Single Fibre-based Heart Activity Model (SFHAM)

Model elektrycznej pracy serca SFHAM został opublikowany w recenzowanym czasopiśmie medycznym Medical Engineering & Physics

Innowacyjne podejście do analizy EKG

Model SFHAM stanowi podstawę dla zastosowanych w oprogramowaniu SATRO ECG algorytmów, które umożliwiają ocenę aktywności elektrycznej mięśnia sercowego na podstawie cyfrowych zapisów spoczynkowego EKG.

Analiza SATROECG pozwala na obliczenie parametrów chwilowych potencjałów i pobudzeń obszarów lewej komory serca, w tym przegrody między-komorowej (PR) oraz ścian: przedniej (SP), dolnej (SD), bocznej (SB) oraz tylnej (ST).

Uwzględniając przy tym wpływu czynników fizjologicznych oraz patologicznych, co pozwala na wykrycie nawet niewielkich zmian w aktywności elektrycznej mięśnia sercowego. Dodatkowo przyjęte klasyfikatory pozwalają ocenić uzyskane wyniki i określić, czy obserwowane zmiany wynikają z zaburzeń perfuzji mięśnia sercowego - co wykazano w ocenie klinicznej.

Single Fibre-based Heart Activity Model (SFHAM)

The SFHAM model was published in a reviewed medical journal Medical Engineering & Physics.

Innovative approach to ECG analysis

The SFHAM model constitutes a basis for the algorithms used in the SATRO ECG software which enable assessment of the electrical activity of the myocardium on the basis of digital records of resting ECG.

SATROECG analysis allows calculation of instantaneous potentials and beats in the left ventricular areas of the heart, including interventricular septum (IVS) and walls: anterior, inferior, lateral and posterior wall.

At the same time, physiological and pathological factors are considered, which allows detection of even slight changes in the electrical activity of the myocardium. Additionally adopted classifiers make it possible to assess the results and determine if the observed changes result from poor perfusion of the heart muscle, indicated in a clinical evaluation.

layout styles

SATROECG & SFHAM

W modelu poszczególne anatomiczne obszary mięśnia reprezentowane są poprzez wiązki włókien mięśniowych. W trakcie procesu depolaryzacji następuje w nich zmiana gęstości ładunku co objawia się powstałą różnicą potencjału na powierzchni klatki piersiowej – rejestrowaną w EKG.

Na wykresie po lewej stronie przedstawiono wynik analizy SATROECG z wykorzystaniem modelu SFHAM dla 10 chwilowych potencjałów. Odpowiednio potencjał 1 i 2 dla przegrody, 3 i 4 dla ściany przedniej, 5 i 6 dolnej, 7 i 8 bocznej oraz 9 i 10 dla tylnej. Model uwzględnia również zmiany potencjału dla części W – podwsierdziowej, komórek M oraz N – ponadsierdziowej dla każdego z rozpatrywanych obszarów.

layout styles

SATROECG & SFHAM

In this model, particular anatomical areas of the muscle are represented by bundles of muscle fibres. During the process of depolarisation, a variation in electric charge density occurs, which is manifested as a potential change on the chest surface - registered in ECG.

The chart on the left shows the result of SATROECG analysis with the use of SFHAM model for 10 instantaneous potentials. Potential 1 and 2 for the septum, 3 and 4 for the anterior wall, 5 and 6 for the inferior wall, 7 and 8 for the lateral wall, and 9 and 10 for the posterior wall, respectively. The model also takes into account potential fluctuations for part W - subendocardial, M cells, and part N - supercardial for each of the analysed areas.

Analiza EKG z wykorzystaniem SFHAM

Ze względu na nowatorskie podejście do oceny EKG - sposób przeprowadzania analizy uzyskał ochronę patentową na podstawie międzynarodowego patentu w ramach PCT/IB2020/050639, opublikowanego także przez Urząd Patentowy w USA (USPTO).

Przygotowanie danych

Card Image

Zmierzone przy pomocy aparatu EKG krzywe elektrokardiograficzne zostają uśrednione oraz przekształcone do postaci współrzędnych ortogonalnych X, Y oraz Z.

