Přijetí a vodivost v srdečním výkonu - Admittance and conductance in cardiac performance

Přijetí a vodivost v srdečním výkonu
Účelurčete okamžitý objem komory

Existuje zavedená praxe používání elektrická vodivost krve (PV smyčky ) v srdci komory k určení okamžitého objemu komory. Tato technika zahrnuje zavedení tetopolárního katétru do komory a měření vodivosti. Tato měřená vodivost je kombinací krve a svalu a k identifikaci vodivosti krve z celkové měřené vodivosti se používají různé techniky. Krevní vodivost lze poté převést na objem pomocí lineárního (Baan) nebo nelineárního (Wei) vztahu, který souvisí s vodivostí k objemu.

Tradiční technologie vodivosti

Tento přístup je založen na myšlence, že celková vodivost tekutiny G mezi dvěma elektrodami je funkcí vodivosti tekutiny (převrácená hodnota odporu) a objemu.

v kardiologie, tetra-polární katétr je vložen do komory a přes dva vnější je aplikován konstantní proud (I) elektrody. Toto generuje elektrické pole v komoře a dvě vnitřní elektrody měří a Napětí generované v důsledku elektrického pole. Toto změřené napětí (V) se používá k určení vodivosti prostřednictvím upravené verze Ohmův zákon. Vodivost (G) je převrácená hodnota odporu (R), která mění standardní Ohmovu rovnici z V = IR na V = I / G.

Vodivost pak souvisí s objemem krve prostřednictvím Baanovy rovnice.[1] Při použití v kardiologii není generované elektrické pole omezeno na krev (sledovaná tekutina), ale také proniká do srdeční stěny, což vede k další vodivosti, často nazývané „paralelní vodivost“ nebo „svalová vodivost“, Gm který musí být odstraněn.

Byly provedeny pokusy o odstranění Gm příspěvek s různou mírou úspěchu. Nejběžnější metodou je hypertonický solný roztok technika, která zahrnuje injekci bolusu hypertonického solného roztoku do komory za účelem změny vodivosti krve bez ovlivnění okolního svalu. Další méně běžně používaná technika zahrnuje evakuaci komory krve a samotné měření svalové vodivosti pomocí vodivostního katétru. Je zřejmé, že obě techniky jsou nespolehlivé, poněkud invazivní a nezohledňují kontinuální variaci v Gm přes srdeční cyklus.[2]

Vylepšená technologie přijímání

The Vstup technika je zlepšení oproti Vodivost technika odstraňování svalové vodivosti v reálném čase Gm. Krev a svaly reagují na střídavé (AC) elektrické proudy velmi odlišně. Krev je čistě odporová, zatímco sval má odporové i kapacitní vlastnosti. Fixní náboje ve svalových buňkách vytvářejí významný reaktance který způsobí fázový posun (časové zpoždění) v měřeném signálu vzhledem k budícímu signálu. Technologie Admittance využívá tento fázový posun k určení okamžité svalové vodivosti a jejímu odstranění z celkové měřené vodivosti.

Odstranění Gm

Celkový příjem (Y) krve naplněné komory je dán Y = Gb + G.m + iωCm kde

  • Gb je naměřená vodivost krve (požadovaný signál)
  • Gm je měřená vodivost srdečního svalu (nežádoucí signál)
  • Cm je změřená kapacita srdečního svalu
  • ω je úhlová frekvence budicího signálu

Signály Gm a C.m jsou obě vlastnosti srdečního svalu a liší se v pevném poměru. Poměr Gm do C.m se rovná poměru svalové vodivosti (σ) ke svalu permitivita (ε). Poměr σ / ε je konstanta proporcionality. Přestože jsou σ a ε funkce zdraví srdeční tkáně, jsou krátkodobě relativně konstantní.

Pomocí této proporcionality lze přepsat rovnici pro Gm jako G.m = (σ / ε) Cm

Všimněte si, že imaginární složka Y závisí pouze na množství svalu v poli katétru. To usnadňuje izolaci měřením fázového posunu, φ, měřeného signálu:
cos (φ) = (Gb + G.m) / Y
sin (φ) = ωCm/ Y
Proto C.m = Y.sin (φ) / ω
také, Gm = (σ / ε) Cm

Krevní vodivost je tedy určena jako Gb = Y.cos (φ) - Gm

Weiho rovnice lze použít na tento vypočítaný krevní vodivost Gb získat objem krve.[3] Na rozdíl od Baanovy rovnice Weiho rovnice zohledňuje nelineární povahu elektrické pole a dynamická povaha srdeční cyklus pro přesnější vyjádření objemu krve.[4]

Experimentální výsledky

Technika přijetí zahrnuje měření jak fázového úhlu, tak celkové vodivosti v komoře. Je tedy možné pozorovat, jak se paralelní vodivost (svalová vodivost) mění v průběhu srdečního cyklu. Na obrázku je znázorněn graf znázorňující příspěvek krve a svalů.


Reference

  1. ^ Baan J, Jong TT, Kerkhof PL a kol. (Červen 1981). "Kontinuální zdvihový objem a srdeční výdej z intra-komorových rozměrů získaný pomocí impedančního katetru". Cardiovasc. Res. 15 (6): 328–34. doi:10.1093 / cvr / 15.6.328. PMID  7296590.
  2. ^ Krenz M (prosinec 2009). „Vodivost, vstup a hypertonický solný roztok: měli bychom provádět měření komorového objemu s rezervou?“ J. Appl. Physiol. 107 (6): 1683–4. doi:10.1152 / japplphysiol.01089.2009. PMID  19797683.
  3. ^ Wei CL, Valvano JW, Feldman MD, Pearce JA (říjen 2005). "Nelineární vztah vodivost-objem pro systém měření katetru myší vodivosti". IEEE Trans Biomed Eng. 52 (10): 1654–61. CiteSeerX  10.1.1.124.7182. doi:10.1109 / TBME.2005.856029. PMID  16235651.
  4. ^ Porterfield JE, Kottam AT, Raghavan K, et al. (Prosinec 2009). „Dynamická korekce pro paralelní vodivost, GP a faktor zesílení, alfa, při invazivních myších objemových objemech levé komory“. J. Appl. Physiol. 107 (6): 1693–703. doi:10.1152 / japplphysiol. 91322.2008. PMC  2793194. PMID  19696357.

Další čtení

  • Wei CL, Valvano JW, Feldman MD, Nahrendorf M, Peshock R, Pearce JA (srpen 2007). „Paralelní vodivost objemového katétru se liší mezi koncovou systolou a koncovou diastolou“. IEEE Trans Biomed Eng. 54 (8): 1480–9. doi:10.1109 / TBME.2007.890732. PMID  17694869. S2CID  15306967.
  • Clark JE, Kottam A, Motterlini R, Marber MS (2009). "Měření funkce levé komory v normálním, infarktovém a CORM-3-stabilizovaném srdci myši pomocí komplexních objemových smyček tlaku odvozených z přijetí". Metody J. Pharmacol Toxicol. 59 (2): 94–9. doi:10.1016 / j.vascn.2008.10.007. PMID  19059354.
  • USA 7925335, Feldman, Marc D .; Pearce, John A .; Valvano, Jonathan W .; Wei, Chia-Ling, „Metoda a zařízení pro stanovení srdečního výkonu u pacienta s katétrem vodivosti“, publikováno 12. dubna 2011