CC BY
32
ЛИТЕРАТУРА
1. Вахидов В.В., Хаджибаев А.М. Выбор способа реконструктивных корригирующих операций при постгастроре-зекционных и постваготомических синдромах. - Ташкент: Анналы, изд-во Ибы Сины, 1994. - Т. 1. - С.18-24.
2. Жигаев Г.Ф., Цыбель Б.Н. Актуальные вопросы дуоденального стаза. - Иркутск, 1997. - 153 с.
3. Исаев Г.Б. Роль Helicobacter pylori в клинике язвенной болезни // Хирургия. - 2004. - №4. - С.64-68.
4. Милюков В.Е., Сапин М.Р. Динамика процессов репарации в области кишечной раны при формировании различных видов энтероэнтероанастомоза // Хирургия. - 2004. - №4. - С.34-39.
5. Реут А.А., Лях Г.П., Неретина С.В. и др. Helicobacter pylori в этиологии и патогенезе гастрита и язвенной болезни // Сибирский медицинский журнал (Иркутск). - 1998. - Т. 15. №4. - С.5-12.
6. Сеидов В.Д., Ручкин В.И., Андамов Б.А. и др. Результаты резекции желудка по Бильрот-II с компрессионным гастро-энтероанастомозом // Хирургия. - 1999. - №4. - С.29-33.
7. Сергиенко В.И., Бондарева И.Б. Математическая статистика в клинических исследованиях. - М., 2006. - 253 с.
8. Ширинов З.Т., Курбанов Ф.С., Домрачев С.А. Повторные операции после ваготомии при язвенной болезни двенадцатиперстной кишки // Хирургия. - 2005. - №2. - С.34-37.
REFERENCES
1. Vahidov V.V., Hadzhibaev A.M. Choose how corrective reconstructive operations in postgastrorezektsionnyh and postvagotomicheskih syndromes. - Tashkent: Annals, publ Iby Sina, 1994. - Vol. 1. - P. 18-24. (in Russian)
2. Zigajevs G.F., Tsybel B.N. Topical issues of duodenal stasis. - Irkutsk, 1997, 153 p. (in Russian)
3. Isaev G.B. The role of Helicobacter pylori in peptic ulcer clinic // Khirurgia. - 2004. - №4. - P.64-68. (in Russian)
4. Miliukov V.E., Sapin M.R. Dynamics of repair processes in intestinal wounds in the formation of different types of enteroenteroanastomosis // Khirurgia. - 2004. - №4. - P.34-39. (in Russian)
5. Reut A.A., Lach G.P., Neretina S.V., et al. Helicobacter pylori in gastritis's and peptic ulcer etiologyand pathogenesis // Sibirskij Medicinskij Zurnal (Irkutsk). - 1998. - Vol. 15. №4. - P.5-12. (in Russian)
6. Seidov V.D., Ruchkin V.I., Andean B.A., et al. The results of gastrectomy Billroth-II with compressiongastroenteroanastomosis // Khirurgia. - 1999. - №4. - P.29-33. (in Russian)
7. Sergienko V.I., Bondareva I.B. Mathematical statistics in clinical studies. - Moscow, 2006. - 253 p. (in Russian)
8. Shirinov Z.T., Kurbanov F.S., Domrachev S.A. Repeated operations after vagotomy with duodenal ulcer // Khirurgia. -2005. - №2. - P.34-37. (in Russian)
Информация об авторах:
Жигаев Геннадий Федорович - профессор кафедры госпитальной хирургии, заслуженный деятель науки РФ, профессор, д.м.н.; Кривигина Елена Владимировна - ассистент кафедры последипломного образования, к.м.н.,
e-mail: evkrivigina@mail.ru.
