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Die vorliegende Erfindung betrifft
im Allgemeinen die Auswertung der mechanischen Leistung des Herzens
und betrifft insbesondere neue Verfahren zum Durchführen dieser
Auswertung mit einer relativ kostengünstigen Vorrichtung. Diese
Vorrichtung ist relativ leicht durch relativ ungeschultes Personal
zu bedienen, um zuverlässige
Ergebnisse zu erreichen. Das Verfahren kann so ausgelegt sein, dass
es zur Verwendung in der Praxis eines individuellen praktischen
Arztes oder an anderen medizinischen oder nicht-medizinischen Orten unter
Verwendung von nicht-invasiven Verfahren geeignet ist. Solche Verfahren
bieten für
den bewerteten Patienten keine Unannehmlichkeit, obwohl sie eine
zuverlässige
Angabe der mechanischen Herzpumpleistung bereitstellen.
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine Verbesserung der Erfindung dar, die im US-Patent Nr. 3 776
221, erteilt am 4. Dezember 1973 an Dr. Kevin M. McIntyre, Esq.
mit dem Titel DETECTING IMPAIRED HEART MECHANICAL PERFORMANCE AND
APPARATUS THEREFORE, offenbart ist. Dieses Patent offenbart die Feststellung
der Zeitableitung des systemischen arteriellen Pulsdrucks auf einem
Kontrollniveau im betreffenden Patienten. Der Patient führt eine
Kontraktionsbewegung wie z.B. einen Valsalva-Versuch durch, während die
Zeitableitung des systemischen arteriellen Pulsdrucksignals aufgezeichnet
wird. Vorzugsweise werden auch der systemische arterielle Pulsdruck,
der mittlere Druck, die Herzfrequenz und die Ausstoßzeit der
linken Herzkammer festgestellt und können so interpretiert werden,
dass die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Beeinträchtigung
der Leistung der linken Herzkammer festgestellt werden kann. Eine
Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist aus dem Artikel mit dem Titel A NONINVASIVE METHOD
OF PREDICTING PULMONARY-CAPILLARY WEDGE PRESSURE von Kevin M. McIntyre,
M. D., Joseph A. Vita, M. D., Costas T. Lambrew, M. D., Jonathan
Freeman, M. D., Sc. D., und Joseph Loscalzo, M. D., PH. D., THE
NEW ENGLAND JOURNAL OF MEDICINE, Band 327, Nr. 24, S. 1715–20 (10.
Dezember 1992), bekannt.
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Es ist eine wichtige Aufgabe dieser
Erfindung, verbesserte Verfahren zum Auswerten der mechanischen
Herzleistung bereitzustellen.
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Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung
zur Auswertung der mechanischen Leistungsfähigkeit eines Herzens in einem
Patienten bereitgestellt, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst:
Mittel
zur nicht-invasiven Bereitstellung eines Pulssignals, das einen
arteriellen Pulsschlag repräsentiert,
aufweisend ein Wandlermittel, welches ein elektrisches Signal, das
den arteriellen Pulsschlag repräsentiert,
zur Verfügung
stellt, wobei das Wandlermittel derart ausgeführt ist, dass es während der
Benutzung unmittelbar benachbart zur Haut des Patienten angeordnet
wird,
Mittel, welche während
der zusammenziehenden Bewegung, die vom Herzen des Patienten ausgeführt wird, ein
rechteckförmig
gepulstes arterielles Signal liefern, wobei das Signal eine frühe Kontraktionsphasenamplitude
zu Beginn der zusammenziehenden Bewegung des Herzens und eine späte Kontraktionsphasenamplitude
zum Ende der zusammenziehenden Bewegung des Herzens hin aufweist,
Mittel,
die eine Anzeige des Verhältnisses
zwischen der späten
Kontraktionsphasenamplitude und der frühen Kontraktionsphasenamplitude
zur Verfügung
stellen, wobei das Verhältnis
für die
mechanische Leistungsfähigkeit
des Herzens des Patienten repräsentativ
ist, wobei die Vorrichtung dadurch charakterisiert ist, dass sie weiterhin
aufweist:
Mittel, welche eine Anzeige der Änderungsrate der Impulsamplitude
während
des Verlaufes der Kontraktionsphase von der frühen Kontraktionsphasenamplitude
bis zur späten
Kontraktionsphasenamplitude zur Verfügung stellen, und Mittel, die
eine Anzeige des Hydratisierungszustands des Patienten, basierend
auf der zur Verfügung
gestellten Änderungsrate,
zur Verfügung
stellen.
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Der Patient wird einem Herzbelastungsversuch
unterzogen. Bei einem Versuch, der Valsalva genannt wird, bläst der Patient
in das Ausatmungsmittel, bis das Druckanzeigemittel im eingeschlossenen
Volumen einen Luftdruck innerhalb eines vorbestimmten Bereichs,
typischerweise 30 bis 50 mm Quecksilber, für ein vorbestimmtes Zeitintervall,
typischerweise 8 bis 20 Sekunden während dieses Belastungsversuchs
anzeigt, wie z. B. Phasen I und II eines Valsalva-Versuchs. Der
Patient atmet dann normal, während
die gewandelten Pulssignale während
der Phasen III und IV eines Valsalva-Versuchs und die Reaktion für eine kurze
Periode danach aufgezeichnet werden. Die Signale können verarbeitet
werden, um eine Angabe von einem oder mehreren der Herzfrequenz,
des Drucks oder der Verschiebungszeitableitung des Drucks oder Verschiebungssignals,
des Integrals des Druck- oder
Verschiebungssignals, des Spitzendrucks, des mittleren Drucks und
des diastolischen Drucks und der Zeiten bis zum Auftreten von bestimmten
Ereignissen, wie z. B. die Zeit bis zu maximalen und minimalen Signalamplituden,
und der Impulsraten, wenn sie im Verlauf des Valsalva-Versuchs auftreten,
und der Reaktion darauf und auf andere Eingriffe allein oder in
Kombination bereitzustellen. Eine oder mehrere einer Anzeige dieser
Signale für
die vier Phasen des Valsalva-Versuchs können beobachtet werden, um
eine Auswertung der mechanischen Leistung des Herzens zu bestimmen.
Ein alternativer Versuch ist der Müller-Versuch, bei dem der Patient
einatmet, um einen Unterdruck in der Brust zu erzeugen.
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Das mit der Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung zu verwendende Verfahren umfasst ferner den Schritt, dass
der Patient einem zweiten und auch einem dritten Herzbelastungsversuch
unterzogen wird; der Herzbelastungsversuch ist prinzipiell ein Valsalva-Versuch
oder ein Müller-Versuch,
aber kann andere Versuche oder Eingriffe allein oder in Kombination
sein, einschließlich
einer Handgriffbewegung oder einer anderen Bewegung, die bewirkt,
dass der Patient die Position (auf dem Rücken liegen, stehen usw.) wechselt,
die bewirkt, dass der Patient seine Beine anhebt, Eintauchen eines
Arms des Patienten in Eiswasser, Unterziehen des Patienten einer
psychologischen Belastung wie z. B. Lösen von mathematischen Problemen,
Verabreichen eines Arzneimittels an den Patienten, Durchführen einer
Ballongefäßplastik
oder Durchführen
einer Herzkranzarterien-Bypasstransplantation; am meisten bevorzugt
wird das Arzneimittel aus einem Nitrat, einem Kalziumkanalblocker
oder einem β-adrenergischen
Rezeptorblocker gewählt,
und ein zweiter oder dritter oder weiterer Versuch findet nach dem
Erfassungsschritt statt, und das Verfahren umfasst ferner das Erfassen
der Änderung
des Pulssignals nach dem zweiten oder dritten oder weiteren Versuch
relativ zum Pulssignal während
einer Basisperiode, während
einer Basis vor dem zweiten, dritten oder anschließenden Versuch.
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Das druckempfindliche Wandlermittel
kann eine Vielzahl von Wandlern an einer entsprechenden Vielzahl
von Hautstellen, wie z. B. verschiedenen Fingern, mit einer entsprechenden
Vielzahl von gesteuerten Drücken
umfassen.
