Ale się narobiło, moje dziecko chodzi z Holterm, a ja się dziwię, że moje serce pracuje bezawaryjnie ponad ¾ wieku. Nasuwa się pytanie czy istnieje w technice pompa, która pracuje tyle lat bez wymiany części i uszczelek. Ale do rzeczy okazało się, że za w/w nazwą stoi wynalazca Norweg Norman Holter,  który wyemigrował do USA  i  tam w latach 60 ubiegłego wieku opatentował swój  przenośny aparat do pomiarów EKG - Elektrokardiogram serca.  Temat jest dla mnie o tyle   ciekawy, bo   miałem kiedyś przeprowadzone badania EKG na stacjonarnym stanowisku pomiarowym  z  wydrukiem z plotera. Wyniki badań w postaci papierowej  został załączony do kartoteki pacjenta przed operacją, więc zakładam, że wyniki  były dobre jeżeli operacja się udała. Jedynym śladem po monitorowaniu EKG podczas operacji były sondy EKG poprzyklejane do klatki piersiowej, które zostały mi na pamiątkę. Moje badania EKG to pikuś  w porównaniu do doświadczeń kolegów, którzy mogą się pochwalić wszczepieniem bypassów do pompy jaką jest serce. W tym przypadku kontrola EKG na otwartym sercu ma kapitalne znaczenie dla udanej operacji.

Dzięki starannemu umieszczeniu elektrod powierzchniowych na ciele możliwa jest rejestracja złożonego, sygnału elektrycznego serca. Ten zapis sygnału elektrycznego to elektrokardiogram (EKG), również powszechnie nazywany EKG,  W 12-odprowadzeniowym EKG sześć elektrod umieszcza się na klatce piersiowej, a cztery na kończynach. Dokładna analiza EKG pozwala uzyskać szczegółowy obraz prawidłowej i nieprawidłowej pracy serca i jest niezbędnym narzędziem diagnostyki klinicznej. Standardowy elektrokardiograf (przyrząd generujący EKG) wykorzystuje 3, 5 lub 12 odprowadzeń. Im większa liczba odprowadzeń wykorzystywanych  przez elektrokardiograf, tym więcej informacji dostarcza EKG.  Terminu „przewód” można używać w odniesieniu do kabla łączącego elektrodę z rejestratorem elektrycznym, ale zazwyczaj opisuje on różnicę napięcia między dwiema elektrodami. Elektrokardiograf 12-odprowadzeniowy wykorzystuje 10 elektrod umieszczonych w standardowych miejscach na skórze pacjenta. W przypadku ambulatoryjnych elektrokardiografów ciągłych pacjent nosi małe, przenośne, zasilane bateryjnie urządzenie zwane monitorem Holtera, lub po prostu Holterem, które w sposób ciągły monitoruje aktywność elektryczną serca, zwykle  przez  24  godziny podczas normalnej pracy pacjenta.

Po tak ogólnym wstępie czas na opisy patentowe, które ilustrują prace serca z wykorzystanie sygnałów EKG.

US3215136  Electrocardiographic means, Holter Norman J,  Data patentu: 1965-11-02.   Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do rejestracji  sygnałów elektrycznych  EKG  w postaci  przebiegu falowego,  który ilustruje  dobrze znane zjawisko elektryczne odpowiadające  działaniu mięśnia sercowego i jego stan.  Umieszczając elektrody na skórze pacjenta, można wykryć sygnały  EKG,  a  przy użyciu odpowiedniego oscyloskopu katodowego, elektrokardiografu lub podobnego urządzenia można wizualnie przedstawić kształty fal sygnałów EKG do oglądania przez dobrze przeszkoloną osobę, np. elektrokardiologa, który może następnie wizualnie obserwować elektrokardiogram EKG   i   podjąć próbę określenia cech i parametrów pracy  serca.

FIG.I jest schematem blokowym części rejestrującej  sygnałów elektrokardiograficznych stanowiącej postaci w/w wynalazku; FIG.2 jest schematem blokowym części odtwarzającej sygnały elektrokardio-graficzne realizujące przykładową  postać niniejszego wynalazku; FIG.3 jest widokiem jednego z układów wyświetlacza wizualnego utworzonego przez jedną sekcję części odtwarzającej z FIG.2;  FIG.4 jest widokiem przebiegu  wizualnego utworzonego przez inną sekcję części odtwarzającej FIG.2. 

Część rejestrująca 12 środków elektrokardiograficznych, pokazana na FIG.1, jest zasadniczo konwencjonalnym magnetofonem do nagrywania sygnałów na taśmie magnetycznej 16. Jednakże korzystnie jest to samodzielna jednostka posiadająca własne zasilanie, aby móc działać przez dłuższy czas. Ponadto magnetofon jest  zminiaturyzowany, tak aby był wystarczająco mały, aby mógł być noszony przez pacjenta bez istotnego zakłócania jego działań. W rezultacie pacjent będzie mógł wykonywać różnorodne czynności podczas rejestrowania EKG na taśmie 16. Na przykład zarejestrowane sygnały EKG mogą być sygnałami wytwarzanymi podczas normalnego dnia pracy pacjenta – w codziennym życiu lub, jeśli to pożądane, mogą być powstałe w wyniku wykonywania przez pacjenta określonych zalecanych ćwiczeń mających na celu ujawnienie określonych z góry cech serca.

