PT 105456

(11) Número de Publicação:
PT 105456
(51) Classificação Internacional:
A61N 1/39 (2006)
(12) FASCÍCULO DE PATENTE DE INVENÇÃO
(22) Data de pedido: 2010.12.23
(73) Titular(es):
(30) Prioridade(s):
INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO
ÁREA DE TRANSFERÊNCIA DE TECNOLOGIA,
AVENIDA ROVISCO PAIS, 1
1049-001 LISBOA
PT
INSTITUTO DE TELECOMUNICAÇÕES
AVENIDA ROVISCO PAIS
1049-001 LISBOA
PT
(43) Data de publicação do pedido: 2012.06.25
(72) Inventor(es):
OCTAVIAN ADRIAN POSTOLACHE
PT
GABRIELA POSTOLACHE
PT
PEDRO SILVA GIRÃO
PT
(74) Mandatário:
(54) Epígrafe: SISTEMA E PROCESSO PARA OPTIMIZAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DO EQUIPAMENTO E DO
MÉTODO DE DESFIBRILHAÇÃO/CARDIOVERSÃO PARA SUJEITOS HUMANOS
(57) Resumo: ESTA INVENÇÃO INTEGRA-SE NO CONTEXTO DA INSTRUMENTAÇÃO MÉDICA E DIZ RESPEITO A
UM SISTEMA E MÉTODO PARA MELHORAR A EFICÁCIA DE DESFIBRILAÇÃO/CARDIOVERSÃO. O SISTEMA
PODE DETECTAR E CAPTAR INFORMAÇÃO SOBRE O INÍCIO E O DESENVOLVIMENTO DE DISRITMIA
CARDÍACA ATRAVÉS DE SENSORES PARA FREQUÊNCIA CARDÍACA INCLUIDOS NO DESFIBRILADOR
COMERCIAL COM COMUNICAÇÃO POR RADIOFREQUÊNCIA (1) CONECTADO AO SISTEMA COM
MICROCONTROLADOR (7), PELO CONJUNTO ANTENA DE RADIOFREQUÊNCIA (4) E TRANSCEPTOR DE
RADIOFREQUÊNCIA (5), INSTRUMENTOS PARA PRESSÃO ARTERIAL (2) E PARA RESPIRAÇÃO (3) SENDO OS
INSTRUMENTOS DE PRESSÃO ARTERIAL E RESPIRAÇÃO LIGADOS AOS CANAIS DO CONVERSOR
ANALÓGICO-DIGITAL (8); REALIZA AS ANÁLISES DA VARIABILIDADE CARDÍACA, DE COERÊNCIA ESPECTRAL,
A FASE E A FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA DAS OSCILAÇÕES DE PRESSÃO ARTERIAL NA UNIDADE DE
PROCESSAMENTO EM TEMPO REAL (9) SENDO OS VALORES CALCULADOS, APRESENTADOS ATRAVÉS DO
VISOR COM ECRÃ TÁCTIL (11), LIGADO AO SISTEMA COM MICROCONTROLADOR (7), ATRÁVES DE UMA
INTERFACE UNIVERSAL DE COMUNICAÇÃO (10). O SISTEMA APLICA ESTÍMULOS ELÉCTRICOS COM
AMPLITUDE CRESCENTE DEPENDENTE DE DIFERENÇAS DA COERÊNCIAS E DO PADRÃO DAS OSCILAÇÕES
DE FASE DOS SINAIS DE VARIAÇÕES DA PRESSÃO ARTERIAL E NOS INTERVALOS DOS BATIMENTOS
CARDÍACOS, DE EQUILÍBRIO SIMPÁTICO-VAGAL, DOS INDICADORES DE VARIABILIDADE DA FREQUÊNCIA
CARDÍACA E A VARIABILIDADE DA PRESSÃO ARTERIAL, REGISTADAS ANTES E DURANTE O PERÍODO DE
DISRITMIA.
Resumo
Sistema e processo para optimização do funcionamento do
equipamento e do método de desfibrilação/cardioversão para
sujeitos humanos
Esta invenção integra-se no contexto da instrumentação médica
e diz respeito a um sistema e método para melhorar a eficácia
de
desfibrilação/cardioversão.
captar
informação
disritmia
sobre
cardíaca
o
O
sistema
início
através
de
e
o
pode
detectar
desenvolvimento
sensores
para
e
de
frequência
cardíaca incluidos no desfibrilador comercial com comunicação
por
radiofrequência
(1)
conectado
ao
sistema
com
microcontrolador (7), pelo conjunto antena de radiofrequência
(4) e transceptor de radiofrequência (5), instrumentos para
pressão
arterial
(2)
e
para
respiração
(3)
sendo
os
instrumentos de pressão arterial e respiração ligados aos
canais
do
conversor
analógico-digital
(8);
realiza
as
análises da variabilidade cardíaca, de coerência espectral, a
fase e a função de transferência das oscilações de pressão
arterial na unidade de processamento em tempo real (9) sendo
os valores calculados, apresentados através do visor com ecrã
táctil
(11),
ligado
ao
sistema
com
microcontrolador
(7),
atráves de uma interface universal de comunicação (10). O
sistema aplica estímulos eléctricos com amplitude crescente
dependente
de
diferenças
oscilações
de
fase
arterial
e
nos
dos
da
coerências
sinais
intervalos
de
dos
e
do
variações
batimentos
padrão
da
das
pressão
cardíacos,
de
equilíbrio simpático-vagal, dos indicadores de variabilidade
da frequência cardíaca e a variabilidade da pressão arterial,
registadas
antes
e
durante
o
período
de
disritmia.
