Sydämen magneettikenttä: Ei-invasiivinen eteisvärinän kartoitus ja mittauksen herkkyyden ja erotuskyvyn malliperusteinen tarkastelu

Atrial fibrillation (AF) is the most common arrhythmia of the heart and a major burden to health care. The prevalence of AF (2%) is increasing with ageing population. Different physiological mechanisms underlying AF as well as increasing options for its treatment call for advancement in diagnostics. One approach is through measurement of the electromagnetic field that the electrochemical activity of the heart gives rise to. In magnetocardiography (MCG), the cardiomagnetic field is measured outside the thorax and analyzed. In this Thesis, I have studied and developed multichannel MCG mapping in order to characterize the cardiac function and AF. The cardiomagnetic field was studied using non-invasive MCG mappings of healthy subjects and AF patients as well as with computer simulations. To identify and characterize MCG signal features related to AF, the atrial activity was assessed using MCG recorded during both the sinus rhythm and arrhythmia. During the sinus rhythm, the MCG map pattern was shown to depend on the interatrial conduction pathway (CP) as determined by invasive electrophysiological study; an MCG method was developed to assess the CP non-invasively. In another study, MCG map types associated with different CPs were found to occur in different proportions in patients and in healthy subjects. In addition, a technique for assessing the temporal evolution of the MCG map during ongoing arrhythmia was introduced. The technique brought up recurrent spatiotemporal MCG map patterns with abrupt changes and substantial interpatient differences. The techniques developed provide new means for non-invasive characterization of atrial activity and may also be clinically useful. In the modelling part of this work, spatial properties of MCG, electrocardiography (ECG), and combined MCG+ECG were studied in terms of signal generation characteristics and source-estimation performance. These were assessed by amplitudes of simulated signal topographies and characteristics of point-spread functions for sources all around the heart. The results showed that the relative signal amplitude depends not only on the location and orientation of the source but also on the measurement modality, and that this amplitude profile is also reflected to the source estimates. The simulations illustrate the complementary information pro-vided by electro- and magnetocardiography. For optimal sensitivity and resolution, MCG and ECG should be combined.Eteisvärinä (EV) on yleisin sydämen rytmihäiriö ja se kuormittaa terveydenhuoltoa merkittävästi. Eteisvärinän esiintyvyys (2%) kasvaa jatkuvasti väestön keski-iän nousun myötä. EV:n monimuotoisten syntymekanismien ymmärtämiseksi ja taudin hoitovaihtoehtojen lisääntyessä tarvitaan uusia diagnostisia menetelmiä. Yksi lähestymistapa on sydämen sähkökemiallisen toiminnan aiheuttaman sähkömagneettisen kentän mittaaminen ja tutkiminen. Magnetokardiografiassa (MKG) mitataan sydämen toiminnan aiheuttamaa magneettikenttää kehon ulkopuolelta poti-laaseen kajoamatta. Tässä väitöskirjassa olen tutkinut ja kehittänyt monikanavaista MKG-kartoitusmittausta sydämen toiminnan ja EV:n kuvaamiseksi. Sydämen magneettikenttää tutkittiin terveiden koehenkilöiden ja EV-potilaiden MKG-kartoitus-mittausten sekä tietokonesimulaatioiden avulla. EV:ään liittyvien MKG-signaalipiirteiden tunnistamiseksi ja kuvailemiseksi eteistoimintaa tutkittiin sekä normaalin sinus-rytmin että rytmihäiriön aikaisista MKG-mittauksista. Sinus-rytmin aikana MKG-kartan muodon näytettiin riippuvan eteisten välisen aktivaation johtumisreitistä, jonka eri vaihtoehdot ja yhdistelmät määritettiin invasiivisten elektrofysiologisten mittausten avulla; työssä kehitettiin MKG-menetelmä johtumisreitin määrittämiseksi potilaaseen kajoamatta. Menetelmää sovellettiin laajemmassa mittaus-aineistossa, ja eri johtumisreitteihin liitettyjen MKG-karttatyyppien esiintyvyydessä havaittiin ero potilaiden ja terveiden välillä. Lisäksi esiteltiin menetelmä MKG-kartan aikakäytöksen kuvailemiseksi EV:n aikana. Tällä menetelmä havaittiin toistuvia MKG-karttapiirteitä, niiden äkillisiä muutoksia sekä näiden molempien selviä eroja potilaiden välillä. Kehitetyt menetelmät tarjoavat uusia tapoja tutkia ja kuvailla sydämen eteisten sähköistä toimintaa potilaaseen kajoamatta ja niistä voi olla myös kliinistä hyötyä. Tämän työn mallinnusosassa tutkittiin monikanavaisen MKG:n, elektrokardiografian (EKG) sekä yhdistetyn MKG+EKG:n spatiaalisia ominaisuuksia signaalin synnyn sekä signaalin synnyttävien lähteiden estimoinnin kannalta. Näitä arvioitiin mallintamalla joka puolelle sydäntä asetettujen lähteiden signaalitopografioiden amplitudeja sekä lähde-estimoinnin pisteenleviämisfunktion piirteitä. Tulokset osoittivat, että suhteellinen signaalinvoimakkuus riippuu lähteen paikan ja orientaation lisäksi mittausmenetelmästä, ja myös lähde-estimaatit riippuvat tästä herkkyys-jakaumasta. Mallinnukset havainnollistavat elektro- ja magnetokardiografian antamaa toinen toistaan täydentävää tietoa. MKG:n ja EKG:n tarjoama tieto tulisi yhdistää optimaalisen mittausherkkyyden ja lähteiden erotuskyvyn saavuttamiseksi

