Langattoman EKG-laitteen elektrodipaikkojen testaaminen mallinnusmenetelmällä ja kliinisellä datalla

Abstract

Tekniikan kehitys on johtanut myös lääketieteessä langattomien mittalaitteiden kehitykseen. Uudet kannettavat ja pienikokoiset mittalaitteet saattavat kuitenkin tarvita uudenlaiset elektrodipaikat. Tämän työn tarkoituksena oli testata erilaisia bipolaarisia sydänsähkökäyriä (EKG) mittaavia elektrodikytkentöjä mallinnusmenetelmän sekä kliinisen datan avulla. Tutkimuksessa selvitettiin, kuinka yksikanavaisen pienen EKG-laitteen elektrodien välinen etäisyys ja elektrodien sijainti vaikuttaa EKG-signaalin vahvuuteen. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, kuinka hyvin mallinnusmenetelmällä saadut tulokset vastaavat kliinisesti mitattua EKG:a. Tutkimuksessa käytettiin 2D- ja 3D-thoraxmalleja sekä kliinistä EKG-aineistoa. Mallinnus perustui elementtimenetelmään (finite difference method eli FDM) sekä kytkentäkenttäteoriaan, ja kliininen data oli valmis 236 potilaasta 120 elektrodilla mitattu EKG-pintapotentiaalikartta (body surface potential map eli BSPM). Kliinisestä datasta saatujen tulosten perusteella pienen yksikanavaisen laitteen elektrodipari kannattaa asettaa rintakehän päälle diagonaalisesti sydämen sähköisen akselin suuntaisesti, koska silloin saadaan vahva signaali. Jos signaalista halutaan saada diagnoosia varten koko EKG, perinteisen 12-kytkentäisen EKG-järjestelmän standardikytkentöjen V1 ja V2 rintaelektrodien välinen etäisyys ei vaakatasoon asetetuilla elektrodeilla riitä, sillä pienimmät parametrit saattavat hukkua kohinaan. Jos signaalista halutaan havaita vain pulssi, jopa neljäsosa tästä standardietäisyydestä voi olla riittävä. Tulokset osoittavat myös, että mallinnuksen avulla voidaan ennustaa todellista signaalin vahvuutta, koska saadut mallinnustulokset korreloivat suhteellisen hyvin kliinisen datan kanssa (r = 0.79). Täten mallinnusmenetelmää voitaisiin käyttää suunniteltaessa uusia elektrodipaikkoja uusille langattomille ja yksikanavaisille EKG-mittalaitteille.

Avainsanat: thoraxmalli, elektrodien sijainti, pintapotentiaalikartta, elementtimenetelmä, kytkentäkenttä