Nápady a objevy

25. října 2018

Vysokofrekvenční EKG umožní přesnější diagnostiku srdečních chorob

Pavel Leinveber má zkušenosti také z prestižní Mayo Clinic, kde zkoumal vliv spánku na kardiovaskulární choroby | Autor: Igor Šefr
Nová neinvazivní technologie využívající vysokofrekvenčního EKG pomůže kardiologům lépe diagnostikovat pacienty se selhávajícím srdcem. Dokáže nejen stanovit elektrickou aktivaci srdečních komor, ale s přesností na jednotky milisekund změřit i jejich zpoždění. Na vývoji technologie, která již získala americký patent, pracují také absolventi Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Mezinárodním centru klinického výzkumu Fakultní nemocnice u sv. Anny (FNUSA-ICRC).

Elektrokardiogram neboli EKG se podobným způsobem měří přibližně sto let. Ale už posledních padesát let výzkumníci a lékaři vědí, že v signálu EKG existují také vyšší frekvence. „Klasické EKG se měří do 100 až 150 Hz. Od osmdesátých let se někteří vědci zabývají frekvencí, která je o cca 100 Hz vyšší. Využití hledají zejména pro diagnostiku pacientů po infarktu, ale do běžných klinických vyšetření se tato technologie zatím nepropracovala. My jsme přišli s jiným konceptem. U běžného EKG měření jsme začali sledovat, jak se vyšší frekvence chovají mezi jednotlivými elektrodami na srdci. Zjistili jsme, že tyto frekvence se v rámci QRS komplexu, který v EKG signálu reprezentuje elektrický impuls pro stažení srdečních komor neboli tzv. depolarizaci komor, vyskytují v každé elektrodě v jinou dobu. V závislosti na tom, zda má pacient nějakou vadu elektrického vedení v srdci,“ vysvětlil Pavel Leinveber, vedoucí Centra biomedicínského inženýrství ve FNUSA-ICRC a absolvent FEKT VUT.

Vysokofrekvenční EKG pomůže například přesnější diagnostice tzv. raménkových blokád. Jde o poruchu vedení vzruchu myokardem, kvůli kterému se pravá a levá komora stahuje asynchronně. Srdce pak jako pumpa funguje méně efektivně. „Zkušený lékař dokáže raménkovou blokádu určit i z běžného EKG. Problém však je, že právě tato srdeční dysfunkce se často schovává za další onemocnění a až u třiceti procent pacientů je proto určena chybně. Nám se podařilo tuto diagnostiku usnadnit a ukázat, že vyšší frekvence v EKG přesně zaznamená moment, kdy se daný segment v srdci pod danou elektrodu elektricky aktivuje. Vidíme tak s přesností na milisekundy případné zpoždění jedné či druhé komory,“ dodal Leinveber.

Příklad typického chování depolarizačních map u zdravé elektrické aktivace srdečních komor a u blokády pravého (RBBB) a levého (LBBB) Tawarova raménka. Nahoře standardní QRS komplex, dole depolarizační mapy | Autor: Archiv Pavla Leinvebera
Díky nové technologii by lékaři mohli přesněji určit, zda daný pacient trpí elektrickou dyssynchronií a je pro něj vhodná léčba dvoukomorovým kardiostimulátorem. „Třetině pacientů tento naimplantovaný kardiostimulátor vůbec nepomáhá. Studie ukazují, že některým dokonce škodí. Splňují sice standardní kritéria určená pro tento typ léčby, ale zřejmě trpí jinou srdeční vadou než právě dyssynchronií. Je to pak velká zátěž nejen pro pacienty, kteří zbytečně podstoupili operaci, ale vzhledem k vysoké ceně stimulátorů také pro ekonomiku,“ upozornil na současnou situaci Leinveber. Technologie využívající vysokofrekvenčního EKG by lékařům pomohla nejen lépe vybírat pacienty vhodné pro terapii kardiostimulátorem, ale optimalizovala by také nastavení kardiostimulátorů u již léčeného srdce tak, aby orgán dosahoval co nejlepšího výkonu.

