NL1009029C1 - Inrichting voor het herkennen van hartslagen. - Google Patents

Description

r

Inrichting voor het herkennen van hartslagen

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het indelen van hartslagen. Een dergelijke inrichting kan bijvoorbeeld gebruikt worden voor het aansturen van slag-op-slag 5 hartondersteunende apparatuur zoals bijvoorbeeld een intra-aortale ballonpomp (IABP).

Een IABP bevat onder andere een pompinrichting en een intra-aortale ballon (IAB) die bijvoorbeeld in de aorta van een patiënt met een slecht functionerend hart kan worden gebracht.

De IAB wordt elke hartcyclus aan het einde van de ejectie fase van het linker ventrikel van het 10 hart met behulp van de pompinrichting opgeblazen en voor de aanvang van de daarop volgende ejectie fase weer geleegd. Op deze manier wordt de pompwerking van het hart verbeterd en treedt er een verbetering op van de bloedvoorziening van de kransslagaders.

Voor een goede werking van de IABP is het van groot belang dat de IAB op de juiste tijdstippen in de hartcylcus wordt opgeblazen en geleegd.

15 Voor iedere hartslag worden de tijdstippen voor het opblazen en legen van de IAB berekend vanaf een referentie-tijdstip. Dit referentie-tijdstip is gerelateerd aan het begin van een nieuwe hartcyclus en kan dus worden gebruikt om hartslagen in te delen.

Instelling van de tij dsverschuivingen voor het opblazen en legen van de IAB ten opzichte van dit referentie-tijdstip kan handmatig gebeuren door een ervaren persoon of automatisch door 20 een rekentuig dat is geladen met een programma voor het automatisch instellen van de tijdsverschuivingen voor het opblazen en legen van de IAB.

In beide gevallen is echter een referentie-tijdstip nodig ten opzichte waarvan de tijdsverschuivingen voor het opblazen en legen van de IAB kunnen worden bepaald.

Een veelvuldig gebruikt referentie-tijdstip wordt uit het elektrocardiogram (ECG) afgeleid.

25 Een nadeel is dat het elektrocardiogram vaak wordt verstoord door elektromagnetische straling welke bijvoorbeeld veelvuldig wordt uitgezonden door de apparatuur die routinematig tijdens chirurgische ingrepen wordt gebruikt.

Arteriële bloeddruksignalen kunnen ook worden gebruikt voor het bepalen van een referentie-tijdstip. De snelle stijging die gepaard gaat met het begin van een ejectie van het linker 1009029 2 ventrikel wordt vaak gebruikt als referentie-tijdstip. Het arteriële bloeddruksignaal is echter onderhevig aan meetverstoringen zodat een eenduidige herkenning van hartslagen niet goed mogelijk is.

Een ander bloeddruksignaal dat kan worden gebruikt voor de bepaling van het referentie-5 tijdstip is het pulmonale bloeddruksignaal. De meetverstoringen op het pulmonale bloeddruksignaal zijn echter nog groter dan op het arteriële bloeddruksignaal en een eenduidige indeling van de hartslagen is ook hier niet goed mogelijk.

Het herkennen van de snelle stijging die gepaard gaat met het begin van de ejectie van het linker ventrikel van het hart is een verder probleem bij het gebruik van bloeddruksignalen 10 voor het bepalen van het referentie-tijdstip. In het bijzonder bij een onregelmatige hartcyclus is de hoogte van de steile flank niet gelijk voor iedere hartslag. Indien rekening wordt gehouden met de onregelmatige hoogte van deze steile flank dan zullen drukstijgingen tengevolge van meetverstoringen en reflecties van de periferie ten onrechte worden aangezien voor een drukstij ging tengevolge van de werkelijke aanvang van de ejectie. Met als gevolg 15 een onjuiste werking van de IABP.

Diverse inrichtingen zijn bekend voor het instellen van de tijdstippen voor het opblazen en legen van de IAB.

