Sistema y método para la síntesis de derivaciones de un electrocardiograma.

Un método para sintetizar un electrocardiograma n-derivaciones y calcular un marcador,

que comprende lospasos de:

(a) medición de m señales tiempo-tensión para tres derivaciones ortogonales de un ECG;

(b) generación de una matriz mx3 [A] de tres derivaciones ortogonales de un ECG desde las señalestiempo-voltaje medidas;

(c) multiplicación de la matriz [A] de tres derivaciones ortogonales generadas a partir de las señalesmedidas mediante una matriz [K] de transformación universal 3xn para sintetizar una matriz [ECG]n para unelectrocardiograma de n-derivaciones, en donde la matriz [K] de transformación universal es definidamediante:

(1) La obtención de un conjunto de entrenamiento de mediciones tiempo-tensión para una matriz[V] de nxm de resultados medidos para un electrocardiograma de n-derivaciones;

(2) La aplicación de análisis factorial abstracto al conjunto de entrenamiento con el fin de reducir elerror previsible en las medidas del conjunto de entrenamiento; y

(3) La utilización de una optimización simplex para definir la matriz [K] de transformación 3xn;

(d) cálculo de los valores eigen de la matriz [ECG]n del electrocardiograma de n-derivaciones;

(e) cálculo el marcador sobre la base de los valores eigen calculados; y

(f) mostrando el marcador en una pantalla.

Sistema y método para la síntesis de derivaciones de un electrocardiograma

ÁMBITO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se dirige a sintetizar las derivaciones de un electrocardiograma ("ECG") desde tres derivaciones pertenecientes al conjunto de derivaciones utilizadas rutinariamente, incluyendo el ECG estándar de 12 derivaciones, para predecir el desarrollo de la patología, incluyendo el infarto agudo de miocardio (más comúnmente conocido como un "ataque al corazón") mediante el cálculo de los valores eigen del ECG. La invención también está dirigida a presentar un mapa superficial del cuerpo (BSM) basado en un electrocardiograma derivado de n derivaciones.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El ECG es un registro de la actividad eléctrica del corazón que es una prueba de diagnóstico comúnmente utilizada en muchos entornos médicos. El registro ECG estándar incluye 12 formas de onda de derivaciones, conocidas como I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1, V2, V3, V4, V5 y V6, dispuestas en un orden específico que es interpretado por un médico mediante técnicas de reconocimiento de patrón. El ECG es adquirido por técnicos especialmente entrenados utilizando equipo y hardware especializado. En la configuración habitual, 10 electrodos se colocan en el torso del cuerpo para medir los potenciales eléctricos que definen las 12 derivaciones estándar. Otros sistemas de derivaciones han sido probados durante años. Estos incluyen el sistema de vector cardiograma de Frank ("VCG") que utiliza 3 derivaciones casi ortogonales conocidas como X, Y y Z; 4 derivaciones del lado derecho del pecho conocidas por V3R, V4R, V5R y V6R, y 3 derivaciones del lado izquierdo posterior conocidas como V7, V8, V9. No existe fabricante alguno que fabrique actualmente equipos que permitan la adquisición de todas las 22 derivaciones. Con el fin de adquirir estas derivaciones, el técnico debe primero retirar los clips de derivaciones unidos a los sitios de colocación del electrodo estándar y entonces reunirlos con los electrodos colocados en los sitios no convencionales. Esto requiere por lo menos 3 adquisiciones de seguimiento separado y un total de 21 colocaciones de electrodos.

Es habitual en la práctica de la medicina colocar a los pacientes con anormalidades cardiacas potenciales en un monitor de ritmo, un equipo de hardware especialmente diseñado que muestra sólo una derivación de ECG pero que tiene la capacidad de medición de 3 diferentes derivaciones. Hay algunos fabricantes que han diseñado los monitores de ritmo para que puedan también mostrar tres derivaciones pero el formato habitual de presentación sigue siendo de una sola derivación. Con este equipo, el paciente tiene 3 a 4 electrodos colocados en el torso del cuerpo para adquirir las 3 configuraciones diferentes de derivaciones. Mientras el paciente está conectado al monitor de ritmo, si se ordena un ECG estándar de 12 derivaciones, el técnico entonces colocará todos los electrodos adicionales para la adquisición separada del ECG. Por lo tanto, la eficiencia de la adquisición de un ECG mejoraría si existiera un proceso por el cual el ECG estándar de 12 derivaciones, las 3 derivaciones VCG, las 4 derivaciones del lado derecho del pecho o las 3 derivaciones posteriores del lado izquierdo podrían ser adquiridas instantáneamente bajo demanda desde el monitor de ritmo en lugar de la usual máquina de ECG, utilizando menos del número estándar de electrodos.

