WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«Совершенствование системы холтеровского мониторирования электрокардиосигнала для выявления опасных аритмий сердца ...»

-- [ Страница 1 ] --

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пензенский государственный университет»

На правах рукописи

ИВАНЧУКОВ АНТОН ГЕННАДЬЕВИЧ

Совершенствование системы холтеровского мониторирования

электрокардиосигнала для выявления опасных аритмий сердца

Специальности:

05.11.17 – Приборы, системы и изделия медицинского назначения



05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (приборостроение) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

д.т.н. О.Н. Бодин

Научный консультант:

д.м.н. Ф.К. Рахматуллов Пенза – 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СИСТЕМ ХОЛТЕРОВСКОГО

МОНИТОРИРОВАНИЯ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ АРИТМИЙ СЕРДЦА......... 12

1.1 Состояние вопроса и постановка задачи исследования

1.2 Анализ опасных для жизни аритмий сердца

1.3 Преимущества электрокардиографического способа диагностики аритмий сердца

1.3.1 Основные исследуемые параметры ЭКС

1.3.2 Холтеровское мониторирование как способ электрокардиографической диагностики аритмий сердца

1.4 Современные средства регистрации и анализа ЭКС в условиях свободной активности. Достоинства и недостатки

1.4.1 Отечественные средства регистрации и анализа ЭКС

1.4.2 Зарубежные средства регистрации и анализа ЭКС

1.5 Сравнительный анализ возможностей известных средств регистрации и анализа ЭКС в условиях двигательной активности

1.6 Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ДИАГНОСТИКИ ОПАСНЫХ

АРИТМИЙ СЕРДЦА В УСЛОВИЯХ СВОБОДНОЙ АКТИВНОСТИ............ 40

2.1 Обоснование подхода к определению опасных аритмий сердца в условиях свободной активности

2.2 Разработка способа экспресс-оценки электрической стабильности сердца... 42 2.2.1 Особенности реализации средств регистрации электрокардиосигнала и определения местоположения пациента

2.3 Разработка способа предварительной обработки электрокардиосигнала....... 46 2.3.1 Применение статистических методов для устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала

2.3.2 Реализация алгоритма помехоподавления на основе усеченной эмпирической модовой декомпозиции

2.4 Определение опасных аритмий на основании статистической обработки..... 65

2.5 Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ

ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА В УСЛОВИЯХ СВОБОДНОЙ

АКТИВНОСТИ

3.1 Реализация алгоритма помехоподавления на основе усеченной эмпирической модовой декомпозиции

3.2 Совершенствование метода скользящей медианы

3.3 Исследование алгоритма определения инфаркта миокарда на основе статистической обработки ЭКС

3.4 Разработка алгоритма диагностики травматического шока

3.5 Реализация способа предоставления данных, относящихся к пациентам медицинского учреждения

3.6 Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ ПОРТАТИВНОЙ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ

ОПАСНЫХ ДЛЯ ЖИЗНИ АРИТМИЙ СЕРДЦА

4.1 Разработка программного обеспечения кардиоусилителя

4.2 Разработка программного обеспечения мобильного устройства

4.3 Реализация взаимодействия с сервером КДС «Кардиовид»

4.4 Результаты внедрения

4.5 Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

GFSK Guassian Frequency-Shift Keying OSAL Operating System Abstraction Layer SOAP Simple Object Access Protocol АВ Атриовентрикулярный АД Артериальное давление БД База данных ВСС Внезапная сердечная смерть ВП Вейвлет-преобразование ВЧ Высокочастотный ДИ Дрейф изолинии ИБС Ишемическая болезнь сердца ИМ Инфаркт миокарда ИУ Информационные участки КДС Компьютерная диагностическая система КСР Конечный систолический размер МИС Медицинская информационная система МУ Медицинское учреждение НПО Нелинейная пороговая обработка ОКС Острый коронарный синдром ПЗУ Постоянное запоминающее устройство РАМН Российская академия медицинских наук СА Свободная активность ССЗ Сердечно-сосудистые заболевания ССС Сердечно-сосудистая система СЭМД Стандартизированный электронный медицинский документ ХМ ЭКС Холтеровское мониторирование электрокардиосигнала ЧСС Частота сердечных сокращений ЭКГ Электрокардиограмма ЭКС Электрокардиосигнал ЭМ Эмпирические моды ЭМД Эмпирическая модовая декомпозиция ЭМК Электронная медицинская карта

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Каждый день в России от заболеваний сердечнососудистой системы умирает более двух тысяч человек. По данным, приведенным в отчете Федеральной службы государственной статистики, за 2013 год в целом количество умерших составляет 1 871 809 человек, из них 1 001 799 – от болезней системы кровообращения [33]. Таким образом, более половины всех смертей приходится на сердечно-сосудистые заболевания. Наиболее опасным заболеванием данного сегмента является инфаркт миокарда (ИМ). Своевременная диагностика заболеваний сердца является одной из наиболее актуальных задач современного здравоохранения.

Одним из направлений диагностики сердечно-сосудистых заболеваний, которое стало актуальным благодаря бурному техническому прогрессу, является мониторинг состояния сердца в условиях свободной двигательной активности (СДА). Современные технологии сделали возможным разработку миниатюрных носимых устройств регистрации функциональных параметров человека, функционирующих в условиях СДА. Применение подобных устройств потребовало более глубокого и детального изучения средств и алгоритмов обработки электрокардиосигнала (ЭКС). Большой вклад в развитие данного направления и компьютерной диагностики состояния сердечно-сосудистой системы в целом внесен научными школами таких известных и выдающихся ученых, как Л.А.Бокерия, Е.И. [82]Чазов, Л. И. Титомир,В. Н. Орлов, Г. Г. Иванов, Р. М. Баевский, А. В. Струтынский, Ю. И. Неймарк, С. В. Селищев, А. П. Немирко, Э. К. Шахов.