Analiza SATROECG

Card Image

Zaawansowane algorytmy bazujące na modelu SFHAM pozwalają obliczyć funkcje opisujące przebieg fali depolaryzacji w poszczególnych obszarach mięśnia sercowego pacjenta.

Raport z analizy

Card Image

Parametry funkcji zdefiniowanych w SFHAM i obliczonych dla konkretnego pacjenta pozwalają na określenie aktywności elektrycznej.

ECG analysis with the use of SFHAM

Due to a novel approach to the ECG assessment - the method of analysis obtained patent protection on the basis of an international patent as PCT/IB2020/050639, also published by the American Patent Office (USPTO).

ECG Data preparation

Card Image

Electrocardiographic curves measured with an ECG machine are averaged and converted to the form of orthogonal coordinates X, Y and Z.

SATROECG analysis

Card Image

Advanced algorithms based on the SFHAM model enable calculation of functions describing the course of depolarisation wave in particular areas of the patient's myocardium.

Analysis report

Card Image

Parameters of functions defined in SFHAM and calculated for a given patient enable determination of electrical activity.

Walidacja modelu SFHAM

Model w sposób spójny opisuje zależności przestrzenno- czasowe pojawiających się potencjałów podczas depolaryzacji komór serca z uwzględnieniem czynników zarówno patologicznych jak i fizjologicznych.

Rozkład potencjału na powierzchni klatki piersiowej

W celu weryfikacji modelu porównano mapy aktywności elektrycznej na powierzchni klatki piersiowej uzyskane z pomiarów doświadczalnych (D) oraz obliczone teoretycznie (T).

Dane doświadczalne (D) zostały zmierzone poprzez przyklejenie 144 elektrod w równomiernie rozłożonych miejscach z przodu i tyły klatki piersiowej.

Natomiast dane teoretyczne (T) uzyskano na podstawie zapisów 10 kanałowego EKG zmierzonego w spoczynku stosując wzory i zależności zdefiniowane w modelu SFHAM.

Dla danych doświadczalnych i teoretycznych przy pomocy algorytmu SATROECG obliczono chwilowe potencjały, na których podstawie wyznaczono mapy aktywności elektrycznej. Zaznaczono na nich kolorem niebieskim obszary, dla których amplitudy kolejnych potencjałów przyjmowały wartości ujemne oraz czerwonym dodatnie.

Porównując mapy dla 10 chwilowych potencjałów odpowiadających depolaryzacji kolejnych obszarów mięśnia sercowego uzyskano wysoką zgodność w zakresie rozkładu przestrzennego potencjału obliczonego teoretycznie w stosunku do rzeczywistego zmierzonego u pacjenta. Oznacza to, że opisane w modelu zależności czasowo-przestrzenne w sposób spójny opisują proces depolaryzacji komór serca. Wyniki tego doświadczenia przedstawiono w publikacji dot. modelu SFHAM.

SFHAM model validation

The model consistently describes spatio-temporal correlations of the potentials appearing during ventricular depolarisation with regard to both pathological and physiological factors.

Potential distribution on the chest surface

In order to verify the model, a comparison of maps of electrical activity on the chest surface obtained from experimental measurements (D) and theoretical calculations (T) was performed.

Experimental data (D) were measured by attaching 144 electrodes on evenly distributed sites at the front and back of the chest.

Theoretical data (T), on the other hand, were obtained on the basis of 10-channel ECG measured at rest, using formulas and correlations defined in the SFHAM model.

For experimental and theoretical data, instantaneous potential were calculated with SATROECG algorithm, on the basis of which maps of electrical activity were prepared. Areas for which amplitudes of subsequent potentials had negative values are marked blue on the map, while positive values are marked red.

A comparison of maps for 10 instantaneous potentials corresponding to depolarisation of consecutive areas of the myocardium revealed high compatibility regarding spatial distribution of a calculated potential in relation to the real potential measured in the patient. This means that the spatio-temporal correlations described in the model consistently describe the process of ventricular depolarisation. Results of this experiment are presented in a publication concerning the SFHAM model.