнания с помощью двух реографических электродов - активного, расположенного на грудине на уровне второго межреберья, и индифферентного электродов, и отслеживания по соотношению этих фаз показателя силы сердечных сокращений, индифферентный электрод располагают на линии границы височной и лобной костей.The essence of the invention lies in the fact that in the method of non-invasive monitoring of myocardial contractility using phase analysis of the cardiac cycle by synchronously recorded electrocardiogram and aortic rheogram by continuously measuring the duration of the periods of tension and expulsion using two rheographic electrodes - active, located on the sternum at the level of the second intercostal space , and indifferent electrodes, and tracking the ratio of these phases of the heart rate indicator, indifferent the electrode is placed on the border line of the temporal and frontal bones.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в том, что при регистрации реограммы аорты за счет помещения индифферентного электрода на линию границы височной и лобной костей существенно снижается влияние помех мышечного характера.The technical result of the claimed invention lies in the fact that when registering an aortic rheogram due to the placement of an indifferent electrode on the border line of the temporal and frontal bones, the effect of muscular interference is significantly reduced.

Способ поясняется с помощью фиг.1, на которой представлено расположение электродов, фиг.2, на которой представлен принцип регистрации ЭКГ- и реографических сигналов, и фиг.3, на которой представлен принцип расчета показателя сократимости. Обозначения на фигурах поясняются ниже.The method is illustrated using figure 1, which shows the location of the electrodes, figure 2, which shows the principle of registration of ECG and rheographic signals, and figure 3, which shows the principle of calculating the contractility index. The designations in the figures are explained below.

ЭКГ регистрируют в любом отведении, например в поперечном грудном отведении (позиции 1Е и 2Е, фиг.1). Используют любой электрокардиограф, имеющий аналоговый выход, например отечественный серийный ЭК1T.An ECG is recorded in any lead, for example, in a transverse thoracic lead (positions 1E and 2E, figure 1). Any electrocardiograph with an analog output is used, for example, a domestic serial EK1T.

ЭКГ-электроды (1Е и 2Е) подключают ко входам кардиографа, а выход кардиографа к одному из аналоговых входов медицинского многоканального осциллоскопа с большой скоростью развертки, например отечественного серийного восьмиканального осциллоскопа ИМ-789 (фиг.2), имеющего возможность синхронизации развертки от сигнала с любого канала.ECG electrodes (1E and 2E) are connected to the inputs of the cardiograph, and the output of the cardiograph is connected to one of the analog inputs of a medical multi-channel oscilloscope with a high sweep speed, for example, a domestic serial eight-channel oscilloscope IM-789 (Fig. 2), which has the ability to synchronize the scan from the signal from any channel.

Первый реографический электрод (активный) накладывают на грудину на уровне второго межреберья - позиция 1R, второй (индифферентный) - по линии границы височной и лобной костей - позиция 2R, т.е. в месте, максимально свободном от мышц (фиг.1). Реоэлектроды подключают к клеммам реографа, работающего на принципе генератора стабильного тока и не требующего ручного баланса (например, отечественнных РПГ-202 или Р4-02), следующим образом: электрод 1R к первому токовому I-₁ входу и первому потенциальному U-₁ входу одновременно; электрод 2R - ко второму токовому I-₂ входу и второму потенциальному U-₂ входу одновременно (фиг.2).The first rheographic electrode (active) is placed on the sternum at the level of the second intercostal space - position 1R, the second (indifferent) - along the border line of the temporal and frontal bones - position 2R, i.e. in a place as free from muscles as possible (Fig. 1). Rheoelectrodes are connected to the terminals of the rheograph, which works on the principle of a stable current generator and does not require manual balance (for example, domestic RPG-202 or P4-02), as follows: 1R electrode to the first current I- ₁ input and the first potential U- ₁ input simultaneously ; electrode 2R - to the second current I- ₂ input and the second potential U- ₂ input at the same time (figure 2).

Выходной сигнал реографа подается на вход одного из каналов осциллоскопа ИМ-789, имеющего световые отметки времени с разрешением до 1 мсек. Таким образом, при высокой скорости развертки и синхронизации ее запуска от начала комплекса QRS на экране отчетливо отражается динамика интервала: зубец Q - начало реограммы аорты с точностью до 1-2 мсек (фиг.2).The output signal of the rheograph is fed to the input of one of the channels of the IM-789 oscilloscope, which has light time stamps with a resolution of up to 1 ms. Thus, at a high sweep speed and synchronization of its launch from the beginning of the QRS complex, the dynamics of the interval are clearly reflected on the screen: Q wave - the beginning of the aortic rheogram with an accuracy of 1-2 ms (Fig. 2).

Это дает возможность врачу оперативно и точно отслеживать изменения временных интервалов, отражающих силу сердечных сокращений: 1-й интервал - между точкой начала электрической систолы (зубец Q ЭКГ) и точкой начала пульсовой волны в аорте (А_O) - интервал T₁, т.е. период напряжения, 2-й интервал - между А_O и нижней точкой инцизуры (вырезки) (а)) на нисходящем колене реограммы аорты - интервал T₂, т.е. период изгнания (фиг.3).This enables the doctor to quickly and accurately track changes in time intervals reflecting the strength of the heartbeat: the 1st interval - between the start point of the electric systole (Q wave ECG) and the start point of the pulse wave in the aorta (A _O ) - interval T ₁ , t. e. the period of tension, the 2nd interval - between A _O and the lower point of incisura (cut) (a)) on the descending knee of the aortic rheogram - the interval T ₂ , i.e. the period of exile (figure 3).

