María de los A. Gómez López Myriam C. Herrera, Carla B Goy

1. TECNOLOGÍA FPGA APLICADA A LA SALUD CARDIOVASCULAR: Medidor de volumen intraventricular embebido en dispositivo FPGA María de los A. Gómez López Myriam C. Herrera, Carla B Goy Francisco A. Migliorino, Juan B. Acuña Universidad Nacional de Tucumán

2. Misión a plazo • Implementar un monitor hemodinámicoimplantable para medir la función ventricular izquierda

3. INTRODUCCIÓNLa Insuficiencia Cardíaca Congestiva (ICC) afecta la capacidad del corazón para bombear eficientemente la sangre al resto del cuerpo resultante de condiciones patológicas • El corazón como bomba.El ciclo completo se puede dividir en tres períodos: • Contracción de aurículas • Contracción de ventrículos, • Relajación de aurículas y ventrículos

4. Consecuencias de la insuficiencia cardíaca InsuficienciaCardiacaAgudaEpidemiología Estados Unidos 5 000 000 IC / 200 000 muertes 1 000 000 ICA / año Mortalidad a 60 dìas: 10% Reinternaciòn a 60 dìas: 25% Costos: 30 billones de US anuales American HeartAssociationHeartDisease and StrokeStatistics 2005 Update Dallas Tx / AHA 2005

5. Consecuencias de la insuficiencia cardíaca Argentina Sobre 31 centros hospitalarios de todo el país Mortalidad : 8% Internación en último año: 47% Reinternacióna 90 días: 24,5% Registro Nacional de Internación por Insuficiencia Cardíaca 2007. Rev. argent. cardiol. v.77 n.1 Ciudad Autónoma de Buenos Aires ene./feb. 2009

6. Causas más Importantes de la Insuficiencia Cardiaca

7. Detección de la Insuficiencia Cardiaca

8. Conductance Catheter

9. Evaluación • Con los desarrollos de marcapasos (de Cocket al , 2007) y defibriladoresimplantables • TÉCNICA INVASIVA • NUEVOS BRIOS • función ventricular y contractilidad en procesos quirúrgicos. (Wuet al , 1997; Caputoet al , 2000; Tulneret al , 2006; Limet al , 2008), • monitorear el efecto de drogas (Ohnoet al , 2008) Goldstandard • Concepto:“monitoreo hemodinámico” de cardiópatas (Al-Khalidiet al , 1997; Ohlssonet al , 1998; Yamakoshiet al , 1999; Steendijket al , 2004; Soderqvistet al , 2006; Balet al , 2008), Consideraciones sobre la técnica • Se trata de dispositivos implantados en el paciente, capaces de medir parámetros hemodinámicos y comunicarlos a dispositivos externos por técnicas telemétricas (Wadaset al , 2005).

10. ....Qué nos proponemos: • - Electrodos para medir la conductancia intracavitaria con un sensor de presión, • -Dispositivo implantable similar los marcapasos, • - Transmisor-procesador externo comunicado con tecnología wireless(CM) con una PC • -PC con software dedicado, • Calibración de volumen y función cardíaca (por operador externo) • ECG externo simultaneo

11. Dispositivos de monitoreo ambulatorio Parámetros hemodinámicos monitoreados • Función del ventrículo izquierda (LV) directamente relacionada con la función del corazón como bomba. Se mide por: • - Fracción de eyección del LV (LVEF); dependiente de la contractilidad (precarga y poscarga). • - Determinación del volumen del LV -volumen de fin de sístole (LVESV) y el volumen fin de diástole (LVEDV) son mas usados para predecir un resultado clínico. • El monitoreo simultaneo del volumen del LV y la presión permiten caracterizar el funcionamieto como bomba del corazón mediante los diagramas presión-volumen. • La presión de llenado del LV y el LVED son marcadores confiables de medida de la prograsión de la ICC. Kadhiresan et al. StudHealthTechnolInform.2004. Lee et al, Ann Pharmacother 2002. En el lado izquierdo del corazón, -El Volumen LV se obtiene por la técnica catéter de conductancia -La presión del LV se obtiene con sensores miniturizados