ХМ ЭКС в условиях свободной активности нацелен на применение среди активного населения, расположенного в группе риска возникновения опасных аритмий сердца и среди людей опасных профессий. Под активным населением понимаются люди, не находящиеся на лечении в стационарном медицинском учреждении. Для снижения рисков возникновения опасной для жизни аритмии необходимо совершенствование систем диагностики и обработки ЭКС, в том числе, развитие и внедрение портативных систем мониторинга состояния сердца в условиях свободной активности. Своевременно оказанная медицинская помощь имеет решающее значение для сохранения жизни и здоровья пострадавших, снижения инвалидности и летальности.

Повышению эффективности диагностики электрокардиографической информации способствует использование портативных вычислительных устройств, например, смартфонов, в процессе мониторинга электрокардиографических показателей сердца.

Таким образом, разработка и совершенствование портативных систем своевременного определения опасных аритмий сердца в условиях свободной активности – актуальная научно-техническая задача.

Объектом исследования является система холтеровского мониторирования ЭКС в условиях свободной активности.

Предметом исследования являются способы и средства обработки и анализа ЭКС в условиях свободной активности, способы и средства организации информационного взаимодействия в информационно-измерительной системе определения опасных для жизни аритмий.

является разработка портативной информационноЦелью работы измерительной системы мониторинга ЭКС на основе метода Холтера для выявления опасных аритмий сердца в условиях свободной активности.

Задачи исследования:

1. Провести критический анализ существующих систем холтеровского мониторинга ЭКС в условиях свободной активности и разработать подход к построению портативной информационно-измерительной системы мониторинга для определения опасных аритмий сердца в условиях свободной активности.

2. Разработать способ предварительной обработки ЭКС (помехоподавления и устранения тренда изолинии) в портативной информационно-измерительной системе мониторинга для определения опасных аритмий сердца в условиях свободной активности на основе холтеровского мониторинга ЭКС.

3. Разработать способ экспресс-оценки состояния сердца в портативной информационно-измерительной системе мониторинга для определения опасных аритмий сердца в условиях свободной активности на основе холтеровского мониторинга ЭКС.

4. Разработать, экспериментально исследовать и внедрить портативную информационно-измерительную систему мониторинга для определения опасных аритмий сердца в условиях свободной активности на основе холтеровского мониторинга ЭКС.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались теоретические основы электрокардиографии, методы статистической обработки сигналов, цифровой обработки сигналов, методы построения информационноизмерительных систем.

Научная новизна исследования состоит в следующем:

1. Предложен новый, основанный на принципах своевременности и доступности подход, к построению портативной информационно-измерительной системы мониторинга для определения опасных аритмий сердца в условиях свободной активности путем автоматической, статистической обработки сортированной выборки отсчётов ЭКС кардиоцикла, позволяющий повысить диагностическую эффективность холтеровского мониторинга ЭКС. (Патент РФ №2567271).

2. Предложены новые способы помехоподавления и устранения тренда изолинии на основе комплексной предварительной обработки ЭКС, включающие в себя определение информационных участков и статистических параметров ЭКС, адаптивную фильтрацию и формирование оценки помехи, и позволяющие привести ЭКС к типичному виду в условиях свободной активности.

3. Предложены новые способы выявления опасных аритмий сердца в условиях свободной активности, основанные на анализе ЭКС (Патент РФ №2547783) и на определении статистических параметров выборки результатов за период кардиоцикла, позволяющие с погрешностью 0,07 выявить 85% рисков опасных аритмий сердца.

4. Предложена и разработана портативная информационноизмерительная система мониторинга для определения опасных аритмий сердца в условиях свободной активности, основанная на устройстве регистрации ЭКС в условиях свободной активности (Патент РФ №25405280) и на способе доступа к данным пациента медицинского учреждения, отличающаяся автономным и своевременным определением опасных аритмий сердца.

Практическая значимость исследования заключается в том, что:

1. Предложенный подход к построению портативной информационноизмерительной системы мониторинга для определения опасных аритмий сердца в условиях свободной активности служит основой к построению портативных систем кардиодиагностики нового поколения.

2. Действующий макет портативной информационно-измерительной системы мониторинга для определения опасных аритмий сердца в условиях свободной активности повышает в два раза диагностическую эффективность оказываемых медицинских услуг путем своевременного определения опасных аритмий сердца.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанный при участии автора работы макет портативной системы кардиодиагностики применяется в образовательном процессе Медицинского института Пензенского государственного университета и проходит апробацию в ГБУЗ «ГКБ скорой медицинской помощи им Г.А. Захарьина» г. Пенза.

На защиту выносятся:

1. Новый подход, основанный на принципах и своевременности к построению портативной информационно-измерительной доступности, системы мониторинга для определения опасных аритмий сердца в условиях свободной активности за счет автоматической, статистической обработки сортированной выборки отсчётов ЭКС расширяет функциональные возможности и повышает диагностическую эффективность холтеровского мониторинга ЭКС.

(Специальность 05.11.16, пункт 1).

2. Новые способы помехоподавления и устранения тренда изолинии на основе комплексной предварительной обработки ЭКС, включающие в себя определение информационных участков ЭКС и статистических параметров ЭКС, а также адаптивную фильтрацию и формирование оценки помехи, позволяют привести ЭКС к нормальному виду в условиях свободной активности.

