Научная статья на тему 'Первичный преобразователь электрокардиосигнала для систем фетального мониторинга'

Первичный преобразователь электрокардиосигнала для систем фетального мониторинга Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

CC BY
601
36
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Первичный преобразователь электрокардиосигнала для систем фетального мониторинга»

держит более чем 2 сигнала. Для импорта данных в модель авторами были использованы встроенный блок From file пакета Simulink из библиотеки «Источники».

Описанная база данных была сформирована специалистами, аннотирована и сертифицирована, что дает основание считать её авторитетной и использовать для исследований.

Предложенный подход целесообразно распространить на другие биоэлектрические сигналы при условии наличия по ним репрезентативных баз данных международного уровня. Получить аналоговый выход для тестирования средств медицинской техники позволяет применение стандартной платы интерфейса ввода-вывода в сочетании с инструментом Real-Time Work Shop системы Matlab.

Л.И. Калакутский, Ф.А. Белянин

ПЕРВИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА ДЛЯ СИСТЕМ ФЕТАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА

Современным и эффективным методом фетального является наблюдение за изменениями показателей хронотропной структуры сердечного ритма плода [1, 2]. Показатели вариабельности сердечного ритма (ВСР), отражающие активность процессов регуляции в вегетативной нервной системе организма, могут быть использованы для диагностики угрожающих состояний плода, в частности гипоксических состояний [3, 4]. Среди инструментальных методик регистрации сердечного ритма плода наиболее эффективной с точки зрения минимизации погрешностей измерения длительностей кардиоинтервалов является электрокардиография плода [5]. Однако при регистрации биопотенциалов сердца плода с помощью стандартных отведений возникают проблемы, связанные с трудностями измерения параметров ритма сердца плода, обусловленными большим динамическим диапазоном амплитуд электрокардиосигнала (ДДА ЭКС), определяемым как отношение амплитуды R-зубцов матери к амплитуде R-зубцов плода, и низким отношением амплитуды сигнала к помехе из-за малости амплитуды R-зубцов плода по сравнению с помехами регистрации сигнала. Развитие данного метода в задачах слежения за показателями ВСР плода требует обеспечения помехоустойчивой регистрации сигналов, которая может быть достигнута благодаря эффективному построению первичного преобразователя ЭКС.

Одним из путей исследования первичного преобразователя ЭКС является моделирование биоэлектрической активности сердца матери и плода и процессов формирования ЭКС. В задачах фетального мониторинга показателей ВСР для моделирования биоэлектрической активности сердца достаточно рассматривать только желудочковый комплекс. В этом случае для описания биоэлектрического генератора сердца можно воспользоваться моделью, представляющей собой диполь с изменяющимся во времени пространственным положением вектора дипольного момента по кривой, имеющей форму кардиоиды с точкой возврата в электрическом центре сердца [6]. Для исследования формирования ЭКС в первичном преобразователе системы фетального мониторинга предлагается модель электрического генератора сердца матери и плода, представленная двумя диполями М и F, расположенными в электрических центрах сердца матери и плода.

Для исследования формирования ЭКС при различных способах отведения сигналов использована плоскость наблюдения W в виде границы, разделяющей изотропную проводящую среду и отстоящей от точки М на расстоянии, которое принимается за единицу при описании геометрии системы.

Основной составляющей помех, мешающих регистрации ЭКГ плода, является биоэлектрическая активность мышц матки [5]. Для моделирования данных помех в рассматриваемой задаче используется электрический мультидипольный генератор

I, расположенный в области, соответствующей анатомическому центру матки. Электромиографическая активность матки описывается с помощью распределения потенциалов, возникающих в плоскости регистрации ЭКГ от "помехового" мультидиполя I.

