CC BY
38
УДК 616. 12-073.97
НОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДИНАМИКИ НИЗКОАМПЛИТУДНЫХ КАРДИОСИГНАЛОВ
И.А. Латфуллин, Г.М. Тептин, Н.Э. Мамедова
Кафедра внутренних болезней № 2 (зав. — проф. И.А. Латфуллин) Казанского государственного медицинского университета, кафедра радиоастрономии (зав. — проф. Г.М. Тептин) Казанского государственного университета
Исследования последних лет в области медицины и современной электроники открывают новые возможности изучения электрофизиологии человека. При этом большое внимание уделяется компьютерной электрокардиографии, которая позволяет регистрировать низкоамплитудные кардиосигналы, отсутствующие на обычной электрокардиограмме (ЭКГ).
Прогноз больных ИБС во многом определяется атеросклеротическим поражением коронарных артерий и глубиной нарушения сократительной функции миокарда. Для распознавания электрической нестабильности миокарда, являющейся существенным прогностическим фактором, разработана методика регистрации поздних потенциалов желудочков (ППЖ). ППЖ — это низкоамплитудные высокочастотные сигналы, которые регистрируются в конечной части комплекса QRS и начальном отделе сегмента ST и отражают процессы замедленной фрагментированной активности желудочков, возникающей при нарушении естественной параллельной ориентации миокардиальных волокон и разделении участков жизнеспособного миокарда соединительной тканью. Появление ППЖ на фоне отсутствия очаговых изменений миокарда можно объяснить негомогенностью электрофи-зиологических свойств ткани. Кроме того, причиной ППЖ могут быть очаги некроза и фиброза, возникающие в сердечной мышце при повторных обострениях длительно текущей ИБС [3]
Поздние потенциалы обычно определяют методом сигналусредненной ЗКГ (СУ-ЭКГ), или ЭКГ высокого разрешения, проводя временной анализ по Симеону [7]. Однако работающее сердце — это динамическая система, состояние которой должно оцениваться по электромагнитным характеристикам в
каждый момент времени, что и обусловливает актуальность поиска современных математических методов обработки и представления кардиосигналов. Перспективным в этом отношении направлением может быть разрабатываемое нами выявление поздних потенциалов сердца без временного и пространственного усреднения, что помогает избежать искажения компонент реального сигнала и получить более информативные данные о ППЖ [6, 8]. Это направление является существенной особенностью настоящего исследования низкоамплитудных кардиосигналов по сравнению с традиционными методами [6, 2, 3].
На базе серийного одноканального электрокардиографа ЭК1Т 03 М2 был создан прибор, позволяющий вести запись электрических потенциалов сердца как традиционно на бумажной ленте, так и в памяти компьютера [6]. Данный кардиограф высокого разрешения позволяет с большой точностью регистрировать ППЖ в различных отведениях. Метод дает возможность детально исследовать отдельные участки электрокардиограммы, в частности при помощи спектрального преобразования [1].
Опытный прибор успешно прошел медицинские испытания в отделении кардиологии Больницы скорой помощи г. Казани (БСМП).
Было обследовано 480 человек — 190 условно здоровых и 290 пациентов кардиологического отделения БСМП г. Казани. Сигналы снимались в двенадцати классических отведениях. Некоторые пациенты проходили обследование на нашем кардиографе в течение нескольких дней (на 1, 2, 3, 7-е и далее сутки пребывания в стационаре). Была набрана база данных, содержащая более 10 тысяч записей электрокардиограмм. Каждая запись ЭКГ проверялась на на-
16. "Казанский мед. ж.", № 3.
241
виды
распре-
делений
Рис. 1. Результаты анализа —количество ППЖ) спектров регистрации. По оси ординат виды распределений: р — рслссвское, п — пуас-соновское, и — нормальное.
личие в ней сигналов ППЖ. Для обнаружения ППЖ использовались классические критерии по Симеону [7]. Всего было зафиксировано 304 случая ППЖ (рис. 1) В группе здоровых ППЖ выявлены у 10 (5,0%), а в группе пациентов — у 115(24%).
Как известно, анализ регистрации и спектров регистрации имеют различный физический смысл. Так, анализ регистрации позволяет изучать флуктуацион-ную часть шума, а анализ спектров — периодическую и квази периодическую компоненты шума. Для получения из регистрации спектров ППЖ применялся метод дискретного преобразования Фурье по 128 точкам, подробно описанный в медицинской литературе [2]. При анализе для каждой регистрации и спектра регистрации участка кардиограммы с ППЖ выдвигались гипотезы вида функции распределения и применялись критерий согласия Колмогорова и кри-
~ 2 с
терий х различными доверительными интервалами, а также рассчитывались параметры распределений.
Использование статистических характеристик распределений (параметров ППЖ) показано в математической литературе [5] для подобных приложений. В качестве характеристик ППЖ [2] эффективен анализ трех статистических распределений случайных величин — нормального, релеевского и пуассонов-ского, который был нами проведен. Именно эти три типа распределения характерны для различного количества источников сигнала. Более детально об этом изложено в математической литературе [4].