(Специальность 05.11.17, пункт 1).

3. Новые способы выявления опасных аритмий сердца в условиях свободной активности, основанные на анализе ЭКС и на статистической обработке сортированной выборки отсчётов ЭКС, позволяют с погрешностью 0,07 выявить 85% рисков опасных аритмий сердца. (Специальность 05.11.17, пункт 2).

4. Структура портативной информационно-измерительной системы мониторинга для определения опасных аритмий сердца в условиях свободной активности, позволяющая реализовать новый подход для определения опасных аритмий сердца может быть использована для построения средств кардиодиагностики в условиях свободной активности. (Специальность 05.11.16, пункт 6).

Личный вклад автора. Основные результаты, выносимые на защиту, получены автором лично. Результаты, опубликованные совместно с другими авторами, принадлежат авторам в равных долях. Результаты других авторов, которые использованы при изложении, содержат ссылки на соответствующие источники.

Апробация результатов исследования. Основные результаты работы прошли апробацию на 12 Международных и всероссийских научных конференциях, в том числе на Х Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы» (Пенза 2012); на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и студентов ПГУ «Актуальные проблемы науки и образования» (Пенза 2012, 2013, 2014, 2015); на XIV Конгрессе Российского общества холтеровского мониторирования и неинвазивной электрофизиологии (РОХМиНЭ) (Иркутск 2013); на VI Всероссийском конгрессе «Клиническая электрокардиология»

(Иркутск 2013); на III межрегиональном форуме «Инномед» (Пенза 2013); на Региональном молодежном форуме «Открытые инновации – вклад молодежи в развитие региона». (Пенза 2013); на XI Международном конгрессе «Кардиостим»

(Санкт-Петербург 2014); на VII Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум 2015»; на XII Международной научно-практической конференции «Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий» (г. Сочи, 2015).

Публикации. Основные положения работы представлены в 16 публикациях, в том числе в 4 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК, 3 патентах РФ, 9 статьях и тезисах докладов в других изданиях.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Общий объем работы составляет 144 страницы, работа содержит 60 рисунков, 7 таблиц, список литературы, включающий 90 наименований. В приложениях представлены:

1. Фрагменты исходных кодов приложений.

2. Документы о внедрении результатов диссертационной работы

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СИСТЕМ ХОЛТЕРОВСКОГО МОНИТОРИРОВАНИЯ

ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ АРИТМИЙ СЕРДЦА

1.1 Состояние вопроса и постановка задачи исследования Показатели смертности в России от сердечно-сосудистых заболеваний были и остаются очень высокими. По данным, приведенным в отчете Научного центра сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева РАМН, общая заболеваемость сердечно-сосудистыми болезнями остается высокой и в настоящее время в 1,5 раза превышает показатели 2000 года. Повторный ИМ стал причиной смерти более 27,7 % всех умерших от ИМ. Частота развития ИМ в возрасте до 40 лет возросла с 0,7 до 6,9 % [23]. Болезни системы кровообращения были и остаются в России главной причиной смертности населения, как и в большинстве развитых стран.

Начиная с 1975 года доля умерших от данной патологии прочно занимает ведущее место в структуре общей смертности населения [89]. Основные причины смерти от сердечно-сосудистых заболеваний в основном заключаются в прогрессировании хронической недостаточности и ВСС.

Проблема выявления опасных аритмий сердца является актуальным вопросом отечественного здравоохранения. В отечественном практическом здравоохранении не удается выявить каждый второй случай ВСС у больных ИБС мужского пола, и две трети – у больных ИБС женского пола. Это приводит к недооценке вероятности развития ВСС в популяции [20]. Лишь небольшое число пациентов умирает в присутствии медицинского персонала и теоретически имеет больше шансов на проведение успешных реанимационных мероприятий, и, следовательно, выживание. Данные сведения подталкивают к выводу, что одной из задач здравоохранения должна быть в том числе задача развития способов и средств диагностики опасных для жизни аритмий сердца за пределами медицинского учреждения и без участия медицинского персонала. Подобные средства должны позволить своевременно обеспечить больному человеку необходимую медицинскую помощь.

1.2 Анализ опасных для жизни аритмий сердца

Инфаркт миокарда Термин «инфаркт миокарда» отражает гибель (некроз) клеток сердечной мышцы в результате ишемии. ИМ диагностируется, если имеется клиническая картина ОКС и определяется изменение уровня биохимических маркеров некроза миокарда при условии, что хотя бы одно измерение превысит 99-й перцентиль верхнего уровня нормы в сочетании с хотя бы одним из нижеперечисленных признаков [69]:

1) обнаружение изменений на ЭКГ;

2) симптомы ишемии;

3) признаки новой потери жизнеспособного миокарда с помощью визуализирующих методов или новые нарушения локальной сократительной функции левого желудочка;

4) обнаружение коронарного тромбоза при коронарной ангиографии или на аутопсии.

Под обнаружением изменений на ЭКГ предполагается осуществление анализа ЭКС, позволяющего выявить пациентов с ИМ. Анализ предполагает определение одного из следующих признаков [35]:

1) отсутствие зубца R в отведениях, расположенных над областью инфаркта;

2) появление патологического зубца Q в отведениях, расположенных над областью инфаркта;

3) подъем сегмента S-T выше изолинии в отведениях, расположенных над областью инфаркта;

4) смещение сегмента S-T ниже изолинии в отведениях, противоположных области инфаркта;

5) отрицательный зубец T в отведениях, расположенных над областью инфаркта.

