Development of a Novel Multichannel Seismocardiography Method

Student thesis: Master thesis (including HD thesis)

  • Kim Munck Jeppesen
Intro: Ventrikel dyssynkroni er en abnormalitet i hjertets ventrikler, der gør at disse ikke kontraherer samtidigt. Denne forskudte kontraktion resulterer ofte i en nedsat pumpeevne, der leder til hjertesvigt. Man kan mindske dødeligheden ved hjertesvigtspatienter med ventrikel dyssynkroni ved at behandle med kardiel resynkroniseringsterapi (CRT), som involverer en biventrikulær pacemaker. De markører som i dag anvendes til identificering af hjertesvigt patienter, som ville gavne af behandlingen er i midlertidigt meget upræcise, med tilfælde på 30% hvor behandlingen ikke havde nogen effek.t
Seismokardiografi (SCG) er en målemetode som anvender accelerometer til at undersøge hvordan sammentrækningen af ventriklerne påvirker brystkassens bevægelser. Litteraturen har dog vist, at viden omkring placeringen af SCG’s indflydelses på det målte signal er uvist. Denne tese foreslår derfor at udvikle, implementere og studere en ny metode til undersøgelse af multikanals seismokardiografi (mSCG) som en markør for ventrikel dyssynkroni hos hjertesvigtspatienter.
Metode: Den nye metode for mSCG blev designet og implementeret som et udstyr med 12 SCG kanaler, der kørte synkront med et ekg respirationsbælte, der overførte opsamlede målinger via tre programmerede mikrocontrollere til en computer, med et opsamlings program implementeret i projektet. Denne mSCG metode anvendte digitale MEMS accelerometer, som konverterede SCG signalet ved kilden og digitalt overførte målingerne via en BUS, i modsætning til andre SCG udstyr, som anvender analog MEMS accelerometer sammen med en fælles omformer.
Studiet inkluderede tre sunde forsøgspersoner som var lagt ned i en 10 minutter lang periode hvor mSCG, ekg og respiration blev opsamlet. De opsamlede mSCG blev filtreret i to bånd, for at kunne undersøge kræfterne tilstede på brystkassen, 0.5 Hz til 30 Hz, og hjertelyds energierne, 20 Hz til 250 Hz. Sammen med filtreringen blev en enkelt hjerte cyklus segmenteret, fra signalet og frem stillet ved at kortlægge signalet for mange tidspunkter i cyklussen. Kortlægningen blev udført med en 2D interpolation af kortene for at kunne fortolke dem. Kortende blev derefter opdelt i systolen og diastolen for og derefter blev mønstre identificeret mellem forsøgspersonerne.
Resultat: Indledende test af the implementerede metode til mSCG var udført. Her viste alle SCG kanaler at være synkrone med en standard afvigelse på 140 µs, og at være 8.9 ms forskudt fra ECG målingerne.
Ud fra kortene der beskrev kræfterne på brystkassen blev der fundet identiske mønstre for alle forsøgspersonerne som ikke kunne havde været set uden mSCG. Disse mønstre involverede to modsat rettede kræfter som var til stede to gange under systolen og en gang under diastolen. Ved mønstre, som var tydelige på et traditionelt SCG, kunne mSCG desuden identificere lokationen af disse. Ud fra kortlægningen af hjertelydens energier, kunne disse lyde under nogle tilfælde adskilles, og for den første og anden hjertelyd blev det observeret, at den anden hjertelyd generelt lå højere end den første.
Diskussion: Kræfterne til stede på brystkassen, kan ud fra litteraturen spekuleres til at beskrive bestemte dele af hjertets bevægelse, men flere målinger med mSCG, der også involverer ekkokardiografi ville være nødvendige. Placeringen af anden hjertelyd i forhold til første hjertelyd, stemmer over ens med litteraturen. Yderligere signalbehandling kan blive foretaget på mSCG signaler, da for eksempel kun en af de 3-axes SCG signaler fra alle sensorer var anvendt i studiet. Desuden vil en tydeligere adskillelse af hjertelydende være mulig med multikanals komponentanalyse.
Konklusion: Denne 1-års tese inkluder; ansøgning af midler, anmeldelse til etisk kommitté, udvikling og implementering af analoge samt digitale elementer i mSCG, udførelse af forsøg og signalbehandling som blandt andet involver avancerede præsentationsmetoder og identificering af mønstre.
Studiet ville ikke kunne besvare definitivt om hvor vide metoden ville være en god markør for forudsigelse af CRT udfald, men mønstre i mSCG blev fundet som relaterede til ventrikelkontraktionen, og inkluderingen of CRT patienter vil muligvis vise værdien af mSCG som markører for ventrikel dyssynkroni.
LanguageEnglish
Publication date7 Jun 2017
Number of pages118
ID: 259314045