Параметры ППЖ исследовались в динамике — кратковременной и длительной. Кратковременной мы называем
а
Рис. 2. Пример динамики параметров распределения внутри одной записи ЭКГ (условно здоровой).№ СаКЭ цикла
О
ООО
огое 0ГО1 •
- ♦ *
♦ ♦ *
3 1 2 3 4 5 «
Рис. 3. Пример динамики параметров спектров регистрации внутри одной записи ЭКГ.
динамику параметров в течение одной регистрации. Параметры ППЖ каждого отдельно взятого QRS комплекса отличаются от таковых в соседних QRS комплексах, поэтому нами исследовались их изменения при переходе от одного QRS комплекса к другому. При изучении длительной динамики параметров ППЖ использовались данные о пациентах в течение 2 недель их пребывания в стационаре.
Группу условно здоровых людей обследовали только один раз, поэтому у них изучали только кратковременную динамику параметров ППЖ. Для этого анализировали 5—6 последовательно идущих QRS комплексов. В каждом из них анализировали регистрацию и спектр регистрации на принадлежность к одному из вышеупомянутых распределений (нормальное, релеевское, пу-ассоновское). Примеры представлены на рис. 2 и 3.
Результаты анализа регистрации и спектров регистрации в группе условно здоровых показали, что при переходе от одного QRS комплекса к другому параметры распределений, как правило, колеблются около некоторого среднего значения, хотя наблюдаются и отклонения. Подобное постоянство значений параметра ППЖ отражает более или менее стабильную работу сердечной мышцы без внезапных отклонений от нормы. Таким образом, можно рекомен-
ь
№ ОРБ цикла
Рис. 4. Примеры динамики параметров спектра регистрации ППЖ у пациента № 235.
Ш-е грудное отведение на 2, 3 и 14-й дни пребывания в стационаре.
довать при проведении анализа брать значение параметра распределения, усредненное по нескольким QRS комплексам, что позволяет получать более точное значение параметра, чем при анализе только одного QRS комплекса. При исследовании ЭКГ пациентов изучали как кратковременную, так и долговременную динамику параметров распределений (рис. 4). Результаты исследования кратковременной динамики параметров регистрации и спектров регистрации ППЖ больных показали, что, как и у условно здоровых, параметры ППЖ разных QRS комплексов распределены около среднего значения. В отличие от условно здоровых, в группе пациентов довольно часто наблюдаются отклонения значения параметров ППЖ отдельных QRS комплексов от параметров ППЖ соседних QRS комплексов (как на рис. 4Ь), а также случаи, когда значения параметров ППЖ плавно изменяются, возрастая или уменьшаясь (как на рис. 4а, 4с). Подобные сдвиги можно объяснить нестабильной работой сердца при некоторых кардиологичес-
ких заболеваниях и различных типах аритмий. Исследование такого рода дает дополнительную информацию о кратковременных изменениях работы сердечной мышцы.
Можно использовать также метод усреднения параметров распределений ППЖ нескольких QRS комплексов, но при этом учитывать влияние нестабильности в работе сердца, и при вычислении среднего не включать в расчеты ППЖ, параметры которых явно выходят за рамки допустимого отклонения от среднего.
У части пациентов была исследована долговременная динамика параметров ППЖ. По результатам анализа регистрации и спектров регистрации несколько раз (в течение 2 нед) и в разных отведениях можно прослеживать происходящие со временем изменения количества источников ППЖ, локализаций источников и др.
Таким образом, исследованные нами параметры шумов ППЖ могут служить отличным количественным критерием для изучения характера, динамики и некоторых особенностей протекания и развития сердечно-сосудистых заболеваний. Кроме того, с их помощью можно отслеживать изменение состояния пациентов и влияние на него медикаментозного лечения.
ЛИТЕРАТУРА
/. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М., 1988.
2. Контуров СВ., Тептин Г.М., Ким З.Ф., Лат-фулаин ИА //Всстн. аритмол.—1999.—№ 13. — С. 54—58.
3. Латфуллин И.А., Ким З.Ф., Тептин Г.М., Контуров СВ. II Кардиоваск. тер. и профилакт. — 2002. - № 4. - С. 47 - 53.
4. Левин Б.Р. Теоретические основы статисти ческой радиотехники. Книга первая. — М., 1974.
5. Левин Б. Р. Теоретические основы статисти ческой радиотехники. Книга третья. — М, 1976.
6 Тептин Г.М., Кацевман М.М., Контуров СВ., Латфуллин И А. и др. // Приборы и техн. эксперим. — 2001.- №4.- С. 148-150.
7. Simson M.B. И Circulation. - 1981. - Vol. 64. -P. 235-242.
8. Teptin G.M., Kontourov S.W., Mamedova L.E., LatfoullinLA. //Environ. Radioecol.- 2000. - Vol. 1. -P. 3-7.
Поступила 12.01.05.