1
Descrição
Sistema e processo para optimização do funcionamento do
equipamento e do método de desfibrilação/cardioversão para
sujeitos humanos
Estado de arte
Apesar dos desenvolvimentos recentes alcançados na abordagem
terapêutica
das
esclarecidos
os
recorrentes
auricular
e
(FA)
disritmias,
não
mecanismos
à
manutenção
é
a
estão
completamente
subjacentes
da
disritmia
aos
episódios
A
fibrilação
disritmia.
cardíaca
mais
frequente
em
adultos estando associada a um risco elevado de mortalidade,
acidentes
vasculares
e
cardíaca,
degradação
de
trombo-embolismos,
qualidade
de
insuficiência
vida,
redução
de
capacidade de exercício físico, disfunções cardíacas e um
maior
número
de
hospitalizações
[1-7].
A
sua
ocorrência
condiciona a deterioração da função contráctil das aurículas,
resposta
ventricular
irregular,
com
redução
do
desempenho
cardíaco e da capacidade funcional, que se associam a um
impacto
desfavorável
na
qualidade
de
vida,
morbilidade
e
mortalidade [8-9]. Neste contexto, para além de contribuir
para
a
maior
prevalência
de
insuficiência
cardíaca
congestiva, a FA é um potente marcador independente do risco
de acidente vascular cerebral, sendo responsável por 17% a
27% de todos os acidentes vasculares cerebrais isquémicos,
cujo risco aumenta 2 a 7 vezes na sua presença [8-12]. A taxa
de mortalidade em doentes com FA é cerca do dobro para ambos
os sexos quando comparada com a de doentes em ritmo sinusal,
e
está
relacionada
com
a
gravidade
da
doença
cardíaca
subjacente [4]. A FA é habitualmente associada à presença de
1
cardiopatia estrutural, mas pode ocorrer sem evidência de
patologia cardíaca num terço de todos os casos e em cerca de
metade dos doentes jovens [13]. Foram identificados vários
factores
de
risco
considerados
como
chave
para
o
quadro
clínico de fibrilhação auricular: idade avançada, diabetes,
hipertensão, insuficiência cardíaca, doença valvular, atrial,
septal
ou
outros
tipos
de
defeitos
congénitos
cardíacos,
cardiomiopatias, infarte do miocárdico, obesidade, disfunção
tiroidea,
doença
pulmonar
crónica
obstructiva,
apneia
de
sono, doenças renais crónicas [1-2]. A demonstração de que as
propriedades
pulmonares
electrofisiológicas
(VP),
envolvendo
os
das
aurículas
períodos
e
veias
refractários
e
o
aumento da sua dispersão espacial, bem como actividade focal
rápida e a condução eléctrica que proporciona o substrato
para o início e manutenção da FA, tem contribuído para o
interesse crescente do estudo destas propriedades do tecido
auricular e sua importância nos episódios de FA [14].
Estudos recentes têm sugerido que as alterações na actividade
e
na
regulação
influência
desempenhar
disritmias
na
um
do
Nervoso
electrofisiologia
papel
[14-20].
especificidade
Sistema
da
do
importante
Vários
análise
na
estudos
da
Autónomo
tecido
(SNA)
cardíaco
possam
susceptibilidade
recentes
variabilidade
com
para
mostraram
da
a
frequência
cardíaca (FCV) como indicador de equilíbrio simpático-vagal
no diagnóstico de disritmias e no planeamento do tratamento
da disritmia [18-20].
Têm contributo para este invento também as evidências sobre
mudanças nas propriedades da pressão arterial associadas a um
risco maior de desenvolvimento de disritmias. O estudo de
coorte Framingham Heart realizado em 5331 participantes com
2
idade igual ou superior a 35 anos, considerados no início de
estudo
como
grupo
desenvolvimento
de
sem
FA
FA,
está
mostrou
que
relacionado
o
com
risco
de
diferenças
na
pressão arterial [21]. Evidências publicadas em 2010 e 2011
também apontam para a necessidade de monitorização da pressão
arterial
junto
com
a
frequência
cardíaca,
por
períodos
curtos, durante alguns dias consecutivos, como instrumento
facilitador de diagnóstico de doenças cardiovasculares muito
tempo
antes
de
ocorrência
de
sintomas
clínicos
[22-23].
Nestes modelos de estudo foi sugerido que a pressão arterial
pode
ser
usada
como
independentemente
preditor
da
de
variável
desenvolvimento
idade,
de
tratamento
FA
para
hipertensão ou o nível de pressão arterial médio.
