CC BY
15
Математика и кибернетика - фундаментальные и прикладные аспекты
-□ □-
Звивист^ть коронарних артерш (КА) -патологiя, яку часто зустрiчають кардю-логи. Однак етiологiя, клнчна значущ^сть коронарног звивистостi, а такожбюмехашч-т чинники маловивчет. Одтею з причин зви-вистостi може бути мехашчна деформащя. Визначено фактори впливу на звивист^ть КА. Розраховано пороговий рiвень продольног видносног деформаци КА. Створено програм-не забезпечення, яке дае можливють розра-ховувати видносш деформаци
Ключовi слова: звивист^ть КА, мехашчш
деформаци КА
□-□
Извитость коронарных артерий (КА) -патология, которую часто встречают кардиологи. Однако этиология, клиническая значимость коронарной извитости, а также биомеханические факторы малоизученные. Одной из причин извитости может быть механическая деформация. Определены факторы влияния на извитость КА. Рассчитан пороговый уровень продольной относительной деформации КА. Создано программное обеспечение, которое дает возможность рассчитывать относительные деформации Ключевые слова: извитость КА, механические деформации КА -□ □-
1. Вступ
Особливостям деформацш штактних артерiаль-них судин, зумовленим скороченнями серця, практично не придшяеться належно! уваги [1]. Проте це явище може ввдгравати важливу роль у формуванш склеротичних бляшок, у пошкодженш або зламi коронарних стенпв та, ймовiрно, бути одшею з причин формування звивистоси коронарних артерш [2]. Останне явище як одна з причин так званого «синдрому Х» [3], наслщком якого е синдром стенокарди, на даний час ретельно вивчаеться.
Довжина звивисто! КА може у 1,5 - 2 рази пере-вищувати довжину зони мiж '!! початком та кшцем, що, навиь не враховуючи додатковий ошр на звивах, пропорцшно збшьшуе '!! загальний ошр [4].
При дослщженш велико! кшькосп коронарогра-фш було встановлено, що звивиси КА орiентованi уздовж напряму найб^ьшо! деформаци мюкарду, що скорочуеться.
Тому виникло питання щодо юлькюно! оцiнки цих деформацiй i !х зв'язку iз формуванням звивiв КА.
Дотепер невирiшеними залишаються питання:
1) чи юнуе зв'язок мiж величиною вщносно! де-формацii КА та формуванням !х звивистостi;
© е.Н. Настенке., Н.О. Матсйчук, е.О. Лебедева, С.В. Сало, 2012
УДК 616.13-089
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ ЗВИВИСТОСТ1 КОРОНАРНИХ АРТЕР1Й
€.А. Настенко
Доктор бiологiчних наук, кандидат техшчних наук,
завiдувач кафедрою* А.О. Матв^йчук Аспiрант, асистент* Контактний тел.: 097-127-23-95 E-mail: [email protected] £.О. Лебедева Лкар^рург** С.В. Сало Завщувач вiддiлення, кардiохiрург вищоТ квалiфiкацiйноí категорп Вiддiлення екстреноí ендоваскулярноí xipyprii з рентген операцтною**
*Кафедра медичноí мбернетики та телемедицини Нацiональний теxнiчний ушверситет Укpаíни "Ки1вський полiтеxнiчний шститут" пр. Перемоги, 37, Кшв, Укpаíна, 03056 **Нацюнальний 1нститут Сеpцево-Сyдинноí Хipypгií
iM. М.М. Амосова вул. Амосова, 6, м. Ки!в, Укpаíна, 252601
2) чи пов'язаш злами коронарних стенпв з циклiч-ною деформацieю скоротливого мюкарду в зош ix роз-ташування (iмплантацii);
3) чи може надмiрна циклiчна деформацiя КА в зош розташування стенту бути причиною ix заростання сполучною тканиною.
На даний час вщсутш ефективш методики обг-рунтування ршень щодо вибору мiж стентуванням i аорто-коронарним шунтуванням (АКШ) i вирiшити цю проблему можна пльки з розробкою нових методiв визначення деформаци коронарних артерш i створе-ням вiдповiдного програмного забезпечення. Системи, що вже юнують, не мютять вказаних функцiональниx можливостей.
