Tecnologie di misurazione PAT (Peripheral Arterial Tone)

SEDA S.p.A. Divisione Emergenza
Tecnologie di misurazione PAT
(Peripheral Arterial Tone)
Fisiologia, biofisica e considerazioni sul
progetto della sonda.
SEDA S.p.A.
Via Tolstoi 7
20090 Trezzano S/N (Milano)
Tel 02/48424.1; Fax 02/48424290
sito internet: www.sedaitaly.it
certificazione UNI EN ISO 9001:2000
SEDA spa
Introduzione
La tecnologia PAT è un nuovo metodo di misura digitale pletismografico sviluppato per la
registrazione accurata della pulsatilità del volume arterioso nel dito.
Tale rilevazione trova applicazione nello studio dei pazienti affetti da patologia coronaria o da
disturbi del sonno (per maggiori informazioni si vedano le pagine successive di questo documento).
Per ottenere una misurazione accurata di queste onde di pulsazione arteriosa sono necessari una
serie di accorgimenti. I più importanti sono:
x Il segnale deve essere isolato dalle influenze del volume di sangue venoso che creano
interferenze, poiché l’effetto della distensione venosa può nascondere le variazioni di
volume.
x Devono essere evitati modificazioni del tono vascolare arterioso indotto da un riflesso
mediato dovuto alla misurazione.
Nel resto del presente documento verranno discusse le soluzioni tecnologiche implementate nelle
sonde PAT ITAMAR per ottenere i due obiettivi sopra indicati.
Tecnologia di misurazione PAT
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INFORMAZIONICLINICHE [SULLA] PUNTA DELLE DITA
Migliora il riconoscimento dell'ischemia miocardica indotta in corso
da test da sforzo.
ETT_PAT2000 un sistema non invasivo di facile impiego in
combinazione con qualsiasi sistema per test da sforzo.
Il segale PAT (Peripheral Arterial Tone) viene rilevato per mezzo della
esclusiva sonda dito pneumtica non invasia Itamar. I risultati del test
da sforzo vengono inseriti nel software di analisi ETT_PAT2000.
I dati sono analizzati automaticamente per mezzo dell'avanzato
algoritmo di analisi del segnale digitale.
Il segnale PAT™
Il seganle PAT e' un indicatore fisiologico
che riflette i cambiamenti nell'attivita'
del sistema nervoso autonomo e
fornisce un marker specifico dell'ischemia
miocardica indotta dallo sforzo, attraverso
l'analisi accurata delle modificazioni nel tono
arterioso a livello del dito indotto dallo sforzo.
INFORMAZIONICLINICHE [SULLA] PUNTA DELLE DITA
• Sensibilita' stress ECG aumentata del 35%
• Riduzione dei test non diagnostici o
equivoci del 50%
• Non invasivo
• Analisi autmonatica del test
• Dia gnosi dell'ischemia miocardica
"cost-effective"
• Adattabile a tutti i sistemi per stress ECG
• Di facile impiego
ETT_PAT2000
schermo analisi:
Segnale PAT tipico
di un paziente con
risposta positiva,
caratterizzata da una
sostanziale riduzione
dell'ampiezza PAT,
all'aumentare dello
sforzo durante il test.
Nella sezione inferiore
e' riportato l'anadamento
della frequenza cardiaca.
Risultati degli studi clinici
Studi, in piu' di 2000 pazienti, hanno
mostrato come il segnale PAT aumenti la
sensibilita' del test da sforzo del 35%,
senza ridurre la specificita' diagnostica.
Riduce inoltre i test non-diagnostici
o equivoci di oltre il 50%.
