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Die Entwicklung der Kardiographen: von Räumen mit Salzbädern bis zu iPhone-Hüllen

Herz-Kreislauf-Erkrankungen nehmen seit der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts den ersten Platz in der Liste der Hauptbedrohungen für die Menschheit ein. Wir haben uns entschlossen, den Evolutionspfad von Kardiogrammgeräten in Betracht zu ziehen - Zugänglichkeit und einfache Diagnose spielen eine entscheidende Rolle im Kampf um die Gesundheit von Menschen auf der ganzen Welt. Die Entwicklung der Elektrokardiographen im 20. und 21. Jahrhundert: a) Cambridge Scientific Instrument Company, 1910–1911; b) Sanborn Cardiette Model 51, 1939; c) EK1T-03M, 1976; d) Contec ECG80A, 2012





Gesundheitsökonomie


Gesundheit und Sicherheit gehören zu den Grundbedürfnissen. Gesundheit ist unsere wichtigste Ressource. Wir investieren es zusammen mit unserer Arbeit und unseren Fähigkeiten. Natürlich möchte ich den Zustand dieser Ressource kennen und verstehen, welche Art von Rendite ihre Verschwendung bringt.

Heutzutage beginnen viele zu verstehen, dass Sie Ihre Gesundheit regelmäßig tun müssen. Die Wiederherstellung mit unserem Niveau an „freien“ Medikamenten kostet riesige Mittel der gleichen Nerven, dh Gesundheitsrückstände. Dies wird in Industrieländern als Wirtschaft oder "Industrie" der Gesundheit verstanden. Während der russische Staat eine ungesunde Person als Gegenstand der Aufmerksamkeit betrachtet und die Prävention von Krankheiten auf die Erhöhung der Verbrauchsteuern auf Tabak und Alkohol reduziert wird, müssen wir uns selbst mit dem Einkommen und dem Verbrauch dieser Ressource befassen.

Ärzte und Geräte


Also die Fakten. Die Hauptressource des menschlichen Körpers ist das Herz. Heute sind die Sterblichkeitsraten aufgrund von Herz-Kreislauf-Erkrankungen in Russland bedrohlich . In Europa sieht es insgesamt nicht viel besser aus . Wir können das neue Verhaltensmodell das bekannte Wort „Prävention“ nennen. Das Wesen davon wird sich nicht ändern. Es gibt zwei Möglichkeiten: regelmäßige Arztbesuche, ärztliche Untersuchung (dh Diagnose auf professionellem Gerät) und Selbstdiagnose mit einem modernen Kompaktgerät.



Die erste Option ist mit offensichtlichen Kosten (Zeit, Geld) verbunden, führt jedoch zu einem Ergebnis, das durch die Professionalität des Arztes und das Niveau der Ausrüstung sichergestellt wird. Die zweite Option ist ein kommerzielles tragbares Instrument zur Überwachung von Vitalfunktionen und Gesundheit. In den letzten zehn Jahren hat sich dieser Markt aktiv entwickelt, aber bis jetzt wird rund um die sogenannten tragbaren Geräte über ihren praktischen Wert diskutiert.

Wenn wir uns für die Wirtschaft unserer Gesundheit engagieren, brauchen wir ein garantiertes, genaues Ergebnis mit einem Minimum an Kosten. Gibt es professionelle Selbstdiagnosegeräte auf dem Markt? Ein Beispiel für die Massenverteilung von tragbaren Blutdruckmessgeräten für Drucktests bejaht diese Frage.

In Erinnerung an eine Generation hat sich das Tonometer aus einem massiven Carbolit-Federmäppchen mit Quecksilberanzeige, einer Gummibirnenpumpe und einem Phonendoskop zu einem kompakten automatischen Gerät mit integriertem Speicher und Datenanalysefunktion entwickelt. Ihre Genauigkeit reicht für die Erstdiagnose aus.

Was passiert in der Elektrokardiographie? Es stellt sich heraus, dass auch die Fortschritte in dieser Richtung beeindruckend sind. Ein moderner Smartphone-kompatibler Herzfrequenzmesser liefert Daten zur klinischen Qualität. Aber um zu verstehen, wie das funktioniert, müssen Sie sich der Geschichte zuwenden.