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Zahlreiche weitere Merkmale, Aufgaben
und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen
gelesen wird, in denen gilt:
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1 ist
ein kombiniertes Bild-Blockdiagramm, das die logische Anordnung
eines die Erfindung verwendenden Systems darstellt;
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2 ist
eine graphische Darstellung eines typischen Pulssignals direkt vor,
während
und nach einem Valsalva-Versuch für eine normale oder "sinusförmige" Reaktion, die unter
anderem eine Ratensteigerung in der Phase II gegenüber einer
Grundlinie, eine Ratensenkung in der Phase IV gegenüber der
Grundlinie und die Steigerung der Amplitude in der Phase IV relativ
zur Grundlinie, die als "Überschreitung" bezeichnet wird, zeigt;
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3 ist
die gleiche Darstellung wie 2 abgesehen
von einer Zwischenreaktion ohne Überschreitung
in Phase IV;
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4 ist
eine Darstellung ähnlich 2, außer dass sie eine anomale oder "Rechteckwellen"-Reaktion darstellt;
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5 ist
eine Ansicht eines beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Wandlungsanordnung
zur Pulserfassung in auseinandergezogener Anordnung;
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6 ist
eine Draufsicht auf einen Teil eines mit Metall unterlegten piezoelektrischen
Films;
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7 ist
eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, welche Verbindungen mit
dem piezoelektrischen Film darstellt;
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8 zeigt
eine Ansicht einer CRT-Anzeige, um einem Patienten zu helfen, den
Ausatmungsdruck zu kontrollieren;
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9 ist
eine graphische Darstellung einer normalen Reaktion auf einen Valsalva-Versuch,
wie durch diese Erfindung aufgezeichnet, und eine Tabelle, die die
Pulsamplitude oder Spitzen- und Pulsfrequenz-Ableitungswerte entsprechend
den im Graphen gezeigten darstellt;
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10–17 sind graphische Darstellungen
von Reaktionen auf Valsalva-Versuche und verschiedene Eingriffe,
wie von der Erfindung beschrieben. Insbesondere zeigt 10 die Änderung der Anzeige bei einem Patienten
mit anomaler Reaktion auf den Valsalva-Versuch allein (A), mit Handgriffbewegung
(B), und wenn der Patient auf dem Rücken liegt (C); 11 zeigt die Änderung
der Anzeige bei einem Patienten mit anomaler Reaktion auf den Valsalva-Versuch
allein (A), einen wiederholten Valsalva-Versuch (B), eine Handgriffbewegung
(C), und wenn der Patient auf dem Rücken liegt (D); 12 zeigt die Änderung
der Anzeige bei einem Patienten mit fast normaler Reaktion auf den
Valsalva-Versuch allein (A), wenn der Patient auf dem Rücken liegt
und die Beine angehoben sind (B), und wenn der Patient auf dem Rücken liegt,
die Beine angehoben sind und mit Handgriffbewegung (C); 13 zeigt die Änderung
der Anzeige bei einem Patienten mit anomaler Reaktion auf den Valsalva-Versuch,
wobei angenommen wird, dass dies an einer Anomalität des Wachstums
im Muskel des Herzens liegt (A), und fünf Tage nach Behandlung mit
Verapamil, das den anomalen Zustand verbessert, gefolgt vom Valsalva-Versuch
(B); 14 zeigt die Änderung
der Anzeige in einer fast normalen Reaktion auf den Valsalva-Versuch
allein (A), mit Handgriffbewegung (B), und wenn der Patient auf
dem Rücken liegt,
mit angehobenen Beinen (C); 15 zeigt
die Änderung
der Anzeige bei einem Patienten mit normaler Reaktion auf den Valsalva-Versuch
(A), nach wiederholtem Valsalva- Versuch
(B) und mit Handgriffbewegung (C); 16 zeigt
die Änderung
der Reaktion bei einem Patienten mit fast normaler Reaktion auf
den Valsalva-Versuch (A) und nach wiederholten Valsalva-Versuchen
(B, C, D); 17 zeigt
die Änderung
der Anzeige bei einem Patienten mit fast normaler Reaktion auf den
Valsalva-Versuch (A, B), mit Handgriffbewegung (C), und wenn der
Patient auf dem Rücken
liegt (D);
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18 zeigt
die Beziehung zwischen dem Pulsamplitudenverhältnis, das nicht-invasiv bestimmt
wird, und dem Lungenkapillaren-Keildruck (PCWP);
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19A, 19B, 19C und 19D zeigen
Patientenzustände,
die die Verwendung der Erfindung zum Erfassen eines Dehydratisierungszustands
beinhalten; und
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20A, 20B und 20C sind schematische Darstellungen von
normalen Reaktionen neben anomalen Reaktionen, die auf eine systolische
Funktionsstörung,
eine diastolische Funktionsstörung
bzw. Kombinationen davon hindeuten.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen und
insbesondere auf 1 derselben
ist ein kombiniertes Bild-Blockdiagramm gezeigt, das die logische
Anordnung eines Systems darstellt, das die Erfindung verwendet.
Ein zu bewertender Patient 10 legt einen Finger 11 zwischen
einen piezoelektrischen Impulsaufnehmer 12 und eine aufblasbare
Manschette 13, um ein Pulssignal bereitzustellen, das durch
einen Analog-Digital-Wandler 14 in eine digitale Form umgewandelt
wird, die von einem Mikrocomputer 15 verarbeitet wird,
um auf der Anzeige 16 eine Darstellung des vom Aufnehmer 12 abgetasteten
Impulses bereitzustellen. Der Fingeraufnehmer kann an der Spitze
des Fingers oder an irgendeinem mehr proximalen oder seitlichen
Punkt angeordnet werden. Er kann auch in anderen Bereichen eines
Körpers
angeordnet werden, in denen Arterien nahe der Haut liegen. Eine
Druckquelle 17, typischerweise ein Sphygmomanometerkolben,
der mit der Manschette 13 über einen Schlauch 18 mit
einem Ventil 21 zum Schließen des Schlauchs 18,
wenn die aufblasbare Manschette 13 aufgeblasen wird, verbunden
ist, bringt zumindest teilweise über
den piezoelektrischen Impulsaufnehmer 12 einen Druck auf
die Haut des Fingers 11 auf, der von der Manschette 13 umgeben
ist. Ein Druckanzeiger 20 gibt den Druck an, vorzugsweise
im Wesentlichen den diastolischen Druck oder im Wesentlichen oberhalb
des diastolischen Drucks (z. B. bis zu 4-mal diastolisch) des Patienten 10.
Der diastolische Druck für
den Patienten kann bestimmt werden, indem der Blutdruck des Patienten
in herkömmlicher
Weise gemessen wird. Alternativ kann der Druck automatisch durch
eine geeignete Vorrichtung gemessen werden, so dass der Blutdruckpegel kontinuierlich
durch den Computer aufgezeichnet werden kann und so dass der Druckbeaufschlagungsdruck (13)
automatisch festgelegt oder geändert
werden kann, um eine gewünschte
Beziehung zum tatsächlichen Blutdruck
des Patienten bereitzustellen.
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Mit Bezug auf 5 ist eine Ansicht einer beispielhaften
Impulsaufnahmeanordnung 12 zur Verwendung gemäß der Erfindung
in auseinandergezogener Anordnung gezeigt. Ein piezoelektrischer
Kristall (Keramik auf Messing, Murutta/ERI, Future Electronics,
Marlborough, MA) 31 ist über Stegen 32 des
Halters 33 angeordnet und auf entgegengesetzten Seiten
mit einem Paar von Anschlussleitungen 34, 35 in
Kontakt gebracht, die zu einem Miniaturtonabnehmerstecker 36 herausgeführt sind,
welcher sich in den Analog-Digital-Wandler 14 (1) stecken lässt. Eine
Erdungsabschirmung 37 vervollständigt die Anordnung. Obwohl 5 die Aufnahmeanordnung
mit im Allgemeinen rechteckiger Form zeigt, können Aufnehmer mit anderen Formen
verwendet werden, beispielsweise Aufnehmer mit einer kreisförmigen Öffnung in
der Spitze, die eine kreisförmige
piezoelektrische Membranfläche
freilegt, und Aufnehmer, die zur Umfangsabtastung geformt sind,
oder mehrere Aufnehmer in derselben Druckbeaufschlagungskammer.
Die Membran 31 ist typischerweise ein kommerziell erhältliches
Polymer.
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Mit Bezug auf 6 ist eine bruchstückhafte Draufsicht auf den
Endteil der Membran 31 mit einem Schaft 31A gezeigt,
an dem die Kontakte angebracht werden. Mit Bezug auf 7 ist eine bruchstückhafte Seitenansicht
gezeigt, die das Detail für
die Verbindung mit dem Schaft 31A darstellt. Anschlussleitungen 34 und 35 sind
an Metallknöpfe 34A bzw. 35A gelötet oder
anderweitig an diesen befestigt, welche mit entgegengesetzten Seiten
eines Vorsprungs 31A durch Tropfen aus leitendem Epoxy 34B bzw. 35B verbunden
sind.
