Сравнение энергетической эффективности дефибрилляционных импульсов на базе гипотезы гарантированной дефибрилляции
Аннотация
Целью данного исследования является сравнение на основе гипотезы гарантированной дефибрилляции энергетической эффективности биполярного трапецеидального импульса с фиксированной длительностью фронта и среза с основными типами дефибрилляционных импульсов: классической трапецеидальной (truncated exponential) со спадом вершины 50%, прямоугольной и полусинусоидальной. Результаты компьютерного моделирования на базе гипотезы гарантированной дефибрилляции показали, что дефибрилляционные импульсы энергетически эффективны (имеют низкие значения пороговой энергии дефибрилляции) в достаточно узком диапазоне значений длительности фаз, за пределами которого наблюдается быстрый рост пороговой энергии. По энергетической эффективности трапецеидальный импульс с пологими фронтом и срезом очень близок к полусинусоидальному, и при этом он имеет более широкий диапазон энергетически эффективных длительностей. Существенно более высокую минимальную пороговую энергию гарантированной дефибрилляции имеют прямоугольный и классический трапецеидальный со спадом вершины 0,5 импульсы, при этом классический трапецеидальный импульс имеет более равномерную характеристику в области энергетически эффективных длительностей. Из полученных результатов можно предположить, что максимальную длительность фаз дефибрилляционного импульса следует ограничивать значением не более 9 мс. При этом номинальная выделенная энергия на сопротивлении нагрузки 175 Ом должна составлять не менее 140 Дж. Возможность увеличения длительности импульса без значимого падения его энергетической эффективности позволит обеспечить выделение большей энергии у больных с высоким сопротивлением грудной клетки и, соответственно, большую вероятность проведения успешной дефибрилляции. Указанное выше увеличит также вероятность проведения успешной дефибрилляции у больных при ошибках наложения дефибрилляционных электродов или использовании сухих многоразовых дефибрилляционных электродов.
Горбунов Б.Б., Востриков В.А., Нестеренко И.В., Телышев Д.В. Сравнение энергетической эффективности дефибрилляционных импульсов на базе гипотезы гарантированной дефибрилляции. Ural Radio Engineering Journal. 2021;5(4):353–368. DOI: 10.15826/urej.2021.5.4.002.
Ключевые слова
Полный текст:
Untitled (English)Литература
Gorbunov B. B., Vostrikov V. A., Galyastov A. A., Nesterenko I. V., Telyshev D. V., Denisov M. V. Guaranteed defibrillation on a cardiomyocyte model. In: 2020 Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). IEEE; 2020, pp. 0058–0061. DOI: 10.1109/USBEREIT48449.2020.9117701
Gorbunov B. B., Vostrikov V. A., Nesterenko I. V., Telyshev D. V. Comparative modeling of biphasic defibrillation pulses: quasi-sinusoidal and trapezoidal with sloping rise and fall. Biomedical Engineering. 2020;54(1):60–64. DOI: 10.1007/s10527-020-09974-6
Cheremnykh V. A., Yuzefovich A. V. Electrical impulse therapy for life-threatening tachyarrhythmias. What you need to know when using the DFR-2-UOMZ defibrillator. Intensivnaya terapiya. 2005;(1):51–54. (In Russ.)
Gorbunov B. B., Gusev A. N., Kurikov S. F., Selishchev S. V., Starshinov N. N., Khlebnikov Yu. B., Cheremnykh V. A. Bipolar signal shaping device. RU patent No. 2218659. Published on 2003.12.10. (In Russ.)
Gorbunov B. B., Vostrikov V. A., Nesterenko I. V., Selishchev S. V., Telyshev D. V. Evaluation of the influence of the rise and fall times of a monophasic trapezoidal defibrillation pulse on its energy efficiency using the ten Tusscher–Panfilov cardiomyocyte model. Biomedical Engineering. 2020;54(4):270-274. DOI: 10.1007/s10527-020-10020-8
Vostrikov V. A., Bogushevich M. S. Influence of the amplitude of the 2nd phase of a biphasic sinusoidal pulse on the efficiency of external defibrillation of the ventricles of the heart. Byulleten’ eksperimental’noy biologii i meditsiny. 2000;129(Suppl. 2):40–41. (In Russ.)
Hess E. P., Agarwa D., Myers L. A., Atkinson E. J., White R. D. Performance of a rectilinear biphasic waveform in defibrillation of presenting and recurrent ventricular fibrillation: a prospective multicenter study. Resuscitation. 2011;82(6):685–689. DOI: 10.1016/j. resuscitation.2011.02.008
Venin I. V., Gurvich N. L., Liberzon A. P., Tabak V. Ya., Tsukerman B. M., Sherman A. M. DI-03 and DKI-01 defibrillators. Novosti meditsinskogo priborostroyeniya. 1973;(3):48–53. (In Russ.)
Vostrikov V. A., Syrkin A. L., Kholin P. V., Razumov K. V. Inhospital ventricular defibrillation: the effectiveness of the biphasic sinusoidal pulse. Kardiologiya. 2003;43(12):51–58. (In Russ.)
Gorbunov B. B. Evaluation of the effect of chopping modulation of a defibrillation pulse on its energy efficiency based on the hypothesis of guaranteed defibrillation. Biomedical Engineering. 2021;55(3):199–203. DOI: 10.1007/s10527-021-10101-2
ten Tusscher K. H., Panfilov A. V. Alternans and spiral breakup in a human ventricular tissue model. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 2006;291(3):H1088–H1100. DOI: 10.1152/ajpheart.00109.2006
Antonioletti M., Biktashev V. N., Jackson A., Kharche S. R., Stary T., Biktasheva I. V. BeatBox – HPC Simulation Environment for Biophysically and Anatomically Realistic Cardiac Electrophysiology. PLoS One. 2017;12(5):e0172292. DOI: 10.1371/journal.pone.0172292
Gorbunov B. B. Study of the impact of rectangular current pulses on the ten Tusscher-Panfilov model of human ventricular myocyte. Journal of Biomedical Science and Engineering. 2017;10(7):355–366.
Gorbunov B. B., Vostrikov V. A., Nesterenko I. V., Telyshev D. V. Comparison of the energy efficiency of defibrillation pulses based on the hypothesis of guaranteed defibrillation: Supplementary resources. Available at: https://www.researchgate.net/publication/354734445 (Accessed: 21.09.2021)
Gorbunov B. B. A study of the myocardium cell membrane using the Luo-Rudy model. Biomedical Engineering. 2012;46(3):117–119. DOI: 10.1007/s10527-012-9282-9
Cansell A. Wirksamkeit und Sicherheit der Impulskurvenformen bei transthorakaler Defibrillation. Notfall & Rettungsmedizin. 1998;1(6):372–380. DOI:10.1007/s100490050087
Lopin M. L., Ayati S. Electrotherapy circuit having controlled current discharge based on patient-dependent electrical parameter. US Patent No 6096063. Published 1.08.2000.
Krasteva V., Matveev M., Mudrov N., Prokopova R. Transthoracic impedance study with large self-adhesive electrodes. Bioautomation. 2006;(4)57–68.
Li Y., Quan W., Freeman G., Tang W. Abstract 118: Distribution of transthoracic impedance measured in pre-hospital sudden cardiac arrest. Circulation. 2010;122(suppl_21):A118.
Razumov K. V., Vostrikov V. A., Kholin P. V. Method for optimization of electropulse therapy of life-threatening arrhythmias in patients with coronary heart disease. Anesteziologiya i reanimatologiya. 2003;(6):45–47.