90%
20%
ECG
ETT_PAT 2000
con ECG
70%
10%
50%
0%
Sensibilita'
Specificita'
Test non diagnostici
o equivoci
ETT_PAT2000 e' approvato dall'FDA e certificato CE
Per maggiori informazioni
su Itamar Medical Ltd.
contattare:
SEDA spa
via Tolstoi 7
20090 Trezzano s/N (MI)
Tel: 02 48 42 41
Fax: 02 48 42 42 90
Itamar Medical Ltd. is pioneering the introduction of the PAT signal- a non-invasive window into the autonomic
nervous system, and its clinical applications in cardio-respiratory and cardiovascular medicine. Itamar holds patents
in the use of the PAT Signal for medical purposes and a growing body of proprietary technologies – hardware, software,
and signal processing algorithms – to allow the application of the PAT Signal in many areas of clinical medicine.
Monitoring the PAT Signal can help doctors provide an early-stage detection of disease, facilitate patient follow-up,
www.sedaiyaly.it
[email protected]
improve the clinical results of patients, and help to reduce the overall cost of healthcare. Itamar Medical Ltd. was
established in 1997.
INFORMAZIONI CLINICHE [SULLA] PUNTA DELLE DITA
Una nuova prospettiva nella diagnostica del sonno
Il Watch PAT 100 un dispositivo domiciliare per la diagnosi dei disordini del respiro associati al sonno
in ambiente domestico non sorvegliato. Si posiziona sul polso del paziente e si indossa confortevolmente
durante il sonno. Il segnale PAT e' registrato con i dati in modo continuo attraverso un pulsossimetro e un actigrafo
integrati. In seguito, i dati sono scaricati e analizzati attraverso il software zzzPAT. L'algoritmo automatico
rileva i disordini del respiro, sulla base dei cambiamenti del segnale PAT, della saturazione dell'ossigeno
e delle variazioni della frequenza cardiaca. Gli stati di sonno e veglia sono determinati da un sofisticato
algoritmo actigrafico. Il software offre rapporti dettagliati ed esaustivi dello studio e permette di visualizzare
ed elaborare manualmente i dati di moniotraggio di un'intera notte.
La via per una nuova prospettiva Il segnale PAT™
PAT (peripheral Arterial Tone) e' un indicatore
di diagnosi, trattamento e
fisiologico che rispecchia i cambiamenti
nell'attivita' del sistema nervoso autonomo
e degli eventi vascolari correlati attraverso
follow up dei disturbi del
un'accurata misurazione del volume arterioso
alle dita. Il segnale offre un nuovo
respiro associati al sonno pulsatile
modo di capire e gestire i disordini del sistema
nervoso autonomo, cardiovascolari e
respiratori. Questa tecnologia non invasiva
fornisce ai clinici indicatori altamente
sensibili ed accurati per identificare,
diagnosticare e monitorare diverse
condizioni patologiche.
INFORMAZIONI CLINICHE [SULLA] PUNTA DELLE DITA
Lo strumento ideale per vantaggi unici nello studio del sonno
Watch_PAT100
• Diagnosi, trattamento e follow up
dei disturbi del respiro associati
al sonno
• Identificazione dello stato di sonno/veglia
• Interferenze minime con il sonno
• Sonda a dito non invasiva senza rischi
per il paziente
• Domicialiare, confortevole e conveniente
per l'uso non sorvegliato
• Analisi automatica avanzata ed elaborazione
digitale del segnale
• Rapporto completo ed esaustivo
sui risultati ottenuti
• Funzionamento con tasto singolo
• Registra e archivia i dati su supporti
mobili
Watch_PAT100 e' approvato dall'FDA e certificato CE
Per maggiori informazioni
su Itamar Medical Ltd.
contattare:
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via Tolstoj 7
20090 Trezzano SN (MILANO)
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Fax: 02 48424290
Itamar Medical Ltd. is pioneering the introduction to medicine of a non-invasive window to the autonomic nervous
system – the PAT (Peripheral Arterial Tone) signal. Itamar holds patents in a growing body of proprietary technologies
and diagnostic signal features, and has developed unique signal processing algorithms, to apply peripheral arterial
tonometry in important clinical applications including cardiology and sleep medicine. PAT based products, can provide
an early-stage detection of disease, facilitate patient follow-up, and help to improve patient care while reducing the
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overall cost of healthcare. Itamar Medical Ltd. was established in 1997.