Для снижения ДДА ЭКС предлагается использовать первичный преобразователь с комбинацией двух биполярных отведений, точки фиксации потенциалов которых выбираются таким образом, чтобы ЭКС М-диполя в 1-ом и 2-ом биполярных отведениях имели одинаковую полярность, а ЭКС F-диполя в 1-ом и 2-ом отведениях имели различную полярность. Тогда при формировании ЭКС можно получить существенное ослабление составляющих, обусловленных M-диполем, и усиление составляющих, обусловленных F-диполем. Первое условие выбора точек фиксации потенциалов можно выполнить путем размещения точек фиксации потенциалов биполярных отведений в окрестности проекции точки Е на плоскость наблюдения. Второе условие можно выполнить за счет расположения точек фиксации потенциалов 1-го и 2-го биполярных отведений на одной линии по разные стороны от проекции точки Е на плоскость наблюдения. Для уменьшения числа точек фиксации потенциалов целесообразно объединить две соседние точки фиксации потенциалов для двух биполярных отведений. Таким образом, формируется 3-х электродное отведение, схема которого приведена на рис.1. Точки фиксации потенциалов Р1, Р2, Р3 находятся на линии Ь, проходящей через точку МШ, являющуюся проекцией точки М на плоскость Ш, и образующей угол у с вертикальной осью 02. В этом случае для минимизации ДДА ЭКС средняя точка Р2 выбирается в проекции точки F, а точки Р1 и Р3 выбираются равноудаленными на расстояние ё от точки Р2.

Рис. 1. Схема расположения точек фиксации потенциала и формирования ЭКС в

3-х электродном отведении

Исследование предложенного отведения показало, что амплитуда напряжения ЭКС, обусловленного М-диполем, в 1-ом биполярном отведении, и амплитуда напряжения ЭКС, обусловленного М-диполем, во 2-ом биполярном отведении, существенно отличаются. Это связано с различным удалением точек Р3 и Р1 от М-

диполя и приводит к неполной компенсации ЭКС, обусловленного М-диполем, на выходе отведения. Выравнивание амплитуд ЭКС, обусловленного M-диполем, может быть достигнуто путем уменьшения ЭКС в 1-ом отведении при суммировании ЭКС 1-го и 2-го отведений с коэффициентом веса, выбираемым по критерию минимизации амплитуды ЭКС, обусловленного М-диполем, на выходе отведения.

Исследование влияния изменения d на ДДА ЭКС показало, что, с одной стороны, увеличение значения d ведет к повышению амплитуды ЭКС, обусловленного F-диполем, а, с другой стороны, приводит к более значительному повышению амплитуды ЭКС, обусловленного M-диполем, и как следствие к увеличению ДДА ЭКС. Было установлено, что лучшее соотношение амплитуды ЭКС, обусловленного F-диполем, и ДДА ЭКС достигается при d=1 ед, то есть когда расстояние между точками P1, P2 и P2, P3 равно расстоянию от точки F до плоскости наблюдения W.

На рис. 2 приведены зависимости ДДА ЭКС и отношения сигнала к помехе в 3 электродном отведении от изменения угла у для выбранного d=1 ед. Обозначенные на графиках отклонения показывают интервал изменения значения ДДА ЭКС и отношения сигнала к помехе при изменении адЕ8м=30..70° и адНЗ,Р=60...120°. Графики показывают, что наименьшее значение ДДА ЭКС в 3-х электродном отведении (-5...-15 дБ) достигается при у=20°, то есть когда линия Ь проходит через точку, находящуюся в области проекции точки F, на плоскость W. В этом случае, отношение сигнала к помехе изменяется от 2,5 до 8 дБ.

Рис. 2. Зависимости ДДА ЭКС (А) и отношения сигнала к помехе (В) в 3-х электродном отведении от у

Таким образом, исследование предложенной модели первичного преобразователя ЭКС позволило разработать трехэлектродное отведение, обеспечивающее минимальный ДДА ЭКС (-15...-5 дБ), и максимальное отношение сигнала к помехе (2,5...8 дБ). При этом уменьшение ДДА ЭКС осуществляется путем изменения коэффициента веса (от 0,33 до 0,41) по критерию минимизации амплитуды ЭКС, обусловленного М-диполем, на выходе отведения. Для достижения данных значений среднюю точку фиксации потенциала Р2 следует располагать в области проекции точки F на плоскость наблюдения W, а точки Р1 и Р3 на линии, проходящей через точку Р2, и область проекции точки М на плоскость наблюдения. При этом расстояния между точками Р1, Р2 и Р2, Р3 должны выбираться равными расстоянию от точки F до плоскости наблюдения W. Такие положения точек фиксации