На рисунке 1 приведены стадии ИМ [59]:

–  –  –

На рисунке 1 указаны следующие признаки ИМ:

1 – патологический зубец Q 0,03с, Q R;

2 – уменьшение зубца R;

3 – подъем сегмента ST;

4 – отрицательный зубец T.

Рассмотрим подробнее особенности изменения ЭКС на разных стадиях ИМ:

I – стадия повреждения (см. рисунок 1а). Данная стадия определяется формированием трансмурального повреждения сердечных мышц после острого нарушения коронарного кровообращения.

II – стадия развития инфаркта миокарда (см. рисунок 1б). Другое название – острая стадия. На данном этапе уменьшается зона повреждения, при этом часть поврежденных мышечных волокон гибнет. При этом, в некоторых мышечных волокнах на границе зоны повреждения частично происходит восстановление обмена веществ и повреждение переходит и ишемию.

Загрузка...

III – подострая стадия. Характеризуется исчезновением зоны повреждения (см. рисунок 1в). При этом часть мышечных волокон, пребывающих в состоянии глубокого повреждения, погибает, а другая часть – восстанавливается и переходит в состояние ишемии. Данная стадия характерна стабилизация зоны некроза.

Именно данная стадия позволяет достоверно судить об истинном размере инфаркта.

IV – рубцовая стадия инфаркта миокарда. Это конечная стадия, характеризуемая образованием рубца на месте бывшего инфаркта (см. рисунок 1г).

Поведение рубцовой ткани такое же, как и зоны некроза – т.е. она не возбуждается.

При этом на ЭКГ регистрируется патологический зубец Q. На ЭКГ при трансмуральном рубце фиксируются зубцы QS, при нетрансмуральном рубце – зубцы QR. Из-за уменьшения области инфаркта вероятна трансформация зубца QS в Qr или QR; вместо QR на ЭКГ может наблюдаться qR. Так же, в эту стадию иногда исчезает патологический зубец Q и на ЭКГ регистрируются зубцы R или r. В подобном случае на ЭКГ отсутствуют признаки перенесенного инфаркта и не представляется возможным установить ИМ по ЭКГ. Поэтому в данных ситуациях диагноз ставят на основании анамнеза и других диагностических методах исследования. В связи с тем, что зона повреждения в IV стадии отсутствует, сегмент ST находится на изолинии. В случае исчезновения зоны ишемии зубец Т становится положительным, сглаженным или сниженным.

Необходимо отметить, что изменения на ЭКГ при ИМ зависят также от особенностей расположения активного электрода по отношению к зонам некроза, повреждения и ишемии.

При диагностике ИМ могут возникать трудности, связанные с анализом начальной части желудочкового комплекса, отражающей деполяризацию желудочков (комплекс QRS), и трудности трактовки изменений конечной части желудочкового комплекса – элементов реполяризации желудочков (интервал ST и зубец T). По сведениям различных источников, своевременно не диагностируется от 10 до 42% случаев ИМ. Кроме того, чувствительность некоторых ЭКСпризнаков ОИМ составляет для зубца ST 54%, для аномального зубца Q 31% [14].

Как правило, определение диагноза ИМ происходит при непосредственном участии врачей-кардиологов. В подавляющем большинстве случаев диагностика осуществляется при нахождении (или обращении) больного в медицинском учреждении. Очевидно, что чем раньше будет оказана медицинская помощь, тем больше шансов на сохранение больному человеку жизни и предотвращении последствий данного заболевания. Другими словами, актуальна проблема наиболее раннего диагностирования ИМ и последующего уведомления о состоянии человека специализированных медучреждений.

Внезапная сердечная смерть В современном определении внезапная сердечная смерть – это ненасильственная смерть вследствие сердечной патологии, когда остановка кровообращения развивается в течение часа от момента манифестации острых симптомов и ей предшествует внезапная потеря сознания. ВСС – частый (до 50 %) исход различных заболеваний сердечно-сосудистой системы. Среди нозологических причин возникновения ВСС 75 – 80 % приходится на ИБС, 5 – 10 % на дилатационную кардиомиопатию и около 5 – 10 % занимают другие заболевания сердца [28]. В большинстве случаев ВСС развивается на фоне ишемии миокарда, являющейся триггером развития фатального нарушения ритма в виде фибрилляции желудочков.

Стоит отметить, что пациенты, пережившие ИМ, имеют наиболее высокий риск наступления ВСС, при этом ее наступление представляется наиболее вероятной в первый год после инфаркта [12]. Для больных после ИМ применяют ХМ с целью выделения пациентов с высоким риском развития аритмического осложнения (и дальнейшего устранения или уменьшения данных осложнений путем определенного воздействия). Как правило, ХМ проводится в течение 2 суток перед выпиской больного из стационара. Проведенные исследования показывают, что 4-часовое ХМ предоставляет столько же сведений, что и 24-часовой мониторинг [7]. Во многих случаях ХМ выполняют как минимум через 6 суток и примерно через 10 суток после острого ИМ.

Принято выделять основные и второстепенные факторы риска ВСС.

Наличие клинических признаков основных факторов риска позволяют относить больного к категории высокого или умеренного риска ВСС в течение одного календарного года. При этом вероятностный риск наступления ВСС способен достигать значений в 20-50 % или в 5 – 15 % соответственно. Основными факторами риска являются: эпизод сердечного ареста в анамнезе и/или гемодинамически значимая устойчивая ЖТ, указания в анамнезе на перенесенный ИМ, эпизоды синкопе, систолическая дисфункция, выявленная при проведении инструментального обследования и сопровождающаяся снижением фракции выброса левого желудочка менее 40 %, ЖЭ и/или эпизоды неустойчивой ЖТ. Если у больного присутствуют основные факторы риска, то имеется высокая или умеренная вероятность повторения опасных желудочковых нарушений ритма с формированием острой сердечной недостаточности, а в результате – ВСС.