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Spezielle Komponenten des Systems
sind auf dem Fachgebiet bekannt. Die Verfahren zur Verwendung eines
Mikrocomputers, um eine Darstellung des Spitzendrucks von jedem
Impuls bereitzustellen, und der Impuls liegen durchaus innerhalb
der Fähigkeit
eines üblichen
Computerfachmanns und werden hierin nicht im einzelnen beschrieben,
um es zu vermeiden, die Prinzipien der Erfindung undeutlich zu machen.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel
der Erfindung war der Mikrocomputer 15 (1) IBM-kompatibel mit einer zugehörigen Bildröhrenanzeige.
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Der Blutdruck kann durch das Standard-Manschetten-Sphygmomanometer-Verfahren
oder durch ein automatisches System wie z. B. das Doppler-Verfahren
oder irgendein anderes Verfahren zur Bereitstellung einer Angabe
des Blutdrucks bestimmt werden.
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Nachdem die Systemanordnung beschrieben
wurde, wird ihre Betriebsart beschrieben. Der Patient 10 (1) fügt den Finger 11 benachbart
zum piezoelektrischen Impulsaufnehmer 12 in die aufblasbare
Manschette 13 ein. Die Bedienperson aktiviert dann die
Druckquelle 17, um den Druck in der Manschette 13 zu erhöhen, bis
der Druckanzeiger 20 einen Druck von etwa des diastolischen
Drucks anzeigt. Das Ventil 21 kann geöffnet werden, um den Druck
in der aufblasbaren Manschette 13 direkt vor und während des
Versuchs auf den gewünschten
Druck zu verringern. Alternativ kann der Druck erhöht oder
gesenkt werden. Vor dem Erhalten von Druckmessungen innerhalb des
arteriellen Systems kann es erforderlich sein, das Kapillarbett
im Finger durch lokales Aufbringen von Wärme auf den getesteten Arm
oder durch die Verwendung von Arzneimitteln zu arterialisieren.
Die Fingerröhre
kann dann als Bernoulli-Kammer
wirken und optimiert die Fähigkeit,
Messungen der mechanischen Herzfunktionen zu erhalten. Durch Verändern des
Drucks am Finger kann der Schwellenpegel der Kraft und Geschwindigkeit
der Kontraktion oder Pumpwirkung des Herzens bewertet werden. Die
mit der Vorrichtung beobachtbaren Wellenformen spiegeln die vom
Herzen an der Aortawurzel erzeugte Wellenform wider.
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Das Ausgangssignal des Mikrocomputers
wird für
eine Anzahl von Herzschlägen
bei einer Vielzahl von Drücken,
die sich von halbdiastolisch bis wesentlich größer als diastolisch ändern, beispielsweise
aufwärts
von vier Mal diastolisch, beobachtet. Durch Verändern des Manschettendrucks
kann die Impedanz des Bluts innerhalb der Arterien der Finger verändert werden.
Das beobachtete Ausgangssignal ist ähnlich zu demjenigen, das durch
kontinuierlichen Doppler der Strömungsgeschwindigkeit
in der Wurzel der Aorta direkt oberhalb der Aortaklappe beobachtet
wird. Durch Vergleichen der Änderungen
in der Wellenform, Kontur und Geschwindigkeit, die mit oder ohne
Eingriffen stattfinden (siehe nachstehend), können die Eigenschaften der
Verkürzung und
der Kraftentwicklung des Herzmuskels erhalten werden, so dass eine
Feststellung hinsichtlich dessen durchgeführt werden kann, ob die Herzpumpfunktion
normal oder beeinträchtigt
ist. Ähnliche
Feststellungen können
durch Erhöhen
oder Senken des Manschettendrucks durchgeführt werden. Normale Patienten
zeigen eine charakteristische Reaktion in den Parametern wie z.
B. Amplitude, Steigung, Breite und Fläche des Impulses, während Patienten
mit beeinträchtigten
Herzen eine andere Reaktion und eine, die deutlich auf die Beeinträchtigung
der mechanischen Herzleistung des Herzens hindeutet, zeigen.
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Der Blutdruck innerhalb des systemischen
Arteriensystems und der Fluss dieses Blutes innerhalb des Systems
stellen die kinetische Energie dar, die in der linken Herzkammer
des Herzens entwickelt wird. Die Wurzel der Aorta ist der erste
Punkt im Kreislauf, der die Dynamik des Herzkammerausstoßes erfährt, und
die Antriebskraft des systemischen Arterienkreislaufs beginnt an
diesem Punkt. Das arterielle System im Finger empfängt einen
teilweisen, verhältnismäßigen, aber
charakteristischen Teil der vom Herzen entwickelten und ausgedrückten kinetischen
Energie. Folglich kann die Information der diagnostischen Konsequenz
bezüglich der
Qualität
der Pumpleistung des Herzens und insbesondere der linken Herzkammer
durch eine Analyse von dynamischen und kinetischen Eigenschaften
der Arterien in den Fingern gewonnen werden. Durch Erhöhen des
Drucks der Manschette treten Änderungen
der Kontur des Impulses auf, die ermöglichen, dass normale und anomale
Leute gemäß ihrer
Herzpumpfunktion unterschieden werden. Die Druckänderung führt zu einer Wellenformänderung
in der Vorrichtung dieser Erfindung. Diese Änderung kann für normale
Personen beobachtet werden und bei anomalen Personen beobachtete Änderungen
deuten auf eine Herzfunktionsstörung hin
und ermöglichen
eine Quantifizierung der Schwere der Anomalität.
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Wenn durch die Manschette kein Druck
auf den Finger ausgeübt
wird, besteht keine Komprimierung des arteriellen Systems innerhalb
des Fingers und der Druck und die Strömungsgeschwindigkeitseigenschaften
des arteriellen Systems, in dem Blut in den Finger strömt, sind
im Wesentlichen dieselben wie der Druck und die Strömungsgeschwindigkeitseigenschaften
innerhalb der Manschette. Wenn der Finger zusammengedrückt wird
und folglich das arterielle System innerhalb des Fingers zusammengedrückt wird,
ist das Ergebnis, dass die effektive Querschnittsfläche einer
Arterie innerhalb des Fingers kleiner ist als der Arterie vor der
Komprimierung. Somit nimmt die Geschwindigkeit des Flusses des Bluts
zu und die Änderung
des vom Aufnehmer festgestellten Pulses kann aufgezeichnet werden.
Bei einem bestimmten Druck kann Blut nicht durch die zusammengedrückte Arterie
fließen.
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Die kinetische Energie des Bluts
innerhalb der Arterie in jedem Finger mit oder ohne Kompression
ist am arteriellen Eingang des Fingers zu dem Punkt, an dem der
Druck aufgebracht wird, exakt gleich. Diese kinetische Energie trifft
auf zunehmende Kompressionspegel und der am Finger festgestellte
Puls spiegelt die kinetischen Realitäten wider, die direkt oberhalb
der Aortaklappe existieren, was wiederum die kinetischen Realitäten innerhalb
des Herzens widerspiegelt. Wenn das Herz normal ist, wird ein normaler
Puls beobachtet und eine normale Reaktion auf jeden Eingriff, der
zum Testen der Herzpumpfunktion verwendet wird, wie z. B. Herzbelastungsversuche
(siehe nachstehend), wird beobachtet; wenn jedoch das Herz eine
Anomalität
in seiner Pumpfunktion aufweist, führt diese Anomalität dazu,
dass eine andere Pulskontur beobachtet wird. Wenn beispielsweise
ein Anteil des Herzmuskels aus irgendeinem Grund seine Vitalität verloren
hat, wird die Stärke des
Herzschlags verringert und die Änderungen
der Kraft und der Geschwindigkeitseigenschaften des Herzschlags
werden wiederum in einer Weise geändert, die am Finger oder anderswo
durch dieses System festgestellt werden kann.
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Die Verwendung von gleichzeitigen
Messungen an drei oder vier Fingern mit verschiedenen Kompressionspegeln
ermöglicht
das Sammeln von drei oder vier verschiedenen Datenpunkten unter
identischen Bedingungen von identischen Herzschlägen, die bei der diagnostischen
Auswirkung dieses Instruments helfen.
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Das mit der Vorrichtung dieser Erfindung
durchgeführte
Verfahren ermöglicht
die Erkennung von vorsymptomatischen Herzen – das heißt die Erkennung von anormalen
Herzen trotz der Abwesenheit von körperlichen Symptomen in dieser
Person durch die Verwendung eines nicht-invasiven Verfahrens. Vorher
wurden solche Messungen durch Einfügen eines Katheters innerhalb
das Arteriensystems des Herzens und durch Messen von Dopplersignalen
durchgeführt.