Information About of the Authors:
Zigajev Gennady F. - Honored Scientist of Russia, Professor, MD, PhD, DSc, Professor, Department of Hospital Surgery; Krivigina Elena - MD, PhD, Assistant of the Department of Postgraduate Education, email: evkrivigina@mail.ru
© САВЛУК A.B., ТРУБАЧЕВА A.B., АНИЩЕНКО В.В., ДОЛГИХ В.Т., ЗЛЫГОСТЕВ И.Н., МИНИН И.В., МИНИН О.В. - 2015 УДК 61:577.3+616-092+615.47:616-072.7+616-089+617.5
методика оценки электрического сигнала поджелудочной железы
в эксперименте
Андрей Васильевич Савлук1, Алла Васильевна Трубачева2, Владимир Владимирович Анищенко2, Владимир Терентьевич Долгих3, Игорь Николаевич Злыгостев1, Игорь Владиленович Минин4,
Олег Владиленович Минин4
('Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, директор - акад. РАН М.И. Эпов; 2Новосибирский государственный медицинский университет, ректор - д.м.н., проф. И.О. Маринкин; 3Омский государственный медицинский университет, ректор - д.м.н., проф. А.И. Новиков; 4Сибирская государственная геодезическая академия, ректор - д.т.н., проф. А.П. Карпик)
Резюме. Эксперименты проведены на 23 мини-свиньях, наркотизированных внутривенным введением пропо-фола, у которых моделировали панкреонекроз введением в ткань поджелудочной железы трипсина в дозе 20 мг/ кг массы тела. Осуществляли регистрацию электрических сигналов поджелудочной железы в норме и в условиях развивающегося экспериментального панкреонекроза на авторском программно-аппаратном комплексе «ИП ИНГГ-16/ШВ». Для визуализации, регистрации и первичной обработки экспериментальных данных использовали модернизированный пакет программного обеспечения «АЦП-Медик». Установлено, что при повреждении поджелудочной железы выявляются изменения следующих параметров электрического сигнала с поджелудочной железы: количество пиков за время 1, средняя амплитуда пиков сигнала, максимальная амплитуда сигнала и абсолютная площадь сигнала с линейной аппроксимацией тренда. На основании полученных данных разработана методика оценки сигналов поджелудочной железы в норме и при развитии некротического панкреатита.
Ключевые слова: панкреонекроз, регистрация и интерпретация электрической активности поджелудочной железы.
TECHNOLOGY OF pANCREAS ELECTRICAL SIGNAL EvALUATION IN EXpERIMENTAL
pANCREATONECROSIS
A.V. Savluk1, A.V. Trubacheva2, V.V. Anishchenko2, V.T. Dolgikh3, I.N. Zligostev1,1.V. Minin4, O.V. Minin4 ('Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS; 2Novosibirsk State Medical University; 3Omsk State Medical University; 4Siberian State Academy of Geodesy, Russia)
Summary. The experiments were conducted with 23 mini-pigs anesthetized by intravenous injection of propofol. To
simulate pancreatonecrosis, we injected trypsin in a dose of 20 mg/kg of body weight into pancreatic tissue. We registered pancreas electrical signals in nopm and in developing experimental pancreatonecrosis with a uniquely designed «IP INGG-16/USB» hardware and software system. We used a modified «ADC-Medic» software package for visualization, registration and primary processing of experimental data. It has been found that in a damage of pancreas the following parameters of pancreas electrical signal change: a number of peaks during time t, an average signal pulse amplitude, a maximum signal amplitude and an absolute signal area with linear trend approximation. Based on the data obtained we developed a technology to evaluate pancreas signal in norm and in developing pancreatonecrosis.
Key words: pancreatonecrosis, registration and interpretation of pancreas electrical activity.
В последнее десятилетие наблюдается бурное развитие микроэлектроники и средств вычислительной техники, что позволяет, с одной стороны, исключить инструментальные искажения, а с другой - применять методы цифровой обработки сигналов, реализация которых была ранее невозможна [2]. В ранних экспериментах при моделировании панкреонекроза разработана методика регистрации, оценки электрического сигнала поджелудочной железы и базовый алгоритм расчета сигнала: установлено, что показатель СКА/с (сумма квадрата амплитуды в секунду) значимо отражает изменения электрической активности поджелудочной железы каждые 10 мин. [1,3,4,5].