Wejście rejestratora 12 zawiera wzmacniacz 18, który może mieć konwencjonalną konstrukcję do odbierania sygnałów EKG i wzmacniania ich do bardziej użytecznego poziomu.  Wejście 20 wzmacniacza 18 może zawierać jeden lub więcej przewodów elektrycznych do połączenia elektrycznego  z  jedną lub większą liczbą elektrod w celu przymocowania do pacjenta.  Elektrody można rozmieścić w dowolnym dogodnym miejscu na skórze pacjenta, np. w tzw. pozycji jednobiegunowej.  Chociaż różne cechy sygnałów EKG uzyskanych w powyższy sposób mogą różnić się w szerokim zakresie, z reguły u normalnej lub zdrowej osoby sygnał EKG będzie miał kształt fali. który obejmuje, w następującej kolejności,  załamek P,   zespół QRS,  załamek T, oddzielony od zespołu QRS, odcinkiem ST.   Chociaż w normalnym sygnale EKG może występować kilka dodatkowych fal, ponieważ będą one miały niewielki wpływ, lub nie będą miały żadnego wpływu na działanie niniejszego wynalazku, dla uproszczenia niniejszy opis będzie ograniczony do wzorcowego  kształtu fali tego rodzaju.

Załamek P jest zwykle małym, dodatnim impulsem, który odpowiada początkowemu impulsowi, który wyzwala, czyli rozpoczęciu bicia serca. Krótko po załamku P występuje część spoczynkowa lub izoelektryczna o zasadniczo jednolitej amplitudzie, która oddziela załamek P od zespołu QRS.  Zespół QRS  zasadniczo pokrywa się z rzeczywistym rozszerzaniem i skurczem mięśnia sercowego, wywołując rzeczywiste działanie pompujące. Kompleks ten zaczyna się i kończy odpowiednio tak zwanymi falami Q i S.  Fale te są na ogół stosunkowo małymi impulsami ujemnymi i są oddzielone od siebie falą R.  Załamek R, który jest najbardziej widoczną częścią sygnału EKG, ma wygląd dodatniego „skoku” z ostrym wzrostem i  spadkiem oraz stosunkowo krótkim czasem trwania, zwykle rzędu od 0,03 do 0,04 sekundy.

Po zespole QRS zwykle pojawia się załamek T, który jest oddzielony od załamka S tzw. odcinkiem ST. Załamek T reprezentuje koniec uderzenia i zwykle następuje po nim zasadniczo spokojny sygnał. Ten stan spoczynku będzie trwał do momentu pojawienia się kolejnych sygnałów EKG, na co wskazuje początek kolejnego załamka P. Jak stwierdzono wcześniej, wejście 20 wzmacniacza 18 może być połączone bezpośrednio z elektrodami odbiorczymi 4 za pomocą jednego lub większej liczby przewodów. Jednakże w razie potrzeby może być ona połączona pośrednio z elektrodami za pomocą systemu telemetrycznego, w którym nadajnik radiowy noszony przez pacjenta jest połączony z elektrodami tak, aby wyemitować sygnał zawierający sygnał EKG, a odbiornik radiowy odbiera wypromieniowane sygnały i podaje sygnał EKG  na  wejście  20 wzmacniacza 18.
Wzmacniacz 18 może mieć dowolną konwencjonalną konstrukcję, pod warunkiem, że ma zasadniczo równomierną wielkość wzmocnienia w odpowiednim paśmie, aby skutecznie wzmocnić wszystkie składowe sygnału EKG bez jego zniekształceń. Sygnał na wyjściu 22 ze wzmacniacza 18 będzie zatem wierną reprodukcją sygnału EKG, ale o zwiększonej amplitudzie. Wyjście 22 wzmacniacza 18 może być połączone z jednym z wejść 24 miksera 26. Mikser 26 może być konwencjonalnej odmiany, takiej jak stosowana w urządzeniach do nagrywania na taśmie. Mikser 26 skutecznie miesza sygnał EKG na wejściu 24 z sygnałem na drugim wejściu 28.  Drugie wejście 28 może być podłączone do oscylatora polaryzacji 30, który może być różnego rodzaju powszechnie stosowanym w magnetofonach. Można zatem zauważyć, że sygnał na wyjściu 32 miksera 26 będzie sygnałem EKG odpowiednim do zapisania bezpośrednio na taśmie magnetycznej 16.