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Caratteristiche di progetto della sonda PAT
Essenzialmente la sonda PAT è un
manicotto allungato e separato in due
parti longitudinalmente,
completamente riempito all’interno
con una membrana elastica altamente
compliante circondata da un involucro
rigido esterno. La membrana interna è
funzionalmente legata alla linea
mediana dell’involucro esterno.
Quando lo spazio tra la membrana e
l’involucro è pressurizzato al livello
voluto, le membrane interne
convergono. A causa della struttura
separata in due, la sonda pressurizzata
impone un effetto di “clampaggio” in
due punti e ciò produce un fissaggio
attivo all’intera superficie del dito e,
poiché la membrana è impossibilitata a muoversi verso l’esterno, non è possibile che il dito venga
espulso. Una caratteristica importante della tecnologia PAT è che l’effetto di clampaggio aumenta
con l’aumento di pressione all’interno della sonda.
La sonda PAT è anche caratterizzata dall’avere un compartimento contiguo a pressione che estende
prossimalmente la lunghezza effettiva del campo di pressione applicato e protegge il sito di misura
distale da onde retrograde di pressione vascolare.
Nelle misurazioni con PAT c’è un vantaggio pratico nell’applicare un grado relativamente alto di
pressione all'interno della cuffia (fino al livello di pressione diastolica), perché questo aumenta
l’ampiezza di movimento delle parete arteriosa. Questo è dovuto alla natura curvilinea della
compliance arteriosa come illustrato in figura 1. Come mostrato nel pannello C di questa figura, la
maggior ampiezza di movimento della parete arteriosa avviene quando la pressione della cuffia è
vicino alla pressione diastolica poiché questo permette alla pressione transmurale in fase di diastole
di essere prossima a zero (si veda la traccia inferiore nel pannello B della figura 1).
Tecnologia di misurazione PAT
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Figura 1: Curva di compliance arteriosa
A. Andamento nel tempo del segnale dell’onda pulsatoria e pressione applicata. Notare il taglio del segnale a
elevati livelli di pressione, l'aumento della ampiezza del segnale in un intervallo di pressioni medie e
l’aumento dell'elevazione dei segnali sopra la linea di base non appena la pressione scende.
B. L’inviluppo sistolico (superiore) e diastolico (inferiore) definisce gli intervalli di volume di pressione come
funzioni della pressione applicata. Notare l'origine della curva diastolica corrispondente a una
contropressione applicata di circa 95 mmHg. Poiché la contropressione continua a scendere, sia la curva
diastolica sia quella sistolica continuano a crescere e la differenza tra le due diminuisce.
C. Ampiezza di pulsazione (differenza sistolica-diastolica) vs pressione applicata. Notare il segnale di ampiezza
massima in corrispondenza di una pressione applicata pari alla pressione diastolica (pressione diastolica
transmurale = 0 mmHg). Al crescere della pressione diastolica transmurale, i cambiamenti di volume
sistolica-diastolico decrescono progressivamente.
La figura 2 illustra come l'applicazione di una contropressione esterna aumenti la variazione di
volume associata alle onde di pulsazione per una certa pressione di battito nota. Questo fenomeno è
noto come “scaricamento” della parete vascolare.
Nel caso di applicazione della pressione per mezzo di una cuffia aperta distalmente si produrrà un
pooling venoso nei tessuti distali rispetto alla cuffia stessa.
All'interno di quei tessuti distali il grado di distensione venosa sarà determinato dalla pressione
applicata dal momento che, durante la misurazione, tutti i tessuti distali rispetto alla cuffia saranno
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riempiti di sangue a una pressione uguale a quella della cuffia. Henriksen e altri hanno dimostrato
che sottoponendo le vene a questi livelli di pressione di distensione si ottiene un effetto di
costrizione arteriolare riflessa (1). Poiché la pressione è aumentata, la distensione ed il pooling
venosi si manifesteranno con una vasocostrizione veno-arteriolare riflessa proporzionalmente
maggiore (1).