Metodika, na kterou výzkumníci získali patent v USA, neklade tak vysoké nároky na zkušenosti lékaře. Diagnóza je jasně viditelná díky tzv. depolarizačním mapám. Ty vznikají na základě vysokofrekvenčního signálu měřeného v QRS komplexu a barevně ilustrují, jak se elektrický vzruch pohybuje po komorovém myokardu. „Byli bychom rádi, aby to bylo pro lékaře v praxi co nejjednodušší. Depolarizační mapy tak dokážeme vytvářet s klasickým rozložením elektrod pro měření EKG. A velká změna to není ani pro pacienty. Jen potřebujeme pro vyhodnocení delší časový úsek naměřeného signálu, přibližně jednu až tři minuty,“ zhodnotil jednoduchost metodiky Leinveber.

Diagnostika pomocí vysokofrekvenčního EKG však klade vyšší nároky na měřicí přístroje, které musí mít o něco větší výpočetní výkon, aby dokázaly data zpracovat. „Vytváříme nyní experimentální měřicí zařízení, které je založeno na osvědčeném a běžně používaném hardwaru. Uvidíme, zda o to budou mít firmy zájem. Již nyní ale existují na trhu i v nemocnicích přístroje, které nároky na měření vysokofrekvenčního EKG splňují. Nejde tolik o hardware samotný, jako spíš o přeprogramování a následnou softwarovou úpravu,“ popsal Leinveber. Nové zařízení by již mělo umět vytvářet depolarizační mapy v reálném čase měření. Projekt grantově zastřešuje brněnská firma Cardion společně s Ústavem přístrojové techniky Akademie věd ČR. Na vývoji spolupracuje Pavel Leinveber spolu s dalšími absolventy FEKT VUT.

Výzkumný tým Pavla Leinvebera se ve FNUSA-ICRC nespecializuje pouze na kardiologii. Již od počátku vzniku týmu spolupracuje kromě místní neurologické kliniky také s laboratoří epilepsie a neurofyziologie z Mayo Clinic, která se zabývá pokročilými léčebnými metodami epilepsie. „Epileptických pacientů, které není možné léčit farmakologicky, je poměrně málo a data kvalitně získávaná z elektrod vnořených přímo do mozku jsou poměrně vzácná. Abychom měli pro výzkum dostatek dat, sdílíme anonymizovaná data o pacientech s Mayo Clinic a oni zase s námi. V odborné literatuře jsme nedávno zjistili, že v mozku mohou být změřeny vysokofrekvenční oscilace, které sahají až za hranici dosud známého patofyziologického chování, tedy i nad 1 kHz. Je již dobře popsané, že oscilace EEG signálu na vyšších frekvencích jsou typické pro epileptogenní tkáň, která záchvaty způsobuje. Kolegové na základě těchto oscilací vyvíjejí algoritmy umožňující záchvat předvídat. Signál se získává pomocí elektrod zavedených přímo do vnitřních struktur mozku pacienta. Díky tomu jsme schopni nejen předpovědět záchvat, ale také přesněji určit rozsah epileptogenní tkáně vhodné pro chirurgické odstranění,“ uzavřel Leinveber a upozornil, že současně pracují i na méně invazivním způsobu léčby.


(mar)

TémataFakulta elektrotechniky a komunikačních technologií absolventi

Související články:
Zakladatel Rohlik.cz: Nikdy jsem nebyl úplně studijní typ
Chytrá zařízení Easycon změří klima i energie. Budoucnost vidí tvůrci v průmyslu
Káva má být příjemný zážitek. Mléko či cukr nevadí, říká Aleš Pospíšil z European Coffee Trip
Adam a Kateřina Chromí: Já byla zadýchaná, brácha se skoro nudil
Bývalí studenti VUT dobývají svět se zařízením na lokalizaci uvnitř budov