Uit 8529WO is een inrichting bekend voor het automatisch bepalen van het tijdstip van het 20 opblazen van de IAB. Een referentie-tijdstip aan het begin van iedere hartcyclus is echter nog steeds noodzakelijk.

Uit Elghazzawi e.a., Journal of Clinical Monitoring 1993, p. 297-308 is een inrichting bekend welke gebruik maakt van het feit dat de steile flank in het arteriële bloeddruksignaal altijd vooraf wordt gegaan door een elektrische activatie van het linker ventrikel die weer zichtbaar 25 is in het elektrocardiogram. Interpretatie van zowel het elektrocardiogram als ook het bloeddruksignaal blijft echter moeilijk. Verder zal niet iedere elektrische activatie aanleiding geven tot een daadwerkelijke ejectie van bloedvolume vanuit het linker ventrikel in de aorta en de hiermee gepaard gaande steile flank in de arteriële bloeddruk.

Uit Sakamoto e.a., ASAIO Journal 1995, p. 79-83 is een inrichting bekend die het tijdstip van 30 opblazen van de IAB voorspelt met behulp van regressie analyse uit de tijdsduur van de voorafgaande hartslag. Het bepalen van een referentie-tijdstip aan het begin van iedere hartslag is echter nog steeds noodzakelijk.

10 09 0 29 3

Uit Smith e.a., Medical & Biological Engineering & Computing 1991, p. 180-184 is een inrichting bekend die de tijdstippen voor het legen van de IAB bepaalt door het optimaliseren van een kostfunctie. Een referentie-tijdstip voor iedere hartslag is ook hier noodzakelijk.

Uit Kantrowitz e.a., ASIO Journal 1992, p. M617-M621 is een soortgelijke inrichting bekend 5 die de tijdstippen van opblazen en legen van de IAB bepaalt door het optimaliseren van het effect van de IAB. Deze inrichting is ook onnauwkeurig daar ook hier een referentie-tijdstip voor iedere hartslag noodzakelijk is.

Ook zijn diverse inrichtingen bekend voor het herkennen van een referentie tijdstip met iedere 10 hartslag.

Uit Hoeksel e.a., Journal of Clinical Monitoring 1996, p. 397-403, is een inrichting bekend die de steile flank in het pulmonale bloeddruksignaal herkent. Deze inrichting is echter gevoelig voor meetverstoringen daar keuze van de detectie drempel voor de herkenning van de steile flank kritisch is. In het bijzonder is bij een onregelmatig hartritme een eenduidige herkenning 15 van hartslagen niet mogelijk.

Uit Hoeksel e.a., Journal of Clinical Monitoring 1997 p. 309-316, is een inrichting bekend die een vast detectie niveau gebruikt voor het herkennen van de steile flank in de arteriële bloeddruksignalen. Deze inrichting is echter onnauwkeurig daar steile flanken met een lage amplitude niet worden herkend.

20 Ook is een inrichting bekend die de R-top in het elektrocardiogram herkent. Het elektrocardiogram is echter onderhevig aan diverse meetverstoringen en een eenduidige interpretatie is niet goed mogelijk. In het bijzonder is bij ritmestoomissen een eenduidige interpretatie van het elektrocardiogram niet goed mogelijk.

25 De uitvinding beoogt een inrichting voor het indelen van hartslagen -dus het bepalen van een referentie-tijdstip- dat bovengenoemde nadelen niet bezit. Dit effect wordt bereikt doordat de inrichting volgens de uitvinding middelen bevat om uit het verloop van het arteriële bloeddruksignaal en het pulmonale bloeddruksignaal een referentiesignaal Ref(t) te bepalen dat een hoge signaalwaarde heeft bij de aanvang van een hartslag en een lage signaalwaarde 30 elders. De aanvang van een hartslag kan op deze wijze eenvoudig uit het verloop van het 10 09 0 29 4 referentiesignaal bepaald worden, zodat aansturing van een IABP op de juiste tijdstippen plaats kan vinden.