Figura 2: Pressione arteriosa VS curva di compliance del volume
La figura 2 mostra come riducendo la pressione arteriosa transmurale (cioè la pressione arteriosa
meno la pressione esterna) attraverso l'applicazione di una maggiore pressione esterna si ritiene un
aumento del segnale di pulsazione (A pressione esterna bassa, B pressione esterna alta ). Questo
accade a causa dell'andamento curvilineo della curva volume-pressione della parete arteriosa.
La sonda PAT è specificamente progettata per coprire la parte distale del dito in modo che nessuna
regione del tessuto sia sottoposta a distensione venosa passiva o indotta.
Un esempio dell'effetto acuto di pooling venoso indotto è mostrato in figura 3. Questa figura mostra
l'andamento nel tempo della ampiezza dell'onda pulsatoria in due dita adiacenti nel caso una cuffia
prossimale sulla parte superiore del braccio sia gonfiata alternativamente a una pressione di 40
mmHg e poi sgonfiata a 0 mmHg. La traccia superiore mostra l'ampiezza dell’onda pulsatoria
registrata da un dito sul quale sia applicata una minima contropressione esterna, mentre la curva
inferiore mostra l'ampiezza dell'onda pulsatoria in un dito sul quale sia applicato un campo di
pressione vicino alla diastolica sull'intera superficie delle due falangi distali utilizzando una sonda
PAT.
Tecnologia di misurazione PAT
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Nel dito con la minima pressione applicata, si manifesterà la distensione venosa, mentre nel caso in
cui parte distale del dito sia circondata dal campo di pressione proveniente dalla sonda PAT
(gonfiata oltre i 40 mmHg), non si riscontra alcun pooling venoso.
Figura 3: Effetto acuto del pooling venoso sull'ampiezza della pulsazione arteriosa
Andamento nel tempo dell’ampiezza dell’onda pulsatoria in dita adiacenti sottoposti a differenti campi di pressione,
quando una cuffia prossimale sulla parte superiore del braccio sia alternativamente gonfiata a una pressione di 40
mmHg e sgonfiata a 0 mmHg. Il gonfiaggio della cuffia a 40 mmHg induce distensione venosa nei tessuti distali rispetto
alla cuffia. Traccia superiore - segnale di pulsazione dal dito in ambiente a contropressione esterna minima. Tracce
inferiore - segnale di pulsazione dal dito all'interno del campo di pressione vicina alla diastolica applicato sull'intera
superficie delle due falangi più distali (utilizzando una sonda PAT).
Dalla figura 3 si evince che in assenza di campo di pressione, i periodi di distensione venosa indotta
sono associati a una sostanziale attenuazione del segnale di polso rispetto alle registrazioni
simultanee in un dito sottoposto ad un campo di pressione applicato sull’intera superficie, nel quale
le variazioni risultano essere sostanzialmente non influenzate dalla distensione venosa indotta.
L’effetto acuto di questa vasocostrizione locale indotta è ulteriormente complicato dalla tendenza
per la vasocostrizione veno-arteriosa di propagarsi di modo centripeto nel tempo come riportato da
Henriksen e altri (1).
Da quanto esposto, risulta che l’applicazione di una contropressione esterna ad un segmento del dito
(o altre parti del corpo) può aumentare il movimento della parete arteriosa, ma allo stesso tempo
può indurre pooling venoso e relativa vasocostrizione distale rispetto al sito di applicazione della
pressione. Queste tendenze vasomotorie opposte possono portare a una situazione di ampiezza del
segnale indeterminata e potenzialmente instabile nel tempo. Gli effetti di queste interazioni
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contrastanti sulle caratteristiche di compliance dei letti vascolari misurati così come i benefici
derivanti dalla prevenzione del pooling venoso, sono riassunti in figura 4.
