Analisi dell`ECG: valutazione temporale della sincronia elettrica

Analisi dell’ECG: valutazione temporale della sincronia elettrica delle onde
"Grazie agli strumenti virtuali di National
Instruments è possibile ottenere una correlazione
lineare nello studio della sincronia delle onde
dell'ECG"
- G. Monari, FUS MAG ENEA
La sfida:
Le malattie cardiovascolari rappresentano la prima causa di morte nel mondo occidentale. Spesso tali patologie sono silenti fino all’insorgenza di
eventi acuti e drammatici come per esempio un infarto del miocardio. La Cardiologia, grazie anche all’enorme progresso tecnico-strumentale, offre al
paziente dei validi interventi quando la patologia è clinicamente manifesta ma presenta molte lacune riguardo la prevenzione. Infatti, sarebbe
auspicabile avere degli efficaci programmi di screening capaci di individuare precocemente lo stato di malattia con il fine di ridurre l’incidenza degli
accidenti cardiovascolari improvvisi ed talora irreversibili. Gli sforzi profusi per raggiungere questo obiettivo hanno portato alla messa a punto di
strumenti diagnostici sofisticati, costosi ed invasivi con conseguente difficile applicazione su larga scala per una vera e diffusa prevenzione.
L’elettrocardiografo, strumento poco costoso, non invasivo e di facile uso, sembra avere, attualmente, poca utilità nella prevenzione delle malattie
cardiovascolari. Viceversa, la computerizzazione dell’ecg può consentire una più articolata analisi del segnale per la ricerca di utili parametri clinici
che non possono essere estrapolati, da parte del cardiologo, con la sua consueta valutazione ottica. L’obbiettivo, quindi, è quello di utilizzare
l’elettrocardiografo non solo come strumento che ci informa del potenziale elettrico in funzione del tempo V(t) ma anche come lo strumento che
misura i tempi d’onda relativi al proprio battito in funzione della sua frequenza consentendoci così di confrontare la precisione delle misure di
grandezze non omogenee.
La soluzione:
L’evento della misura campionata ci offre una metodologia di misura che affianca all’uso degli strumenti tecnici quello degli strumenti Virtuali
nell’acquisizione e nell’elaborazione del potenziale elettrico “Elettrocardiogramma” generato da ogni cuore per favorire una analisi strettamente
scientifica anche in campo medico, stabilendo in modo analitico se la conduzione elettrica del cuore è normale o anomala, mediante lo studio del
battito cardiaco sincronizzato con i tempi d’onda . I potenziali elettrici V(t) sull’elettrocardiogramma registrati nelle derivazioni “I, II, III, V1,
V2,V3,V4,V5 e V6”, acquisiti ad una frequenza di campionamento “Fc” di duemila campioni al secondo, per una sequenza di 50 battiti, decomposti;
individuando il tempo iniziale e finale del ciclo “∆T”, ed i tempi delle onde tP, tQ, tR, tS, e tT. Ogni periodo del ciclo cardiaco e sincronizzato con i
tempi di ciascun onda tP, tQ, tR, tS, e tT normalizzati al periodo ∆T del ciclo in esame che ne evidenzia una forte dipendenza lineare e non casuale
in funzione della frequenza cardiaca ν “misurata in battiti minuto”.Un test effettuato su pazienti di sana costituzione “conduzione elettrica normale”
evidenzia una pendenza positiva, intercetta bassa “prossima allo zero” ed un coefficiente di regressione lineare molto alto prossimo ad uno,
contrariamente ad una pendenza intorno alla zero, intercetta molto alta dell’ordine di centinaia per mille ed un coefficiente di regressione lineare
molto basso prossimo allo zero in pazienti con problemi cardiaci “conduzione anomala” pur non riscontrando anomalie sul tracciato
“elettrocardiogramma”.
Autore (i):
G. Monari - FUS MAG ENEA
P. Rossi - U.O.D.
HARDWARE
Per studiare la variabilità temporale delle onde t P, tQ, tR, tS, e tT , relativa al periodo ∆T del ciclo del segnale elettrico V(t), si è scelto il processo di misura
a registrazione campionata. L’acquisizione strumentale e sperimentale dei potenziali V(t) misurati in mV ed acquisiti alla frequenza di 2000H z per una
sequenza di (n=50) battiti, è stata eseguita prelevando le uscite del segnale analogico dell’elettrocardiografo ESAOTE P80 collegate ad una scheda NI
USB-6008 a 12bit della National Instruments ad un computer datato di sistema operativo Windows XP e del programma LabView 8.0.
SOFTWARE
Il programma di Figura1 permette di acquisire ed archiviare in formato testo la sequenza dei 50 battiti, per ogni singola derivazione alla frequenza di 2000
campioni al secondo “F c”. Il segnale acquisito tramite la scheda USB-6008 ed il software NI DAQmx è filtrato con un filtro di banda che elimina i disturbi di
provenienza dalla rete elettrica.
Al termine della registrazione tramite il tasto che seleziona l’uscita “Esci_Dal_programma” si manda in esecuzione il Programma che analizza la
sequenza dei 50 battiti archiviati per ciascuna derivazione. Il programma di analisi delle onde di Figura2 “Analisi off-line”, legge l’archivio dei pazienti
precedentemente memorizzato su disco, ci presenta la lista delle derivazioni in esso contenute “Pazienti”. Il ciclo da esaminare viene scelto mediante un
doppio click del mouse sulla derivazione da esaminare “elenco Pazienti”.