Wyjście 32 jest połączone elektrycznie z parą głowic rejestrujących 34 i 36. Głowice 34 i 36 mogą być zasadniczo identyczne i połączone szeregowo, tak że identyczne sygnały będą przepływać przez każdą z nich. Głowice 34 i 36 są szczególnie przystosowane do przepuszczania przez nie taśmy magnetycznej, dzięki czemu każda głowica może oddzielnie rejestrować sygnały na oddzielnych, bocznie przesuniętych ścieżkach rozciągających się osiowo wzdłuż taśmy 16. Taśma magnetyczna 16 może mieć część nawiniętą na szpulę podającą 38 i część nawiniętą na szpulę odbiorczą, tak że część pomiędzy nimi może być umieszczona w głowicach 34 i 36.  Środki napędowe mogą być roboczo połączone z jednym lub obydwoma z nich szpule 38 i 40 tak, aby prowadzić taśmę przez głowice 34 i 36.  W  celu  uzyskania zasadniczo stałej prędkości taśmy przez głowice, uznano za pożądane zastosowanie silnika synchronicznego 42, który jest sterowany zasadniczo stałą częstotliwością oscylator 44.
Aby umożliwić rejestrację dużych ilości sygnałów EKG przez dłuższy czas i ułatwić późniejsze odtwarzanie sygnałów EKG w przyspieszonym tempie, pożądane jest, aby prędkość taśmy podczas zapisu była niska. Chociaż prędkość taśmy może być dowolna, na przykład stwierdzono, że prędkość rzędu 71/2 cala na minutę umożliwi wierne zarejestrowanie EKG  i  umożliwi rejestrację w dłuższych odstępach czasu na krótki odcinek taśmy.

Jak stwierdzono wcześniej, dwie głowice rejestrujące 34 i 36 są fizycznie przesunięte w bok, tak że będą nagrywać na oddzielnych ścieżkach i są wzajemnie połączone elektrycznie, dzięki czemu nagrania na dwóch ścieżkach będą zasadniczo identyczne. Jak się później okaże, pożądane jest również, aby obie głowice 34 i 36 były „naprzemiennie” lub przesunięte wzdłuż taśmy 16. Nagranie na obu ścieżkach będzie zatem przesunięte względem siebie o wielkość odpowiadającą odstępowi między głowami. Przykładowo, w jednym praktycznym wykonaniu obie gąsienice zostały przesunięte od siebie o odległość około 1 1/2 cala.   Część odtwarzająca 14 urządzenia elektrokardiologicznego jest korzystnie oddzielną jednostką od części rejestrującej 72. Może być większa i cięższa, aby nadawała się do stosowania w gabinecie lekarskim lub laboratorium. Część odtwarzająca 14 zawiera zasadniczo konwencjonalny magnetofon 40 posiadający szpulę podającą 42 i szpulę odbiorczą 44 z taśmą 16 rozciągającą się pomiędzy nimi. Silnik 46 jest połączony z jedną lub boczną szpulą w celu napędzania taśmy 16 pomiędzy nimi.  Chociaż prędkość taśmy 16 może być dowolna, pożądane było zastosowanie mechanizmu napędowego i/lub silnika, który spowoduje, że prędkość taśmy 16 będzie równa prędkości nagrywania, na przykład 71/2 cala na minutę. Ta prędkość to korzystnie standardowa prędkość taśmy, taka jak 71/2 cala na sekundę, ponieważ pozwala to na zastosowanie zasadniczo konwencjonalnej konstrukcji magnetofonu 40 i mechanizmu transportowego.

Jeśli prędkość nagrywania jest rzędu 71/2 cala na minutę, a prędkość odtwarzania jest rzędu 71/2 cala na sekundę, spowoduje to zmianę prędkości o około 60 do 1. W rezultacie jedna minuta czasu odtwarzania będzie odpowiadać sześćdziesięciu minutom lub jednej godzinie nagrywania, a dwadzieścia cztery godziny nagrań w czasie rzeczywistym można odtworzyć w ciągu dwudziestu czterech minut. W rezultacie umożliwi to praktyczne przeglądanie dużych ilości nagrań w stosunkowo krótkim odstępie czasu. Należy zauważyć, że jeśli jest to pożądane, stosunki prędkości mogą być większe lub mniejsze, aby skrócić lub wydłużyć czas odtwarzania. Można zastosować parę głowic odtwarzających 48 i 50 do skanowania taśmy 16 podczas jej przechodzenia. Pierwsza głowica 48 może działać jako głowica wyzwalająca i jest funkcjonalnie połączona z poziomą gałęzią wyzwalającą 52 w celu uruchamiania obwodów przemiatania poziomego w oscyloskopie katodowym 54.  Druga głowica 50 może działać jako głowica sygnałowa i jest funkcjonalnie połączona z pionowym gałąź 56 do uruchamiania obwodów przemiatania pionowego oscyloskopu katodowego 54. Głowica sygnałowa 50 jest połączona z gałęzią odchylania pionowego 56 za pomocą przełącznika nawrotnego 58. Przedwzmacniacz 60 może mieć konwencjonalną konstrukcję w celu zwiększenia amplitudy sygnału do bardziej użytecznego poziomu. Należy zauważyć, że ponieważ sygnał odtwarzany przez głowicę 50 jest funkcją zapisów magnetycznych przemieszczających się obok głowy, sygnał wprowadzany do i przez przedwzmacniacz 60 będzie pochodną pierwotnie zarejestrowanego sygnału EKG. Odpowiednio, sygnał wyjściowy przedwzmacniacza 60 może być połączony ze wzmacniaczem kompensacyjnym 62. Wzmacniacz ten 62 oprócz dalszego wzmacniania sygnału może zawierać środki kompensujące lub integrujące w celu skutecznego przywracania sygnału do pierwotnego kształtu fali EKG. Wyjście 64 wzmacniacza kompensacyjnego 62 może być podłączone do jednego ze stałych styków w przełączniku wyboru 66.