Neste invento é proposto um sistema e método para melhorar a
eficácia da desfibrilação/cardioversão baseados na captação e
análise da informação sobre o início e o desenvolvimento de
disritmia cardíaca através de instrumentos de medição
da
pressão arterial, da frequência cardíaca e da respiração.
A
cardioversão
(um
choque
eléctrico
despolarização)
ou
necessidade
sincronização
podem
ser
de
usadas
desfibrilação
para
(um
com
terminar
sincronizado
choque
eléctrico
despolarização
a
maioria
com
dos
a
sem
cardíaca)
eventos
de
disritmia, aplicando energia que promove a conversão de ritmo
cardíaco
rápido
para
antitaquicárdica
e
desfibriladores
continuam
importante
devido
ritmo
descargas
à
dor
com
a
ser
e
aos
normal.
energia
um
Estimulação
inadequadas
problema
efeitos
dos
clínico
pro-arrítmicos
associados [24].
A
maioria
como
dos
método
dispositivos
de
comerciais ou patenteados
identificação
da
disritmia
usam
o
3
electrocardiograma, a cardiografia de impedância, a detecção
do ritmo respiratório ou o volume de sangue intraventricular.
Os estudos de análise da variabilidade dos ciclos cardíacos
usando os dados registados em desfibriladores cardioversores
implantáveis, sobre a influência de sistema nervoso autónomo
na
iniciação
e
desenvolvimento
de
disritmias,
reportaram
resultados contraditórios [25-27]. As diferenças reportadas
podem
ser
análise
relacionadas
da
com
variabilidade
da
os
diferentes
frequência
algoritmos
cardíaca
e
com
de
a
informação parcial sobre a actividade e regulação de SNA que
se
obtém
quando
só
o
sinal
cardíaco
é
analisado.
Vários
estudos mostraram que a análise combinada da variabilidade
nas oscilações da pressão arterial e dos ciclos cardíacos
podem descrever melhor o controlo de sistema nervoso autónomo
sobre o sistema cardiovascular. Neste invento é proposto o
uso
de
instrumentos
de
medição
da
pressão
arterial,
em
conjunto com instrumentos de medição da actividade cardíaca e
respiratória,
para
predição
dos
eventos
de
disritmia
e
melhoria do procedimento de cardioversão ou desfibrilação.
Descrição do invento
Esta invenção integra-se no contexto da instrumentação médica
e diz respeito a um sistema para o tratamento de taquiaritmia
auricular
e
taquicardia
ventricular
com
distúrbios
hemodinâmicos que podem ou não pôr em perigo a vida de uma
pessoa.
Contribuíram para a realização deste invento as evidências
relacionadas com: – presença de efeitos colaterais e alta
taxa de recorrência de fibrilação auricular nos procedimentos
de cardioversão/desfibrilação; - o envolvimento do sistema
4
nervoso
autónomo
manutenção
dos
nos
processos
processos
de
de
iniciação
fibrilhação
bem
como
auricular;
de
-
o
aumento da taxa de eficácia da cardioversão /desfibrilação
quando o tono simpático para o músculo cardíaco é maior; contribuição
da
respiração
na
manutenção
reiniciação
dos
episódios
de
de
fibrilação
fibrilação
cardíaca;
-
e
a
necessidade de reduzir a dor relacionada com o processo de
desfibrilação/cardioversão.
O
sistema
apresentado
neste
invento
está
desenhado
no
no
contexto
dos
cardioversores/desfibriladores
existentes
mercado
ou
apresentados
em:
1999/5,954,752;
US
1998/5,836,976;
em
Pat.
US
pormenores
1997/5,620,469;
Pat.
US
US
Pat
Pat.
1998/5,853,426;US
Pat.
1993/5,269,298; US Pat. 2000/6,081,745; US Pat. 2004/0138718;
US
Pat.
2005/0065563;
US
Pat.
2010/0198287
que
são
referenciados no presente invento.
O
sistema
programado
do
de
presente
modo
a
invento
actuar
pode
para
o
ser
realizado
ou
(estimulação
pacing
elétrica) de compensação de bradicardia ou terapias antitaquicardia.
Pode
realizar-se
pacing
da
aurícula
ou
do
ventrículo ou tanto da aurícula como do ventrículo. Pode ser
realizado
como
sistema
implantável
desfibrilação/cardioversão
ou
pode
ou
ser
sistema
externo
construído
de
de
tipo
módulo com interface universal de comunicação (10) que pode
ser
adicionado
nos
sistemas
externos,
nos
sistemas
implantáveis ou já implantados de cardioversão/desfibrilação.
Novidades deste invento:
O presente invento tem como novidades:
5
1.
Detecção
e
caracterização
de
eventos
de
disritmia
usando intrumentos de medição da pressão arterial de
forma continua (PA), da frequência cardíaca (FC) e
da
respiração (R).
2.