Es wurde entdeckt, dass solche Messungen nun mit einem nicht-invasiven
Instrument gekoppelt mit der Änderung
des auf die Haut ausgeübten
Drucks durchgeführt
werden können.
Der einfache Vergleich der Änderungen
der Kraft und Geschwindigkeitseigenschaften des Herzschlags, wie
am Finger durch variierende Drücke
am Finger ermittelt, mit oder ohne Verwendung von anderen Herzbelastungseingriffen
(siehe nachstehend) zeigt den Zustand der Pumpfähigkeit des Herzens an.
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Die obige Vorrichtung kann leicht
modifiziert werden, um eine Vielzahl von Messvorrichtungen vorzusehen,
die an einer Vielzahl von Fingern angebracht werden können, um
gleichzeitige Messungen mit verschiedenen Manschettendrücken zu
ermöglichen.
Dieses Verfahren ist relativ zur Verwendung einer einzelnen Fingermanschette
mit variierenden Drücken
vorteilhaft, da die Parameter eines einzelnen Herzschlags bei verschiedenen
Drücken
frei vom Einfluss irgendwelcher Veränderungen zwischen den Herzschlägen bestimmt werden
können.
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Die obige Vorrichtung kann ergänzt werden,
um ihre Verwendung zu ermöglichen,
wenn der Patient Herzbelastungsversuchen wie z. B. dem Valsalva-Versuch
unterzogen wird. Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist beispielsweise ein Mundstück 22 gezeigt,
das vorzugsweise austauschbar ist und das mit einem Schlauch 24 gekoppelt
ist, der am fernen Ende geschlossen ist, um ein eingeschlossenes
Volumen festzulegen, und mit einer Öffnung 23 ausgebildet
ist, um ausgeatmete Luft freizulassen. Ein Druckwandler 25 ist
mit dem Schlauch 24 gekoppelt und liefert ein Drucksignal,
das von einem Analog-Digital-Wandler 26 in eine digitale
Form umgewandelt wird, die den Druck im eingeschlossenen Volumen
repräsentiert.
Der Mikrocomputer 15 verarbeitet das digitale Drucksignal,
um ein repräsentatives
Signal auf einer Computeranzeige 16 bereitzustellen, das
den Druck im Schlauch 24 darstellt.
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Mit Bezug auf 8 ist eine Ansicht einer CRT-Anzeige
gezeigt, die verwendet werden kann, um zu ermöglichen, dass der Patient während des
Tests einen bevorzugten Druckbereich aufrechterhält. Der obere, Zwischen- und
untere horizontale Linienzug 41, 42 bzw. 43 können Drücke von
70 mm, 50 mm bzw. 30 mm relativ zu einem mit Null markierten Grundlinienpegel
darstellen. Der Patient bläst
hart genug in das Mundstück 22 (1), um den Punkt 44 auf
dem Linienzug 43 zu halten.
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Während
der Messungen, wie vorstehend, bläst der Patient 10 in
das Mundstück 22,
um im Schlauch 24 einen Druck mit einer Größe zu erzeugen,
die auf der Computeranzeige angegeben wird und die für vorzugsweise
8 bis 20 Sekunden zwischen den Grenzen von 30 und 50 mm Quecksilber
gehalten wird. Diese belastete Atmung erzeugt die Belastung für die Phasen
I und II des Valsalva-Versuchs (Elisberg, 186 J. A. M. A. 130, 1963).
Der Patient entfernt dann das Mundstück und entspannt sich, während die
Erholungs- und stationären
Phasen des Versuchs folgen.
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Die folgende Erörterung betrifft die Messung
von Pulsparametern unter Verwendung eines Manschettendrucks bei
etwa diastolischem Druck. Diese Beispiele dienen nur einer Darstellung.
Nutzdaten werden auch durch die Verwendung von größeren oder
geringeren Manschettendrücken
in Kombination mit den folgenden Verfahren, wie vorstehend beschrieben,
oder ohne Verwendung von Herzbelastungsversuchen erhalten.
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Mit Bezug auf 2 ist eine graphische Darstellung einer
Impulswellenform direkt vor und während der vier Phasen (I– IV) eines
Valsalva-Versuchs für
eine normale Reaktion, die die Änderungen
des Arteriendrucks als von innerhalb der Arterie aufgezeichnet zeigt,
dargestellt. Die Amplituden und Raten sind als Funktion der Zeit
während
eines Zeitraums der Belastung zwischen den mit Start und Stop markierten
Pfeilen relativ zur Amplitude und Rate in dem Kontrollintervall
direkt vor der Belastung gezeigt. Es besteht ein Anstieg des Drucks
bei Belastung (Phase I), der manchmal mit einer Herzfrequenzverlangsamung
verbunden ist; ein Druckabfall (Phase II), der normalerweise von
einer Herzfrequenzzunahme begleitet wird; ein Abfall unter die Grundlinie
(Phase III) und ein Nachbelastungsanstieg (Phase IV), der normalerweise
mit einer Herzfrequenzsenkung verbunden ist. Die Eigenschaften der
gewöhnlichen
normalen Reaktion von 2 sind
in der folgenden Tabelle I relativ zum Grundlinienzustand dargelegt.
O, ↑, ↓ und ↓↓ geben keine Änderung,
Zunahme, Abnahme bzw. große
Abnahme an. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Messungen,
die auf das Vorbelastungsintervall für jeden Patienten während jedes
Tests normiert werden, die mechanische Herzleistung kennzeichnen.
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Mit Bezug auf 3 ist eine anomale Zwischenreaktion ohne Überschreitung
in Phase IV gezeigt, wie durch eine Steigerung des "systolischen" Druckpegels über die
Grundlinie definiert. Die Wellenform von 3 relativ zur Grundlinienperiode weist
gewöhnlich
die in Tabelle II dargelegten Eigenschaften auf.
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Mit Bezug auf 4 ist eine graphische Darstellung des
Arteriendrucks als Funktion der Zeit für eine anomale oder "Rechteckwellen"-Reaktion auf einen
Valsalva-Versuch gezeigt. Die Eigenschaften dieser Reaktion relativ
zur Grundperiodenreaktion sind in Tabelle III dargelegt.
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Verwendung
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Der Valsalva-Versuch hat die abrupte
Entwicklung und Aufrechterhaltung einer Zunahme des Drucks innerhalb
des Brustraums für
eine Anzahl von Sekunden durch erzwungene Ausatmung gegen eine geschlossene
Glottis oder gegen ein geschlossenes System, wie in dieser Erfindung
beschrieben, zur Folge. Eine solche Zunahme des Drucks innerhalb
des Brustraums führt
zu einer Abnahme der Venenrückführung zum
Herzen, so dass das Füllen
der Pumpkammern des Herzens normalerweise vermindert wird. Die Beeinträchtigung der
Füllung
der linken Herzkammer (der Hauptpumpkammer des Herzens) während dieser
sogenannten "Belastungs"-Phase (Phase II)
führt zu
einem prompten Abfall des Blutdrucks bei der normalen Person, gefolgt von
einem abrupten Anstieg der Pulsfrequenz. Bei der Beendung der "Belastungs"-Phase bei der normalen Person
wird die Venenrückführung zum
Herzen abrupt bis zu einem Punkt gesteigert, der im Allgemeinen
die ursprüngliche
Grundlinienfrequenz der Herzfüllphasen
III und IV übersteigt.
Die normale Herzkammer steigert ihre Arbeit und Ausgangsleistung
in der Erholungsphase (Phase IV) bis auf ein Niveau oberhalb des "Kontroll"-Niveaus, um mit
der Steigerung der Füllung
zurechtzukommen (siehe 2).
Das Ergebnis ist, dass eine "Überschreitung" stattfindet, bei
der der Pulsdruck und Blutdruck ihre Pegel während des Kontroll- oder Grundlinienniveaus überschreiten.
Der Körper
spürt diese Änderung
und reagiert mit reflektorischer Verlangsamung des Herzens über einen
Feststellungsmechanismus in den Arterien und den Halsschlagader-Barorezeptoren (Phase
IV). Diese normale Reaktion weist mehrere Eigenschaften auf, die
sie von der anomalen Reaktion des Patienten mit Herzkammerfehler
unterscheiden:
- 1) Es besteht gewöhnlich ein
Abfall des Blutdrucks während
der "Belastungs"-Phase;
- 2) es besteht eine Steigerung der Herzfrequenz zum Ende der "Belastungs"-Phase hin;
- 3) es besteht eine "Überschreitung" kurz nach dem Beenden
der "Belastungs"-Phase;
- 4) es besteht eine Verlangsamung der Herzfrequenz im Verlauf
der "Überschreitung"; und
- 5) es besteht danach eine ziemliche prompte Rückkehr auf
fast den Grundlinienpegel des Blutdrucks, des Pulsdrucks und der
Herzfrequenz.
