EKG till folket

Jörgen Städje
7 år sedan

EKG, den där gröna vågformen som hoppar så oroväckande i alla Hollywoodfilmer, är inte till någon större nytta för den vanlige hjärtpatienten. En svensk uppfinning har istället fått ut datainsamlingen i patienternas vardagsliv, där den behövs, när den behövs.

Hjärtat är en elektrisk maskin och precis som man kan mäta och felsöka vilken annan elektrisk maskin som helst med ett mätinstrument eller oscilloskop, kan man också mäta och felsöka hjärtat. Elektrokardiogram (EKG) betyder ”avskrift av hjärtats elektricitet” på grekiska och med kunskaper om hur vågformen ska se ut när hjärtat är friskt och vid dess olika feltillstånd kan man dra vittgående slutsatser om hjärtats kondition, bara genom att tolka vågformen.

Personer med vanliga hjärtfel, som att hjärtat slår orytmiskt ibland, vill gärna kunna påvisa detta för läkarna, men det går inte med gängse metoder. Arytmin finns sällan hela tiden, pågår ofta inte så länge och det duger inte att komma till doktorn och säga att ”Idag slog hjärtat konstigt, men eftersom det tog två timmar (eller två dagar) att komma till doktorn så har läget hunnit bli normalt igen.” Det kan ingen läkare göra något vettigt av. Läkaren kan i de flesta fall bara titta på EKG:t och säga att ”Det här ser jättebra ut. Vi hittar inget fel.” och han har rätt. Av denna anledning räknas detta som en väldigt svår patientgrupp som är väldigt vårdkrävande.

Traditionellt har EKG tagits i sjukhusmiljö, med patienten på en brits och en stor EKG-apparat med upp till 12 ledare anslutna till patienten på olika ställen. EKG skrivs ut på en pappersremsa som läkaren river av och tar med sig till sitt kontor och tolkar. För att få snabb insats från sjukvården krävs att man har ett behandlingsrum, en person som kan sköta EKG-apparaturen och att de eventuella hjärtstörningarna uppträder där och då och att läkaren som kan tolka EKG råkar vara i tjänst då. I den allmänna åtstramningen inom sjukvården är detta inte alltid möjligt, fast det borde vara det. Det kan ta många år att komma åt ett hjärtfel på det sättet.

Lösning nummer två har varit fjärranalys, då man fäst de tolv elektroderna på patienten och anslutit dem till en bärbar inspelare som patienten fått bära några dagar, i hopp om att man ska kunna fånga hjärtstörningarnas vågform. Problemet med detta är uppenbart när man ska försöka sova med apparaturen på sig.

Nu råkar det vara så att hjärtat i normalfallet har en elektrisk axel som man säger går mellan höger axel och vänster ben. En alldeles utmärkt vågform kan mätas upp med elektroder på varsin sida om denna axel, till exempel i armarna, varför man i princip kan hålla en elektrod i var hand och få en utmärkt vågform. Den duger inte för noggrannare diagnostik, men den är tillräcklig för en inledande undersökning. De övriga elektroderna behövs senare när man ska undersöka hur de elektriska pulserna färdas runt i hjärtat och försöka ta reda på vilken del av hjärtat som slår, inte slår, eller slår felaktigt.

Ny metod från svenskt företag

Det är här svenska Zenicor Medical Systems i Stockholm kommer in med sin handhållna Zenicor EKG-2 som bara kräver 10-20-30 sekunders undersökning, som kan utföras av vem som helst, var som helst och när som helst. Först och främst ska vi göra klart att EKG-2 inte på något sätt är sämre eller ger mätningar av lägre kvalitet än annan klinisk apparatur. Den är avsedd att hjälpa läkare på sjukhus att ställa korrekt diagnos på patienter med hjärtarytmier.

Zenicor har sålt sina apparater till cirka 100 kliniker i Skandinavien, som sedan lånar ut den till patienterna, under normalt fyra veckor.