Соотношение Т₂/T₁ в фазовом анализе сердечного цикла и есть вышеупомянутый показатель - механический коэффициент Блюмбергера. Его увеличение свидетельствует о возрастании сократительной способности миокарда, а уменьшение - наоборот - об ослаблении силы сердечного сокращения.The ratio of T ₂ / T ₁ in the phase analysis of the cardiac cycle is the aforementioned indicator - the mechanical Blumberger coefficient. Its increase indicates an increase in myocardial contractility, and a decrease, on the contrary, indicates a weakening of the force of the heart contraction.

При подключении стандартных аналого-цифрового преобразователя и персонального компьютера легко реализуется возможность непрерывного расчета, сохранения в базе данных и выдачи врачу как цифровой, так и графической информации о величине показателя сократимости за любой отрезок времени и, если необходимо, сигнала тревоги о неблагоприятной динамике параметра. То же касается и карманных моделей PC, на базе которых легко реализовать уже портативный носимый монитор сократительной способности миокарда, применение которого дало бы возможность отслеживать изучаемый параметр в течение длительного времени - суток и более.By connecting a standard analog-to-digital converter and a personal computer, it is easy to realize the possibility of continuous calculation, storing in the database and issuing to the doctor both digital and graphical information about the value of the contractility index for any period of time and, if necessary, an alarm signal about the adverse dynamics of the parameter. The same applies to pocket PC models, on the basis of which it is easy to implement an already portable wearable monitor of myocardial contractility, the use of which would make it possible to track the parameter under study for a long time - days or more.

Для сравнения заявляемого способа и прототипа проведено мониторирование показателя сократимости - коэффициента Блюмбергера у одних и тех исследуемых в различных положениях: лежа, сидя в покое и при умеренной физической нагрузке (чтение книги, работа на компьютере).To compare the proposed method and the prototype, the contractility index was monitored — the Blumberger coefficient in the same subjects in different positions: lying, sitting alone and with moderate physical exertion (reading a book, working on a computer).

Реограмма аорты воспроизводилась при расположении электродов: 1) в классическом варианте, 2) согласно предлагаемому методу - на экране осциллоскопа ИМ-789. Для контроля точности вычисления производилось измерение фаз сердечного цикла на бумажном регистраторе - быстродействующем самописце Мингограф-82 - со скоростью движения бумаги 250 мм/сек. Учитывалось время, необходимое для достоверного расчета показателя Блюмбергера различными способами и оценка пациентом комфортности процедуры мониторирования в баллах: от 0 до 5. Всего проведено 60 измерений у 10 пациентов.The aortic rheogram was reproduced when the electrodes were placed: 1) in the classical version, 2) according to the proposed method, on the screen of the IM-789 oscilloscope. To control the accuracy of the calculation, the phases of the cardiac cycle were measured on a paper recorder - a high-speed recorder Mingograph-82 - with a paper speed of 250 mm / sec. We took into account the time required for reliable calculation of the Blumberger index in various ways and the patient's assessment of the comfort of the monitoring procedure in points: from 0 to 5. A total of 60 measurements were taken in 10 patients.

Получены следующие результаты.The following results are obtained.

Среднее время корректного вычисления показателя сократимости предлагаемым методом составило в положении лежа 10 сек, традиционным методом - 23 сек.The average time for the correct calculation of the contractility index by the proposed method was 10 seconds in the supine position, the traditional method - 23 seconds.

В положении исследуемого сидя в покое среднее время вычисления предлагаемым методом составило 12 сек, традиционным методом - 25 сек.In the studied position, sitting alone, the average calculation time by the proposed method was 12 seconds, by the traditional method - 25 seconds.

Наибольшие отличия получены при мониторировании показателя Блюмбергера в условиях, когда исследуемые выполняли небольшую физическую нагрузку. Среднее время вычисления при предлагаемом способе составило 15 сек, тогда как при традиционном - 1 мин 27 сек. Средняя оценка комфортности процедуры при предлагаемом способе - 4 балла, при традиционном методе - 2 балла.The greatest differences were obtained when monitoring the Blumberger index under conditions when the subjects performed a small physical load. The average calculation time with the proposed method was 15 seconds, while with the traditional one it was 1 min 27 sec. The average assessment of the comfort of the procedure with the proposed method is 4 points, with the traditional method - 2 points.

Таким образом, использование для неинвазивной непрерывной регистрации показателя сократимости миокарда предлагаемым способом отчетливо повышает точность процесса мониторирования за счет снижения помех при регистрации сигнала.Thus, the use of a non-invasive continuous recording of myocardial contractility index by the proposed method clearly increases the accuracy of the monitoring process by reducing interference during signal recording.

Claims

A method of non-invasive monitoring of myocardial contractility by phase analysis of the cardiac cycle using synchronously recorded electrocardiogram and rheogram of the aorta with a constant measurement of the duration of the periods of tension and expulsion using two rheographic electrodes - an active one located on the sternum at the level of the second intercostal space, and an indifferent electrode, and tracking by the ratio the indicated periods of the heart rate indicator, characterized in that the indifferent electrode is located on the boundary line of the temporal and frontal bones.