Ruchome styki w przełączniku 66 mogą być połączone z wejściem wzmacniacza audio 71, który będzie skutecznie wzmacniał dostarczany do niego sygnał i napędzał głośnik 72. Głośnik 72 będzie zatem skutecznie wytwarzał sygnał dźwiękowy, który będzie odpowiadają sygnałowi EKG lub jego pierwszej pochodnej, w zależności od ustawienia przełącznika wyboru 66. W przypadku, gdy prędkość odtwarzania jest rzędu prędkości nagrywania, a pierwotna częstotliwość tętna była rzędu 60-150 uderzeń na minutę, podstawowa częstotliwość sygnału audio będzie rzędu 60-150 cykli na sekundę. Zatem sygnał dźwiękowy będzie miał cechy warczenia o niskiej częstotliwości. Jeżeli kolejne sygnały EKG są zasadniczo identyczne i występują z zasadniczo stałą częstotliwością, warczenie będzie miało odpowiednio jednolitą charakterystykę. Jednakże w przypadku jakichkolwiek nieprawidłowości w sygnałach EKG, nastąpi odpowiednia zmiana sygnału dźwiękowego. Dzięki temu operator bardzo szybko odczuje, że nastąpiła zmiana. Drugie wejście  wzmacniacza różnicowego  74 może być połączona ze źródłem 76 o zmiennym odchyleniu odniesienia. To źródło 76 będzie skutecznie dostarczać sygnał polaryzacji DC w celu utrzymania jednej strony wzmacniacza 74 na pożądanym poziomie. Ponieważ wzmacniacz różnicowy 74 będzie skutecznie wzmacniał jedynie różnicę pomiędzy sygnałem EKG po jednej stronie a odchyleniem odniesienia po przeciwnej stronie, zmiana odchylenia odniesienia będzie skuteczna w celu zmiany poziomu prądu stałego sygnału wyjściowego bez żadnego sposób zmieniając konfigurację lub kształt fali sygnału. Wyjście wzmacniacza 74 może być funkcjonalnie połączone z wejściem 78 obwodu odchylania pionowego  oscyloskop katodowy 54. Wiązka elektronów w oscyloskopie 54 będzie zatem odchylana pionowo w odpowiedzi na sygnał z wzmacniacz 74. Ponadto położenie pionowe lub poziom prądu stałego sygnału można zmieniać poprzez regulację źródła polaryzacji odniesienia 76.

Druga głowica 48 jako głowica spustowa jest funkcjonalnie połączona z torem odchylania poziomego 52 za pomocą przełącznika nawrotnego 80. Przełącznik ten 80 może być zasadniczo identyczny z pierwszym przełącznikiem nawrotnym 58. Przełącznik zawiera ruchome styki, które mogą być ustawione tak, aby sprzęgać pierwszy zestaw styki stałe lub drugi zestaw styków stałych, tak aby można było odwrócić polaryzację sygnału na stykach ruchomych. Ruchomy styk w przełączniku 80 może być połączony z wejściem przedwzmacniacza wyzwalającego 82, który może być zasadniczo identyczny ze wzmacniaczem 60 i skutecznie wzmacnia sygnał z głowicy odtwarzającej 48 do bardziej użytecznego poziomu. Wzmacniacz 82 jest korzystnie wolny od jakiejkolwiek formy obwodów kompensacyjnych lub integrujących, tak że sygnał na wyjściu 84 wzmacniacza 82 będzie pochodną sygnału EKG oryginalnie zarejestrowanego na taśmie 16.  Dokładniej, sygnał na wyjściu 84 jest pokazany jako A. Jeśli przełącznik 80 jest ustawiony na podawanie sygnału dodatniego do wzmacniacza 82, normalnie sygnał różniczkujący będzie zawierał duży dodatni impuls odpowiadający początkowi załamka R.  Wynika to z szybko rosnącej krawędzi natarcia załamka R. Zaraz po tym nastąpi duży impuls ujemny. Impuls ten wynika z szybko opadającego zbocza opadającego załamka R. Można zatem zauważyć, że impuls ujemny zbiega się z zakończeniem załamka R i początkiem załamka S. Wyjście 84 przedwzmacniacza wyzwalającego 82 jest połączone z wejściem obwodu 86 obcinacza w celu dostarczenia do niego sygnału pochodnego A. Ten obwód obcinający 86 może być zasadniczo standardowy, do tłumienia lub obcinania wszystkich ujemnych części sygnału. W rezultacie sygnał na wyjściu 88 będzie jedynie impulsem dodatnim, jak pokazano w B. Można zatem zauważyć, że przy przełączniku 80 w pokazanym położeniu, sygnał B na wyjściu 88 z obwodu 86 obcinacza będzie być impulsem dodatnim odpowiadającym początkowi załamka R.