Módulo para aquisição e sincronização dos sinais dos
intervalos
entre
os
batimentos
cardíacos
(IBC)
dos
equipamentos de cardioversão/desfibrilação implantáveis
ou externos existentes no mercado ou desenhados para
melhor integração no sistema deste invento, e os sinais
de
pressão
sensores
arterial
e
existentes
de
no
respiração
mercado
ou
captados
desenhados
com
para
melhor integração no sistema deste invento.
3.
O sistema realiza a fusão de informação dos canais de
medida
de
electrocardiografia
(ECG)
ou
balistocardiografia (BCG) e dos canais de medida da
pressão
arterial
sensores
(PA)
existentes
ou
no
respiração
mercado
(R)
ou
usando
desenhados
os
para
melhor integração no sistema deste invento utilizando
soluções embebidas em um processador digital de sinal
(DSP
–
Digital
Signal
Processor)
ou
área
lógica
programável (FPGA – Field Programable Gate Array) de
modo
a
mecanismos
permitir
uma
fisiológicos
melhor
caracterização
envolvidos
na
iniciação
dos
e
manutenção dos eventos de disritmia.
4.
O sistema realiza a fusão de informação dos canais de
medida de pressão arterial, de batimentos cardíacos e
respiração com o objectivo de realizar uma estimativa
de
ciclos
batimentos
respiratórios
cardíacos
(CR)
(IBC)
e
dos
intervalos
necessárias
para
de
a
caracterização dos eventos de disritmia e programação
6
do
momento
de
estimulação
eléctrica
necessária
para
cardioversão/desfibrilação.
5.
O
sistema
unidade
realiza
de
um
processamento,
processamento
em
tempo
utilizando
real
(9),
a
para
extrair o ritmo cardíaco e as variações de pressão
arterial
e
dos
transformada
ciclos
onduletas
respiratórios
(wavelets
-
para
usando
a
filtração
e
reconstrucção de sinal cardíaco) e algoritmo iterativo
de detecção dos picos, implementado numa plataforma com
processador de sinal (DSP) ou área lógica programável
(FPGA).
6.
O sistema inclui um módulo de processamento avançado de
identificação
intervalos
variação
de
da
de
disritmia
batimentos
pressão
no
qual
cardíacos
arterial
os
e
são
os
valores
dos
valores
extraídos
de
usando
limites de detecção estabelecidos de forma dinâmica e
um
algoritmo
iterativo
considerando
as
informações
sobre a densidade do histograma e dos desvios padrão.
7.
Realiza a fusão de informação dos canais de medida de
balistocardiografia (BCG) e de fotopletismografia (FPG)
com o objectivo de realizar uma estimativa da pressão
arterial através da medida da separação temporal entre
os máximos do BCG e FPG, ou FPG e outro FPG como também
a utilização de algoritmos baseados na medição do tempo
de trânsito de pulso (PTT - Pulse Transit Time), ou da
medição da velocidade de propagação de pulso (PWV Pulse
Wave
Velocity),
para
implementação
de
módulos
não-invasivos de detecção de disritmia.
8.
O sistema caracteriza o processo de disritmia usando
quantificação da variabilidade de batimentos cardíacos
7
e variabilidade da pressão arterial através da análise
não-linear
em
tempo-frequência
com
transformada
Hilbert-Huang, transformada Daubechies e transformada
discreta de onduletas (wavelets) complexa.
9.
O
sistema
realiza
estimulação
a
optimização
eléctrica
amplitude
necessária
cardioversão/desfibrilação
usando
coerência
da
das
da
oscilações
os
fase
para
a
indicadores
e
da
da
de
função
de
transferência entre as oscilações da pressão arterial e
dos
intervalos
dos
batimentos
cardíacos
calculados
utilizando a análise inter-espectral (cross-espectral)
no domínio da frequência ou da análise inter-espectral
(espectral
onduletas
cruzada)
(wavelets)
baseada
em
de
complex
tipo
transformada
de
associado
à
medição do equilíbrio simpato-vagal.
10. A
amplitude
de
estímulo
eléctrico
desfibrilação/cardioversão
é
necessário
programada
de
para
modo
automático ou manual levando em conta os indicadores de
coerência,
das
oscilações
de
fase,
da
função
de
transferência bem como da variabilidade da frequência
cardíaca e equilíbrio simpático-vagal estimado como a
razão entre energia espectral na banda das frequências
baixas
(0,04-0,15Hz)
do
sinal
da
variabilidade
da
pressão arterial e na banda de frequências altas (0,150,5Hz)
do
sinal
de
variabilidade
da
frequência
cardíaca.
Descrição das figuras
A
Figura
1
representa
o
sistema
de
cardioversão/desfibrilação, em que:
8
1-
Desfibrilador
comercial
com
comunicação
por
radiofrequência
2-
Instrumento de medição da pressão arterial
3-
Instrumento de medição da respiração
4-
Antena de radiofrequência
5-
Transceptor de radiofrequência
6-
Porta de comunicação em série (SPI ou RS232)
7-
Microcontrolador
8-
Conversor analógico-digital
9-
Unidade de processamento em tempo real
10- Interface universal de comunicação
11- Visor com ecrã táctil “touch panel”
A Figura 2 representa o diagrama do algoritmo de detecção de
disritmias e programação da estimulação eléctrica automática
para cardioversão/desfibrilação.