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In dem Patienten mit Herzfehler ist
die physiologische Reaktion auf den Valsalva-Versuch ziemlich anders.
Eine charakteristische Reaktion wird "Rechteckwellen"-Reaktion genannt, die in 4 gezeigt ist. Diese Reaktion
beinhaltet eine Steigerung des Blutdrucks mit der Einleitung der
Belastungsphase und die Aufrechterhaltung von fast demselben Blutdruck,
Pulsdruck und der Herzfrequenz auf diesem Niveau während der
gesamten "Belastungs"-Phase. Die "Erholungs"-Phase, die der Beendung der "Belastungs"-Phase des Valsalva-Versuchs folgt, ist
durch einen Abfall des Blutdrucks auf den Grundlinienpegel, die
Abwesenheit von irgendeiner "Überschreitung" und die Abwesenheit
der Herzverlangsamung in der Erholungsperiode gekennzeichnet.
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Gemäß der Erfindung kann die empfindliche
Reproduktion und Analyse dieser Unterschiede unter Verwendung eines
nichtinvasiven Verfahrens entweder durch die Verwendung einer Ableitung
des vom Arteriendrucks erzeugten Pulses vom Abnehmer oder durch
Analyse von Änderungen
der Spitzenamplitude und Herzfrequenz in verschiedenen Phasen erzielt
werden, und ein Integral dieses Signals und eine Messung der Herzfrequenz
erleichtert die Verwendung dieser bekannten physiologischen Reaktion
als klinischen Indikator für den
Herzzustand mit einer Vorrichtung, die kompakt, relativ kostengünstig und
relativ leicht zu bedienen ist, um zuverlässige Ergebnisse zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Mittel bereit, das einem praktischen
Arzt ermöglicht,
in seiner Praxis die Anwesenheit eines verborgenen Fehlers oder
einer verborgenen Funktionsstörung
der linken Herzkammer (und/oder rechten Herzkammer) sowie signifikante
Anomalitäten
von Herzklappen und verengende oder einschränkende Bedingungen zu erkennen,
die sich auf die Herzpumpfunktion auswirken.
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Die Erfindung ist besonders vorteilhaft,
da die Symptome eines Fehlers der linken Herzkammer ähnlich zu
jenen sind, die mit anderen sehr üblichen Krankheiten und Zuständen verbunden
sind, von denen einige weniger bedrohlich sein können. Atemnot, ein sehr übliches
Symptom eines Herzfehlers, kann beispielsweise durch andere Zustände verursacht
werden, z. B. ist Atemnot unter Zigarettenrauchern üblich. Mit
zunehmendem Alter und gewissem Fortschritt einer Krankheit wie z.
B. chronischer Lungenkrankheit aufgrund von Zigarettenrauchen wird
die Fähigkeit,
die Anwesenheit eines zugrundliegenden Herzfehlers als beitragenden
Faktor zu einem begrenzenden Symptom wie z. B. Atemnot festzustellen,
immer schwieriger und wichtiger. Die Erfindung hilft, zwischen einem
Herzfehler und anderen Prozessen, die körperliche Symptome ähnlich oder identisch
zu denjenigen, die durch einen Herzfehler verursacht werden, erzeugen
können,
zu unterscheiden. Die Erfindung hilft auch zu zeigen, dass die angenommene
Ursache für
ein Symptom, z. B. das Symptom der Atemnot eines Patienten, das
ansonsten Übergewicht
oder Zigarettenrauchen zugeschrieben wird, ein unvermuteter Herzfehler
ist und die wichtigste Ursache für
die Atemnot des Patienten ist.
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Ein wichtiger Vorteil der Erfindung
besteht darin, dass sie verwendet werden kann, um die Ergebnisse der
Behandlung für
Herzzustände
auszuwerten. Und die leichte Verwendung, die minimale Unannehmlichkeit für den Patienten
und die Zugänglichkeit
für alle
praktischen Ärzte
verbessert die Gesundheitsfürsorge.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren
zur Verwendung der beschriebenen Vorrichtung kann durch eine Vielzahl
von Verfahren zum Vorsehen von Daten gesteigert werden, welche eine
detailliertere Analyse von potentiellen kardiovaskulären Problemen
ermöglichen.
Diese Verfahren beinhalten das Unterziehen des Patienten einer Behandlung
oder Aktivität,
die sich auf die Herzreaktion auswirkt, sowie dem Valsalva-Versuch, und diese
Verfahren können
in Kombination mit oder unabhängig
von Atemversuchen wie z. B. dem Valsalva-Versuch verwendet werden.
Isometrische Bewegung, kardiovaskuläre Arzneimittel (wie z. B.
Hydralazin, α-adrenergische
und β-adrenergische Rezeptorblocker
und Amylnitrat) oder inotrope Mittel (wie z. B. Adrenalin), Eintauchen
eines Arms in Eiswasser (Testen der Blutdruckerhöhung bei Kälte), Legen des Patienten in eine
Rückenlage
oder irgendeine Positionsänderung,
Bewegungstoleranztests, Tests unter psychologischer Belastung (z.
B. Lösen
von mathematischen Problemen), Arzneimittelbehandlungen (z. B. gefäßaktive
Arzneimittel, wie z. B. Nitroglycerin); Ballongefäßplastik
oder Herzkranzarterien-Bypasstransplantation können alle Auswirkungen auf
die Herzreaktion haben. Nachstehend werden Beispiele für die Verwendung
solcher Verfahren und die Daten, die sie erzeugen können, gegeben.
Diese Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele begrenzt; Fachleute
werden erkennen, dass äquivalente
Verfahren existieren, die eine Einengung oder Erweiterung der Arterien
oder anderer Blutgefäße oder
anderweitig nach kardiovaskulärer
Aktivität
verursachen, um geeignete "Eingriffe" darzustellen, und
somit in dieser Erfindung verwendet werden können.
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Beispiel 1:
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In diesem Beispiel wird eine isometrische
Bewegung (Brown et al. 70 Circulation 19, 1984) verwendet, um eine
Herz- oder Gefäßanomalität zu erkennen.
Diese Bewegung besteht aus einer Handgriffbewegung, die das Quetschen
eines Greifinstruments mit einem Messer, der die auf das Instrument
ausgeübte
Kraft anzeigt, zur Folge hat. Der Patient übt die maximale Kraft aus,
die er ausüben
kann, dieser Kraftversuch wird dann verwendet, um eine Kraft von
etwa 20–40%
Maximum abzuschätzen.
Der Patient muss diese Greifkraft von 20–40% Maximum für 30 Sekunden
bis 2 Minuten vor und während
des Valsalva-Versuchs und für
etwa 30 Sekunden danach aufrechterhalten. Die Handgriffbewegung
ruft im Allgemeinen eine Reflexverengung der peripheren Arterien,
die den Blutdruck regeln, und auch der Herzkranzarterien, die den
Blutfluss durch den Koronarkreislauf und den Herzmuskel regulieren,
hervor. Somit verändert
diese Bewegung die Durchblutung, so dass sie verursachen kann, dass
jene Patienten, die während
des Valsalva-Versuchs allein scheinbar normale Reaktionen erzeugen,
auf diesen Versuch eine anomale Reaktion erzeugen. Mit anderen Worten,
eine latente Anomalität
der Herzkammerfunktion und/oder der Herzkranzarterien, wie z. B.
eine Herzkranzarterienverengung, kann entdeckt werden. Eine solche
Entdeckung ist möglich,
da ein Herz, das auf einem Grenzlinienniveau zwischen normal und
anomal funktioniert oder das einen "Grenzlinien"-Herzkranzarterienfluss oder einen umgekehrten
Fluss zum Herzmuskel aufweist, nicht in der Lage sein kann, die
zusätzliche
Belastung der Handgriffbewegung zu kompensieren, während es
auf den Valsalva-Versuch allein normal reagieren kann. Die Handgriffbewegung
erhöht
beispielsweise die Impedanz für
den Ausstoß von
Blut aus dem Herzen und senkt dadurch die Geschwindigkeit, mit der
das Herz Blut zum Kreislauf liefern kann, da die peripheren Arterien
verengt sind und den Blutausstrom vom Herzen behindern. Das normale
Herz wird mit dieser "Belastung" in einer effizienteren
Weise fertig als das Herz mit beeinträchtigter mechanischer (Pump-)
Funktion. Die isometrische Bewegung verursacht auch, dass sich die
Herzkranzarterien verengen, und diejenigen, die durch Krankheit verengt
sind, können
sich, obwohl sie in Ruhe angemessen Blut zum Herzmuskel liefern
können,
bis zu einem Punkt verengen, an dem die Herzpumpfunktion anomal
wird, und die Anomalität
ist durch diese Erfindung erkennbar. Wenn der Patient beispielsweise
Arterien aufweist, die bereits zu 65%–75% durch eine Arteriosklerosekrankheit
verengt sind, aber bei dem Valsalva-Versuch allein keine Anomalitäten bestehen,
dann verursacht die isometrische Bewegung oder andere Eingriffe
eine zusätzliche
Reflexverengung von 10%–15%,
die zu Anomalitäten
der Herzfunktion führt,
die durch die vorliegende Erfindung nachweisbar sind.