Цель исследования: разработать в эксперименте методику оценки электрических сигналов поджелудочной железы при синхронной многоканальной регистрации с использованием 16-канального программно-аппаратного комплекса «ИП ИНГГ-16/ШВ».
Материалы и методы
Эксперименты проведены на 23 мини-свиньях под пропофоловым наркозом на спонтанном дыхании с соблюдением правил Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации (Гонконг, 1989), «Правилам проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу Минздрава СССР от 12.08.1977 г. №755) и разрешения этического комитета Новосибирского государственного медицинского университета (протокол №42 от 15.03.2012 г.). Панкреонекроз моделировали введением в ткань железы трипсина из расчета 20 мг/кг массы животного. На 5 животных регистрировался сигнал без повреждения до 7 часов, и до повреждения регистрировался исходный сигнал в течение 30-40 мин. в каждом эксперименте (сигнал нормы). После повреждения сигнал в каждом эксперименте регистрировался в течение 6-7 час., общее время регистрации после повреждения составила 96 час.
Под общим обезболиванием на спонтанном дыхании в зависимости от размеров железы устанавливалось 5-6 электродов. Электроды подшивали к ткани поджелудочной железы для исключения их смещения миграции во время регистрации сигнала.
В 10 экспериментах применяли одиночные электроды. В последующих 12 экспериментах были использованы групповые электроды.
Для синхронного измерения и регистрации электрических сигналов поджелудочной железы применён созданный авторами 16-канальный программно-аппаратный комплекс «ИП ИНГГ-16/ШВ». Для регистрации, визуализации и первичной обработки полученных экспериментальных данных использовали модернизированный пакет специального программного обеспечения «АЦП-Медик».
Возможности программы «АЦП-Медик»:
1. Размер файла зарегистрированной информации практически неограничен (при 6 часовом эксперименте составляет около 1,5 Гб).
2. Одновременная визуализация зарегистрированной информации по 16 каналам (в том числе и визуализация в реальном масштабе времени).
3. Сравнение 16 каналов в одном окне.
4. Использование линейных операций (сложение и вычитание) между различными каналами с визуализа-
цией результатов операции позволяет оперативно изменять топологию измерительной цепи (выделять интересующую область измерения электрических сигналов на поджелудочной железе).
5. Выполнение спектрального анализа данных с возможностью выбора размера временного окна.
6. Графическое и текстовое представление вычисленных параметров.
7. Возможность экспорта первичных данных, а также вычисленных параметров и результатов спектрального анализа в программы «Ехсе1», «MatLab», «STATISTICA 6», «BIOSTAT 2008» для проведения последующей обработки.
При обработке экспериментальных данных вычисляли следующие параметры зарегистрированных сигналов:
Min - минимальное значение амплитуды сигнала (мкВ);
Max - максимальное значение амплитуды сигнала (мкВ);
Squer - площадь пика сигнала (мкВ).
Average - среднее значение амплитуды сигнала (мкВ);
Trend - тангенс угла наклона аппроксимирующей прямой сигнала;
Error - стандартное отклонение от аппроксимирующей прямой сигнала (мкВ);
Max_Lin - максимальное отрицательное отклонение от аппроксимирующей прямой сигнала (мкВ);
Min Lin - максимальное положительное отклонение от аппроксимирующей прямой сигнала (мкВ);
- среднее абсолютное отклонение от аппроксимирующей прямой сигнала;
Err_Spl - среднее абсолютное отклонение от аппроксимирующего кубического сплайна сигнала;
Power_Spl = - Yspiy
где Yspl - аппроксимирующий кубический сплайн сигнала - абсолютная мощность сигнала с аппроксимацией тренда кубическим сплайном;
где Yl - линейная аппроксимация сигнала - абсолютная площадь сигнала с линейной аппроксимацией тренда;
N - количество пиков сигнала за время t.