Wyjście 88 obwodu 86 obcinacza może być połączone z wejściem multiwibratora 90. Ten multiwibrator 90 może być typem multiwibratora jednorazowego. Oznacza to, że za każdym razem, gdy na jego wejście zostanie przyłożony sygnał wyzwalający, taki jak impuls dodatni, multiwibrator 90 zmieni swój stan w określonym przedziale czasu. Długość przedziału czasu będzie oczywiście określona przez różne cechy, takie jak stałe czasowe obwodu. W niniejszym przypadku multiwibrator 90 może zawierać zmienną pojemność 92, dzięki czemu stała czasowa może zmieniać się w określonym z góry zakresie. Można zatem zauważyć, że sygnał wyjściowy C z multiwibratora 90 będzie dodatnią falą prostokątną o czasie trwania określonym przez ustawienie pojemności 92. Sygnał wyjściowy multiwibratora 90 może być funkcjonalnie połączony z wejściem układu różniczkującego 94. Układ różniczkujący 94 skutecznie odróżnia impuls fali prostokątnej C od multiwibratora 90 i wytwarza impuls dodatni i impuls ujemny, odpowiadające początkowi i zakończeniu fali prostokątnej. Jednakże impuls dodatni jest obcięty lub w inny sposób tłumiony, tak że pozostanie tylko impuls ujemny D. 

Ten ujemny impuls D z układu różniczkującego 94 może być podawany do generatora przebiegu piłokształtnego 96. Potencjał wyjściowy 98 generatora  piłokształtnego będzie stopniowo wzrastał z zasadniczo równomierną szybkością po uruchomieniu generatora przez impuls D. Impuls ten zresetuje generator 96 do zera i spowoduje narastanie nowego kształtu fali piłokształtnej z zasadniczo równomierną szybkością. Narastanie to będzie kontynuowane do czasu przyłożenia kolejnego impulsu do jego wejścia, kiedy to potencjał powróci do zera i zacznie się powtarzać narastanie. Można zauważyć, że maksymalna amplituda zęba piły będzie odpowiadać długości czasu, w którym kształt fali może się narastać. Zatem amplituda każdego zęba piły będzie proporcjonalna do czasu pomiędzy przyłożonymi do niego kolejnymi impulsami D. Wyjście 98 generatora 96 ​​może być połączone ze stałym stykiem w przełączniku wyboru 100.

Ponadto drugi generator 102 zębów piłokształtnych może być funkcjonalnie połączony z drugim stałym stykiem w przełączniku wyboru 100 w celu dostarczania do niego szeregu przebiegów piły. Ten generator 102 jest korzystnie generatorem wolnoobrotowym. W rezultacie okres fal piły będzie zasadniczo stały. Chociaż okres ten może być dowolny, korzystnie jest kilka razy dłuższy niż rzeczywisty odstęp czasu między sygnałami EKG zarejestrowany przez pacjenta.

Wyjście wzmacniacza różnicowego 104 może być połączone z układem odchylania poziomego oscyloskopu katodowego 54. Należy zauważyć, że ponieważ generator 96 będzie uruchamiany od zbocza opadającego impulsu fali prostokątnej, przemiatanie poziome będzie zsynchronizowane z początkiem fali R lub fali S, w zależności od ustawienia przełącznika 80, ale będzie  od tego opóźniony o czas trwania impulsu C z multiwibratora 90. W związku z tym rozpoczęcie przemiatania poziomego w oscyloskopie 54 będzie skoordynowane z określoną częścią sygnału z głowicy odtwarzającej sygnał 50, nawet jeśli sygnał ma charakter aperiodyczny lub losowy. Dodatkowo, jeśli jest to pożądane, można zastosować drugi oscyloskop 108. Obwód przemiatania poziomego tego oscyloskopu 108 korzystnie wymaga dłuższego okresu czasu. Na przykład obwód poziomy może być podłączony do wyjścia wolnoobrotowego generatora 102 z zębami piły. Wykonanie przemiatania zajmie 2 lub 3 sekundy i w tym czasie zostanie odtworzonych sto lub więcej sygnałów EKG. 

