Neinvazivní kardiovaskulární monitoring přes vícekanálovou bioimpedanci
Ve spolupráci s univerzitním výzkumným partnerem jsme vyvinuli vícekanálový bioimpedanční systém pro kontinuální, neinvazivní kardiovaskulární monitoring. Průchodem slabého elektrického proudu tělem a měřením fluktuací impedance tkáně s každým tepem srdce systém extrahuje bohaté hemodynamické parametry — včetně tepového objemu, rychlosti pulzní vlny a aktivity autonomního nervového systému — které tradičně vyžadují invazivní klinické procedury.
Kategorie:
MedicínaOdvětví:
Medical Research / CardiologyKlient:
University PartnerRok:
2023Výzva
Komplexní kardiovaskulární hodnocení obvykle vyžaduje invazivní monitorovací metody — arteriální linky, katetrizaci nebo nemocniční vybavení — což omezuje kontinuální pozorování na klinické prostředí. Výzkumníci a klinici potřebovali způsob, jak získat stejnou hloubku hemodynamických dat mimo nemocnici: současně měřit tepový objem, rychlost pulzní vlny a HRV z nositelných elektrod, s kvalitou signálu vhodnou pro vědeckou publikaci.
Naše řešení
Vytvořili jsme kompletní bioimpedanční pipeline pro zpracování signálu okolo polí nositelných elektrod a vícekanálového analogového front-end hardwaru. Syrové impedanční průběhy byly snímány současně napříč více tělesnými segmenty a poté zpracovány vlastním DSP řetězcem v MATLABu a Pythonu. Pipeline extrahuje interbeat intervaly (IBI), aplikuje korekci ektopických tepů a detrending a počítá komplexní sadu kardiovaskulárních parametrů. HRV analýza ve frekvenční doméně (VLF / LF / HF dekompozice) byla kombinována s nelineárními metodami pro úplný pohled na autonomní systém. Výsledky byly validovány proti referenčním měřením a připraveny pro recenzovanou publikaci.
Klíčové funkce
- Extrakce tepového objemu a hemodynamiky: Z vícekanálových impedančních průběhů korelovaných s dýchacími cykly odvozuje tepový objem, srdeční výdej a distribuci krve ve vénách.
- Analýza rychlosti pulzní vlny: Měří arteriální tuhost a vaskulární poddajnost prostřednictvím časových vztahů mezi impedančními signály v různých tělesných segmentech — klíčový prediktor kardiovaskulárního rizika.
- HRV metriky v časové doméně: Počítá průměrné IBI, SDNN, RMSSD a související parametry po detekci ektopických tepů a detrendingu signálu, což umožňuje standardní hodnocení autonomního systému.
- HRV ve frekvenční doméně (VLF / LF / HF): Spektrální dekompozice izoluje sympatické a parasympatické příspěvky k variabilitě srdečního rytmu a poskytuje pohled na rovnováhu ANS.
- Nelineární analýza — Poincaré, SampEn, DFA: Detekuje komplexní autonomní vzorce neviditelné pro lineární metriky — sample entropy (SampEn) kvantifikuje nepravidelnost signálu, detrended fluctuation analysis (DFA) odhaluje dlouhodobé korelace.
- Výstup připravený pro výzkum: Všechny fáze pipeline jsou reprodukovatelné a parametrizované, s exportními formáty vhodnými pro statistickou analýzu i přípravu vědeckých manuskriptů.
Technologie
- MATLAB
- Python
- NumPy
- SciPy
- Digital Signal Processing
- FIR/IIR Filters
- Bioimpedance Hardware
- Wearable Electrodes
- HRV Analysis
Výsledky
Výsledná platforma prokázala, že nositelná vícekanálová bioimpedance dokáže kontinuálně a neinvazivně dodávat klinicky smysluplné kardiovaskulární parametry. Kombinací pokročilého DSP s validovanou HRV analýzou systém otevřel cestu k personalizované kardiovaskulární péči — sportovci, pacienti i výzkumníci mohou sledovat hemodynamické zdraví v reálném životě, ne jen v klinickém prostředí. Závěry studie přispěly do recenzovaných publikací a posunuly vědecké porozumění interakcím mezi ANS a kardiovaskulárním systémem.
Prodiskutovat podobný projekt