Average peak = ~ Z'iMn I
где A -амплитуда пика и N - их количество за время t - средняя амплитуда пиков сигнала; Max(\A - максимальная амплитуда сигнала за время t. n
Первичную автоматическую обработку сигнала проводили в авторской программе «АЦП-Медик».
Статистическую обработку данных проводили при помощи статистических программ STATlSTICA 6, BIOSTAT 2008. Полученные данные электрических колебаний при нормальном распределении записывали при помощи среднего и стандартного отклонения, при асимметричном распределении (ненормальном) при помощи медианы, 25 и 75 процентилей. Процентили 5 и 95 применяли для статистической обработки электрического сигнала поджелудочной железы, для определения границ нормы расчетных показателей сигнала и для выявления артефактов. Для определения различий в сравнении с нормой использовали дисперсионный анализ и его непараметрические аналоги (критерий Манна-Уитни) при ненормальном распределении данных. Нормальность распределения определяли критериями: Колмогорова-Смирнова/Лиллифорса, Шапиро-Уилка, Д'Агостино. Корреляционную связь определяли коэффициентом Пирсона или Спирмена.
Результаты и обсуждение
Установлено, что во всех экспериментах при повреждении поджелудочной железы отмечались изменения следующих параметров сигнала: количество пиков за время t, средняя амплитуда пиков сигнала, максимальная амплитуда сигнала и абсолютная площадь сигнала с линейной аппроксимацией тренда. Таким образом, были установлены основные электродиагностические критерии повреждения поджелудочной железы.
При проведении спектрального анализа экспериментальных данных («Excel», «MatLab») выявлено, что в норме в спектре сигналов поджелудочной железы всегда присутствует частота ~0,03 Гц, поэтому было выбрано временное окно 600 с (10 мин.), что обеспечивает статистическую значимость (имеется 20 периодов низшей частоты). Временное окно выбрано и с учетом данных о периодичности секреции основных гормонов поджелудочной железы в 8-12 мин. На основании анализа полученных данных разработана методика проведения оценки сигналов поджелудочной железы в норме и при развитии панкреонекроза для оценка информационных свойств сигналов в «скользящем» временном окне.
Рисунок 1 отражает показатель Abs. Squer за каждые 10 мин. синхронной регистрации по 16 измерительным каналам.
Статистически значимы различия электрической активности на поверхности и в глубине неповрежденной поджелудочной железы по следующим показателям сигнала: количество пиков за время t (N), средняя амплитуда пиков сигнала (Average peak), максимальная амплитуда [Max(|A_n|)], абсолютная площадь сигнала с линейной аппроксимацией тренда (Abs. Squer). Другие показатели оказались малоинформативными для элек-
тродиагностики повреждения поджелудочной железы и исключены из первичной автоматической обработки сигнала.
В таблице 1 приведены рассчитанные границы нор-
Таблица 1
Электрическая активность интактной поджелудочной железы (Ме [5-95 процентили])
Показатель На поверхности железы В глубине железы Критерий Манна- Уитни
Abs. Squer, мкВ/с 651 (101-4394) 2239 (353-12795) р=0,000
N 690 (386-1229) 900 (551-1510) р=0,000
Average peak, мкВ 303 (106-1431) 1104 (206-3629) р=0,000
Max(|A_n|), мкВ 2389 (578-19274) 12507 (1219-49302) р=0,000
мативных значений следующих показателей: количество пиков за время t (N), средняя амплитуда пиков сигнала (Average peak), максимальная амплитуда [Max(|A_n|)], абсолютная площадь сигнала с линейной аппроксимацией тренда (Abs. Squer), как 5 и 95 процентили на поверхности и глубине железы в 10 минутных фрагментах по разработанной методике оценки сигнала.
Исследование линейной связи средней амплитуды и относительного количества пиков в сигналах нормы на глубине и поверхности железы показало её отсутствие (r = -0,216, при р=0,0237 - на поверхности и r = -0,0131 при р=0,9049 - на глубине, критерий Пирсона). Таким образом, эти показатели являются равнозначными (независимыми) критериями для электродиагностики функционирования поджелудочной железы в норме.