12. Objetivo

13. S Resistencia ρ: Resistividad L: Longitud S: Sección transversal L U I ρ En el caso de la sangre: Fundamentos teóricos. Impedancimetría Impedancia

14. I U L ρ Volumetría Conductimétrica

15. L1 U I L2 I L3 L4 L5 L ρ Volumetria Cardíaca

16. L1 L2 I L3 L4 L5 Real time Catéter de Conductancia ( Baan, 1981 )Condiciones Ideales

17. Catéter de Conductancia ( Baan, 1981 )Condiciones Reales El volumen de cada cilindro es: Donde : ρ es la resistividad de la sangre Si es la sección transversal del iesimo-cilindro de volumen Vi= Si*L. L= distancia interelectródica Vseni(t): tensión sensada. IREF(t): corriente inyectada.

18. Los nuevos estudios afirman que la admitancia ventricular no solo es una conductancia pura sino que en realidad contiene una componente capacitiva. Esta capacidad es debida exclusivamente al musculo miocárdico y por lo tanto hay que restarla de la medición.

19. Fundamentos Teóricos de la medición de admitancia (Wei &Wu , 2008) Cm: capacitancia del miocardio [F] |Ymeas|: magnitud de la admitancia [S] Ф: fase de la admitancia [grados] gm: conductancia del miocardio. [S] f : frecuencia de la señal inyectada [Hz] σ: conductividad del miocardio Ԑ: permitividad del miocardio

20. Fundamentos Teóricos de la medición de admitancia gb: Conductancia de la sangre [S] |Ymeas|: Módulo admitancia ventricular medida. [S] Ф: Fase medida [grados] gm: Conductancia del miocardio [S]

21. Calibración de admitancia a volumen Ecuación clásica de Baan Asume campo eléctrico homogéneo Ecuación de Wei No asume campo eléctrico homogéneo

22. Medición de fase

23. Medición de MagnitudCaracterísticas de la señal sensada en cada sección del catéter.

24. Esquema General del Sistema

25. Esquema etapa digital en FPGA (Flex10k70 Altera)

26. Bloque Lógico Fase

27. Simulación del bloque lógico Fase

28. Fundamentos de la detección de picos

29. Bloque Lógico Módulo

30. Simulación Bloque Lógico Módulo

31. Bloque Lógico Multiplexado y Transmisión

32. Trama de datos. Protocolo RS232

33. Simulación Bloque Multiplexado y Transmisión.

34. Pruebas de Banco • Medición de Fase utilizando circuito desfasador. • Medición de Módulo y Fase utilizando un modulador AM y el circuito desfasador. • Medición con impedancias patrones conocidas.

35. Medición de Fase utilizando circuito desfasador

36. Resultados Medición Fase

37. Medición de Módulo y Fase utilizando un modulador AM y el circuito desfasador.

38. Medición de Fase utilizando circuito desfasador mas modulador Volver

39. Medición de módulo utilizando circuito desfasador mas modulador

40. Medición con Impedancias Patrones

41. Medición del módulo y ángulo de Impedancias patrones

42. Medición del Ángulo de Impedancias patrones

43. Conclusiones (1) • Se ha construido y probado un equipo capaz de medir fase y módulo de la impedancia de cada sección de un sistema conductimétricomultielectródico de volumetría implementado en un dispositivo FPGA. La funcionalidad de la etapa digital y analógica del equipo han sido probadas con los diagramas temporales y pruebas de banco respectivamente. • RANGO DE MÓDULO de impedancias :6,8Ω a 47Ω por sección. • RANGO DEL ÁNGULO DE DESFASAJE: 2° a 90°. • Los elevados valores de correlación del 0,9 obtenidos en las mediciones de fase permiten concluir que la respuesta del sistema es lineal.

44. Conclusiones (2) • No se hicieron pruebas todavía con impedancias biológicas • A pesar de que las pruebas de banco son aceptables, es necesario realizar lazos presión volumen, para determinar la correcta evaluación de la función cardíaca • Este sistema incorporado a un monitor hemodinámicoimplantable tiene la ventaja de obtener las señales del LV en forma continua.

45. DEEC Departamento de Electricidad, Electrónica y Computación FACET-UNT Muchas Gracias!