Men om man behöver spela in hjärtrytmen under ett par dygn för att hitta störningarna, hur kan då Zenicors metod fungera bättre? Hur ska man med några korta 30-sekunders mätningar tagna då och då kunna detektera hjärtproblem som inte kan detekteras med kliniska mätningar på sjukhus?

Problemet med många arytmier och förmaksflimmer är att de är mycket intermittenta, men det fina är att patienten själv känner av dem och kan starta en mätning just när den behövs. Patienten känner dem som att hjärtat ibland slår fortare, hjärtklappning eller slår konstigt, eller att han bara blir trött (på grund av bristen på syresatt blod). Problemen kan uppkomma efter ansträngande gymnastiska övningar. Eller inte. I vilket fall som helst kan patienten när han själv känner att det är något på gång, sätta sig ned med EKG-2 och göra en mätning. Genom kliniska tester har Zenicor och Karolinska Institutet kommit fram till att man hittar cirka tre gånger så många fall när patienten får mäta själv, jämfört med existerande utredningsmetoder.

Sen finns det särskilda sjukdomsfall där förekomsten är mycket intermittent. I ett fall som Zenicor redogjorde för, hade man fått vänta i fem månader på att hjärtflimret skulle visa sig, och man knep det enbart för att patienten hade en EKG-2 med sig. Är förekomsterna ännu mera sällsynta, eller i de fall patienten knappt känner dem (sk tysta episoder), ja då går de inte att detektera, helt enkelt. Men chansen för detektering är ändå väldigt mycket större med EKG-2.

De två fallen

När en episod normalt inträffar, till exempel när man går och lägger sig eller när man idrottar, tar man fram apparaten och gör en mätning. För att även kunna ta tysta episoder uppmanas patienten att även göra mätningar vid regelbundna tider.

Det har visat sig att 90 procent av de som söker, inte har någon bakomliggande sjukdom, utan bara lider av stress eller måste minska sitt intag av kaffe, och kan därmed lugnas och bli av med sin oro och inte nöta på sjukvårdens resurser i fortsättningen. Men de resterande 10 procenten kan behöva behandling. Med den nya metoden kan flera patienter få en bättre och snabbare diagnos.

En nyupptäckt, stor riskgrupp är patienter som får stroke på grund av fel- eller obehandlat förmaksflimmer. Risken ökar med ökande ålder. Är man över 70 år är risken 5-10% att man får denna typ av arytmi. Hjärtats verkningsgrad minskar och det kan bildas klumpar av koagulerat blod, som kan skjutas ut ur hjärtat och gå upp och sätta sig i hjärnan. Varje dag beräknas 16 personer i Sverige få stroke på grund av felbehandlat förmaksflimmer. Flimret känns sällan, eller kopplas inte till sjukdomen.

Det var problemen. Nu till lösningen.

Funktion

Bild: Zenicor

Det kunde inte vara enklare. Man trycker på startknappen och tar tag i apparaten med båda händerna. I samma stund man lägger tummarna på elektroderna startas datainsamlingen automatiskt. Texten på displayen är på svenska, men läkaren kan vid varje utlämningstillfälle bestämma vilket språk som ska visas, via den centrala databasen (smidigt, men det underlättar dessutom exporten).

Displayen visar inga kurvformer utan bara en termometerskala som anger hur långt mätförloppet hunnit. Det var ett medvetet val för att inte oroa patienten i onödan. Att visa en korrekt kurva på displayen hade också krävt en väldig massa processorkapacitet för signalfiltrering i apparaten, vilket man valde bort för att istället förlägga denna på serversidan. Det gjorde man i sin tur för att det skulle vara snabbare att uppdatera filteralgoritmen om det skulle behövas. Allt för många funktioner i handapparaten ökar dessutom starttiderna, eftersom mycket data måste laddas in i minnet. Detta valdes bort tidigt under utvecklingstiden.