Een verder voordeel van de uitvinding is dat slechts de arteriële en de pulmonale bloeddruksignalen dienen te worden gemeten, welke bij patiënten die hartondersteuning met 5 behulp van een IABP nodig hebben vaak routinematig worden gemeten.

Een ander voordeel is dat meetverstoringen die voorkomen in slechts één van beide bloeddruksignalen niet als dusdanig worden herkend in het referentiesignaal, en hieruit geen nieuwe hartslag zal worden gedetecteerd.

De inrichting kan verder voor diverse doeleinden worden gebruikt. Zo kan de inrichting goed 10 worden gebruikt om hartfunctie-ondersteunende apparatuur aan te sturen. Bij voorkeur wordt de inrichting gebruikt om een IABP aan te sturen. Ook is het mogelijk de inrichting te gebruiken als onderdeel van een monitoring systeem waarbij een slag-op-slag indeling van de hartcyclus noodzakelijk is.

Bij voorkeur bevat de inrichting middelen om op het moment dat een nieuwe hartslag wordt 15 herkend een signaal af te geven. Met behulp van dat signaal kan bijvoorbeeld de IABP beginnen met het aftellen van de tijdsduur tot het opblazen en legen van de IAB.

De middelen die de inrichting volgens de uitvinding omvat om uit het verloop van het arteriële bloeddruksignaal Part(t) en het verloop van het pulmonale bloeddruksignaal Ppul(t) het verloop van het referentiesignaal Ref(t) te berekenen kunnen uit een rekentuig bestaan, 20 bijvoorbeeld een computer, een microprocessor of een digitale rekenmachine. Het rekentuig is daarbij geladen met een rekenprogramma om uit het arteriële bloeddruksignaal Part(t) en het pulmonale bloeddruksignaal Ppul(t) het referentiesignaal Ref(t) te berekenen en om uit het referentiesignaal Ref(t) een referentiepunt aan het begin van iedere nieuwe hartslag te bepalen.

Het rekenmodel kan gebaseerd zijn op, aan de vakman bekende, modellen om uit twee 25 signalen een correlatiesignaal te berekenen.

Voorbeelden van dergelijke modellen worden gegeven in bijvoorbeeld Oppenheim e.a., (Signals and Systems, Prentice-Hall). R(t) kan berekend worden uit Part(t) en Ppul(t).

In een geschikte uitvoeringsvorm kan bijvoorbeeld Ref(t) worden berekend als

Ref(t)= Part(t) * Ppul(t) 30 of uit een tijdsafgeleide van deze signalen 1009029 5

Ref(t)= dPart(t)/dt * dPpul(t)/dt waar dPart(t)/dt en dPpul(t)/dt de eerste-orde tijdsafgeleiden van respectievelijk de signalen Part(t) en Ppul(t) voorstellen.

Zeer goede resultaten worden bereikt indien Ref(t) gelijk aan nul wordt verondersteld op de 5 tijdstippen t waarop beide of één van de beide eerste-orde tijdsafgeleiden van Part(t) en Ppul(t) negatief zijn. Zodat voor Ref(t) de volgende relatie geldt

Ref(t)= dPart(t)/dt * dPpul(t)/dt ALS dPart(t)/dt > 0 en dPpul(t)/dt > 0, en Ref(t)= 0 10 voor de overige waarden van dPart(t)/dt en dPpul(t)/dt.

Nog betere resultaten worden bereikt indien rekening wordt gehouden met een eventuele tij dsverschuiving tussen Part(t) en Ppul(t).

Ref(t) = dPart(t-Td)/dt * dPpul(t)/dt

De tijdverschuiving Td hangt grotendeels samen met de tijdsverschuivingen van de gebruikte 15 meetsystemen en kan dus eenvoudig worden bepaald.

Uit het verloop van het aldus berekende referentiesignaal Ref(t) kan zeer nauwkeurig de ligging van het begin van een nieuwe hartcyclus worden bepaald, terwijl dit uit het afzonderlijke verloop van Part(t) of Ppul(t) niet mogelijk is.