Eteisaktivaation magnetokardiografiakartoitusten spatiaalisia ja temporaalisia analyysimenetelmiä

Atrial fibrillation (AF) is the most common arrhythmia of the heart requiring hospitalization. AF is not generally fatal, but it heavily increases the risk of thrombi (blood cloth). Symptoms of AF have been reported to significantly reduce the quality of life. Several cardiovascular diseases expose to AF. However, approximately quarter of the patients (lone AF) have no cardiac or other underlying disease. In this thesis, methods were studied and created to examine the human atria using especially magnetocardiography (MCG). The work is a part of a research line that includes also the MCG measurements at the BioMag laboratory located at the Helsinki University Central Hospital. The subject matter of the thesis is three-fold: The software for MCG-measurements was modified, and different noise suppression methods were presented. Especially two noise-model based adaptive filters were compared. The filters may be used to suppress the power-line interference in bio magnetic recordings. A method for multichannel time alignment based on pattern recognition was developed utilizing correlations between waveforms. The method can be used to time align the atrial and ventricular waves independently in bio magnetic recordings. The accuracy of the method was found to be good. Magnetic multipole expansion was used to interpolate the MCG mappings for visualisation and gradient analysis. Previously used to analyse the ventricular activation, the gradient analysis of the MCG mappings was applied to study and parameterize the atrial activation. Through the gradient analysis it is also possible to create so-called pseudo-current map that describes the current induced by the heart in the human body. During this work it was also found that it is quite common that the atrial waves present two or even three different morphologies in the mappings of both patients and healthy volunteers. Changes in the signal morphology suggest different conduction pathways in the atria. In addition, it seems feasible to separate the healthy volunteers from the patients suffering from lone AF on the grounds of the direction of the pseudo-current during the latter part of the atrial activation.Sydämen eteisvärinä (EV) on yleisin sairaalahoitoa vaativa rytmihäiriö. EV ei yleensä johda kuolemaan, mutta se lisää voimakkaasti tromboembolisaatioiden (veritulppa) riskiä. Taudin aiheuttamat oireet sekä sairauden tuntemukset laskevat elämän laatua selvästi. Monien sydän- ja verisuonisairauksien on havaittu altistavan eteisvärinälle. Kuitenkaan neljänneksellä potilaista ei todeta EV:n lisäksi muuta sydänsairautta tai altistavaa syytä (idiopaattinen EV). Tässä työssä tutkittiin ja kehitettiin menetelmiä sydämen eteisten toiminnan tutkimiseksi erityisesti magnetokardiogrammin (MKG) avulla. Työ on osa eteisvärinäalttiuden arviointiin keskittyvää hanketta, johon kuuluvat myös MKG-mittaukset Helsingin Yliopistollisessa Keskussairaalassa sijaitsevassa BioMag-laboratoriossa. Työn aihepiiri jakautuu kolmeen osa-alueeseen: Työssä muokattiin MKG-mittausohjelmistoa sekä esiteltiin käytössä olevia ja käyttöön tulevia häiriönpoistomenetelmiä. Erityisesti verrattiin kahta häiriömalliin perustuvaa suodinta, joita voidaan käyttää biosähkömagneettisissa mittauksissa toisinaan esiintyvien verkkovirtahäiriöiden vähentämiseen. Aaltomuotojen korrelaation avulla luotiin hahmontunnistukseen perustuva monikanavainen sydänsignaalin aaltomuotojen ajoitusmenetelmä, jolla voidaan ajoittaa kammiokompleksien lisäksi myös eteisaallot toisistaan riippumatta. Menetelmän ajoitustarkkuuden havaittiin olevan hyvä. Työssä käytettiin magneettista muitipolikehitelmää MKG-kartoitusten interpoloimisessa visualisointia sekä gradienttianalyysia varten. Aiemmin kammioaktivaation tutkimiseen käytettyä MKG-kartoituksen gradienttianalyysia sovellettiin eteisaaltojen parametrisoinnissa. Gradienttianalyysin avulla voidaan tuottaa myös nk. pseudovirtakartta, joka kuvaa sydämen toiminnan aiheuttamaa virtaa kehossa. Työn aikana havaittiin, että eteisaaltojen morfologia vaihtelee sekä potilailla että terveillä kahden tai jopa kolmen muodon välillä ilman liukumaa. Morfologiamuutokset viittaavat aktivaation johtumisreittien muuttumiseen. Lisäksi eteisaallon loppuosan pseudovirran suunnan perusteella näyttää olevan mahdollista erotella terveet ja idiopaattisesta, lisälyöntilähtöisestä EV:stä kärsivät potilaat