Nicklas, et al., en la patente US Nº 5.058.598, inventó un sistema para sintetizar las derivaciones del ECG basado en 45 desarrollar una transformación para un paciente específico. Este sistema podía sintetizar un ECG de 12 derivaciones basado en la recepción de datos desde 3 derivaciones. Sin embargo, este sistema requiere primero adquirir un ECG completo de n-derivaciones de un paciente de la manera habitual con el fin de computar una transformación para un paciente específico, que luego podía ser aplicado a datos de ECG posteriores adquiridos de ese paciente. Esto es engorroso, puesto que la transformación es aplicable a solamente un paciente y necesita ser guardada en un medio que debe ser accesible para su uso durante la hospitalización del paciente. Además, la transformación de Nicklas puede tener también una dependencia del tiempo, indicando que la transformación del paciente puede cambiar con el tiempo de tal manera que puede ser necesario que la transformación se vuelva a calcular para cada encuentro posterior con ese paciente para la exactitud diagnóstica.

Dower, en la patente US Nº 4.850.370, utiliza el sistema de 3 derivaciones Frank VCG para derivar el ECG de 12 derivaciones, sin embargo, este sistema no es convencional y es desconocido para la mayoría del personal clínico. Dower también desarrolló otra configuración no convencional de derivaciones conocida como el sistema EASI, pero esta configuración requiere la adquisición de 4 derivaciones para derivar el ECG de 12 derivaciones.

La US 6 119 035 divulga un método y sistema que puede producir una síntesis de un electrocardiograma de 12 derivaciones mediante la utilización de un subconjunto de derivaciones seleccionable por el usuario llegando desde un subconjunto de los electrodos utilizados normalmente para la construcción de un electrocardiograma de 12 derivaciones.

SCHERER J A ET AL: "Síntesis del electrocardiograma de 12 derivaciones desde un subconjunto de 3 derivacionessemi-ortogonales utilizando matrices de transformación lineal para pacientes específicos", en las ACTAS DE LA

REUNION SOBRE LOS ORDENADORES EN CARDIOLOGIA.WASHINGTON, SEPT. 25-28, 1988; [ACTAS DE LA REUNION SOBRE LOS ORDENADORES EN CARDIOLOGIA], WASHINGTON, IEEE COMP. SOC. PRESS, US, 25 de septiembre de 1988 (1988-09-25) , páginas 449-451, XP010016384, ISBN: 978-0-8186-1949-6, divulgan un proceso para un “Paciente Especifico”, que significa que las matrices calculadas descritas en "SCHERER J A ET AL" 5 sólo se pueden aplicar a los estudios de UN paciente, es decir que, una matriz calculada a partir de UN paciente no puede ser aplicada a otro paciente. De hecho, "SCHERER J A ET AL" especifica en el resumen "La especificidad para un paciente se mostró como esencial para la síntesis de 12 derivaciones debido a que los coeficientes de transformación difirieron significativamente entre los pacientes”. En definitiva, "SCHERER J AET AL" divulga que cada paciente requiere su matriz de transformación específica propia para derivar el ECG de 12 derivaciones desde el conjunto reducido de derivaciones.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención, tal como se define en las reivindicaciones, soluciona los problemas antes mencionados mediante el uso de las técnicas matemáticas de análisis factorial abstracto y el algoritmo de optimización simplex para derivar a una matriz de transformación universal que es aplicable a todos los pacientes y es independiente del tiempo. Esta matriz de transformación universal es por lo tanto aplicable cuando se necesita y no requiere la adquisición de un completo ECG de n-derivaciones para cada paciente antes de su implementación.

Para hacer esto, en primer lugar se realizan las mediciones y digitaliza los datos de tiempo-tensión para algún conjunto de derivaciones de ECG para definir un conjunto entrenamiento de ECG. Sin limitación, los ejemplos de conjuntos de derivaciones incluyen los siguientes formatos:

derivaciones: I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1, V2, V3, V4, V5, V6;

15 derivaciones: I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1, V2, V3, V4, V5, V6, X, Y, Z; 15 derivaciones: I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9; 16 derivaciones: I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1, V2, V3, V4, V5, V6, V3R, V4R, V5R, V6R; 18 derivaciones: I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, X, Y, Z; 19 derivaciones: I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V3R, V4R, V5R, V6R;

22 derivaciones: I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V3R, V4R, V5R, V6R, X, Y, Z.