Мета: розробка методик ощнки вiдносниx дефор-мацiй для вивчення причин розвитку звивистих КА та для шдтримки прийняття ршень щодо дощльносп постановки коронарних стенпв або аортокоронарного шунтування.
2. Матерiал та методи дослщжень
В дослiдження включено 130 пащенпв, яким пер-винно коронаровентрикулографiя (КВГ) виконува-лась в Н1ССХ iм. М.М. Амосова НАМНУ В залежност
вщ наявносп звивистостi та атеросклеротичного ура-ження КА пацieнти були розпод^еш на 2 групи.
Першу групу склали хворi 3i звивистiстю та ате-росклеротичними ураженнями коронарних судин (в юлькоси щ = 66), яким у подальшому проводилось коронарне шунтування (КШ). До друго! групи увшш-ли пацieнти з атеросклеротичними ураженнями коронарних судин та без ознак ix виражено! звивистоси (в кiлькостi n2 = 64).
Було вдабрано ряд факторiв, яю, ймовiрно, мали найбiльш вагомий вплив на розвиток коронарно! зви-вистосп серед пацieнтiв з коронарним стентуванням (КС) чи КШ в анамнезi в щлому та в кожнш КА зо-крема. У дослщженш було проаналiзовано наступнi групи факторiв ризику розвитку коронарно! звиви-стосп серед хворих з КС чи КШ в анамнезк
• анамнестичш (вiк, стать);
• фактори системного атеросклерозу ^вень за-гального холестерину плазми кровi при первинному обстеженш, стенози ниркових артерiй);
• фактори системного порушення обмiну речовин (зршт, маса тiла, iндекс маси пла (1МТ), ступiнь ожи-рiння, цукровий дiабет другого типу);
• серцево-судинш фактори (тип коронарного кро-вооб^у (лiвий, правий, змiшаний), частота серцевих скорочень (ЧСС), рiвень систолiчного (САТ) та дiа-столiчного (ДАТ) артерiального тиску, артерiальна гiпертензiя (АГ) та шфаркт мiокарда в анамнезi);
• терапевтичш фактори (антигiпертензивна тера-шя (АГ терапiя)).
• Вiдiбранi групи порiвнювались мiж собою.
Статистична обробка матерiалу проводилась з ви-
користанням пакету програм IBM Statistics 20.0.
З метою ощнки впливу яюсних факторiв ризику на виникнення у пащенив звивистостi КА викори-стовувалися критерш Пiрсона та кореляцiя Стрмана (як представлено в табл. 1). З масиву дослщжуваних ознак було ввдбрано ряд факторiв, якi мали найб^ьш вагомий вплив на виникнення коронарно! звивисто-стi серед пацiентiв зi звивистими КА з атеросклеро-тичним ураженням, а також пащенпв з атеросклеротичними ураженнями КА без ознак ix звивистоси прогресування коронарного атеросклерозу серед па-цiентiв з КС чи КШ в анамнезi в щлому та в кожнш КА зокрема.
В групах пащенив зi звивистштю та без звивисто-стi КА та в кожнш КА обох груп для ощнки впливу юльюсних факторiв ризику на виникнення у пащ-енив звивистостi КА частотних характеристик був використаний t-критерш Стьюдента та кореляцiя Спiрмана (в табл. 2).
Таблиця 2
Фактори ризику Коефщент кореляцй Статистична значимють кореляцй, Р
САТ 0,18 0,06
Аналiзуючи коеф^енти кореляцii у групi, в якш порiвнюються незвивистi КА зi склерозом iз звивистими КА зi склерозом найбiльший вплив на звиви-стiсть КА зi склерозом мають ФВ, САТ та терапiя АГ. ФВ е вщносним показником скоротливо! активностi серця та вiдносниx об'емних деформацш.
Але, на жаль, на сьогодшшнш день, меxанiчним деформацiям КА не прид^яеться належно! уваги. Тому було виконано дослщження зв'язку мiж величиною вiдносноi деформацii КА та формуванням ix звивистостi.
У Нащональному iнститутi серцево-судинно! xi-рургп iм. М.М. Амосова були отримаш записи коро-наровентрикулографiй 54 пащенив зi звивистими КА без оргашчних пошкоджень, якi поступили в шститут в 2009 р. Коронаровентрикулографiя проводилась на ангiографiчному комплексi AXIOM (SIEMENS) з контрастною речовиною вiзiпак. На вентрикуло-грамах були представленi шлуночки серця у лiвiй i правш косих проекцiяx, на яких показано змши у часi перерiзу лiвого шлуночка разом з КА (вщносно повздовжньо! осi серця) упродовж повного перюду серцевого скорочення «систола - д1астола».