TYYPIN 2 DIABETESTA ENNALTAEHKÄISEVÄ INTERVENTIO

Toiminnallisen opinnäytetyön tarkoituksena oli suunnitella ja toteuttaa 2.-4.-luokkalaisille terveyttä edistävä ruokailutottumuksiin painottuva interventio. Tavoitteena oli, että lapset saavat uusia ideoita terveellisiin ruokailutottumuksiin ja voivat hyödyntää interventiota omassa ruokavaliossaan. Lisäksi opinnäytetyöntekijöiden tavoitteena oli syventää tietoutta tyypin 2 diabeteksesta ja sen ennaltaehkäisemisestä. Aiheena tyypin 2 diabetes on sairaanhoitajalle ajankohtainen. Kansansairautena diabetes on osa sairaanhoitajan päivittäistä työskentelyä. Tyypin 2 diabetes on suomalaisten kansansairaus, johon sairastuvien määrä kasvaa yhä. Aikaisemmin sen on ajateltu olevan vain aikuisten sairaus, mutta nykyään sitä todetaan yhä useammin myös lapsilla. Sairauden riskitekijöinä ovat muun muassa lihavuus, vähäinen liikunta ja epäterveellinen ruokavalio. Tyypin 2 diabetes on vahvasti perinnöllinen sairaus. Jos molemmilla vanhemmista on tyypin 2 diabetes lapsella on 70 % sairastumisriski. Ennaltaehkäisy on tärkeää aloittaa varhaisessa vaiheessa, koska sen avulla voidaan vaikuttaa sairauden riskitekijöihin. Opinnäytetyössä painotettiin ennaltaehkäisevää näkökulmaa, koska kohderyhmänä olivat lapset. Interventio toteutettiin ohjaustilanteena, ja siinä painotettiin terveellisiä ruokailutottumuksia. Tuotoksena opinnäytetyössä oli puuhavihko lapsille, joka jäi koululle vapaaseen käyttöön. Vihko koostui tietoiskuista, resepteistä ja tehtävistä. Tuotoksen tarkoituksena oli, että lapset oppivat mielenkiintoisella tavalla terveellisistä elämän-tavoista. Jatkoprojektina ehdotetaan ruutuaikaan painottuvaa interventiota.The aim of this functional thesis was to create and accomplish intervention that promotes healthy eating habits for 2-4 graders. The goal was to inform children about healthy eating habits and that they could use this intervention in their own everyday diet. Furthermore the aim was also to strengthen authors knowledge about type 2 diabetes and its prevention, since type 2 diabetes is very timely subject for nurses. As a widespread disease in Finland, diabetes is a part of nurses’ everyday job. Type 2 diabetes is very common disease in Finland and the number of sick people continues to grow. Previously it has been thought to be only adults’ disease but nowadays it is diagnosed more and more in children as well. Risk factors for the disease are obesity, physical inactivity and unhealthy diet. The disease is a strongly inheritable disorder, for example if both of the parents are type 2 diabetics the risk for the child to inherit it is 70%. It is important to start the prevention already at early stage in order to minimize the risk factors. In this thesis the prevention was highlighted, since the target group was children. Intervention was implemented as a guided situation, where the highlight was healthy eating habits. Output of the thesis was activity booklet for the students, which was left at the school for kids to use freely. The booklet contained fact sheets, recipes and tasks. The goal for the booklet was to let kids learn in an interesting way about healthy living. Follow-up project is proposed to provide a screen that focuses on an intervention