Figura 4: Effetti contrastanti dello scaricamento vascolare e del pooling venoso
A - La contropressione esterna può aumentare il movimento della parete arteriosa a causa di uno scivolamento verso
sinistra lungo la curva pressione volume.
B - La contropressione esterna può anche indurre pooling venoso e relativa vasocostrizione distale del sito di
applicazione della pressione (vedi frecce e curva continua), portando ad un segnale di ampiezza indeterminata o
potenzialmente instabile nel tempo.
C - L'effetto di prevenzione del pooling venoso distale ottenuta applicando una significativa contro pressione serve per
facilitare il miglioramento della compliance vascolare senza indurre vasocostrizione riflessa ed ottenere così un
segnale stabile con un range dinamico ottimale.
Il problema del pooling venoso distale indotto può essere superato se viene applicato un campo di
pressione uniforme all'intera superficie della parte del corpo che include l’estremità più distale, per
contrastare la distensione venosa.
La combinazione di una adeguata contropressione e l'assenza di pooling venoso distale può
facilitare la misurazione come illustrato in figura 4C. Questo campo di pressione tuttavia richiede
un progetto meccanico speciale che sia fisicamente stabile alla luce della tendenza delle cuffie di
generare un vettore risultante di forze, agente contro la punta del dito e causandone quindi
l’espulsione.
Tecnologia di misurazione PAT
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La tecnologia PAT
Gli artefatti descritti interferiscono con l'accuratezza della misurazione delle modificazioni del tono
vascolare oggetto dell’analisi. La sonda PAT presenta dei vantaggi funzionali per la risoluzione di
questi problemi, che possono essere riassunti come segue:
Regioni anti-pooling venoso a pressione uniforme per tutta la lunghezza
La sonda PAT è ricopre interamente la superficie dell'estremità più distale del dito con un campo di
pressione uniforme che si stende lungo tutta la lunghezza. La contro pressione esterna inibisce la
distensione ed il pooling venoso all'interno del sito di misurazione e previene il pooling venoso
distale. Questo impedisce l'induzione di una vaso costrizione veno-arteriolare riflessa, che altrimenti
può portare allo sviluppo di un grado indeterminato di vaso costrizione (1). La possibilità di
applicare la pressione alla punta del dito è critica per sostenere confortevolmente la misurazione del
tono arterioso periferico sul lungo periodo.
Regione estesa del campo di pressione di buffer.
L'estensione prossimale (verso il cuore) del campo
di pressione relativo al sensore crea una barriera
isobarica tra il sito di misurazione all'interno della
sonda e i vasi sanguigni che alimentano il sito
stesso.
Sebbene la porzione prossimale del campo esteso di
pressione non sia realmente utilizzata nella
misurazione del segnale pulsatorio, fornisce due
importanti benefici:
1. Estende il confine di pressione effettivo del
sito di misurazione
2. Protegge il sito di misurazione dalle perturbazioni del sangue venoso retrogrado.
Il beneficio di questi effetti è meglio dimostrato quando le misurazioni sono fatte su soggetti
movimento, dove le perturbazioni meccaniche del sangue tenderebbero a causare artefatti meccanici
in assenza della regione di buffer. Un beneficio aggiuntivo è che il campo di pressione esteso
immobilizza ulteriormente la giunzione distale del dito, aiutando a limitare la flessione del dito.
Capacità di scaricare la tensione della parete arteriosa senza causare pooling venoso
Applicando sostanziali livelli di contro pressione esterna, la sonda PAT è capace di scaricare la
tensione della parete arteriosa, e ciò significa che quando un onda pulsatoria attraversa la sonda, la
parete arteriosa è sottoposta ad una oscillazione più ampia tra le fasi diastolica e sistolica dell'onda.
L'aumento di movimento della parete arteriosa amplierà la variazione di volume arterioso e quindi
aumenterà l'ampiezza del segnale PAT.
(1) Henriksen O, Sejrsen P. Local reflex in microcirculation in human cutaneous tissue. Acta
Physiol Scand 1976;98:227-231.
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