Для дослiдження зв'язку мiж величиною вiдносноi деформацii КА та формуванням ix звивистосп було розраховано вщносш деформацii КА в межах одного серця - всього 622 д^янки артерш iз 54 сердець. Серед цих д^янок спостертлись 87 незвивистих та 535 звивистих КА.
Шд звивистiстю розумiють конфiгурацiйнi ано-малп КА, звивиста форма яких вiдрiзняеться вiд природно! кривизни дiлянки серця, на якому вона пролягае.
Тобто, шнують xвилеподiбнi вигини КА, при яких довжина КА е б^ьшою, шж вiдстань по поверxнi шлуночка мiж початком i кiнцем розглянуто! дiлянки.
Патологiчною вважали звивистi КА з одним i б^ь-ше вигинами основно! гiлки з кутом мiж дiлянками КА, якi знаходяться по обидвi сторони вигину, 90° i менше i/ або петлеподiбними вигинами, якi виявляють при коронарографп в рiзниx проекцiяx в дiастолу.
На рис. 1 показанi вщносш довжини судин в кiнцi систоли та кшщ дiастоли. Вiдноснi деформацп були розраxованi за формулою:
Таблиця 1
Групи по факторам ризику Незвивист КА з1 склерозом (n=64) Звивист КА з1 склерозом (n=66) Коефщент кореляцй Статистична значимють кореляцй, р OR (95%CI)*
Фактори ризику Розбиття значень фактор1в ризику
Фракщя викиду (ФВ) знижена 29 12 0,285 0,004 1.0 (reference)
норма 31 46 3,6 (1,6-8,1)
вище норми 4 8 4,8 (1,2-19,1)
Тератя АГ не приймав 37 19 0,242 0,002 1.0 (reference)
лшувався 27 45 3,25 (1,56-6,74)
Примижи: *) позначення: OR - вщношення шанав, С1 - 95% дов1рчий ¡нтервал для OR
Т - т
. CiDi AiBi
L
AiBi
де LAiBi - геометрична вiдстань мiж двома характе-ристичними точками в станi систоли;
LciDi - геометрична вiдстань мiж двома характери-стичними точками в сташ диастоли.
Рис. 1. Вщносж довжини судин в станi дiастоли (лiворуч) i систоли (праворуч)
Для знаходження порогового значення ввдносно! деформаци для звивистих та незвивистих КА були побудоваш пстограми частот (рис. 2) знаходження вщносно! деформацii звивистих та незвивистих КА в рiвномiрних штервалах з шириною А=4%.
Рис. 2. Пстограми частот вщносноТ деформаци для звивистих та незвивистих КА
Порогове значення xnop - це значення деформаци для розд^ення отриманих результапв на множини „звивисп КА", „незвивиси КА" з мiнiмальною сумар-ною похибкою.
xnop для визначення присутносп звивистостi КА було розраховане з умови мiнiмiзацiï суми похибок I-го та 11-го родiв, тобто максимiзацiï вiдносного значення коректних результапв Strue :
Strue (xnop ) = F4(Xnop )/N + (N2 - F2(Xnop )) /N2 ^ max ,(1)
де F1(xnop) - ненормована функцiя розподiлення результапв для незвивистих КА,
N1 - юльюсть результатiв з незвивистими КА, F2(xnop) - ненормована функцiя розпод^ення ре-зультатiв для звивистих КА,
N2 - кiлькiсть результатiв зi звивистими КА.
Я' № & tр <?
Вщносна деформащя,°%
Рис. 3. Функци розподiлення для звивистих та незвивистих КА: а — швертована нормована кумулята для звивистих КА (N2 - F2(xnop)), б - нормована кумулята F1(xnop) для незвивистих КА, в — функщя Strue (x), нормована зпдно розрахунку по (1) в дiапазонi 100 — 200%, г — нормована кумулята F2(xnop) для звивистих КА
В результат було розраховано xnop = 10% .