Per ogni sequenza di 50 cicli archiviati si sceglie il campione iniziale
e il campione finale
del ciclo tramite i due puntatori di selezione, con un
doppio clic del mouse attiviamo un programma che individua i punti caratteristici del ciclo N P, NQ , NR , NS , NT e ∆NK come indicato nella traccia in alto a
destra di Figura2, proponendoci il battito seguente che inizia dal.
indicato dal puntatore +, in modo tale da dover puntare solo
Per ogni sequenza di (n=50) battiti esso scrive una tabella di 6 colonne, e 50 righe in formato testo “Scrive_Onde.xls”
.
dove K identifica il
(K)-esimo battito “K=0,1,…,49” ed I le onde “I= P,Q,R,S,Te ∆T”, come indicato nella matrice in alto.
Al termine dell’analisi della sequenza di 50 cicli è possibile osservare direttamente l’andamento di dipendenza lineare tramite il passaggio al riquadro
battito selezionabile dai tasti di tabulazione, il quale ci fornisce i parametri di intercetta, pendenza e coefficiente di regressione lineare tramite i quali è
possibile stabilire se la conduzione
elettrica cardiaca è normale od anomala.
In una fase successiva tramite il programma report che legge l’archivio della tabella di 6 colonne e 50 righe realizzato con il software Report Generation
for Microsaft Office Toolkit .
CONCLUSIONI
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Il metodo di proporre il segnale dell’ECG acquisito mediante il processo di misura a registrazione campionata ci da modo di esprimere i tempi d’onda
normalizzati in funzione della frequenza con la loro migliore correlazione “Lineare”. Infatti l’equazione della retta è la funzione matematica o legge fisica
che statisticamente meglio approssima la loro dipendenza. Pertanto, i parametri analitici e statistici delle rette stabiliscono in senso fisico e cardiologico
se la conduzione elettrica è normale o anomala.
Ad esempio, nel caso che il primo insieme “Ordinata” sia costituito dai tempi d’onda normalizzati
, ed il secondo “ascissa” sia costituito dalle
frequenze ν si avrà una retta di equazione:
ove i=P,Q,R,S e T, k=alla ν scelta, Y i indica il valore stimato di Ti
l’intercetta con l’asse dell’ordinata della retta
Analogamente, per ciascun altro primo insieme Ti
K
ed mi e qi indicano rispettivamente il coefficiente angolare e
.
K
in funzione della frequenze cardiaca ν si ottengono i coefficienti angolari:
e
l’intercette
con il relativo parametro statistico, indicativo del livello di correlazione lineare esistente tra causa ed effetto o tra variabile
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indipendente e variabile dipendente. Il coefficiente di correlazione lineare R è noto come analisi statistica dei minimi quadrati.
E’ auspicabile una medicina di prevenzione delle disfunzioni cardiovascolari, le cui cause si presentano nell’organismo spesso in modo silente, senza
allarmare l’individuo ed anni prima di creare danni irreversibili. Che tale Medicina diventi una realtà sociosanitaria è oggi possibile, perché esistono i
presupposti strumentali e concettuali per individuare ed eliminare le cause del decadimento morfo-funzionale a cui va incontro l’apparato cardiovascolare.
Lo studio della sincrona delle onde dell’ECG va in questa direzione, quando: segnala una conduzione elettrica non fisiologica; è sensibile agli effettori
farmacologici, psicologici e chirurgici che l’apparato cardiovascolare subisce; integra in modo logico e con esperienze di laboratorio la conoscenza
biologica e quella clinica; controlla ogni individuo in modo diretto, semplice e continuo, evitando costose ed invasive tecniche e stabilisce l’efficacia e
l’efficienza sia degli interventi che delle terapie farmacologiche.
Bibliografia
1-
Forlani L., Monari G. and Rossi P. Metodo ed Analisi di un Elettrocardiogramma e
relativo Apparato, Italian Patent: RM2001A000433
2- Forlani L., Monari G. and Rossi P. Metodo ed Analisi di un Elettrocardiogramma e
relativo Apparato, PTC International Application Number WO03/007818 A3.
3- Marcello Costantini L’Elettrocardiogramma Capire ed interpretare L’ECG
Figura 1
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Figura2 - Il ΔT degli N campioni della sequenza dei battiti “cicli”, viene individuata mediante i puntatori verticali come dell’(K)-esimo ciclo che termina con .
Figura3 - Mediante un doppio click del mouse ne riquadro relativo alle onde è possibile evidenziare la dipendenza lineare dei tempi d’onda relative al battito in
funzione delle frequenze cardiaca.
Informazioni Legali
Questo case study (questo "case study") è stato fornito da un cliente di National Instruments ("NI"). QUESTO CASE STUDY È FORNITO SENZA NESSUN TIPO DI
GARANZIA ED È SOGGETTO AD ALCUNE LIMITAZIONI PIÙ SPECIFICATAMENTE DESCRITTE NEI TERMINI D’USO DI NI.COM
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