К второстепенным факторам риска относят клинические признаки, присутствие которых позволяет определять риск ВСС выше среднего уровня. К ним обычно относят гипертрофию миокарда левого желудочка, артериальную гипертензию, гиперлипидемию, сахарный диабет, курение, избыточный вес, увеличение ЧСС и другие признаки [20].

Для прогнозирования развития ВСС выполняют анализ изменений на ЭКГ.

Имеется взаимосвязь депрессии сегмента ST, изменений волны и высокого риска развития сердечно-сосудистой смерти. Увеличение значения интервала QT или его дисперсии существенно для прогнозирования развития ВСС. Анализ проведенных учеными исследований показал, что увеличение значения интервала QT также может быть из-за структурной патологии сердца.

1.3 Преимущества электрокардиографического способа диагностики аритмий сердца 1.3.1 Основные исследуемые параметры ЭКС Электрокардиография – это метод изучения биоэлектрических потенциалов, генерируемых мышцей сердца [59]. Электрокардиография была и остается одним из основных неинвазивных методов исследования и диагностики заболеваний сердца. Электрокардиографии посвящены работы многих ученых (М.И. Кечкер, В.Н. Орлов, А.В. Струтынский и др.). Классическими работами по электрокардиографии считаются труды [35, 50, 81]. В основе метода лежит понимание того, что биотоки сердца имеют распределение по поверхности тела и существует возможность их регистрации, усиления и дальнейшей записи в виде характерной кривой – ЭКГ. При этом к современным кардиографам применяют дополнительные требования по возможностям шумоподавления и фильтрации [79].

В 1906 г. нидерландский ученый В. Эйнтховен (W. Einthoven) опубликовал статью «Телекардиограмма» [8], в которой привел описание метода записи электрокардиограммы и впервые показал, что ЭКГ различных форм сердечных заболеваний имеют характерные различия. Эйнтховен в своих работах впервые ввел обозначения зубцов ЭКГ, используя взятые подряд буквы латинского алфавита: P, Q, R, S, T, U [81]. ЭКГ есть ни что иное, как графическое отображение электрофизиологических процессов, происходящих в миокарде.

Сердце возбуждается под воздействием электрических импульсов, генерируемые собственным водителем ритма [35]. Анатомически данный водитель ритма сердца находится в правом предсердии, между устьями полых вен, то есть в синусовом узле. Именно поэтому возбуждающий импульс, исходящий из него, называется синусовым импульсом (см. рисунок 2).

Рисунок 2 – Анатомия проводящей системы сердца

Импульсы, которые возникают в синусовом узле в результате его спонтанной деполяризации, приводят к возбуждению и сокращению всего сердца. Вокруг сердца создается изменяемое во времени электрическое поле благодаря электрической активности клеток миокарда. Электроды, располагаемые на коже человека, ресгистрируют изменения этого поля и передают их на электрокардиограф. В этом заключается суть кардиографии.

Структура нормального электрокардиосигнала с принятыми обозначениями приведена на рисунке 3.

–  –  –

Электрический импульс возбуждения возникает в синусовом узле (на ЭКГ не регистрируется), распространяется по предсердиям (на ЭКГ регистрируется зубец

P) и проходит по атриовентрикулярному (АВ) узлу (см. рисунок 3). В АВ-узле происходит физиологическое замедление импульса. В связи с этим на ЭКГ сегмент PQ (участок между зубцами P и Q) представлен прямой линией, называемой изоэлектрической (изолинией). Далее электрический импульс достигает проводящих путей желудочков, представленных системой пучка Гиса и волокнами Пуркинье и приводит в возбеждение миокард желудочков (см. рисунок 2).

Приведенный процесс отображается формированием желудочкового QRSкомплекса (см. рисунок 3). Охватив возбуждением желудочки, электрический импульс возбуждения угасает. Происходящие в этот момент процессы реполяризации отражаются на ЭКГ сегментом ST и зубцом T [71].

В момент регистрации ЭКС необходимо придерживаться определенных правил [57]. Существует несколько традиционно общепринятых способов регистрации ЭКС. Для нужд функциональной диагностики обязательным способом регистрации является запись ЭКГ в 12 отведениях.

Отведение представляет собой разность потенциалов между двумя электродами, закрепленными на теле пациента (на его поверхности). При регистрации ЭКГ в стандартных отведениях наложение электродов выполняется в следующем порядке: I – левая и правая руки, II – правая рука и левая нога, III – левые рука и нога. При этом в усиленных отведениях имеет место следующее расположение активного электрода: на правой руке для отведения aVR (R – right), на левой руке для отведения aVL (L – left), на левой ноге для отведения aVF (F – foot). Для грудных отведений V1 – V6 один из электродов представляет собой точку на поверхности грудной клетки, а другой – общий для всех конечностей электрод [35].

1.3.2 Холтеровское мониторирование как способ электрокардиографической диагностики аритмий сердца Классическое название данного способа в России – холтеровское мониторирование (ХМ). Данный метод диагностики используется для непрерывной записи ЭКГ на носитель информации в нескольких отведениях, в условиях свободной активности пациента, с возможностью его последующего разбора в режиме offline на специальных дешифраторах [58]. Используются также термины суточное мониторирование ЭКГ, амбулаторное ЭКГ мониторирование, динамическая электрокардиография, мониторирование по Холтеру. Все составляющие исследования: регистраторы, количество отведений, расположение электродов, возможности анализа могут существенно варьироваться у разных производителей, но постоянной остается основная суть методики: выполнение регистрации ЭКГ в условиях свободной активности пациента в 2 – 3 отведениях и длительностью от 18 до 24 часов (см. рисунок 4). Производители имеют возможность включения в свои устройства различных опций кроме оценки ЭКГ.