Una vez que han sido adquiridas las matrices de datos tiempo-tensión, la técnica de análisis factorial abstracto ("AFA") es aplicada a cada matriz de datos tiempo-tensión de ECG en un conjunto de entrenamiento con el fin de minimizar el error en las matrices medidas. El paso final es entonces aplicar la técnica de optimización simplex 35 ("SOP") al conjunto de entrenamiento para obtener una matriz de transformación universal aplicable a todos los pacientes y que es independiente del tiempo. Esta matriz de transformación universal puede entonces ser aplicada a un subsistema estándar medido 3 de derivaciones para derivar el estándar ECG de 12 derivaciones, así como otros sistemas, y puede generar al menos 22 derivaciones para permitir... [Seguir leyendo]

1. Un método para sintetizar un electrocardiograma n-derivaciones y calcular un marcador, que comprende los pasos de: 5

(a) medición de m señales tiempo-tensión para tres derivaciones ortogonales de un ECG;

(b) generación de una matriz mx3 [A] de tres derivaciones ortogonales de un ECG desde las señales tiempo-voltaje medidas;

(c) multiplicación de la matriz [A] de tres derivaciones ortogonales generadas a partir de las señales medidas mediante una matriz [K] de transformación universal 3xn para sintetizar una matriz [ECG]n para un electrocardiograma de n-derivaciones, en donde la matriz [K] de transformación universal es definida mediante:

(1) La obtención de un conjunto de entrenamiento de mediciones tiempo-tensión para una matriz 15 [V] de nxm de resultados medidos para un electrocardiograma de n-derivaciones;

(2) La aplicación de análisis factorial abstracto al conjunto de entrenamiento con el fin de reducir el error previsible en las medidas del conjunto de entrenamiento; y

(3) La utilización de una optimización simplex para definir la matriz [K] de transformación 3xn;

(d) cálculo de los valores eigen de la matriz [ECG]n del electrocardiograma de n-derivaciones;

(e) cálculo el marcador sobre la base de los valores eigen calculados; y

(f) mostrando el marcador en una pantalla.

2. El método de la reivindicación 1, en el cual las señales de tiempo-tensión de la matriz [ECG]n de un electrocardiograma de n derivaciones están sujetas al análisis factorial abstracto para obtener los valores eigen y los vectores eigen asociados.

3. El método de la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, donde los pasos de cálculo incluyen:

Calcular la suma de los dos mayores valores eigen (EV1 y EV2) ; y Determinar si la suma de los dos valores eigen más grandes es menor que el 97 por ciento de la suma total de los valores eigen.

4. El método de la reivindicación 1, en donde n es de 12 a 22 derivaciones. 35

5. El método de la reivindicación 1, en donde las 3 derivaciones ortogonales son:

Las derivaciones I, aVF y V2; Las derivaciones I, II y V2; ó Las derivaciones I, aVF y V9.

6. El método de la reivindicación 1, compuesto además por el paso de la construcción de un mapa de superficie corporal desde el conjunto completo calculado de n derivaciones.

7. El método de la reivindicación 6, en donde n es 80 o más derivaciones.

8. Un monitor cardiaco, que comprende:

(a) medios para la obtención de las mediciones tiempo-voltaje para tres derivaciones ortogonales de un ECG;

(b) medios de procesamiento de datos configurados para derivar un electrocardiograma de n-derivaciones y para calcular un marcador, mediante:

i. obtención de m señales de tiempo-voltaje para las tres derivaciones de ECG ortogonales;

ii. generación de una matriz mx3 [A] de tres derivaciones ortogonales de ECG desde las mediciones de tiempo-tensión obtenidas;

iii. multiplicación de la matriz [A] de tres derivaciones ortogonales generadas a partir de las señales medidas por una matriz [K] de transformación universal 3xn para sintetizar una matriz [ECG]n para un electrocardiograma de n derivaciones, en donde la matriz de transformación universal [K] es definida mediante:

(1) obtener un conjunto de entrenamiento de mediciones tiempo-tensión para una matriz nxm [V] de resultados medidos para un electrocardiograma de n-derivaciones;

(2) aplicar el análisis factorial abstracto al conjunto de entrenamiento para reducir los 65 errores previsibles en las mediciones del conjunto de entrenamiento; y

(3) utilizar una optimización simplex para definir la matriz [K] de transformación 3xn;

iv. cálculo de los valores eigen de la matriz [ECG]n del electrocardiograma de n derivaciones; y

v. calculo del marcador sobre la base de los valores eigen;

(c) Medios de pantalla para la visualización de un ritmo cardíaco y el marcador basados en el electrocardiograma de n-derivaciones sintetizado.

9. Un monitor cardíaco según la reivindicación 8, en donde los medios de procesamiento de datos son además utilizables para: 10

i. calcular la suma de los dos mayores valores eigen (EV1 y EV2) ;

ii. determinar si la suma de los dos valores eigen más grandes es menor que el 97 por ciento de la suma total de los valores eigen; y

iii. calcular el marcador sobre la base de esa determinación. 15

10. Un monitor cardiaco según la reivindicación 8, en donde los medios de procesamiento de datos están disponibles para:

i. determinar una tasa de cambio de por lo menos uno de los valores eigen calculados; y 20 ii. calcular el marcador sobre la base de esta determinación.

11. Un monitor cardiaco según la reivindicación 8, en donde los medios de procesamiento de datos están disponibles para:

i. calcular las contribuciones porcentuales de los valores propios; y

ii. calcular el marcador sobre la base de las contribuciones porcentuales de los valores eigen.