A Figura 3 representa o diagrama do algoritmo de programação
do
momento
de
estimulação
eléctrica
para
cardioversão/desfibrilação.
9
Descrição pormenorizada do invento
O invento apresenta um sistema de desfibrilação/cardioversão
implantável
(incluso)
ou
externo
que
i)
pode
captar
a
informação sobre o início e o desenvolvimento de disritmia
cardíaca através de sensores para frequência cardíaca, para
pressão arterial (PA) e para respiração (R); ii) realiza a
análise não-linear da variabilidade cardíaca, a análise de
coerência espectral, a fase e a função de transferência das
oscilações de pressão arterial na banda de frequências de
0,04-0,5Hz; iii) detecta os eventos de disritmias cardíacas;
iv)
realiza
a
predição
auricular/turbulência
de
episódios
auricular;
v)
de
aplica
fibrilhação
estímulos
eléctricos no momento de despolarização ventricular, no final
de
um
ciclo
de
expiração
ou
início
de
inspiração,
com
amplitude crescente, até 5 Joule, dependente de diferenças
que ocorrem antes e durante o período de disritmia: - das
coerências e do padrão das oscilações de fase dos sinais de
variações em pressão arterial e nos intervalos dos batimentos
cardíacos
(IBC);
-
de
equilíbrio
simpático-vagal;
-
dos
indicadores de variabilidade de frequência cardíaca (VFC) e a
variabilidade de pressão arterial (VPA).
Na figura 1 é apresentado o diagrama do sistema implantável
ou
externo
controlo
para
de
detecção
estimulação
dos
eventos
eléctrica
de
disritmia
necessária
e
o
para
cardioversão/desfibrilação. O equipamento do invento tem um
sistema de captação de sinais fisiológicos, particularmente
sensores para detecção dos intervalos entre os batimentos
cardíacos,
da
pressão
arterial
contínua
e
dos
ciclos
de
respiração. Os sensores para pressão arterial contínua podem
ser
de
tipo
não-invasivo
-
usando
os
princípios
de
10
pletismografia, esfigmometria ou de tonometria - existentes
no mercado ou desenvolvidos para melhor integração no sistema
deste invento; ou podem ser de tipo invasivo – cateter com
transdutor de pressão arterial quando o registo de pressão
arterial contínua permite este procedimento. Os intervalos
dos batimentos cardíacos podem ser captados com os sensores
presentes
no
mercado
nos
cardioversores/desfibriladores
implantáveis ou externos que registam o eletrocardiograma ou
o balistocardiograma ou sensores desenvolvidos para melhor
integração no sistema deste invento. Os ciclos de respiração
podem ser captados através de sensores existentes no mercado
baseados nos princípios de pletismografia, acelerometria ou
de
tipo
sensores
transdutor
de
desenvolvidos
pressão
para
intra-toraxica
melhor
integração
bem
no
como
sistema
deste invento. O sinal de respiração e de pressão arterial
poderão
ser
também
adquiridos
usando
o
processamento
dos
sinais do electrocardiograma ou balistocardiograma (extracção
dos
coeficientes
de
decomposição
em
tempo-frequência
com
transformada onduletas dos intervalos R-R ou J-J na banda de
frequência 0,15-0,5Hz) e, respectivamente, das variações de
pulso captados através de esfigmometria, fotopletismografia
ou
tonografia
através
de
procedimento
de
velocidade
de
propagação de onda de pulso ou tempo de trânsito de onda de
pulso.
O sistema de desfibrilação/cardioversão apresenta um módulo
de comunicação sem fios materializado por um transceptor de
radiofrequencia (5) e uma antena de radiofrequência (4). O
transceptor
comunicação
de
em
radiofrequência
série
(6)
do
(5)
é
ligado
na
microcontrolador
porta
de
(7).
O
microcontrolador (7) apresenta um conjunto de duas entradas
11
analógicas associadas ao conversor analógico-digital (8) que
são ligadas nas saídas de sinal do instrumento de medição de
pressão
arterial
(2)
e
de
respiração
(3).
Os
sinais
adquiridos ao nível do microcontrolador (7) são enviados no
formato digital para uma unidade de processamento em tempo
real (9) baseada num processador digital de sinal ou numa
área lógica programável. A interface gráfica com o utilizador
é realizada utilizando um visor com ecrã táctil (11) (touch
panel) ou plataformas móveis de tipo telemóvel inteligente
(smart phone).
Uma interface universal de comunicação (10) do equipamento do
invento
permite
a
desfibriladores/cardioversores
sua
interligação
existentes
no
com
mercado,
com
instrumentos de medição de pressão arterial (2) e de medição
da respiração (3).
