информационный портал по вопросам биомедицинской инженерии

Сейчас на сайте 0 пользователей и 1 гость.

Вход в систему

аватар: Исаков Р.В.
Кузнецов А.А., Исаков Р. В.
 Владимирский государственный университет
 
Целью работы является исследование циклических процессов в форме ритмограмм и создание метода количественной оценки эволюции па­тологических процессов в сердце для адекватного исследования направления и закономерностей их развития.
Проводилось холтеровское мониторирование двух категорий орга­низмов: здоровых - студентов гр. БМП197 ВлГУ, не старше 18 лет; больных - пациентов кардиореанимационного отделения областной клинической боль­ницы (ОКБ), г. Владимир. По экспериментальному материалу в форме двух соответствующих серий R-R-интервалограмм 52 испытуемых сформирован компьютерный банк экспериментальных данных.
 
 
Рис. 1. Распределение энергетических уровней
Визуальный анализ первой серии R-R- интервалограмм по­казал, что амплитуд­ные значения R-R ин­тервалов распределены по нескольким уров­ням и для всех здоро­вых организмов пять уровней (№№ 1 – 5) имеют фиксированные значения. У больных организмов динамика R-R-интервалов нестабильна, фиксированные уровни визуально не выделяются. Поэтому для второй серии R-R-интервалограмм дополнительные четыре уровня (№№ 6 – 9) были определены в форме вариа­ционного ряда с составляющими максимальных значений уровней (рис. 1).
Метод анализа серий R-R-интервалограмм по вертикали на базе уровневых оценок определяет динамику амплитудных, или энергетических составляющих ритмограмм и поэтому назван энергетическим. Тогда резонно метод анализа по горизонтали R-R-интервалограммы назвать динамическим.
В системе Matlab строились фазовые портреты и спектры всех R-R - интервалограмм, а также находились площади эллипсов рассеяния данных, описывающих фигуры на фазовых портретах. Вариационный ряд по возрас­танию площадей эллипса (рис. 2) выделяет следующие закономерности: уп­рощение фигуры; рост масштаба фазового портрета; смещение аттрактора в область высоких энергий; потеря гладкости кривой спектра; резкое уменьше­ние низкочастотной энергетической составляющей.
При исследовании эволюции спектра плотности мощности вариа­ции R-R интервалов в зависимости от уровня ритмограммы оказалось, что для начальных уровней R-R-интервалограмм спектр имеет явный максимум на околонулевых частотах (диапазон LF), а с повышением номера уровня ве­личина максимума падает, а в диапазоне высоких частот (HF) появляются «всплески» (рис. 2, 1, 2). Кривая спектра деформируется (гладкость сменя­ется волнообразностью); амплитудные значения всплесков растут и рождается максимум на высоких частотах, в то время как максимум на околонулевых частотах уменьшается вдвое. Предпо­лагается, что данные всплески означают появление в сердце новых автовол­новых процессов в миокарде, свойственных любым патологическим измене­ниям. Крайним следствием повышения уровней на R-R-интервалограмме является остановка сердца(рис. 2, 3).
Исходя из вышесказанного предлагается качественная модель пато­логических изменений в сердце (рис. 2, табл.).
                                        Таблица
Спектр
Фазовый портрет (2D)
Широкополосный с выраженным макси­мумом на околонулевых час­тотах
Огибающая - малая окружность около централь­ной точки (0;0) с однородным заполнением траек­ториями движения изображающей точки
Максимум на околонулевых часто­тах па­дает
Появляется второй центр с организацией эллипса
Максимум на околонулевых часто­тах продолжает па­дать; на «хвосте» спектра появля­ются всплески
Число траекторий возрастает, эллипс «зачерня­ется» с проявлением предпочтительных траекто­рий
Максимум на околонулевых часто­тах резко па­дает; рождается второй максимум
Совокупность предпочтительных траекторий ор­ганизуют геометрическую фигуру: одну или не­сколько
 



Рис. 2. Параллельное исследование эволюции спектра и фазового портрета с ростом пло­щади (S) эллипса            
Для количественной оценки патологических изменений в сердце было предложен метод коэффициента цикла работы сердца, основанный на двух подходах.
Первый подход заключается в том, что по рассчитанным площадям эллипсов девяти уровней находятся межуровневые коэффициенты R, являю­щиеся отношениями площадей эллипсов рассеяния от двух соседних уров­ней. Как видно из рис. 3 коэффициент R на разных межуровневых промежут­ках у разных людей ведёт себя по разному, но в тоже время на первом из них коэффициент R для 18 из 22 ритмограмм разных людей, а на четвёртом - коэффициенты испытывают сильные вариации. Вероятно по величине межуровневых коэффициентов (R) можно определить вид патологических процессов, к которым предраспо­ложен организм.
Этот подход был назван методом межуровневых промежутков. Он применим в основном к здоровым людям, так как у больных часто не имеется возможности выделить начальные уровни из-за выраженных аритмий.
 
 
Рис. 3. Зависимость межуровневого коэффици­ента R от номера межуровневого промежутка у разных людей
Второй подход позво­ляет подойти к решению этой проблемы и, вероятно универсален. В результате на­блюдения на первом уровне R-R- интервалограмм в подавляющем случае площадь эллипса на фа­зовом портрете принимает одно и тоже значение, которое прини­мается за эталонное, определяе­мая как минимальная площадь первого эллипса рассеяния (Sm). Отношения реальной площади описывающего эллипса (Sr) к эталонной определяют значения коэффициента Ie, названного энергетиче­ским коэффициентом. По его величине можно судить о текущем состоянии сердца. Также можно определить значение энергетического коэффициента, выше которого состояние сердца нельзя будет считать удовлетворительным. Этот подход получил название метода энергетических коэффициентов.
Усиливает результат использование комбинации этих двух методов построением графической зависимости энергетического коэффициента (Ie) от номера уровня подобно графику в методе межуровневых коэффициентов.
По форме получившейся зависимости можно судить как о возмож­ности возникновения болезни, так и о её виде, если патология имеет место в сердце. На рис. 4 изображены графики зависимости энерге­тического коэффициента Ie от номера уровня. Кривые ступенчатые, что позволяет предположить возможность квантования величин Ie от номера уровня. Очевидно наличие порогового значения Ie (рис. 4, а). Ступеньки дополнительных уровней более крутые (рис. 4, б).

Рис. 4. Графики зависимости энергетического коэффициента от номера уровня: а - здоро­вые; б - больные
Все расчёты производились в системе Matlab. Экспериментальные данные предварительно очищались от артефактов и каждый файл получал свой шифр для получения возможности полностью автоматизировать иссле­дование с сохранением на диске спектров и фазовых портретов для всех уровней. Результирующий файл импортировался в MS Excel в виде таблицы.
Предлагаемые методы количественной оценки состояния сердца в совокупности с анализом качественных патологических изменений в сердце увеличивают информативность и предсказуемость результатов клинического ЭКГ исследования и могут быть полезны в клинической практике.

Комментарии

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <img> <table> <td> <tr> <hr> <div> <span> <h1> <h2> <h3> <h4> <h5> <h6> <p> <pre> <adress> <center>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Подробнее о форматировании

2 + 0 =
Решите эту простую математическую задачу и введите результат. Например, для 1+3, введите 4.

Комментарии