W rezultacie można zauważyć, że wzór wyświetlany na powierzchni czołowej oscyloskopu 108 będzie podobny do FIG.4 i będzie składał się z wielu zasadniczo pionowych linii. Oscyloskop korzystnie zawiera pamięć, taką jak ekran o długim czasie trwania, dzięki czemu na ekranie zawsze pozostaje duża liczba linii. Wysokość każdej linii będzie odpowiadać chwilowej częstości tętna, a jednorodność górnej krawędzi wzoru będzie wskazywała rytm. Można zatem zauważyć, że wynalazek zapewnia ciągłą rejestracje sygnałów  elektrokardiologicznych, w zadanym przedziale czasu,  praktycznie w dowolnych pożądanych warunkach codziennych czynności, a następnie umożliwia obserwację i dokładną analizę całego  ciągu zgromadzonych sygnałów   EKG przez kardiologa.

PL243072B1 Sonda pomiarowa do nasierdziowego monitorowania EKG oraz system pomiarowy do nasierdziowego monitorowania EKG zawierający taką sondę, HEART SENSE SP. z o.o. Grzegorz Suwalski et al. Data patentu: 19.06.2023.  Przedmiotem wynalazku są sonda pomiarowa do nasierdziowego monitorowania EKG zbierająca sygnał bezpośrednio z powierzchni bijącego serca do monitorowania i oceny stanu serca podczas zabiegu operacyjnego, w szczególności podczas operacji pomostowania tętnic wieńcowych wykonywanej techniką na bijącym sercu, w tym bez zastosowania krążenia pozaustrojowego, pozwalająca na dokładne i nieprzerwane zbieranie sygnału podczas zabiegu obejmującego zmianę naturalnej pozycji serca oraz system pomiarowy do nasierdziowego monitorowania EKG zawierający taką sondę.

Fig.1 przedstawia sondę według wynalazku, w rozstrzelonym rzucie izometrycznym; Fig.2 przedstawia sposób montowania sondy według wynalazku; Fig.3 przedstawia widok z góry sali operacyjnej podczas operacji z wykorzystaniem sondy oraz  systemu  pomiarowego według wynalazku, przy czym kwadrat oznacza stół operacyjny, zaś kołami zwizualizowano operatorów – dwóch kardiochirurgów i anestezjolog; Fig.4-19  przedstawia przekrój poprzeczny  przykładów wykonania sondy według wynalazku;

 Sonda 1 według przykładu wykonania wynalazku przedstawionego na Fig.1 ma postać długiego, wąskiego, płaskiego, warstwowego elementu, zawierającego element pomiarowy 2, który to element pomiarowy 2 jest przykładowo elementem o kształcie zbliżonym do koła o średnicy z zakresu od 10 mm do 20 mm, przykładowo 15 mm. Poza tym, sonda 1 zawiera element łączący 3 w postaci paska o kształ­cie, przykładowo prostokąta, a na końcu elementu łączącego 3, przeciwległym do elementu pomiarowego 2, znajduje się fragment połączeniowy 4 do połączenia z przewodem sygnałowym  5. Element pomiarowy 2 oraz element łączący 3 są w połączeniu elektrycznym oraz są usytuowane w jednej płaszczyźnie. Element pomiarowy 2 jest skonfigurowany do mierzenia elektrycznego sygnału z powierzchni serca, a element łączący 3 do wyprowadzenia zmierzonego sygnału z powierzchni serca. Element pomiarowy 2 zawiera warstwę zbierającą sygnał 22 rozmieszczoną na co najmniej części elementu pomiarowego 2, oraz warstwę bazową 21 rozciągającą się przez całą powierzchnię elementu pomiarowego 2. Element łączący 3 zawiera warstwę przewodzącą 32, warstwę dielektryczną 33 izolującą warstwę przewodzącą 32 oraz warstwę bazową 21 rozciągającą się przez całą powierzchnię elementu łą­czącego 3. Warstwa dielektryczna 33 rozciąga się na całej długości elementu łączącego 3 sondy 1 oraz całkowicie izoluje elektrycznie umieszczoną na niej warstwę przewodzącą 32 od środowiska zewnętrznego, a w szczególności od powierzchni serca, na całej długości elementu łączącego 3. Umieszczony na końcu elementu łączącego 3 fragment pomiarowy 4 zawiera warstwę bazową 21 i rozmieszczoną na niej warstwę przewodzącą 32.

W przykładzie wykonania przedstawionym na Fig.4, 5,  sonda 1 zawiera, w elemencie pomiarowym 2 warstwę bazową 21, umieszczoną na warstwie zbierającej sygnał 22, a  w elemencie łączącym 3 warstwę bazową 21, umieszczoną na warstwie przewodzącej 32, która z kolei jest umieszczona na warstwie dielektrycznej 33, a we fragmencie połączeniowym 4 warstwę przewodzącą 32 umieszczoną na warstwie bazowej 21.  W powyższych przykładach wykonania, warstwa bazowa 21 wykonana jest przykładowo z folii PET

W przykładzie wykonania przedstawionym na Fig.4, 5,  8.  9,  12, 13,  16, 17 warstwą zbierającą sygnał 22 w elemencie pomiarowym 2 jest warstwa grafenowa, a w innym przykładzie wykonania przedstawionym na Fig. 6, 7, 14, 15 warstwa grafenowa jest także warstwą przewodzącą 32 w elemencie łączącym 3. Natomiast w przykładzie wykonania przedstawionym na Fig.10, 11, 18, 19 warstwą zbierająca sygnał 22 w elemencie pomiarowym 2 oraz częścią warstwy przewodzącej 32 w elemencie łączącym 3 jest warstwa grafenowa, a w pozostałej części warstwa przewodząca 32 elementu łączącego, dalsza od elementu pomiarowego 2 jest przykładowo warstwą srebrową. Oczywiście rozwiązanie nie jest ograniczone do przypadku, że warstwą zbierającą sygnał 22 jest warstwa grafenowa, a warstwą przewodzącą 32 jest warstwa srebrowa, co omówiono poniżej.