O
processador
digital
de
sinal
ou
as
áreas
lógicas
programaveis (DSP) são programados para a detecção de picos
nos
sinais de pressão
arterial
contínua
adquiridos
e
nos
sinais cardíacos (electrocardiograma ou balistocardiograma).
Os intervalos de tempo entre os batimentos cardíacos podem
ser
medidos como intervalos de tempo entre as ondas R-R do
sinal de electrocardiograma ou como intervalos de tempo entre
as ondas do sinal do balistocardiograma J-J.
O
sistema
implementado
realiza
a
análise
não-linear
da
variabilidade da frequência cardíaca e da variabilidade da
pressão arterial (VPA - podendo ser avaliada usando tanto o
sinal de pressão arterial sistólica, a pressão arterial média
ou pressão arterial diastólica) no domínio tempo-frequência
usando o algoritmo Hilbert-Huang, a análise com onduletas
(wavelets) Daubechies e análise com transformada discreta das
12
onduletas
complexas
cada
uma
dando
informação
sobre:
a)
complexidade do sinal dos intervalos de frequência cardíaca,
b) evolução em tempo das variações da energia espectral nas
bandas de frequências baixas FB (0,04 – 0,15Hz) e frequências
altas
FA
(0,15-0,5Hz)
e
respectivamente
c)
variações
da
energia espectral preservando as informações sobre a fase. Os
sinais filtrados e reconstruídos usando os coeficientes de
decomposição
dos
sinais
do
IBC
e
de
PA
com
transformada
Daubechies, em banda de frequências correspondentes a 0,041Hz, podem ser analisados com transformada de Fourier rápida
de modo a ser aplicado o algoritmo inter-espectral no domínio
da frequência e cálculo de coerência (C), oscilações de fase
(OF) e função de transferência (FT). Para melhor caracterizar
a C e OF entre os sinais de PA e IBC pode ser aplicada a
análise
espectral
cruzada
com
transformada
onduletas
(wavelets) complexa.
Quando são detectados os eventos de disritmia, é realizada
uma
confirmação
desses
eventos
através
de
processamento
avançado de detecção de IBC e das variações de PA usando
limites de detecção estabelecidos de forma dinâmica (US Pat.
2002/0147468A1; US Pat.2003/6,584,350B2) para janelas de 215s. A comparação da densidade do histograma, dos desvios
padrão, dos coeficientes de variação das variações dos sinais
de IBC (Tateno e Glass, 2001) e de PA extraídos através de
algoritmo de deteccção dos picos implementado no DSP ou FPGA
ou através de módulo de processamento avançado confirmam ou
não a existência de eventos de disritmia. Sendo o sistema
alimentado
autonomia
com
do
baterias
sistema,
é
recarregáveis,
feita
a
para
selecção
maximizar
automática
a
de
13
processamento
simplificado
ou
processamento
avançado
de
detecção de picos.
Se não é confirmada a disritmia, o sistema continua a captar
os eventos de PA, IBC e realiza a análise de VFC, VPA, C, OF,
FT.
Se
a
disritmia
é
confirmada,
é
realizada
de
novo
a
análise de VFC, VPA, C, OF, FT neste momento nos sinais
resultados através de processamento avançado de IBC e PA.
Se a coerência entre os sinais de PA e IBM nas bandas de
frequências associadas com o tono simpático (FBPA) e tono
para-simpático (FAIBC) diminui para valores inferiores a 0,50,7 e aumentam as oscilações na fase, é feita uma análise das
diferenças
dos
valores
de
variabilidade
VFC,
VPA,
FBIBC,
FBPA/FAIBC, C0.04-0.15, OF0.04-0.15, registados nos últimos 2 minutos
e durante o evento de disritmia, em períodos de 32s para o
registo de sinais cardiovasculares, em função do qual será
decidida
a
iniciação
cardioversão/desfibrilação.
diminuição
da
A
variabilidade
do
processo
diminuição
da
de
frequência
de
coerência,
cardíaca
e
a
o
aumento de FBIBC, FBPA/FAIBC serão relacionadas com a iniciação
de um processo de fibrilação cardíaca.
Na
figura
2
é
representado
o
diagrama
do
processo
de
estimulação eléctrica necessário para restabelecer o ritmo
cardíaco
correspondente
às
reivindicações
do
presente
invento.
Como já foram descritos na literatura, os eléctrodos para
cardioversão/desfibrilação podem ser a) em contacto com a
parede
auricular
ou
ventricular,
ou
tanto
com
a
parede
auricular como também ventricular; b) eléctrodos subcutâneos
colocados na zona pectoral ou axilar ou c) eléctrodos que
podem ser aplicados sobre o peito.