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Mit Bezug auf 9 ist eine normale Reaktion auf einen
Valsalva-Versuch, wie durch diese Erfindung beschrieben, gezeigt.
Die oberen zwei horizontalen Linien 80, 82 zeigen
die Grundlinienamplitude (80) und 20% oberhalb der Grundlinie
(82) eines normalen Patienten. Die Grundlinienamplitude
variiert zwischen Patienten und wird nur als Wert zum Vergleichen
von späteren
Reaktionen auf den Valsalva-Versuch oder andere Eingriffe verwendet.
In 9 begann der Valsalva-Versuch
am Punkt A und verursacht eine Steigerung (Phase I) des Blutdrucks,
gefolgt von einer schnellen Senkung (Phase II). Ferner nimmt die
Frequenz des Herzschlags während
dieser Periode zu, wie durch die Verschmälerung der vertikalen Linien,
die die Pulsamplituden darstellen, gezeigt. An einem Punkt sind
die Pulsamplituden so niedrig, dass die Pulse nicht erfasst werden
(Phase III). Der Versuch wird dann gestoppt und der Blutdruck nimmt
zu und überschreitet
das Grundlinienniveau (Phase IV) und fällt dann unter dieses. Die
tatsächlichen
Werte der Pulsamplituden und der Pulsfrequenzen sind unter 9 in der Weise gegeben,
in der sie für
die Computeranalyse gespeichert werden. Diese Werte variieren von
einem Patienten zum anderen. Die allgemeine Form der Anzeige ist
jedoch eine Richtlinie für
die Normalität
von irgendeinem Patienten. Eine Schablone (eine mittlere graphische
Reaktion) kann für
normale Reaktionen leicht erstellt werden, um sie mit anomalen Reaktionen
vergleichen zu können.
Folglich kann ein Computer programmiert werden, um Vergleiche irgendeiner
Gruppe von Leuten durchzuführen,
die gemäß irgendwelchen
Parametern bewertet wurden, von denen angenommen wird, dass sie
die beobachtete Reaktion beeinflussen. Wenn beispielsweise eine
Reaktion mit normaler Rate um 30–40% zunimmt oder um etwa 10– 20% abnimmt,
wäre die
Feststellung, dass eine getestete Person außerhalb diesen Bereich fällt, ein
Hinweis auf ein Problem. Ebenso würden Amplitudenänderungen
in Phase IV von weniger als 20% über
der Grundlinie auf ein Problem hindeuten. Verhältnisse und andere Formeln,
die diese Parameter beinhalten, können berechnet und verwendet
werden, um einen Index zu erzeugen, der sich für die Diagnose von speziellen
Problemen eignet. Außerdem
können
andere Faktoren, wie z. B. die Zeit zum Erkennen von bestimmten
Reaktionen, z. B. die Erholungszeit vom Valsalva-Versuch, in diesen
Index eingeschlossen werden.
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Mit Bezug auf 10A sind bei diesem Patienten die Phasen
I –III
der Anzeige normal, wohingegen die Phase IV eine abgestumpfte Überschreitung
aufweist. Ferner ist die Herzfrequenz über den gesamten Versuch relativ
unverändert,
was ein Zeichen für
Anomalität
ist. Somit ist diese Reaktion anomal, was darauf hindeutet, dass
dieser Patient eine Grenzlinien-Herzreaktion aufweisen kann. Um
diese Analyse zu bestätigen, wurden
Eingriffe durchgeführt.
In 10B wurde eine Handgriffbewegung
während
des Valsalva-Versuchs durchgeführt.
Dies verringerte die Überschreitung
in Phase IV. Als zusätzlicher
Eingriff wurde der Patient dann veranlasst, sich von der sitzenden
in die Rückenlage
zu bewegen. Dieser Versuch erhöht
die Geschwindigkeit des Blutflusses zum Herzen und erhöht folglich
die Belastung am Herzen. Mit Bezug auf 10C löschte
die mit einem Patienten in Rückenlage
erhaltene Anzeige die Überschreitung
aus und erzeugte eine Rechteckwelle. Dies deutet darauf hin, dass
das Blutvolumen in den Lungen übermäßig ist
und das Herz außerstande
ist, das Blut mit einer genügend
schnellen Geschwindigkeit von den Lungenvenen in die Aorta zu pumpen.
Dies ist ein Beweis für
eine Stauungslunge, d. h. einen Herzfehler. Ferner erscheinen die
Phase I und II nun als Rechteckwelle, was ein weiterer Beweis für einen
Herzfehler ist.
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Somit offenbart bei diesem Patienten
ein Eingriff mit einer Handgriffbewegung und mit Rückanlage, dass
das Herz auf einem Grenzlinienniveau arbeitet und dass der Patient
eine Behandlung gewisser Art benötigt.
Ohne einen solchen Eingriff wäre
der Patient entlassen worden und gebeten worden, in einigen Monaten
für eine
wiederholte Analyse zurückzukommen.
Während
dieses Zeitraums kann der Patient durch den unerkannten Herzfehler
gestorben sein. Das obige Verfahren zur Bereitstellung eines zweiten
Eingriffs deckt klinisch unersichtliche Steigerungen des Fülldrucks
der linken Herzkammer auf und ermöglicht die Diagnose von Grenzlinien-Herzproblemen.
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Beispiel 2
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Mit Bezug auf 11A zeigt die Reaktion dieses Patienten
auf einen Valsalva-Versuch eine anomale Überschreitung (Phase IV). In 11B wurde dieser Versuch
wiederholt und zeigt eine fast normale Reaktion. Wenn jedoch eine
Handgriffbewegung eingeschlossen wurde, zeigt die Anzeige, die in 11C dargestellt ist, eine
abgestumpfte Überschreitung.
Wenn sich der Patient in Rückenlage
befindet, ist die Anzeige, die in 11D dargestellt
ist, schließlich
eine vollkommene Rechteckwelle, die einen Herzfehler zeigt. Somit
wurde wiederum gezeigt, dass eine anomale Grenzlinienanzeige bei
einem Patienten einen zugrundeliegenden chronischen Herzfehler widerspiegelt.
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Beispiel 3
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Mit Bezug auf 12A ist die Reaktion auf einen Valsalva-Versuch allein normal,
abgesehen von einer Bradykardie (Herzverlangsamung) in Phase IV.
Diese Reaktion ändert
sich drastisch, wenn der Patient veranlasst wird, seine Beine in
der Rückenlage
anzuheben. Dieser Eingriff ist belastender als das einfache Anordnen des
Patienten in Rückenlage.
Wie in 12B gezeigt,
führt dies
zur Abflachung der Überschreitung.
In 12C ist das Ergebnis
von zwei Eingriffen gezeigt, bei denen die Beine wie vorstehend
angehoben werden und eine Handgriffbewegung durchgeführt wird.
Nun ist die Anzeige eine Rechteckwelle mit dem Misslingen, auf den
Grundliniendruck wiederherzustellen. Dies deutet auf eine schwere
Beeinträchtigung
der Herzpumpfunktion hin, die ansonsten bei diesem Patienten nicht
ersichtlich war.
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Beispiel 4:
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Mit Bezug auf 13A weist der Patient eine anomale Reaktion
auf einen Valsalva-Versuch auf, die eine fehlende Überschreitung
zeigt. Nach der Behandlung für
5 Tage mit Verapamil verbesserten sich die schweren Symptome der
Arbeitsatmnot des Patienten und die Überschreitung in Phase IV wurde
normal (13B). Folglich
kann eine Arzneimittelbehandlung unter Verwendung dieser Vorrichtung
verfolgt werden, um zu entdecken, ob die zugrundeliegenden Probleme,
die einen Herzfehler verursachen, überwunden werden.