Die Entwicklung der Kardiographen


Kardiologie ist eine relativ junge Wissenschaft. Bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts war die Infektion der Hauptfeind der Menschheit. Wenn die Messmethode und das erste Gerät zur Blutdruckmessung Mitte des 18. Jahrhunderts vom englischen Priester Stephen Hales erfunden wurden, musste man mit der Kardiographie einige Jahrhunderte warten.

Die ersten Statistiken über Herz-Kreislauf-Erkrankungen wurden in den USA mit Beginn der Arbeit der American Heart Association im Jahr 1924 veröffentlicht. Das Interesse an dem Problem hat einen klaren historischen und territorialen Bezug. In den 1920er Jahren erlebte Nordamerika einen Boom bei der Herstellung von Erfrischungsgetränken. Der Zuckerkonsum stieg von 10-15 auf 100 Pfund pro Person und Jahr (heute 150 Pfund). Der Massenkonsum von Margarine und gehärteten pflanzlichen Fetten begann. Bis zu dem Zeitpunkt, als Cholesterin und Zucker (zusammen mit Tabak) als die wichtigsten "Bösewichte" anerkannt wurden, blieb weniger als ein halbes Jahrhundert übrig.

Die Elektrokardiographietechnik, die als Grundlage für alle Kardiographen diente, wurde vor mehr als einem Jahrhundert vom Nobelpreisträger für Physiologie und Medizin V. Einthoven implementiert. Sein Prinzip lautet wie folgt: Die Arbeit des Herzmuskels erzeugt elektrische Felder, wodurch sich galvanische Ströme entlang der Oberfläche des menschlichen Körpers ausbreiten, die das Gerät registriert. Dieses grundlegende Verfahren wird immer noch erfolgreich zur Diagnose der Herzfunktion eingesetzt.

Der erste serielle Kardiograph erschien 1911. Was war dieser Vorfahr der Kardiographen der Cambridge Scientific Instrument Company? In Größe und Gewicht konkurrierte er mit einer Fräsmaschine. Die Aufzeichnung wurde durch einen optischen Projektionsrekorder auf lichtempfindlichem Papier (Band) durchgeführt. Die Elektroden für die drei Standardleitungen waren mit Kochsalzlösung gefüllte Bäder.



Kardiographen entwickelten sich in zwei Richtungen: Erhöhung der Genauigkeit der Ablesung, einfache Fixierung und Größenreduzierung, Portabilität.

1942 schlugen Golderberg und Wilson vor, dem Kardiographen drei weitere Ableitungen hinzuzufügen - unipolar und verstärkt. Diese Ableitungen werden verwendet, wenn Standardverbindungen für die Diagnose nicht ausreichen. Ein ähnliches Design wird bei EKG-Geräten weiterhin verwendet.

In den 1950er Jahren war der Kardiograph mit einem Röhrenverstärker, einem kompakten Rekorder auf Rollenpapier mit einem Tintenstift und entfernten Patchelektroden ausgestattet. Das Gerät wurde tragbar, aber sein Gewicht erreichte immer noch zehn Kilogramm.



Ein tragbarer Kardiomonitor der Allen Electric Equipment Company, der in den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts verkauft wurde.

1959 entwickelte der amerikanische Ingenieur N. Halter ein tragbares Kardiographendesign. Der Mechanismus wurde in einem kleinen Koffer mit einem Gewicht von bis zu 2 kg verpackt. Die Aufzeichnung der Messwerte des Geräts konnte nicht in der Arztpraxis durchgeführt werden, sondern dort, wo sich der Patient selbst zu diesem Zeitpunkt befindet. So begann die Ära der tragbaren Kardiographen.