Рисунок 4 – Холтеровский монитор

Больничный мониторинг необходим только в том случае, когда наблюдаемый пациент имеет большой риск развития опасной для жизни аритмии.

В данном случае диагностический результат применения холтеровского мониторинга электрокардиосигнала (ХМ ЭКС) не может быть выше 16%, но он дает возможность в минимальные сроки осуществить регистрацию опасной для жизни аритмии и отреагировать на нее соответствующим образом [5].

Новым направлением ХМ является телемониторинг ЭКГ, позволяющий контролировать ЭКГ больного дистанционно в режиме online [6, 17, 18]. Сегодня существует несколько видов мониторов. Традиционными являются мониторы с постоянной записью, которые представляют собой небольшие и легкие устройства.

Регистраторы выполняют цифровую запись ЭКГ на носитель информации определенного типа. Современный ХМ ЭКС предоставляет возможность записи ЭКГ-сигнала до 1000 раз за секунду, что позволяет достаточно точно его повторить.

Мониторы содержат цифровые часы и отдельную дорожку для регистрации времени. Суточная запись такого монитора включает более 100000 кардиоциклов и требует для временного хранения информации около 20 мегабайт памяти на канал.

Другой разновидностью являются мониторы с прерывистой записью. Под этим понятием подразумевают транстелефонный мониторинг ЭКГ и мониторинг, позволяющий больному самому оперативно активировать запись электрокардиосигнала в момент появления симптомов. Появились также современные наружные и имплантируемые устройства, способные выполнять непрерывную регистрацию ЭКГ с беспроводной передачей информации в сервисный центр.

Применение ХМ в современной медицине становится все более обширным.

В течение последнего десятилетия ХМ все шире используется для обнаружения ишемии миокарда. В прошлом имелся ряд технических ограничений, приводивших к неадекватной и ненадежной оценке сегмента ST. Сегодня возможно выявление ишемии с использованием только компьютерного алгоритма (но в данном случае обязательной является перепроверка данных) [5].

Способ виртуального мониторинга по Холтеру Одним из наиболее развитых подходов является способ виртуального мониторинга по Холтеру [61], который включает в себя регистрацию электрокардиосигнала, загрузку сведений в мобильное вычислительное устройство, передачу электрокардиосигнала через Интернет на сервер приложений, просмотр и анализ электрокардиосигнала на сервере приложений, возвращение результатов анализа электрокардиосигнала в мобильное вычислительное устройство и формирование отчета (см. рисунок 5).

Рисунок 5 – Алгоритм способа виртуального мониторинга по Холтеру На рисунке 6 приведена схема информационного взаимодействия в известном способе виртуального мониторинга по Холтеру.

–  –  –

На рисунке 6 приняты следующие обозначения:

1 – пациент;

2 – врач;

3 – монитор Холтера;

4 – персональный компьютер или мобильное вычислительное устройство;

5 – данные Холтеровского мониторинга;

6 – сайт больницы, медицинского исследовательского центра, частного врача;

7 – провайдер Интернета;

8 – сеть Интернет;

9 – виртуальный Холтеровский центр;

10 – база данных виртуального Холтеровского центра.

11 – результаты анализа данных Холтеровского мониторинга;

12 – отчет.

На рисунке 7 приведен перечень основных действий в известном способе виртуального мониторинга по Холтеру.

Анализ фигур и формулы изобретения известного способа виртуального мониторинга по Холтеру показывает, что его суть заключается в регистрации и передаче электрокардиосигнала через Интернет для комплексного анализа в «Holter Computer Center». Действительно, в течение первого дня ЭКС регистрируется, в течение второго дня загружается в персональный компьютер или в мобильное вычислительное устройство и в течение третьего дня передаётся через Интернет для комплексного анализа. С точки зрения обработки данных такая парадигма обеспечивает:

прозрачность доступа пользователей через Интернет к необходимым вычислительным ресурсам;

распараллеливание задачи, когда каждый из процессоров в «Holter Computer Center» выполняет различные функции над одинаковыми данными, чтобы обеспечить обработку данных в реальном масштабе времени.

Рисунок 7 – Обзор основных действий в способе виртуального мониторинга по

–  –  –

При этом в ходе комплексного анализа в известном способе виртуального мониторинга по Холтеру выполняется:

анализ аритмии;

определение отклонения показателей сердца;

построение графика показателей сердца;

построение графика сокращения предсердий и желудочков;

анализ водителя ритма;

позднепотенциальный анализ сердца;

микропотенциальный анализ сердца;

построение почасового сводного отчета сегмента ST;

вывод образцов точек сегмента ST;

построение графика показателей тренда сегмента ST: анализ при начальном положении изолинии, повторный анализ при более низком положении изолинии, повторный анализ изменения порога;

формирование почасовой сводки о параметрах сегмента ST;

формирование периодического отчета об общем состоянии сердца.

Однако в ходе выполняемого структурного анализа в известном способе виртуального мониторинга по Холтеру не осуществляется:

предварительная обработка электрокардиосигнала;

экспресс-оценка опасной для жизни аритмии сердца;

регистрация местонахождения пациента;

вызов скорой помощи к местоположению пациента в случае обнаружения опасной для жизни аритмии сердца.