Ранее нами
Таблица 2 Частота изменения параметров электрического сигнала при панкреонекрозе
Показатель I II III IV V
Abs. Squer^^/с 78 40 13 12 13
N 78 28 20 6 24
Average peak, мкВ 78 16 22 20 20
Max(|A_n|), мкВ 78 0 24 17 37
были рассчитаны 5 и 95 процентили значений ряда показателей сигналов. При повреждении и развитии панкреонекроза были обнаружены продолжительные (более 30 мин.) изменения параметров сигналов в 12 экспериментах при повреждении поджелудочной железы с новой (стандартной) конструкцией
электродов при синхронной регистрации сигнала по 5-12 каналам. Этими показателями являются: количество пиков за время 1 (Ы), средняя амплитуда пиков сигнала
Примечания: I - количество измерений;
II - количество измерений с длительным снижением показателя менее 5 процентиля;
III - количество измерений с длительным возрастанием показателя выше 95 процентиля; IV - количество измерений с кратковременным изменением показателя выше 95 и ниже 5 процентиля; V - количество измерений показателя при повреждении в пределах 5-95 процентиля.
Рис. 1. Показатель Abs. Squer за каждые 10 минут синхронной регистрации по 16 измерительным каналам
(опыт 22, регистрация сигнал в норме).
(Average peak), максимальная амплитуда [Max(|A_n|)], абсолютная площадь сигнала с линейной аппроксимацией тренда (Abs. Squer). Определена частота изменений этих параметров при повреждении (табл. 2).
панкреонекроза. В таблице 3 показана частота изменений показателей сигналов при повреждении в проведенных 12 экспериментах при моделировании некроза. Использование электродов на поверхности и в глубине позволяет детально характеризовать распростра-Таблица 3 нённость и глубину поражения поджелудочной же-Показатели электрического сигнала на поверхности и в глубине лезы. железы при ее повреждении
Показатель Количество Кол-во изменений Кол-во изменений
изменении на поверхности на глубине
Abs. Squer, мкВ/с 65 25 (38,46%) 40 (61,54%)
N 54 31 (57,4%) 23 (42,6%)
Average peak, мкВ 58 33 (56,9%) 25 (43,1%)
Max(|A_n|), мкВ 41 24 (58,53%) 17 (41,47%)
Таким образом, нами выбраны основные параметры сигналов, изменяющиеся при повреждении, и заложены основы методики оценки сигнала поджелудочной железы в норме и при повреждении.
Экспериментально установлено, что при повреждении поджелудочной железы сигнал с её поверхности и с глубины может значительно отличаться, и чаще всего изменения сигнала отмечены с ее поверхности, что связываем с более частым формированием некроза на поверхности железы, при сохранении неповреждённой ткани железы на глубине органа. Различия изменений сигнала на поверхности и глубине указывают на топику поражения поджелудочной железы при моделировании
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Прозрачность исследования. Исследователи несут полную ответственность за предоставление окончательной версии рукописи в печать.
Декларация о финансовых и иных взаимодействиях. Все авторы принимали участие в разработке концепции и дизайна исследования и в написании рукописи. Окончательная версия рукописи была одобрена всеми авторами. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 14-04-01349А
Работа поступила в редакцию: 25.01.2015 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Анищенко В.В., Трубачева А.В., Морозов В.В. и др. Биопотенциал поджелудочной железы в норме и при развитии панкреонекроза // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: биология, клиническая медицина. - 2012. - Т. 10. №3. - С.156-161.
2. Зайченко К.В., Жаринов О.О., Кулин А.Н. и др. Съем и обработка биоэлектрических сигналов: Учебное пособие. -СПб.: ГУАП, 2001. - 140 с.
3. Трубачева А.В., Анищенко В.В., Долгих В.Т. и др. Изменение электрической активности поджелудочной желе-
зы при различных по механизму повреждениях // Сибирский медицинский журнал (Иркутск). - 2012. - №5. - С.55-59.