потенциалов связаны с анатомическими ориентирами беременной, поэтому не вызывают затруднений при фиксации электродов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Dipietro J.A., Costigen K.A., Gurewitsch E.D. Fetal response to induced maternai stress//Early Human Development. - 2003. - V.74. - №2. - P.125-138.

2. Taylor M.J., Smith M.J., Thomas M. et al. Non-invasive fetal electrocardiography in singleton and multiple pregnancies//British Journal Obstet. Gyn. - 2003. - V.110. -- №7. - P.666-670.

3. Troeger C., Schaub A.F., Bernasconi P. et al Spectral analysis of fetal heart rate variability in fetuses with supraventricular extrasystoles//Fetal Diagn. Ther. - 2003. - V.18. - №4. - P.284-288.

4. Сидорова И.С., Макаров А.А.Блудов Новый методологический подход к оценке регуляторных и защитно-приспособительных возможностей матери и плода с помощью компьютерной кардиоинтервалографии//Акуш. и гин. - 1998. - №2. - С.7-10.

5. Калакутский Л.И., Калакутский В.Л., Белянин Ф.А. Критерии точности измерения длительностей кардиоциклов в системах мониторинга показателей вариабельности ритма сердца// Мед.техника. - 2005. -№4. - С.39-43.

6. Калакутский В.Л. Пространственная модель электрического генератора серд-ца//Актуальные проблемы радиоэлектроники. Материалы Всероссийской научн.-техн.конф. - Самара: "НТЦ", 2003. - С.108-109.

7. Algorithm for recognition and suppression of interfering maternal electrocardiography/Matonia A., Jezewski J., Kupka T. et al//Computer Recognition Systems - K0SYR.-2003. - P.55-61.

Г.Ф. Ковалёв, В.А. Уткин

РОЛЬ АСИММЕТРИИ СОСУДОВ ВЕРТЕБРО-БАЗИЛЛЯРНОГО ОТДЕЛА В ЦЕПИ РЕГУЛЯЦИИ ОБМЕНА И КРОВЕТВОРЕНИЯ

Изучая возможности оптимизации восстановительного лечения в курортных условиях низкогорья у больных с вертебробазилярной недостаточностью цереброспинального кровообращения, мы обнаружили что различия в наблюдениях величин показателей допплер- и реографии на одноименных параллельных сосудах вертебробазилярного русла значимо коррелируют (r > 0,33, p < 0,05) с параметрами биохимии и клинического анализа крови. В качестве характеристики асимметрии измерений на одноименных параллельных сосудах использован таксономиче-

,х — X, „ 2

ский показатель дивергенции: (_л_____L)2, где xr и xl - однотипные параметры на-

Xr + Xl

блюдений слева и справа [1].

Сопоставляя данные при поступлении и в итоге курортного лечения на выборке из 163 пациентов, с вероятностью ошибки не хуже p < 0,05, мы обнаружили, что асимметрия параметров наблюдений на параллельных сосудах вертебро-базилярного русла не ослабевает, а, напротив, усиливается и при этом меняется характер её взаимосвязи с показателями биохимии и кроветворения [2].

Динамика большинства взаимозависимых процессов в организме подчинена логарифмическому закону Вебера-Фехнера или неплохо апроксимируется логарифмическими кривыми, и в развитии представлений о зависимом характере данных биохимии и клинического анализа крови от асимметрии величин, фиксируемых на параллельных сосудах вертебробазилярного отдела средствами допплер- и реографии, на наш взгляд, вырисовывается перспектива оптимизации процесса лечения данного контингента на основе его моделирования как системы с распределенными параметрами. При этом, выявленные корреляции для показателей биохимии и клинического анализа крови на начальном и завершающем этапах лече-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.