Instrumentation for multichannel impedance cardiography

Abstract

Impedancecardiography has been under development for several decades, because it offers an opportunity to noninvasively and continuously monitor the amount of blood pumped by the heart. Unfortunately this method, based on the changes in the electrical conductivity of the body, has not yet gained acceptance for clinical use. The reasons for this are unaccuracy and the instrumentation needed. Simple methods seen so far measure the impedance of the whole body or only the thorax area. From these values, the minute volume can not be reliably and accurately calculated. On top of that, the methods include some extra work from the hospital nurses. Most widely used method for evaluating minute volume today is the dilution method, where a bolus of cold water is injected to the heart's chamber and the temperature change is measured from the aorta. The method is accurate, but invasive.Ragnar Granit Institute has researched the impedancecardiography for several years. PhD Pasi Kauppinen has studied the conductivity of the body and its properties as a volume conductor in his doctoral thesis. As a result of the modelling, a new multichannel instrument is invented, measuring several points of the body simultaneously. The interest is especially focused on using the 12-lead measurement configuration, used with the ECG recordings. A lead field calculated from these measurements can be made more sensitive to a specific part of the body. In addition, there is no need for any extra work by the hospital workers, which makes the measurement event more fluent.As a result of this thesis, a prototype of the multichannel impedance measurement device is constructed and tested. The data measured is under analysis. The biggest difference to the previous impedancecardiography devices is the signal and measurement switching in the 12-lead configuration. In this sense, the device is globally the first, as the switching of the signal during the impedancecardiography measurement has not been done before. Future research will tell how the device and the ICG method fill the expectances about the improvements in heart's and circulatory system's monitoring.

Impedanssikardiografiaa on tutkittu useita vuosikymmeniä, koska se tarjoaa mahdollisuuden sydämen pumppaaman verimäärän jatkuva-aikaiseen eiinvasiiviseen seurantaan. Tämän sähkönjohtavuuden muutokseen perustuva sydämen minuuttivolyymin mittaus ei kuitenkaan ole saanut yleistä hyväksyntää kliiniseen käyttöön. Suurimmat syyt tähän ovat mittausmenetelmän epätarkkuus sekä sen vaatima laitteisto. Yksinkertaiset impedanssimenetelmät joita tähän saakka on nähty, mittaavat joko koko kehon tai pelkän rintakehän impedanssin. Saaduista arvoista ei minuuttivolyymia ole voitu tarkasti ja luotettavasti laskea. Lisäksi menetelmät vaativat hoitohenkilökunnalta ylimääräisiä toimenpiteitä. Yleisimmin minuuttivolyymin arviointiin nykyään käytetään laimennusmenetelmää jossa sydämen kammioon viedään katetri, jonka kautta syötetään kylmää keittosuolaliuosta ja mitataan sen jälkeen lämpötilan muutos aortassa. Menetelmä on tarkka mutta invasiivinen. Ragnar Granit instituutissa on tutkittu impedenssikardiografiaa useita vuosia. Tkt Pasi Kauppinen on väitöskirjassaan tutkinut kehon sähkönjohtavuutta ja ominaisuuksia volyymijohteena. Mallinnuksen tuloksena on nähty tarve uudelle, monikanavaiselle impedanssikardiografialaitteistolle, jolla kerätään tietoa kehon sähkönjohtavuudesta monesta pisteestä yhtäaikaa. Erityisen kiinnostava on elektrokardiografian mittauksessa käytetyn 12-kytkentäisen mittausjärjestelyn hyväksikäyttö. Mitatuista riippumattomista impedansseista voidaan kehon johtavuuskenttä mallintaa entistä tarkemmin, mikä lisää mittauksen herkkyyttä tietylle kehon osalle. Lisäksi 12-kytkentäisen elektrodikonfiguraation käyttö ei vaadi sairaalahenkilökunnalta minkäänlaista lisätyötä tai ylimääräisiä potilaaseen kytkettyjä mittajohtoja, helpottaen mittaustapahtumaa huomattavasti.Työn tuloksena on valmistunut prototyyppi, jolla mitattuja tuloksia tutkitaan parhaillaan. Laitteen suurin muutos edellisiin impedanssikardiografia mittalaitteisiin verrattuna on signaalin ja mittauksen ohjaus 12-kytkentäisen elektrodikonfiguraation elektrodista toiseen siten, että kaikki riipumattomat mittaukset saadaan mitattua samanaikaisesti. Tätä ei impedanssikardiografia mittalaitteissa ole ennen toteutettu. Lisätutkimukset selvittävät, täyttävätkö laite ja mittausmenetelmä niihin asetetut ennakko-odotukset sydämen sekä verenkiertoelimistön toiminnan seuraamisen monipuolistumisesta. /Kir10