Stimolazione fibre vagali cardiache
"Il metodo proposto è stato possibile grazie alla flessibilità di
programmazione e gestione di LabVIEW che con le timed structures ed
i relativi toolkit ci hanno consentito di stimolare le fibre vagali cardiache
con la conseguente riduzione del dromotropismo del nodo atrio
ventricolare."
- G. Monari, ENEA
Stimolo - Acquisizione ECG
La sfida:
Il sistema nervoso autonomico (SNA) svolge significativi effetti di modulazione dromotropa e cronotropa del nodo senoatriale ed
atrioventricolare. La componente estrinseca (nervi vaghi) parasimpatica si struttura a livello cardiaco in una complessa rete
intrinseca costituita da plessi gangliari interconnessi da fibre epicardiche ed intramiocardiche. La stimolazione epicardica ed
endocardica a frequenza (50 Hz; 0-10V; durata impulso 0,2 ms) del plesso vagale inferiore destro consente una significativa
riduzione del dromotropismo del nodo atrio ventricolare. Tale osservazione può avere un’applicazione clinica soprattutto in
pazienti con ridotta funzione contrattile ventricolare sinistra e fibrillazione atriale (FA) con alta frequenza ventricolare. Infatti,
durante FA la stimolazione del plesso vagale consente di modulare la frequenza ventricolare con conseguente miglioramento dello
stato emodinamico del paziente. La stimolazione può essere eseguita in maniera continua oppure intermittente. Quindi la sfida ha
previsto la realizzazione di uno strumento capace di generare impulsi in grado di eccitare le fibre nervose vagali ottenendo la
funzione di un “pacemaker inverso”. Gli impulsi erogati possono variare in tensione, frequenza e durata temporale. L’applicazione
di una stimolazione intermittente può essere sincronizzata alla frequenza di un pacemaker consentendo quindi di variare il numero
di stimolazioni al minuto.
La soluzione:
La necessità di costruire uno stimolatore epicardico o endocardico capace di generare impulsi di controllo del battito “pacemaker”
variabili in tensione, frequenza e durata temporale con la somma di un treno d’impulsi regolabili in frequenza, tensione, numero e
durata temporale, la non facile reperibilità e il costo di strumenti tecnici adatti alle nostre esigenze, ci ha indotto a utilizzare la
soluzione dello Strumento Virtuale (Figura 1). Si tratta di una soluzione integrata basata su PC equipaggiato con l’ambiente di
sviluppo grafico NI LabVIEW e collegato a due moduli di acquisizione dati NI USB 6212 e NI USB 6009. Il primo ha il compito di
pilotare un amplificatore in corrente per il corretto stimolo della fibra muscolare, il secondo è collegato ad un amplificatore di
segnali di Robotronix per l’acquisizione del segnale elettrocardiografico preso in II derivazione. Tale processo è in grado di fornire
impulsi regolabili in ampiezza da +/- 10V ed in durata temporale con un grado di precisione di 4μs. Il segnale cardiaco in II
derivazione è campionato alla frequenza di 1000 campioni al secondo e filtrato con l’utilizzo della libreria di LabVIEW ed i relativi
toolkit.
Autore (i):
G. Monari - ENEA
P. Rossi - OSPEDALE BELCOLLE, VITERBO
S. Bianchi - OSPEDALE SAN GIOVANNI CALIBITA "FATEBENEFRATELLI" ROMA
Lo Strumento Virtuale
L’esecuzione del programma (Figura 2) attiva il VI (Figura 3), che programma l’impulso di stimolazione sia manualmente che in modo programmato, attraverso la selezione di una
tabella che legge i dati da un file di testo trasferendo i parametri alla funzione di stimolo con un semplice click del mouse, per evitare attese che procurano l’allungamento temporale
dell’intervento sul paziente. Lo stimolo, ovvero il generatore impulsivo, viene prodotto con algoritmi matematici sviluppati con la libreria di LabVIEW.
Un volta programmato il nostro stimolo, è possibile chiudere il pannello (Figura 3) che ripropone il pannello di controllo ed acquisizione del sistema (Figura 2).
A questo punto siamo in grado di inviare l’impulso di pace, che aumenta gradualmente il suo valore stabilito dai comandi “step_pace & Increment_pace” mediante il tasto pace.
Ottenuto il sincronismo del cuore del paziente, premendo sul tasto “cattura” si arresta la crescita in tensione dell’impulso di pace e di seguito, mediante il tasto “pack”, si aggiunge lo
stimolo a pacchetti programmato dai comandi “step_pack & Increment_pack” , che gradualmente varia il valore in tensione fino ad ottenere l’effetto desiderato. Ottenuto l’effetto, si
blocca l’aumento di tensione con il tasto “cattura”.
L’effetto procurato viene acquisito per mezzo della libreria NI-DAQmx, monitorato e registrato per essere successivamente processato.
Conclusioni
Il metodo proposto è stato possibile grazie alla flessibilità di programmazione e gestione di LabVIEW che con le timed structures ed i relativi toolkit ci hanno consentito di stimolare le
fibre vagali cardiache con la conseguente riduzione del dromotropismo del nodo atrio ventricolare.
Tale sperimentazione potrà offrire alcuni dati clinici preliminari che potrebbero indurre i costruttori di defibrillatori e Pacemackers ad implementare gli attuali softwares dei devices.
Informazioni sull'autore:
G. Monari
ENEA
[email protected]
1/3
www.ni.com
Stimolo - Acquisizione ECG
Strumento virtuale che controlla lo stimolo e acquisisce il segnale elettrocardiografico
2/3
www.ni.com
Strumento virtuale per la programmazione dell'onda di stimolazione
Informazioni Legali
Questo case study (questo "case study") è stato fornito da un cliente di National Instruments ("NI"). QUESTO CASE STUDY È FORNITO SENZA NESSUN TIPO DI GARANZIA ED È SOGGETTO
AD ALCUNE LIMITAZIONI PIÙ SPECIFICATAMENTE DESCRITTE NEI TERMINI D’USO DI NI.COM
3/3
www.ni.com