På apparatens front finns en liten symbol i form av en EKG-kurva uppbyggd med lysdioder, som rör sig när man utför mätningen, men den visar inte den sanna hjärtfrekvensen utan är bara en indikator på att mätningen fortgår. Den finns där för att patienten ska känna att någonting hjärt-relaterat faktiskt händer, och dessutom i lugn takt.

När mätningen är klar, uppmanas man att trycka på sändknappen och apparaten kopplar via GPRS upp mot Telias Internet och lämnar över sitt data till Zenicors centrala databas. Skulle det inte gå att få kontakt, eller om man befinner sig på ett flygplan, kan apparaten lagra 200 mätningar och lämna över vid ett senare tillfälle. Man behöver inte sända just då, utan kan medvetet spara flera mätningar. Det går att göra flera mätningar efter varandra om det skulle kännas befogat.

GSM/GPRS-nätet är så universellt att man utan vidare kan ha med sig apparaten på en semesterresa till Kanarieöarna och sända därifrån. GSM/GPRS finns även på vissa ställen i USA. Apparaten har Telias SIM-kort och fungerar i alla länder där Telia har roamingavtal.

Webbtjänst ger låga kostnader

Data hamnar i en server som Zenicor tillhandahåller åt sjukvården. Transporten till servern sker inte krypterat, eftersom det är onödigt. Inga patientuppgifter skickas med, utan bara apparatens serienummer, batteristatus mm. Därför duger vanlig HTTP. Det är först i databasen som kurvformerna kopplas till patientuppgifter. Överföringen från servern till sjukvården sker därför krypterat, över HTTPS och läkaren måste identifiera sig med ID och lösenord. Ändå får han inte tillgång till andra än sina ”egna” patienter.

I och med att Zenicor lagrar allt data, behöver de inblandade sjukhusen inte installera något som helst, eller skaffa ny maskinvara, och det är ett tungt säljargument.

Signalfiltrering av EKG är ganska omfattande och sköts i servern, där det finns gott om processkapacitet. Handapparaten levererar tämligen rått data och en central Java-funktion plockar bort alla frekvenser under 0,05 Hz och över 150 Hz, eftersom detta bara är skräp ur EKG-synpunkt. Även likspänningsdrift elimineras. Dessutom har man lagt in notchfilter som tar bort nätbrum på 50 och 60 Hz. Slutligen måste pulserna från muskler i händer och armar filtreras bort. Det är trots detta viktigt att patienterna får lära sig hur de gör en mätning, dvs att sitta lugnt och stilla, för att inte införa artefakter i signalen. Algoritmerna kan dock enkelt ändras centralt.

Kurvformerna och tillhörande patientdata presenteras i en vanlig webbläsare och det är en oerhörd fördel mot en dedikerad klient. Läkaren behöver ingen specialprogramvara (kostar pengar och underhåll) och metoderna att surfa på Internet är kända för alla. Skulle man vilja spara det hela lokalt går det att skriva ut, eller mata ut som PDF.

Webbtillämpningen kan utföra vissa mätningar på vågformen, såsom att räkna ut viktiga tider i vågen (QTc, repolariseringstiden kompenserat för hjärtfrekvensen), räkna ut hjärtfrekvensen (HR) och visa ett värde för hur oregelbunden rytmen är (RRvar). Dessutom finns ett ”skjutmått” som kan användas för att jämföra hjärtslagen med varandra. Systemet kan också utföra dynamiska tidsmätningar av till exempel P-vågen för att underlätta sökandet efter hjärtflimmer. Det är dock viktigt att förstå att tillämpningen inte utför någon diagnos. Knappen ”Ställ diagnos” medger bara att läkaren matar in en egen text.