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Beispiel 5:
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Mit Bezug auf 14 zeigte der Patient eine mäßige Überschreitungsreaktion
(14A), die verloren geht,
wenn eine Handgriffbewegung durchgeführt wird (14B), und zu einer Rechteckwelle wird,
wenn der Patient auf dem Rücken
liegt (14C). Dieser
Patient kann unter einem Abfall der Aorta-Blutflussbeschleunigung
leiden. Diese Analyse kann durch Doppleranalyse leicht bestätigt werden.
Somit kann ein Patient mit einer normalen Grenzlinienreaktion durch
Eingriffe analysiert werden, um das zugrundeliegende Problem im Herzen
zu entdecken; diese Analyse kann dann durch andere Verfahren bestätigt werden.
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Beispiel 6
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Mit Bezug auf 15 weist dieser Patient eine normale
Valsalva-Reaktion auf (15A),
die sich verschlechtert, wenn der Valsalva-Versuch wiederholt wird
(15B), und mit einer
Handgriffbewegung schlimmer wird (15C).
Dieser Patient war ein Jahr nach einer vorhergehenden myokardialen
Infektion; und scheint nun eine schwere Funktionsstörung der linken
Herzkammer zu haben. Wie in Beispiel 4 kann folglich eine klinische
Behandlung unter Verwendung der obigen Eingriffe verfolgt werden.
Solche Eingriffe sind nicht-invasiv und bevorzugter gegenüber den
alternativen invasiven Verfahren.
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Beispiel 7:
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Mit Bezug auf 16 wurde durch wiederholte Valsalva-Versuche eine schwere
Herzkranzarterienkrankheit von drei Gefäßen entdeckt (16A–C), wobei die Anzeige von einer normalen
zu einer Rechteckwelle übergeht.
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Beispiel 8:
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Mit Bezug auf 17 zeigt dieser Patient eine Reaktion,
die stark auf eine normale Herzkammerfunktion hindeutet (17A). Wiederholter Valsalva
(17B), unmittelbar gefolgt
von einer Handgriffbewegung (17C),
und dann mit dem Patienten in Rückenlage
(17D), zeigt jedoch
eine Rechteckwellenreaktion, die auf einen Herzfehler hindeutet.
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Die obigen Beispiele demonstrieren,
dass Eingriffe verwendet werden können, um eine vorher unersichtliche
Beeinträchtigung
(eine latente Beeinträchtigung)
in der Herzmuskel-Pumpfunktion aufzudecken, indem entweder eine
mäßige Erhöhung der
Belastung am Herzmuskel auferlegt wird oder indem das Füllen und Leeren
des Herzens verändert
wird. Latente Anomalitäten
oder Verbesserungen durch Arzneimittel oder andere Behandlungen
können
festgestellt und überwacht
werden. Die festgestellten Verbesserungen weisen auf therapeutisch
wirksame Eingriffe hin. Diese Erfindung stellt einen zweckmäßigen Test
zum Prüfen
von Patienten mit Grenzlinien- oder auch normal erscheinenden Reaktionen
auf einen Valsalva-Versuch bereit. Anstatt eines Risikos, dass ein
Patient zwischen zwei Testperioden stirbt, erkennt dieser Test einen
Patienten, der unter einem chronischen Herzfehler leidet, aber keine
Symptome hat. Die Erfindung ermöglicht
somit beispielsweise eine schnelle Feststellung, ob ein Patient
mit Atemnot, aber normaler Reaktion auf einen Valsalva-Versuch einen
Herzfehler oder nur eine Erkältung
hat.
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Sobald eine Anomalität erkannt
ist, kann der durchgeführte
Eingriff die Verabreichung eines Arzneimittels sein, um festzustellen,
ob es den Defekt heilt (siehe Beispiel 4). Wenn der Defekt dadurch
verursacht wird, dass sich die Herzarterien zu sehr verengen, dann
kann folglich die Verabreichung eines geeigneten Arzneimittels den
Defekt mildern und somit eine normale Valsalva-Reaktion erzeugen,
wenn jedoch der Defekt durch eine körperliche Blockierung in einer
defekten Arterie verursacht wird, dann hat ein solches Arzneimittel
wenig, wenn überhaupt
eine Wirkung auf eine Valsalva-Reaktion. Ebenso könnte der
Eingriff die Durchführung
einer Ballongefäßplastik
zur Folge haben, um einen bekannten körperlichen Defekt in einer
Arterie zu entfernen. Die Reaktion auf einen Valsalva-Versuch sollte sich
verbessern, wenn dieser arterielle Defekt die Ursache für die beobachtete
fehlerhafte Reaktion war.
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Obwohl die zum Erkennen von Herzfehlern
verwendeten Versuche im Allgemeinen für den Patienten relativ komfortabel
durchzuführen
sind, ermöglichen
sie dennoch die Erkennung eines subtilen Herzfehlers. Leute können sogar
einen chronischen Herzfehler während
dieser Eingriffe aufweisen (als Rechteckwellenreaktion gezeigt,
siehe Beispiel 1) und keine Beschwerdesymptome zeigen. Eine geeignete
Behandlung für
einen solchen Herzfehler kann dann unter Verwendung der Vorrichtung
dieser Erfindung und Versorgen des Patienten mit Arzneimitteln,
wie z. B. eines Nitrats, eines Kalziumkanalblockers oder eines Angiotensinumwandlungsenzym-Inhibitors, überwacht
werden, um festzustellen, ob irgendwelche von diesen die Erzeugung
einer Rechteckwelle verhindern. Somit kann die unmittelbare Wirkung
eines Arzneimittels erkannt werden. Ebenso kann ein Patient nach
einer erfolgreichen Gefäßplastik überwacht
werden, um sicherzustellen, dass sich das behandelte Gefäß nicht
wieder verengt. Dieses Verfahren ist ein viel weniger intrusives
Verfahren als die erneute Katheterisierung und Angiographie, die
normalerweise verwendet werden. In dieser Weise können Patienten
durch nicht-invasive Verfahren regelmäßig überwacht werden und die Verschlechterung
des Blutflusses wird leicht erkannt, bevor Symptome ohne die Erfindung
erkennbar sind.
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Die Vorrichtung dieser Erfindung
ist auch für
die Abschätzung
des Ausstoßanteils
(EF) eines Herzens nützlich;
das heißt,
der Prozentsatz an Blut im Herzen, den ein Herz bei jedem Schlag
auspumpt. Normalerweise liegt dieser oberhalb 50%, gewöhnlich 60–65%. Der
EF ist ein vorhersagender und prognostischer Indikator für eine Herzkrankheit.
Wenn der EF 20–35%
ist, kann die Person einen chronischen Herzfehler aufweisen. Wenn
er zwischen 10 und 20% liegt, ist das Herz schwer beeinträchtigt.
Die vorstehend gezeigten Reaktionen auf einen Valsalva-Versuch sagen
einen EF vorher. Der EF wird auch abgeschätzt, indem die Frequenzreaktion
betrachtet wird; eine fehlende Änderung
in dieser Reaktion sagt einen niedrigen EF-Wert voraus. Eine solche Analyse deutet
darauf hin, dass der Patient eine Nachuntersuchung benötigt, um
genauer festzustellen, welche Probleme bei seinem Herzen und seinen
Gefäßen vorliegen.
Somit dient das mit der Vorrichtung dieser Erfindung durchgeführte Verfahren
als Voruntersuchung.
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Patienten mit normalen EFs können dennoch
eine anomale Herzfunktion aufweisen. Ein Patient mit einem EF von
58% hatte beispielsweise keine Überschreitung
in der Phase IV; diese Anomalität
weist auf eine Anomalität
der Herzfunktion hin. Somit erkennt dieses Verfahren Defekte bei
Leuten, die eine Behandlung benötigen,
die ansonsten durch Messen des EF durch andere Verfahren unerkannt
sind.
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Die Frequenzänderungen während des Valsalva-Versuchs
sind auch nützlich,
um festzustellen, ob ein technisches Problem bei der Messung vorliegt.
Wenn beispielsweise keine Überschreitung
beobachtet wird, aber sich die Frequenz verlangsamt, dann muss ein
Fehler bei der Messung aufgetreten sein.
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Obwohl die Vorrichtung eine Amplitude
erzeugt, die mit dem Druck in Zusammenhang gebracht werden kann,
sieht das Einschließen
des Fingers in einem steifen Rohr eine Information vor, die die
Strömungsgeschwindigkeit
des Bluts darzustellen scheint. Die Strömungsgeschwindigkeit ist ein
gutes Maß für die Herzfunktion,
da Änderungen
früher
auftreten als Druckänderungen,
sie gegen eine mäßige Ischämie empfindlich ist
und Probleme vorhersagen kann. Messungen können durchgeführt werden,
die auf einen Herzfehler hinweisen, ohne im Patienten schmerzhafte
Symptome erzeugen zu müssen.