Warstwa grafenowa. w jednym wariancie, zawiera alginian sodu, grafen oraz polimetakrylan metylu) w octanie karbitolu butylowego. Alginian jest w przedziale 10-20% wag., a dokładniej może być w przedziale 10-12% wag. W przykładzie wykonania preferowane proporcje to 10% wag. alginianu sodu, 13% wag. grafenu oraz 77% wag. polimetakrylan metylu) w octanie karbitolu butyIowego. W alternatywnym wariancie tego przykładu wykonania preferowane proporcje to 12% wag. alginianu sodu, 13% wag. grafenu oraz 75% wag. poli(metakrylan metylu) w octanie karbitolu butylowego.

W przykładach wykonania grubość warstwy dielektrycznej 33, warstwy zbierającej sygnał 22 i warstwy przewodzącej 32 wynosi 10-15 μm, a w przykładach wykonania, w których warstwą zbierającą sygnał 22 jest warstwa grafenowa jej grubość mieści się w przedziale 10-30 μm, ponieważ warstwa grafenowa może zostać wykonana jako warstwa pojedyncza lub podwójna (o podwójnej grubości). Grubość warstwy bazowej 21 w przykładach wykonania zawiera się w przedziale 40-75μm.

W trakcie operacji sonda 1 jest przyczepiana do serca poprzez przyłożenie warstwy zbierającej sygnał 22 elementu pomiarowego 2 do powierzchni serca. Dzięki właściwościom adhezyjnym zapewnionym przez skład warstwy zbierającej sygnał 22 lub przez oddzielną warstwę adhezyjną 23 oraz lekkości sondy 1,   łatwo przylega ona do serca na zasadzie adhezji, nie powodując uszkodzeń na powierzchni organu i zapewniając nieinwazyjny pomiar. Sygnał zbierany przez warstwę zbierającą sygnał 22 elementu pomiarowego 2 jest przekazywany przez warstwę przewodzącą 32 elementu łączącego 3 do fragmentu połączeniowego 4, przy czym element pomiarowy 2 sondy 1 pobiera sygnał z serca jedynie poprzez warstwę zbierającą sygnał 22 natomiast z drugiej, przeciwległej strony jest odizolowany przez warstwę bazową 21. Element łączący 3 jest całkowicie odizolowany od serca oraz pola operacyjnego poprzez warstwę bazową 21 z jednej strony i warstwę dielektryczną 33  z  drugiej.  Sygnał EKG zebrany z powierzchni serca jest przekazywany za pomocą warstwy przewodzącej 31 do fragmentu połączeniowego 4 wychodzącego z elementu łączą­cego 3 i przystosowanego do połączenia z przewodem sygnałowym 5, przystosowanym do łączenia z kardiomonitorem, które stanowi część systemu pomiarowego 6.

Sonda 1 według wynalazku jest przystosowana do stosowania z każdym ze stosowanych na salach operacyjnych kardiomonitorów, przez wspomniany dedykowany do niego przewód sygnałowy 5. Ten przewód sygnałowy 5 łączy koniec sondy 1 przez fragment połączeniowy 4 z przewodem sygnałowymi 5, który w standardowych technikach przeprowadzania zabiegów jest mocowany do skórnej elektrody EKG. Takie połączenie zapewnia możliwość odczytu i interpretacji sygnału zebranego bezpośrednio z powierzchni serca tak, jakby był to standardowy pomiar odczytywany ze skóry. Dzięki temu, sonda 1 według wynalazku przenosi monitorowanie EKG z powierzchni skóry na monitorowanie z powierzchni serca. Sposób łączenia sondy z kardiomonitorem poprzez fragment połączeniowy 4 zapewnia uniwersalność jego stosowania, i nie wymaga tworzenia dodatkowego systemu pomiarowego 6, to znaczy układu elektronicznego oraz oprogramowania. Ponadto, ten sposób łączenia sondy 1 według wynalazku z kardiomonitorem zapewnia wyświetlenie krzywej EKG na kardiomonitorze w sposób standardowy, znany lekarzom i nie wymaga oddzielnego wyświetlacza. Poza tym, oprogramowanie kardiomonitorów opisujące krzywą elektrokardiograficzną, w tym wychylenie odcinka ST, może pracować w sposób nie zmieniony i dokonywać analizy odcinka ST na zasadach identycznych jak analiza sygnału prowadzonego z powierzchni skóry.