14
O
estímulo
patente
eléctrico
US
com
características
Pat.7,480,531B1
detectada
i)
diminuição
cardíaca,
ii)
transferência
da
diminuição
entre
as
será
apresentadas
aplicado
depois
variabilidade
de
coerência
oscilações
do
e
sinal
de
na
ser
da
frequência
da
função
de
PA
e
de
IBC,
calculadas usando o algoritmo de análise espectral cruzada,
iii) aumento das variações
da
fase na banda de frequência
associada com controlo simpático (0,04-0,15 Hz) ou controlo
para-simpático
(0,15-0,5
Hz);
iv)
aumento/não
aumento
da
energia espectral das oscilações do sinal dos intervalos de
batimentos cardíacos, e/ou da pressão arterial na banda de
frequências baixas (FBIBC e FBPA: 0,04-0,5Hz); v) aumento/não
aumento de equilíbrio simpato-vagal quantificado como razão
entre
energia
na
banda
de
frequências
baixas
(FBPA)
das
oscilações da variação da pressão arterial e energia na banda
de
frequências
altas
das
oscilações
dos
intervalos
de
batimentos cardíacos, FBPA/FAIBC.
Com identificação da diminuição de coerência, diminuição da
variabilidade
da
frequência
cardíaca
e
aumento
de
FBIBC,
FBPA/FAIBC é iniciado o processo de monitorização de ciclos
respiratórios – CR (como se observa na figura 3). O software
realiza
uma
predição
dos
ciclos
respiratórios
e
dos
intervalos dos batimentos cardíacos (US Pat. 1999/5,954,752)
levando
em
conta
os
valores
registados
nos
últimos
32
segundos. A não confirmação vai determinar a continuação da
monitorização de CR, IBC e PA com/ou sem pedido feito ao
paciente para respirar em intervalos controlados (4:4; 3:4,
etc). Com a confirmação da eficácia da predição de CR e IBC
pode
ser
momento
iniciada
e
a
programação
intensidade
de
automática
estimulação
ou
manual
eléctrica
do
para
15
cardioversão/desfibrilação.
eléctrico
será
A
programada
intensidade
de
modo
de
estímulo
automático
com
possibilidade de alteração de valores usando controlo manual
em função de diferenças de FBPA/FAIBC registadas nos últimos 2
minutos, sendo com intensidade maior de 1 Joule quando as
diferenças
são
pequenas
e
menor
de
1
Joule
quando
as
diferenças são grandes. A monitorização de sinais de CR, PA,
IBC, VFC, VPA, C, OF e TF depois de aplicação de estímulo
eléctrico será usada para a programação de um novo estímulo
eléctrico com amplitude maior no caso da coerência continuar
baixa e serem registadas grandes oscilações de fase.
O processo de desfibrilação/cardioversão será interrompido de
modo automático quando C0.04-0.15 (C- coerencia) aumenta acima
de 0,7, diminuem as OF0.04-0.15, (oscilações de fase) e aumenta a
TF0.04-0.15 (TF – função de transferência) ou quando a amplitude
de estímulo eléctrico chega a ser de 5 Joule. A paragem
manual
do
sistema
de
desfibrilação/cardioversão
pode
ser
realizada através da interface universal de comunicação (10)
com o utilizador de tipo visor com ecrã táctil (11).
Vantagens do invento
O
impacto
epidemiológico, os riscos
clínicos
e os
custos
inerentes à disritmia constituem um importante problema de
saúde pública e um desafio no que se refere à investigação
dos
mecanismos
fisiopatológicos
subjacentes
à
génese
e
manutenção dessa disritmia, aos factores predisponentes e às
estratégias de prevenção e terapêutica mais eficazes.
O presente invento tem como vantagens principais:
16
1. Predição de eventos de disritmia pelo menos 1-2 minutos
antes
dela
ocorrer,
permitindo
uma
melhor
gestão
da
intervenção dos prestadores de cuidados médicos.
2. Capacidade de
melhor caracterização melhor mecanismos
fisiopatológicos,
frequência
e
com
na
reflexão
fase
de
nas
variações
oscilação
dos
em
sinais
cardiovasculares, que iniciam e permitem a manutenção
dos processos de disritmia.
3. Diminuição do risco de desenvolvimento de novos focos de
disritmia induzidos por choque eléctrico com corrente
demasiado forte.
4. Diminuição da taxa de sensações dolorosas associadas ao
processo cardioversão/desfibrilação, como resultado de
choque eléctrico com corrente eléctrica demasiado forte,
através do uso de estímulos eléctricos com intensidade
de corrente relacionada com o equilíbrio simpato-vagal
identificado antes e durante o evento de disritmia.
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Lisboa, 16 de Abril de 2012
22
REIVINDICAÇÕES
1.
Sistema de desfibrilação/cardioversão caracterizado por
compreender um transceptor de radiofrequência (5) com
uma antena (4) ligada na porta de comunicação série (6)
de um microcontrolador (7) que está ligado a uma unidade
de processamento em tempo real (9) e a um conversor
analógico-digital
(8),
com
duas
entradas
analógicas
ligadas nas saídas de sinal do instrumento de medição da
pressão
arterial
(2) e
do
instrumento
de
medição
de
respiração (3) e uma interface gráfica com o utilizador
através de um visor com ecrã táctil (11) ou plataformas
móveis de tipo telemóvel inteligente.
2.