4. Трубачева, А.В. Анищенко В.В., Долгих В.Т. и др. Электрография поджелудочной железы // Вестник Уральской медицинской академической науки. - 2010. - Т. 2. №30. -С.76-79.
5. Трубачева, А.В., Анищенко В.В., Долгих В.Т. и др. Регистрации электрической активности поджелудочной железы при различных способах повреждения // Актуальные вопросы хирургии. - Омск, 2010. - С.77-78.
REFERENCES
1. Anishchenko V.V., Trubacheva A.V., Morozov V.V., et al. Biopotential of the pancreas is normal in the development of pancreatic necrosis // Vestnik of the Novosibirsk State University. Seria: biology, klinicheskay medithsina. - 2012. - Vol. 10. №3. -P156-161. (in Russian)
2. Zaychenko K.V., Zharinov O.O., Kulin A.N., et al. Measurement and processing of bioelectric signals. Textbook. -SUAI, 2001. - 140 p. (in Russian)
3. Trubacheva A.V., Anishchenko V.V., Dolgikh V.T., et al. Changing the electric activity of a pancreas in different
mechanisms of damage // Sibirskij medicinskij zurnal (Irkutsk).
- 2012. - № 5. - P55-59. (in Russian)
4. Trubacheva A.V., Anishchenko V.V., Dolgikh V.T., et al. Electrophotography pancreas // Vestnik ural'skoi meditsinskoi akademicheskoi nauki - 2010. - Vol. 2. №30. - P.76-79. (in Russian)
5. Trubacheva A.V., Anishchenko V.V., Dolgikh V.T., et al. Registration of the electrical activity of the pancreas with different methods of damage // Actual problems of surgery. - Omsk, 2010.
- P.77-78. (in Russian)
Информация об авторах:
Савлук Андрей Васильевич - ведущий программист, e-mail: savlukav@ipgg.sbras.ru; Трубачева Алла Васильевна - к.м.н., ассистент кафедры общей хирургии, e-mail: trubacheva2008@mail.ru; Анищенко Владимир Владимирович - д.м.н., профессор, заведующий кафедрой хирургии постдипломного образования, e-mail: avv111@yandex.ru; Долгих Владимир Терентьевич - д.м.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ, заведующий кафедрой патофизиологии с курсом клинической патофизиологии, e-mail: prof_dolgih@mail.ru; Злыгостев Игорь Николаевич - старший научный сотрудник, заведующий группой, e-mail: zligostevin@ipgg.sbras.ru; Минин Игорь Владиленович - д.т.н., профессор, эксперт IASTED, член международного общества SPIE, e-mail: prof.minin@gmail.com; Минин Олег Владиленович -д.т.н., профессор, эксперт IASTED, член международного общества SPIE, заведующий кафедрой метрологии и технологии оптического производства, e-mail: oleg.minin@ngs.ru.
Information About of the Authors:
Savluk Andrei Vasilyevich - principle programmer, e-mail: savlukav@ipgg.sbras.ru; Trubacheva Alla Vasilyebna - MD, PhD, assistant Department of general surgery, e-mail: trubacheva008@mail.ru; Anishchenko Vladimir Vladimirovich - PhD, MD, DSc, Professor, head of surgery Department, e-mail: avv111@yandex.ru; Dolgikh Vladimir Terentyevich - PhD, MD, DSc, Professor, honored scientist of the Russian Federation, head of Department of pathophisiology with course clinical pathophysiology, e-mail: prof_dolgih@mail.ru; Zlygostev Igor Nikolaevich - senior research scientist, head of a team, e-mail: zligostevin@ipgg.sbras.ru; Minin Igor Vladilenovich - PhD, DSc, Professor, IASTED expert, member of SPIE international society, e-mail: prof.minin@gmail.com; Minin Oleg Vladilenovich - PhD, DSc, Professor, IASTED expert, member of SPIE international society, heads the Department of metrology and optical engineering, e-mail: oleg.minin@ngs.ru.