Holter Monitor, 1959

Die Verwendung von Halbleiterkomponenten trug 1960-1970 zur Verwirklichung dieser Idee bei. Der Kardiograph ist zu einem wirklich tragbaren Gerät geworden. Seine Größe und sein Gewicht entsprechen dem Papiervolumen der Enzyklopädie. Das Gerät erhielt Batteriestrom, und sein Widerstand gegen externe Faktoren und seine Zuverlässigkeit nahmen so stark zu, dass Tura Heyerdahls Satellit, Arzt und Reisender Yuri Senkevich wiederholt einen inländischen Elektrokardiographen auf einer Expedition mitnahm und ihm eine hohe Bewertung gab. Es war das revolutionäre Einkanalmodell EK1T-03M von 1976, das später auch den Nordpol besuchte.



Tragbarer Kardiograph EK1T-03M

Moderne Kardiographen


In den letzten Jahrzehnten haben sich die Abmessungen von Kardiographen erheblich verringert, die Geräte sind mehrkanalig und für Patienten sicherer geworden. Sie waren mit automatischen Kardiogramm-Analysefunktionen, kompakten Thermodruckern und Schnittstellen für den Datenaustausch mit Computern ausgestattet. Die Idee blieb jedoch dieselbe: Das Gerät verwendete einen Satz Drähte mit Körperelektroden zur galvanischen Registrierung der Potentialdifferenz.

In der Welt der Kardiographen gibt es professionelle medizinische Geräte und Vorrichtungen für die primäre vormedizinische Diagnose. Letzteres kann in Form von speziellen Einwegaufklebern erfolgen, die im Herzen angebracht sind, oder in Form von Flash-Laufwerken mit USB-Anschluss oder Armbändern mit drahtlosen Sensoren, Beschleunigungsmessern, die auf Herzschläge reagieren. Das heißt, alles, was sich auf die Kategorie der tragbaren Geräte bezieht.

Für alle Kardiographen gibt es ein Problem. Wechselstrom von der Hautoberfläche enthält viel Rauschen. Das Gerät kann den nicht normalisierten „Beitrag“ von Muskeln, Gefäßen, Hautleitung, statischer Elektrizität, Polarisation von Elektroden, der Zusammensetzung physiologischer Elektrolyte usw. anzeigen. Bei professionellen Geräten wird die Aufgabe der Zeitersparnis und der genauen Diagnose durch die Verwendung von Mehrkanal-Kardiographen gelöst. Bei tragbaren Geräten kann das Problem des "Rauschens" jedoch gelöst werden.

Sie können die "Vermittler" durch direkte Messung des variablen elektrischen Feldes des Herzens loswerden. Die Idee ist über 20 Jahre alt. Am einfachsten ist es, den Antenneneffekt an den hochohmigen Eingängen von Operationsverstärkern zu verwenden. Die praktische Umsetzung war jedoch bis vor kurzem aufgrund des Fehlens einer geeigneten Hardwarelösung nicht möglich.

Was benötigt wurde, war ein industrieller Kompaktsensor, der in Amplitude und Frequenzband mit Biopotentialen abgestimmt war, ein elektrisches Wechselfeld in Form eines Strom- oder Spannungssignals reproduzieren und eine effektive galvanische Trennung des Patienten und des Aufzeichnungsgeräts gewährleisten konnte.

Seit 2012 produziert das britische Unternehmen Plessey Semiconductors solche empfindlichen Elemente. Abhängig vom Zweck der Diagnose und den Anwendungsbedingungen unterscheiden sich die Sensoren in Bezug auf Stromverbrauch, Bandbreite und Verstärkung. Ein EPIC-Sensor erkennt Änderungen in einem elektrischen Feld, genau wie ein Magnetometer Änderungen in einem Magnetfeld erkennt. Im Allgemeinen erfordert EPIC keinen physischen Kontakt mit dem Körper, um elektrisches Potential zu erfassen.



Epischer Sensor

Ärzte und Hersteller medizinischer Geräte haben die Neuheit geschätzt. Es sind bereits mehrere serielle Kardiographen mit EPIC-Sensoren erschienen. In Russland wurde bereits die erste inländische Vollzyklusentwicklung auf Basis dieser Technologie in Produktion genommen. Darüber unten.