Inte ett journalsystem

Det är också viktigt att förstå att Zenicors webbsystem är ett datainsamlingssystem och inte är ett journalsystem! Den svenska sjukvårdens olika journalsystem är ett IT-träsk av ofantliga dimensioner som Zenicor inte vill ge sig in i, utan var och en får behandla utdata som denne önskar, läsa in PDF-erna i sjukhusets journalsystem, eller, som det fortfarande fungerar i många fall, skriva ut det hela på papper och scanna in det i systemet.

Schema

Det är det svenska elektronikutvecklingsbolaget Prevas som konstruerat elektroniken i EKG-2 och skrivit programvaran för apparatens mikrocontroller. Det är dock Zenicor som satt samman kravspecifikationen och det bakomliggande webbsystemet, filteralgoritmerna i detta och kopplingen till sjukvården.

Mellan en människas tummar råder en spänning på maximalt 2 millivolt som mäts med en vanlig OP-förstärkare, som matar en A/D-omvandlare med 24 bitars noggrannhet. Mikrocontrollern, en ARM-baserad ST Microelectronics STM32 har visserligen en 12-bitars A/D-omvandlare inbyggd, men man ansåg inte att den noggrannheten räckte till (eftersom insignalen INTE är filtrerad behövs storsignalegenskaperna).

Dessutom finns en patentsökt krets som tar reda på om båda tummarna ligger an mot elektroderna (tumdetektorn) och meddelar processorn detta, som i sin tur väntar 2 sekunder och därefter påbörjar mätningen. Man kan tänka sig olika metoder att göra en sådan mätning med en liten likström, men Zenicor föredrar att inte avslöja metoden vid denna tidpunkt.

Mikrocontrollern har egen förmåga att driva displayen, ta emot tangenttryckningar och driva lysdioder, och lagrar alla mätningar på ett mikroSD-kort.

Radiomodulen är ett GPRS-modem, som är det som drar den mesta strömmen i apparaten, men trots det klarar batterierna 500 sändningar. Modemet sänder på 900- och 1800 MHz-banden.

Normalt används kontaktgel för att minska impedansen mellan elektroderna och patientens hud, särskilt om huden är väldigt torr. Zenicor ville inte använda gel, eftersom det minskar användbarheten. Problemet har i stort sett eliminerats med programvara, men man medger att det finns patienter vars hjärta har ovanlig elektrisk axel eller ovanligt torr hud, som man inte kan mäta på. Det har dock visat sig gälla färre än en procent av individerna. Detta är också årstidsberoende.

Alltihop körs med programvara i C som resulterade i en kompilerad binärfil på 250 kilobyte. Utöver detta finns det en del firmware i modemet.

Apparaten går på tre vanliga penlightbatterier (AA), tre torrbatterier som ger 4,5 volt. Det är tämligen ovanligt att man kör en mobiltelefon på torrbatterier, men det var ett medvetet val för att man ska kunna få tag i batterier var som helst. Apparaten går inte att ladda, eftersom det skulle kunna innebära elfara för patienten. Den är ändå påslagen så sällan att batterierna räcker i ungefär ett år. Mikroprocessorn drar i storleksordningen mikroampere när den är i viloläge, i stil med batteriernas självurladdning. För att klara strömtopparna vid sändning har man satt in en väldigt stor elektrolytkondensator som fungerar som energilager för de korta strömpulserna som sändaren på en watt behöver..

Så tolkas EKG

När hjärtat är avslappnat (mellan slagen) är muskelcellerna polariserade. Det råder en spänningsskillnad över cellmembranet, eller mellan cellens inre och kroppsvätskan utanför om man hellre vill se det så, och det är minus på insidan. Det beror i sin tur på att muskelcellen har pumpat in negativa joner, respektive ut positiva joner, vilket resulterar i sagda spänningsskillnad. Eftersom membranet är isolerande (huvudsakligen bestående av olika fettaktiga ämnen) så blir spänningsskillnaden kvar i cellens vilotillstånd.

Hjärtat har ett eget, autonomt nervsystem kallat retledningssystemet (blått) som inte kan viljestyras. Det kan dock påverkas utifrån av hjärnan vid ökad ansträngning eller stress.