Действительно, при ХМ ЭКС принципиально не осуществляется отслеживание опасных для жизни аритмий сердца: как правило, мониторинг по Холтеру предназначен для выполнения регистрации ЭКГ для его последующего анализа врачом-кардиологом. Очевидно, что данное ограничение снижает диагностические возможности известного способа.

1.4 Современные средства регистрации и анализа ЭКС в условиях свободной активности. Достоинства и недостатки 1.4.1 Отечественные средства регистрации и анализа ЭКС Поли-спектр-радио-1 Система «Поли-Спектр-Радио» от компании «Нейрософт» является одной из наиболее известных российских систем регистрации физиологических сигналов человека и их передачи по радиоканалу на компьютер [63]. Под физиологическими сигналами понимаются ЭКС и ритм дыхания. Получаемый с устройства регистрации сигнал в режиме реального времени отображается на мониторе компьютера. Основным условием при регистрации физиологических параметров является расположение компьютера для получения сигнала на расстоянии не более 300 метров от передатчика. Данная система позволяет осуществлять регистрацию физиологических сигналов одновременно от нескольких объектов.

Регистрируемый сигнал сохраняется в памяти передатчика, что позволяет избежать потери информации в случае нарушения процедуры радиообмена с персональным компьютером.

Области применения:

кардиология;

спортивная медицина;

восстановительная медицина и курортология;

профессиональная медицина (выполнение контроля физиологических параметров в процессе осуществления профессиональной деятельности человека.

Как правило, наибольший интерес представляют такие профессии, как силовые структуры, МЧС);

научные исследования в области физиологии человека и животного.

Процедура регистрации начинается с этапа закрепления электронного блока передатчика на теле человека. В зависимости от требований анализа к передатчику присоединяется двух-, трех- или пятиэлектродный кабель отведений ЭКГ с электродами, закрепленными на теле (груди, руках или других участках тела).

Регистрация необходимых сигналов и передача сведений на компьютер посредством радиоканала начинается сразу после включения передатчика.

Приемник устанавливается на расстоянии не более 300 метров от устройства регистрации и подключается к компьютеру через интерфейс USB. К приемнику посредством коаксиального кабеля присоединяется приемная антенна.

Регистрируемая информация поступает с приемника через USB-кабель на компьютер. На компьютере устанавливается специальное программное обеспечение, позволяющее отображать в режиме реального времени всю необходимую информацию. Программное обеспечение позволяет сохранять все данные в памяти компьютера и проводить последующий анализ с помощью других средств.

На рисунке 8приведен внешний вид закрепленного на теле человека передатчика с подключенными электродами.

–  –  –

Устройство Поли-Спектр-Радио-1 зарекомендовало себя на отечественном рынке устройств регистрации ЭКС. Однако его достаточно высокая стоимость (стоимость одного комплекта составляет около 110 тысяч рублей) не позволяет в полной мере занять необходимую долю рынка.

«Астрокард - телеметрия» 3G Комплекс телеметрической регистрации ЭКГ «Астрокард – телеметрия» 3G от компании ЗАО «Медиатек» представляет собой еще одно устройство отечественной разработки.

Данное устройство предназначено для выполнения непрерывного дистанционного мониторирования электрокардиосигнала в режиме реального времени. Регистрация сигнала выполняется на протяжении длительного отрезка времени (более 20 часов). Регистрируемый сигнал передается посредством беспроводного канала данных.

Комплекс «Астрокард-телеметрия» 3G позволяет выполнять ХМ ЭКГ по 3 отведениям и осуществлять последующий ретроспективный анализ полученного ЭКГ. Во процессе выполнения холтеровского мониторирования пациент может в режиме свободной активности перемещаться в пределах зоны действия сети мобильной связи [1].

Использование цифровой передачи и обработки регистрируемых сигналов, а также применение оригинальной методики выделения QRS-комплексов и коррекции смещения изолинии позволяет достигнуть очень качественного и стабильного качества записи ЭКГ. На рисунке 9 приведен внешний вид данного устройства.

Выполняемый мониторинг ЭКГ позволяет выполнять анализ информации со следующими возможностями:

выполнение просмотра ЭКГ по 3 отведениям;

обеспечение автоматической классификации желудочковых комплексов по их форме;

выполнение анализа динамики сегмента ST;

вычисление значения интервала QT по вершине и по окончанию волны;

автоматическое выделение сигнала артефакта стимула и анализ работы основных типов имплантируемых стимуляторов;

автоматическое вычисление трендов ЧСС, RR, ST (для всех каналов);

возможность коррекции результатов машинного анализа в ручном режиме;

анализ турбулентности сердечного ритма.

–  –  –

Данная система предназначена для применения в медицинских учреждениях различного рода. Стоимость базовой комплектации рассматриваемого комплекса начинается от 450 тысяч рублей.

Мобильный многофункциональный аппаратно-программный комплекс длительного кардиомониторирования и эргометрии Мобильный многофункциональный аппаратно-программный комплекс длительного кардиомониторирования и эргометрии представляет собой перспективную российскую разработку от ОАО «НПП КП «КВАНТ», г. Ростов-наДону.

В ходе выполнения комплексного проекта должен быть создан мобильный многофункциональный аппаратно-программный комплекс длительного кардиомониторирования и эргометрии [49]. Внешний вид прибора изображен на рисунке 10.