20 Het begin van een nieuwe hartcyclus kan bijvoorbeeld worden herkend op het moment dat Ref(t) onder een drempelwaarde Dd komt. Bruikbare drempelwaarden voor Dd zijn bijvoorbeeld tussen 5000 en 25000 mmHg2 /s2. Een zelfde constante waarde voor Dd kan worden toegepast bij verschillende patiënten, daar het begin van een nieuwe hartcyclus eenduidig herkenbaar is in Ref(t).

25 Een nog betere werking wordt verkregen indien de drempelwaarde wordt bepaald afhankelijk van de signaal vermogens van dPart(t)/dt, dPul(t)/dt of Ref(t).

Het tijdstip waarop een nieuwe hartcyclus begint kan eenvoudig uit Ref(t) worden bepaald, zodat de tijdstippen voor het vullen en legen van het hart precies (op het juiste moment) kunnen worden bepaald en de IABP correct kan worden aangestuurd. Verstoringen die 1009029 6 aanwezig zijn op de afzonderlijke bloeddruksignalen komen niet tot uitdrukking in Ref(t) en leiden dus niet tot een foutieve aansturing van de IABP.

Bij voorkeur wordt de inrichting gebruikt om een trigger aan een IABP te geven zodat 5 herkenning van nieuwe hartslagen correct verloopt en de tijdstippen voor legen en opblazen van de IAB optimaal kunnen worden bepaald binnen iedere hartcyclus.

Tijdsverschuivingen ten opzichte van het referentie-tijdstip voor het opblazen van de IAB kunnen handmating of automatisch worden ingesteld.

Ook is het mogelijk de inrichting te gebruiken als onderdeel van een monitorsysteem dat de 10 tijdsduur tussen opeenvolgende hartslagen bepaalt of hiermee samenhangende parameters zoals hartritme en systolische en diastolische bloeddrukken. Met een dergelijk monitorsysteem kan de hemodynamische toestand van een patiënt worden gevolgd.

1009029

Claims (9)

1. Inrichting voor het herkennen van hartslagen in bloeddruksignalen, met het kenmerk, dat de inrichting middelen omvat om uit het verloop van het arteriële bloeddruksignaal Part(t) en het 5 pulmonale bloeddruksignaal Ppul(t) het verloop van een referentiesignaal Ref(t) te berekenen en uit het verloop van Ref(t) het tijdstip dat gepaard gaat met de steile flank in de bloeddruksignalen tijdens het begin van de ejectie van het linker ventrikel te bepalen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de middelen worden gevormd door een rekentuig, geladen met een rekenprogramma om uit het verloop van het arteriële Part(t) en 10 pulmonale bloeddruksignaal Ppul(t) het referentie signaal Ref(t) te berekenen en uit dit referentie signaal het begin van iedere hartcyclus te bepalen.

3. Inrichting volgens 1 of 2, met het kenmerk dat de inrichting middelen bevat om op het moment dat een nieuwe hartslag wordt herkend een signaal af te geven.

4. Inrichting volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk dat in plaats van Part(t) en 15 Ppul(t) de eerste tijdsafgeleide van deze signalen, dPart(t) en dPpul(t), genomen wordt.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk dat Ref(t) nul wordt indien één van beide of beide tijdsafgeleide signalen dPart(t) en dPpul(t) negatief is of zijn.

6. Inrichting volgens conclusie 1-5, met het kenmerk dat rekening gehouden wordt met een eventuele tijdsverschuiving tussen het arteriële druksignaal en het pulmonale druksignaal.

7. Inrichting volgens conclusie 1-6, met het kenmerk dat een nieuwe hartcyclus herkend wordt op het moment dat een vaste drempelwaarde Dd gepasseerd wordt.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de drempelwaarde bepaald wordt afhankelijk van de signaalvermogens van dPart(t)/dt, dPpul(t)/dt of Ref(t).

9. Inrichting volgens een der conclusies 1-8, met het kenmerk, dat de inrichting een filter 25 bevat voor het filteren van de hoogfrequente ruis op het arteriële en het pulmonale bloeddruksignaal. 1009029