Sistema de cardioversão/desfibrilação de acordo com a
reivindicação
1,
caracterizado
por
o
instrumento
de
medição da pressão arterial (2) incluir um sensor de
tipo
fotopletismográfico
ou
um
de
tipo
cateter
com
transdutor de pressão.
3.
Sistema
cardioversão/desfibrilação
reivindicação
1,
caracterizado
processamento
em
tempo
processador
digital
de
real
sinal
de
por
(9)
ou
acordo
a
com
a
unidade
de
compreender
um
uma
área
lógica
programável, ligada com ou sem fios, ao microcontrolador
(7).
1
4.
Sistema
cardioversão/desfibrilação
de
acordo
com
a
reivindicação 1, caracterizado por incluir uma interface
universal de comunicação (10) ligada ao microcontrolador
(7) e a instrumentos de medição da pressão arterial (2)
e da respiração (3).
5.
Processo
utilizando
o
sistema
de
cardioversão/desfibrilação definido nas reivindicações 1
a
4,
caracterizado
sincronização
batimentos
dos
por
realizar
sinais
cardíacos
de
medidos
a
aquisição
intervalos
pelos
e
a
entre
os
equipamentos
de
cardioversão/desfibrilação implantáveis ou externos, com
os
sinais
de
pressão
arterial
e
de
respiração,
adquiridos com os instrumentos de medição da pressão
arterial (2) e da respiração (3).
6.
Processo de cardioversão/desfibrilação caracterizado por
programar
o
momento
cardioversão
ou
de
estimulação
desfibrilação
eléctrica
baseado
na
para
fusão
de
informação dos canais de medida de actividade cardíaca,
de
pressão
nível da
arterial
unidade
de
e/ou
respiração
implementada
processamento em tempo
real
ao
(9)
através do processador do sinal ou das áreas lógicas
programáveis.
7.
Processo de cardioversão/desfibrilação de acordo com a
reivindicação
6,
algoritmo
estimativa
de
estimulação
caracterizado
eléctrica
de
pela
utilização
energia,
para
necessária
cardioversão
de
um
para
ou
2
desfibrilação, que é baseado nas diferenças dos valores
de
variabilidade
variabilidade
de
de
frequência
pressão
cardíaca
arterial,
e
da
calculadas
nos
últimos 2 minutos e durante o evento de disritmia do
valor calculado da coerência, da função de transferência
e
da
fase
entre
as
oscilações
do
sinal
de
pressão
arterial e intervalos entre os batimentos cardíacos.
8.
Processo de cardioversão/desfibrilação de acordo com a
reivindicação
7,
quantificação
caracterizado
de
pelo
variabilidade
facto
cardíaca
de
a
e
da
variabilidade de pressão arterial serem obtidas através
da transformada Hilbert-Huang, transformada Daubechies e
da
transformada
discreta
de
onduletas
complexa,
considerando:
a) a complexidade do sinal dos intervalos de frequência
cardíaca;
b)
a
evolução
temporal
das
variações
da
energia
espectral nas bandas de frequências baixas (0,04-0,15Hz)
e frequências altas (0,15-0,5 Hz);
c) as variações de energia espectral.
9.
Processo de cardioversão/desfibrilação de acordo com as
reivindicações
7
e 8,
caracterizado
disritmia
ser
detectada
coerência
entre os sinais
quando
de
o
pelo
valor
facto
de
calculado
pressão arterial
e
a
da
dos
intervalos entre os batimentos cardíacos nas bandas de
frequências
associadas
com
o
tono
simpático
e
tono
parassimpático diminui para valores menores de 0,5-0,7,
3
aumenta
o
equilíbrio
simpático-vagal
(FBPA/FAIBC)
e
aumentam as oscilações na fase nas bandas de frequências
baixas (0,04-0,15Hz) e nas frequências altas (0,15-0,5
Hz) e nos registos de ciclos respiratórios.
10.
Processo de cardioversão/desfibrilação de acordo com as
reivindicações 7, 8 e 9, caracterizado pelo facto de a
intensidade
de
estímulo
eléctrico
ser
programada
em
função de diferenças de FBPA/FAIBC registadas em intervalos
de tempo específicos e valores da intensidade menor, por
exemplo, que 1 Joule.
11.
Processo de cardioversão/desfibrilação de acordo com as
reivindicações 7, 8, 9 e 10, caracterizado por produzir
a
paragem
do
processo
de
cardioversão/desfibrilação
quando o valor calculado da coerência para a banda de
frequências entre 0,04Hz e 0,15Hz aumenta mais de 0,7,
quando
diminuem as oscilações
de
fase
e
aumentam
os
valores da função de transferência.
12.
Processo de cardioversão/desfibrilação de acordo com as
reivindicações 7, 8, 9, 10 e 11 caracterizado pelo facto
de
a
paragem
manual
de
desfibrilação/cardioversão
emergência
ser
do
realizada
sistema
ao
nível
de
do
visor com ecrã táctil (11).
Lisboa, 16 de Abril de 2012
4
7
5
6
8
10
4
1
2
11
3
9
Figura 1
1/3
Figura 2
2/3
Figura 3
3/3