Рисунок 10 – Мобильный многофункциональный аппаратно-программный комплекс длительного кардиомониторирования и эргометрии Данный комплекс предназначен для выполнения исследования деятельности сердечно-сосудистой системы (суточная запись электрокардиограммы (ЭКГ), смещение ST, частоту сердечных сокращений) с одновременной регистрацией ее реакции на механическую нагрузку (в Ваттах), развиваемую пациентом в процессе его естественного движения и на протяжении реального жизненного цикла (например, при прохождении терренкура в санатории). Определение местоположения пациента осуществляется прибором посредством системы позиционирования GPS/ГЛОНАСС. Кардиолог своевременно получает сведения о физическом состоянии своего пациента и при необходимости его местоположение (информация могут поступать в двух режимах – постоянно или при возникновении критических ситуаций).

К недостаткам комплекса стоит отнести недостаточную эргономичность и невозможность использования в бытовых условиях без участи врача. Кроме того, отсутствует необходимая информации о способах анализа ЭКС.

1.4.2 Зарубежные средства регистрации и анализа ЭКС

AliveCor’s Heart Monitor

AliveCor’s Heart Monitor представляет собой пульсометр, используемый для измерения сердечного ритма и частоты сокращений сердца [67]. По сравнению с предыдущими устройствами комплексной диагностики данный прибор предназначен для выполнения быстрой и точной проверки работоспособности сердца по ЭКГ-записи. Пульсометр AliveCor соединяется с любым устройством на платформе Android или IOS с предустановленным программным обеспечением.

Взаимодействие между устройством и смартфоном выполняется по беспроводной связи. Благодаря разработанным сервисам пользователи могут в режиме online отправлять статистику измерений кардиологу для подробного анализа.

Особенностью устройства является возможность его использования пользователями, не имеющими медицинского образования. Для выполнения анализа необходимо наложить электроды на фаланги пальцев обеих рук и выполнить регистрацию необходимых сведений. На рисунке 11 приведен внешний вид пульсометра.

–  –  –

Metria wearable sensor Устройство Metria wearable sensor представляет собой еще одно зарубежное устройство для отслеживания физиологических показателей организма [55].

Данное устройство является разработкой от компании Vancive Medical Technologies и является небольшим сенсором для регистрации жизненноважных показателей владельца устройства.

Рассматриваемое устройство закрепляется к телу человека посредством специального адгезивного вещества. Сенсор является достаточно тонким прибором, что позволяет его использовать в повседневной жизни. Устройство позволяет регистрировать разнообразную информацию о пациенте - частоту сердечных сокращений и дыхания, продолжительность сна, уровнем активности и т.д.

Для анализа жизненные показатели, зарегистрированные данным устройством, посредством беспроводного протокола передачи данных передаются на смартфон, где и подвергаются необходимой обработке. В комплекте с сенсором поставляется программное обеспечение для углубленного анализа и интерпретации регистрируемой информации.

Пользователь может просмотреть зарегистрированную информацию с помощью смартфона или веб-браузера. Интерфейс приложения позволяет объединить собранные сведения, выявить тенденции в изменении жизненных показателей.

Датчик Metria wearable sensor позволяет выполнять длительный сбор необходимых сведений. Внешний вид сенсора изображен на рисунке 12.

–  –  –

На данный момент стоимость устройства составляет 7990 рублей за одно устройство при покупке партии от 50 устройств. Недостатком данного устройства является также невозможность выполнения полноценного анализа состояния человека.

eMotion ECG Mobile Система удаленного ЭКГ-мониторинга eMotion ECG Mobile предназначена для выполнения непрерывного мониторинга в режиме реального времени [9].

Сведения передаются от датчика ЭКГ на мобильное устройство посредством протокола беспроводной передачи данных Bluetooth. В свою очередь, мобильное устройство выполняет дальнейшую передачу зарегистрированной информации на сервер, где и выполняется хранение информации. Зарегистрированные сведения могут быть обработаны двумя способами: посредством веб-браузера для анализа целей или с использованием мониторинга на компьютере в режиме реального времени. В веб-браузере специалист имеет возможность исследования и выполнения анализа ЭКГ-данных. Отчет о результатах анализа может быть отправлен на электронную почту пациента сразу же после его проведения. Режим мониторинга позволяет осуществлять контроль сразу нескольких пациентов одновременно. Кроме того, использование манометра и весов с Bluetooth, позволяет добавить в этот же режим мониторинга информацию об артериальном давлении и весе пациента.

eMotion ECG Mobile представляет собой платформу, позволяющую выполнять универсальные функциональные возможности для дистанционного мониторинга ЭКГ. Она включает в себя:

платформу для выполнения мониторинга ЭКГ в режиме реального времени;

систему оповещения при наличии проблем с пациентами или устройством;

платформу для выполнения анализа на основе браузера;

прямую и обратную связь по беспроводному протоколу передачи информации;

средства отображения в доступном виде ЭКС-отчетов;

Внешний вид устройства изображен на рисунке 13. Стоимость устройства 51 200 рублей. Удалённые консультации кардиолога оплачиваются дополнительно.

Рисунок 13 – Внешний вид eMotion ECG Mobile

Устройство eMotion ECG Mobile предназначено для использования за пределами медицинского учреждения. Однако оно не позволяет осуществлять самостоятельное определение опасных для жизни аритмий сердца. Также стоит отметить высокую стоимость для отечественного рынка.

1.5 Сравнительный анализ возможностей известных средств регистрации и анализа ЭКС в условиях двигательной активности В предыдущем разделе были приведены доступные на данный момент современные средства регистрации и диагностики состояния сердца в условиях свободной активности. Выполненный анализ показал, что рынок предоставляет широкий спектр конкурентоспособных, высокоэффективных средств ХМ ЭКС.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
Похожие работы:

«Бардин Виталий Анатольевич СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АКТЮАТОРОВ Специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (приборостроение) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель: д.т.н., профессор...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.