Надмiрна циклiчна деформацiя КА в зош розта-шування стенту може бути причиною '¿х перелому та заростання сполучною тканиною (що е матерiалом для iнших дослщжень).
3. Програмне забезпечення для дослщження звивистосп коронарних артерш
Програма для обробки зображень була написана на мовi графiчного програмування Labview. Для про-ведення дослiджень, необхiдно завантажити два зо-браження коронарограм шлуночкiв серця в систолу та дiастолу в одному iз чотирьох представлених фор-матiв: JPEG, BMP, PNG, DICOM. Для встановлення оптимальноï (для вимог дослщження) якоси зобра-жень можна змшювати ïï яскравiсть i розмiр, а також змiщувати по горизонталi та вертикалi.
Пiсля виводу на екран та налаштування характеристик зображень користувач повинен встановити на кожному зображенш змiнену декартову систему координат, о« якоï мають сшвпадати з поздовжнiм та поперечним розмiрами шлуночка, а центр системи - сшвпадати з центром шлуночка. Перехщ до змще-ноï системи координат здшснюеться за допомогою спецiальних елеменпв iнтерфейсу, для зручностi встановлення координат можливий вивщ на зображення допомiжного елiпса. Осi новоï системи координат та допомiжний елiпс можливо вивести графiчно, як показано на рис. 4.
Змшеш системи координат для двох виведених зображень можуть бути сумщеш по параметрам, або задаш незалежно одна вщ одно! В подальшому всi числовi розрахунки здiйснюються в змiненiй системi координат.
Для розрахунку деформацiï коронарних артерш в кожному з двох вжон програми з зображеннями
Рис. 4. Область штерфейсу користувача для виводу зображень в систолу (справа) i диастолу ^iBa)
мштяться сукупносп курсорiв. Користувач мае вста-новити курсори на мшця зображення, деформащю дiлянок мiж якими необxiдно обчислити. Зокрема, користувач мае встановити курсори на другому зо-браженш на вiдповiднi до курсорiв першого зобра-ження точки.
Пiсля встановлення курсорiв на зображеннях користувач може отримати значення деформацш з'една-них ними вiдрiзкiв.
З використанням штерфейсу користувача можна розрахувати наступш параметри:
1) геометричш вiдстанi LAiBi мiж двома обраними курсорами на першому зображенш (на рис. 4 позначен як точки А,В) та другому зображенш ( LCiDi, на рисунку 3 позначеш як точки C, D);
2) пр°екцИ LaxiBx1 , LAy,Byl , L CxiDxi ' LCyiDyi даних гео-
метричних вiдстаней на осi нових систем координат (з урахування напрямiв вщстаней);
3) вiдноснi деформацii eL1 обраних геометричних вiдстаней, що розраховаш за формулою
L - L
. CiDi AiBi .
4. Висновки
L
а також деформацп eLxi, eLyi проекцiй даних геометричних вщстаней на осi нових систем координат:
L - L
CxiDxi AxiBxi
L - L
CyiDyi AyiByi
"AyiByi
За результатами проведених дослвджень було визна-чено, що найбшьший вплив на звивиспсть КА зi склерозом мають ФВ та терапiя АГ. Визначено, що пороговий рiвень продольно! ввдносно! деформацп - 10%. Дана си-туацiя спостерiгаeться при прогресуваннi гшертрофп шлуночкiв серця, причинами яко! можуть бути артерь альна гiпертензiя, деяю вродженi пороки серця.
На основi отриманих даних коронароангiографii розроблено просте у використанш програмне забез-печення, яке дозволяе розрахувати:
- геометричш вщсташ мiж двома обраними курсорами при систолi та при дiастолi;
- кути нахилу КА;
- вщносш деформацп обраних геометричних вщ-станей;
- деформацп проекцiй даних геометричних вщста-ней на о« нових систем координат.
Область застосування розробленого програмного забезпечення може бути розширена для визначення деформацп незвивистих КА i використання для тд-тримки прийняття рiшень щодо вибору тактики опера-цп, оскiльки дуже велик деформацii в стентуючих КА можуть призводити до перелому стента i до оклюзш в зонах його постановки.
Тому своечасне встановлення за допомогою розробленого програмного забезпечення ввдносно! деформацп КА за даними коронароангiографiй ^ в залежностi вiд отриманих даних, подальше коронарне стентування або аорто-коронарне шунтування, дозволить знизити частоту перелому стента, тдвищити виживаемiсть, полш-шити якiсть життя хворих з iшемiчною хворобою серця.