WNIOSKI

  Praca serca jak przystało na dobra pompę krwi realizuje skurcze i rozkurcze serca, które są wynikiem działania układu przewodzącego serca (układu bodźcotwórczo-przewodzącego serca). Generuje on i przewodzi impulsy elektryczne, które nadają rytm i synchronizują skurcze. Układem tym steruje znajdujący się w prawym przedsionku węzeł zatokowy – niewielkie skupisko komórek rozrusznikowych, czyli takich, które są zdolne do samodzielnego wytwarzania impulsów elektrycznych. Są one połączone z kardiomiocytami, czyli komórkami mięśniowymi serca, którym narzucają w ten sposób rytm pracy. Wszystkie komórki serca pracują dzięki mikroprzepływom prądu przez ich błonę komórkową, komórki rozrusznikowe – generując impulsy elektryczne, a kardiomiocyty – generując skurcz. Działa to tak, że między wnętrzem komórek a ich otoczeniem istnieje różnica ładunku elektrycznego (tzw. potencjał spoczynkowy). Wzrost potencjału prowadzi do ich depolaryzacji, czyli rozładowania, a jego spadek do repolaryzacji, czyli odbudowania potencjału spoczynkowego. Komórki rozrusznikowe depolaryzują spontanicznie, a ich depolaryzacja przenosi się na kardiomiocyty, powodując skurcz mięśnia sercowego. Repolaryzacja to czas, w którym impulsy skurczowe są zablokowane i kardiomiocyty mogą się „rozluźnić”, dlatego dochodzi do rozkurczu.

Skutkiem pracy serca  są  sygnały  elektryczne,   które  krążą  po  powierzchni  skóry  i dokumentują odpowiednie fazy pracy serca. https://courses.lumenlearning.com/suny-ap2/chapter/cardiac-muscle-and-electrical-activity/

Te sygnały elektryczne są tak zwanymi sygnałami elektrokardiologicznymi lub sygnałami EKG i mają kształty fal, które mają wiele znanych związków z działaniem mięśnia sercowego i jego stanem. Umieszczając elektrody na skórze pacjenta, można wykryć sygnały elektrokardiologiczne lub EKG, a przy użyciu odpowiedniego oscyloskopu katodowego, elektrokardiografu lub podobnego urządzenia można wizualnie przedstawić kształty fal sygnałów EKG do oglądania przez dobrze przeszkoloną osobę, np. elektrokardiologa.  Elektrokardiolog może następnie wizualnie obserwować elektrokardiogram i podjąć próbę określenia cech serca.

    W EKG wyróżnia się pięć wyraźnych punktów: załamek P, zespół QRS i załamek T.  Mała fala P reprezentuje depolaryzację przedsionków. Przedsionki zaczynają się kurczyć około 25ms po rozpoczęciu załamka P. Duży zespół QRS reprezentuje depolary-zację komór, która wymaga znacznie silniejszego sygnału elektrycznego ze względu na większy  rozmiar komorowego mięśnia serco-wego.  Komory zaczynają się kurczyć, gdy zespół QRS osiąga szczyt załamka R. Wreszcie załamek T reprezentuje repolaryzację komór.  Repolaryzacja przedsionków zachodzi podczas zespołu QRS, co maskuje ją w EKG.

Proces depolaryzacji serca jest wynikiem wzrostu potencjału elektrycznego danego mięśnia sercowego, który prowadzi do jego  rozładowania, a jego spadek do repolaryzacji, czyli odbudowania potencjału spoczynkowego. Komórki rozrusznikowe depolaryzują spontanicznie, a ich depolaryzacja przenosi się na kardiomiocyty, powodując skurcz mięśnia sercowego. Główne segmenty i odstępy zapisu EKG pokazano na przedstawionym  obrazku. Segmenty definiuje się jako obszary pomiędzy dwiema falami. Przedziały obejmują jeden segment plus jedną lub więcej fal. Na przykład odcinek PR zaczyna się na końcu załamka P  i  kończy  na początku zespołu QRS.  Odstęp PR ma większe znaczenie kliniczne, ponieważ mierzy czas od początku depolaryzacji przedsionków (załamek P) do początku zespołu QRS.  Ponieważ załamek Q może być trudny do zobaczenia na niektórych zapisach, pomiar często rozszerza się na łatwiej widoczną R. Jeżeli nastąpiłoby opóźnienie w przejściu impulsu z węzła SA (sinoatrial (SA), node.-węzeł zatokowo-przedsionkowy) do węzła AV (atrioventricular (AV) node-węzła przedsionkowo-komorowego), byłoby to identyczne w odstępie PR. Rycina koreluje zdarzenia skurczu serca z odpowiednimi segmentami i odstępami.

Cardiac Conduction System and Understanding ECG, Animation. https://youtu.be/RYZ4daFwMa8

Heart Bypass Surgery (CABG) https://youtu.be/kxc22Fjd1NQ