IPhone-Ära: Kardiograph in der Tasche


In der wissenschaftlichen Gemeinschaft sind tragbare Innovatoren und medizinische Diagnosegeräte verdächtig. Jeder erinnert sich an die jüngste Geschichte mit Theranos , die Milliarden von Dollar für eine revolutionäre Lösung für selbsttestende Blutuntersuchungen gesammelt hat. Es stellte sich heraus, dass das Unternehmen tatsächlich keine eigene Ausrüstung hat, und von 120 ursprünglich angekündigten Analysen wurde nur eine für mehrere Jahre zertifiziert (für Herpes). "Geheime Entwicklung" wurde wissenschaftlich nicht bestätigt, und die Qualität der Analysen war den traditionellen unterlegen.

Ähnliche Beispiele für „medizinische Geräte“ schädigen den Ruf verantwortungsbewusster Hersteller mit eigener Forschungsbasis. Zum Beispiel CardioQVARKliefert diagnostische Qualitätsdaten. Es ist durch eine Reihe internationaler Patente und staatlicher Registrierungszertifikate geschützt. Laut den Machern des Projekts wird das Gerät derzeit getestet, um ein Registrierungszertifikat für ein Medizinprodukt zu erhalten.

CardioQVARK sieht aus wie eine 58 g iPhone-Hülle mit zwei EPIC-Sensoren an der Außenseite, einem Standard-Apple Lightning-Anschluss an der Innenseite zum Anschließen an ein Telefon und einem MicroUSB-Anschluss zum Anschließen an ein externes Gerät. Das EKG wird gemäß Standardleitung I darin aufgezeichnet. Für das Verfahren reicht es aus, die Finger auf die Elektroden zu legen und die entsprechende Anwendung auf dem Smartphone-Bildschirm auszuführen.



Aufnahme eines Kardiogramms mit einem mobilen Kardiographen

Bei Sensoren spielt im Gegensatz zu klassischen Metallelektroden die Kontaktkraft (Druckgrad) keine Rolle. Die Qualität des Ergebnisses gewährleistet die Vollständigkeit und Gleichmäßigkeit des überlappenden Fingersensors.



CardioQVARK-Karte, Bildquelle: Firmengeheimnis

. 20 Sekunden reichen aus, um die vollständigen Informationen zu lesen. Danach werden diese Daten auf dem Smartphone-Bildschirm angezeigt und, wenn eine Verbindung zum Netzwerk besteht, an die "Cloud" gesendet. Der Arzt erhält über die Anwendung auch einen gezielten Zugriff auf das EKG des Patienten, das in einer einzigen Datenbank gespeichert ist, und überwacht Änderungen der Indikatoren in Echtzeit. Dank speziell entwickelter Datenverarbeitungsalgorithmen kann ein Arzt die Dynamik verschiedener Indikatoren leicht erkennen und einen Patienten rechtzeitig auf das Vorhandensein von Pathologien und Verschlechterungen aufmerksam machen.

Es gibt andere mobile Kardiographen - zum Beispiel entwickelt sich das AliveCor- Projekt in den USA aktiv weiter , das bereits ein Zertifikat der US-amerikanischen Food and Drug Administration erhalten hat, was sehr schwierig ist:

Bild

Beide Projekte wurden bereits in der Presse und bei Geektimes behandelt . In historischer und technologischer Hinsicht befinden sich solche Geräte derzeit auf dem Höhepunkt der Evolution.

Sie sind der nächste Schritt in der Entwicklung der Medizintechnik, die breite Möglichkeiten für die Fernüberwachung des Gesundheitszustands, die Diagnose des Zustands und die betriebliche vorbeugende Überwachung des menschlichen Herz-Kreislauf-Systems eröffnet. Die Einfachheit und Geschwindigkeit der Verwendung sowie die modernen technologischen Entwicklungen, die dem gesamten System zugrunde liegen, ermöglichen es, dass solche Geräte zu einem der Grundelemente für die Schaffung eines nationalen Herzüberwachungssystems für mHealth werden.

Source: https://habr.com/ru/post/de397665/

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