L
Лiтература
1. Zegers E.S., Meursing B.T.J., Zegers E.B., Oude Ophuis A.J.M. Coronary tortuosity: a long and winding road // Neth. Heart. J. - 2007. - Vol. 15. - P. 191-195.
2. Del Corso L, Moruzzo D, Conte B, Agelli M, Romanelli AM, Pastine F, et al. Tortuosity, kinking, and coiling of the carotid artery: expression of atherosclerosis or aging? // Angiology. - 1998. - Vol. 49. P. 361-371.
3. Crea F., Lanza G.A. Angina pectoris and normal coronary arteries: cardiac syndrome X // Heart. - 2004. - Vol. 90. - P. 457-463.
4. Кнышов Г.В., Настенко Е.А., Максименко В.Б. и др. Методика определения истинной длины извитых сосудов. Щор1чник на-укових праць Асощацй серцево-судинних к1рурпв Украши, 2011. - Вип. 19. - С. 208-212.
Abstract
Tortuosity of coronary arteries (CA) is pathology famous to cardiologists and visible during coronary angiography. However, etiology, clinical significance of coronary tortuosity and biomechanical factors are little-studied and rarely discussed in the literature [1]. One of the reasons of CA tortuosity may be their mechanical deformation. Modern researches give almost no attention to this issue.
The influence on the tortuosity of the CA was determined, using statistical methods of analysis. The threshold level of engineering strain of CA was calculated.
The article concerns the aspects of the software creation that makes it possible to calculate the strains of the coronary arteries. The method can be used to study not only the mechanisms of formation of CA tortuosity, but also for decision-making as to the appropriateness and safety of coronary stent insertion
Keywords: tortuosity of CA, mechanical deformation of CA
-□ □-
Обгрунтовано значущ^сть транспортного затору, як фактора, що впливае по^з-ному на функщональний стан водив рiзних темпераментiв.
Представлено результати дослиджень факторiв, що впливають на функщональний стан водiя-холерика i водiя-флегматика в транспортному заторi у виглядi характери-стичних графив
Ключовi слова: транспортний затор, фактор, функщональний стан, темперамент,
характеристичний графш
□-□
Обоснована значимость транспортного затора, как фактора, влияющего по-разному на функциональное состояние водителей разных темпераментов.
Представлены результаты исследований факторов, влияющих на функциональное состояние водителя-холерика и водителя-флегматика в транспортном заторе в виде характеристических графиков
Ключевые слова: транспортный затор, фактор, функциональное состояние, темперамент, характеристический график -□ □-
УДК 656.13+612.81
ФАКТОРНЫЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТРАНСПОРТНОГО ЗАТОРА НА СОСТОЯНИЕ ВОДИТЕЛЕЙ РАЗНЫХ ТЕМПЕРАМЕНТОВ
Н.У. Гюлев
Кандидат технических наук, доцент* Контактный тел.: (057) 716-93-70 E-mail: [email protected] В. К. Доля
Доктор технических наук, профессор, заведующий
кафедрой* Контактный тел.: (057) 707-32-61 *Кафедра транспортных систем и логистики Национальная академия городского хозяйства ул. Революции, 12, г. Харьков, Украина, 61002
1. Введение
Более чем в 70% случаях, сбои и отказы в системе «водитель - автомобиль - дорога- среда» происходят по вине водителя [1]. Поэтому при организации дорожного движения особое внимание должно быть уделено водителю и изменению его функционального состояния.
2. Постановка проблемы
Транспортные заторы на перекрестках в периоды «пик» значительно увеличивают время передвижения
©
и снижают скорость движения транспорта. Пребывание в транспортных заторах отрицательно сказывается на психофизиологическом состоянии водителя, вызывая ухудшение его функционального состояния и ряда психических свойств [1-4].
Отрицательное воздействие транспортных заторов заключается также в ухудшении экологической обстановки города вследствие выброса токсических веществ, содержащихся в отработавших газах автомобилей, в атмосферу [5].
На изменение состояния водителя влияют его индивидуально-типологические свойства или темперамент.
Это свидетельствует о важности проведения исследований по оценке влияния факторов транспортного