Dieses Verfahren kann verwendet werden, um bestimmte hämodynamische
Messungen vorherzusagen, die von Gorlin beschrieben sind.
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Weitere Verbesserungen an der obigen
Vorrichtung umfassen die Bereitstellung von Mitteln zum automatischen
Verändern
des durch die Manschette ausgeübten
Drucks als Reaktion auf Druckänderungen
des Arteriensystems, beispielsweise wenn Herzbelastungsversuche
verwendet werden. Dieses Merkmal ermöglicht eine effektivere Charakterisierung
der Kraft-Druck-Entwicklung
und der Verkürzungs-Ausstoß-Realitäten der
linken Herzkammer. Die Anpassung der Vorrichtung, um Änderungen
in der Kontur, Anstiegszeit, maximalen Anstiegsgeschwindigkeit,
Zeit bis zur Spitze, Gesamtamplitude, Dauer, integrierten Fläche unter
dem einbeschriebenen Impuls und der integrierten Fläche, dividiert
durch die Zeit (Ausstoßparameter),
zu berechnen, ermöglicht
andere diagnostische Vergleiche von normalen und anomalen Herzen.
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Andere Anwendungen dieser Erfindung
umfassen die Bestimmung der Verschlechterung der Herzkammerfunktion
bei einem akuten Myokardinfarkt und legen folglich fest, wenn eine
invasive hämodynamische Überwachung
oder andere aggressive Eingriffe eingeleitet werden sollten; die
Identifikation einer signifikanten Klappenkrankheit bei Personen
mit Herzgeräuschen,
die nicht als signifikant bekannt sind; die Identifikation einer
ansonsten unerkannten Klappenkrankheit; die Identifikation eines
dynamischen Beitrags zu einer Herzkranzarterienkrankheit unter Verwendung
des Testens der Blutdruckerhöhung
bei Kälte;
die Identifikation von anomalen kardiovaskulären Reflexreaktionen, wie z.
B. neurologischen Problemen oder niedrigem Blutdruck bei Patienten
mit anomalen Frequenzreaktionen; und die Demonstration einer positiven
hämodynamischen Auswirkung
von Kalziumkanalblockern bei der idiopathischen hypertrophen Subaortaverengung.
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Die Verwendung der obigen Vorrichtung
in Verbindung mit einem Elektrokardiogramm, einer Fähigkeit zum
Testen der Lungenfunktion und einer Oxymetrie ermöglicht,
dass eine bedeutende Diagnoseinformation erhalten wird. Diese Kombination
ermöglicht
die Diagnose einer Krankheit, die ansonsten übersehen werden kann, und verhindert
die unnötige
Behandlung einer Krankheit, die nicht durch einen Herzfehler oder
eine Herzmuskelschwäche
verursacht wird. Die Kombination stellt mehr Information bereit
als jedes der einzelnen Verfahren allein.
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Mit Bezug auf 18 ist eine graphische Darstellung der
Beziehung zwischen dem Impulsamplitudenverhältnis (PAR), das gemäß der Erfindung
nicht-invasiv gemessen wird, und dem Lungenkapillar-Keildruck (PCWP)
gezeigt. Jeder Punkt entspricht dem gemäß der Erfindung nicht-invasiv
gemessenen PAR und dem herkömmlich
invasiv gemessenen PCWP. Die Linie ist die beste Anpassung unter
diesen gemessenen Punkten unter Verwendung der linearen Standard-Regressionsanalyse
der kleinsten Quadrate. Die Grundlinienmessungen gaben an, dass
das PAR den gemessenen PCWP über
einen Bereich von Werten von 4 mm Hg bis 32 mm Hg mit guter Genauigkeit
vorhersagte. Die Details der Verfahren und Ergebnisse von sorgfältig durchgeführten Tests
sind in einem Artikel mit dem Titel A NONINVASIVE METHOD OF PREDICTING
PULMONARY-CAPILLARY WEDGE PRESSURE von Kevin M. McIntyre, M. D.,
Joseph A. Vita, M. D., Costas T. Lambrew, M. D., Jonathan Freeman,
M. D., Sc. D., und Joseph Loscalzo, M. D., PH. D., THE NEW ENGLAND JOURNAL
OF MEDICINE, Band 327, Nr. 24, S. 1715–20 (10. Dezember 1992), beschrieben.
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Die Erfindung wertet eine Dehydratisierung,
einen sehr üblichen
Zustand unter den Älteren,
aus. Die Erfindung kann zum Vorhersagen von Pegeln eines Hormons
verwendet werden, das atriales natriuretisches Peptid genannt wird,
von dem bekannt ist, dass er bei den Älteren zunimmt und stark mit
den zentralen Herzfülldrücken, von
denen PCWT einer ist, und mit der zukünftigen Entwicklung eines Herzfehlers
verbunden ist. Die Erfindung kann auch verwendet werden, um fortschreitende
Zunahmen der Flüssigkeitsretention
und des atrialen natriuretischen Peptids verwendet werden, wenn
ein salzhaltendes Hormon (Florinef) verabreicht wurde, um die potentielle
Gefahr für
die älteren
Patienten für
eine Abnahme ihrer Fähigkeit
zu zeigen, überschüssiges Salz
zu beseitigen, ein Zustand, der mit der Erhöhung des PCWP in den Herzfehlerbereich
in anfälligen Patienten
verbunden ist.
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Mit Bezug auf 19A ist eine graphische Darstellung einer
Reaktion auf einen Valsalva-Versuch dargestellt, die einen Patientenzustand
mit überlastetem
Volumen, einem sehr üblichen
Zustand unter den Älteren,
anzeigt. Das Verhältnis
der B-Amplitude
zur A-Amplitude (B/A) zeigt ein Pulsamplitudenverhältnis (PAR) von
etwa 1,0 entsprechend einem PCWP von 20 mm Hg, der signifikant erhöht ist.
Mit Bezug auf 19B ist eine
graphische Darstellung einer Reaktion mit verringertem B/A-Verhältnis gezeigt,
die jedoch immer noch einem anomal hohen PCWP entspricht. Mit Bezug
auf 19C ist eine graphische
Darstellung einer Reaktion mit normalem B/A-Verhältnis
und entsprechend einem Zustand des Patienten mit relativ "normalem Blutvolumen" gezeigt. Mit Bezug
auf 19D ist eine graphische
Darstellung einer Reaktion eines Patienten mit Hypovolämie oder
Dehydratisierung gezeigt, die einen signifikant abrupteren Abfall
der Pulsamplitude über
den Verlauf der Belastungsphase von A bis B zeigt.
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Es wird angenommen, dass diese Änderungsrate
mit zunehmend schwerer Dehydratisierung zunimmt (steiler abfällt) (unter
der Annahme einer angemessen normalen kardiovaskulären Funktion);
die Zeit bis zum Verlust des aufgezeichneten Impulses abnimmt; die
Geschwindigkeit, mit der die Herzfrequenz zunimmt, zunimmt; und
die Herzfrequenzspitze (und Spitzenänderung von der Grundlinie)
zunimmt. Es kann vorteilhaft sein, auch eine EKG-Überwachung
durchzuführen,
um die Herzfrequenzänderungen
genau aufzuzeichnen, da einige Impulse verloren gehen können, wenn
sich die aufgezeichnete Impulsamplitude Null nähert, wie in 19D rechts von B zu sehen.
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Mit Bezug auf 20A, 20B und 20C sind schematische Darstellungen
von Hüllkurven
in den Belastungs- und Erholungsphasen gezeigt, die beim Identifizieren
einer systolischen Funktionsstörung,
einer diastolischen Funktionsstörung
und einer Kombination einer systolischen und diastolischen Funktionsstörung hilfreich
sind. Die Hüllkurve
für die
normale Reaktion ist links gezeigt. Die anomalen Reaktionen sind
rechts gezeigt. 20A zeigt,
dass für
die systolische Funktionsstörung
eine flachere Neigung des Abfalls der Belastungsphase als normal
und eine signifikante Verringerung der Amplitude während der
Erholungsphase vorliegt. 20B zeigt,
dass für
die diastolische Funktionsstörung
die Hüllkurvenamplitude
während
der Belastungsphase im Wesentlichen konstant ist. 20C zeigt, dass für eine Kombination von systolischer
und diastolischer Funktionsstörung
sowohl eine im Wesentlichen gleichmäßige Amplitude während der
Belastungsphase als auch eine verringerte Amplitude während der
Erholungsphase vorliegt.