Hjärtat har en egen klockgenerator (1, sinusknutan eller SA) som sitter överst på hjärtat och skjuter av en klockpuls ungefär en gång i sekunden. Den fortplantar sig i ett lokalt nervsystem till hjärtats muskelceller. Hjärtats olika kammare (7, 9) och förmak slår i en bestämd sekvens för att blodet ska gå igenom åt rätt håll. Först når pulsen fram till förmakens muskler. När en muskelcell nås av en sådan puls öppnar den plötsligt cellmembranets portar och det blir villervalla bland jonerna och spänningsskillnaden upphör, så kallad depolarisering. Närvaron av positiva joner inuti cellen får denna att dra ihop sig, den blir i princip kortare och tjockare. Hjärtat slår. Efter ett tag har muskelcellerna hämtat sig, fått ordning på membranet och pumpat ut alla positiva joner igen och övergår i viloläge. Klockpulsen har nu hunnit vidare och aktiverat den andra klockgeneratorn (2, AV-knutan) som sitter ungefär mitt i hjärtat och skickar ut ett nytt pulsregn nedåt genom hisbunten (3) som förgrenas i olika nätverk (4, 5, 6) i kamrarnas muskler och får kamrarna att dra ihop sig.

Depolarisationen av de olika muskelgrupperna kan detekteras på huden på bröstet utanför hjärtat och är i storleksordningen en millivolt. Depolariseringen av kamrarnas muskelceller ger en liten puls först på den välkända kurvan (P-vågen) eftersom muskelmassan är relativt liten. Efter en stund, (PR-sträckan, 50-120 ms) har pulsen nått fram till AV-knutan som fyrar av sina pulser och kamrarnas muskler slår. Detta ger upphov till pulserna Q-R-S (QRS-komplexet, 80-120 ms) som är större, eftersom muskelmassan är större. Slutligen repolariseras muskelcellerna igen, vilket ger upphov till den sista pulsen (T-vågen, 160 ms) och musklerna går till vila. Hela sekvensen tar normalt mellan 350 och 550 ms och upprepas ungefär en gång var 1000:e ms.

Kurvan kan vara deformerad på ett otal sätt som indikerar att musklerna är i olag, slår i fel ordning, för fort eller orytmiskt (arytmier). Hjärtat kan plötsligt hoppa över ett slag (sinuspaus) eller också kan T-vågen slå ned och bli negativ vilket kan vara indikering på en infarkt.

För ett fullständigt EKG använder man 12 elektroder på olika ställen på bröstkorgen, händerna och fötterna, av den anledningen att man vill kunna följa de elektriska pulsernas väg runt hjärtat (nervpulsernas vektorer), och om de inte tar rätt väg eller kanske upphör någonstans vill man kunna veta var. Man ser helt enkelt hjärtat ur flera olika vinklar. De olika elektroderna kan peka ut ungefär var i hjärtat en störning uppstod. Det är inte heller säkert att hjärtats elektriska neutrallinje (den elektriska axeln) går uppifrån och ned i kroppen hos alla individer, varför en mätning med två elektroder inte alltid ger riktiga kurvformer.

Det här var ingalunda någon fullständig kurs. Läs istället detta om EKG: https://en.wikipedia.org/wiki/Electrocardiography

Snabbdata Zenicor EKG-2

Handhållen enhet för EKG-mätningar och överföring till central databas
Mättider: 10, 20, 30 sekunder
Frekvensområde: 0,05 Hz till 150 Hz
Sample rate: 500 sps
Mätningar: Lagrar maximalt 200 mätningar för senare överföring
Elektroder: Försilvrade standardelektroder för flergångsbruk. Lätta att byta.
Språk: Valfritt, anges via den centrala databasen
Radio: GPRS, 1 watt
Standbytid: Ett år
Batterier: 3 st AA penlight, 4,5 volt