Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время в России и за рубежом активно развивается компьютерная диагностика сердечнососудистых заболеваний, особенно в ситуациях скорой и неотложной помощи, так как именно эта категория болезней согласно данным Госкомстата занимает одно из первых мест среди заболеваний и причин смерти трудоспособного населения. Достижения отечественных ученых М. П. Рощевского, Е. П. Чазова, О. В. Баума, Л. И. Титомира, А. Н. Волобуева и других внесли значительный вклад в развитие диагностики состояния сердца.
Самым распространенным и доступным методом исследования сердечно-сосудистой системы является электрокардиография, в котором для оценки электрической активности сердца применяется амплитудно-временной анализ. Несмотря на широкое применение электрокардиографии в диагностике сердечно-сосудистой системы, не всегда удается охарактеризовать границы и степень поражения сердечной мышцы, так как применяемые врачами информационные параметры электрокардиосигналов позволяют лишь косвенно связать отклонения в них с конкретными областями сердца.
Другим возможным подходом является представление сердца в виде эквивалентного электрического генератора, характеристики которого отражают электрическое состояние сердца. Таким образом, более детальное представление сердца позволит получить более полную информацию об электрической активности сердца в целом и отдельных его областей, а следовательно, повысить точность определения повреждения миокарда. В связи с этим актуальной задачей является повышение разрешающей способности локализации повреждения миокарда за счет разработки новых способов и средств анализа электрокардиосигналов для определения электрической активности сердца.
Цель п задачи исследования. Целью работы является повышение разрешающей способности выявления места повреждения миокарда по сравнению с существующей в функциональной диагностике методикой амплитудно-временного анализа электрокардиосигналов путем определения и исследования характеристик электрической активности сердца пациента.
Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:
-
Разработать и исследовать способы анализа электрокардиосиг-налов для определения характеристик электрической активности сердца (обратная задача электрокардиографии) на основе модели эквивалентного электрического генератора сердца, компьютерной модели сердца и индивидуальных размеров торса и сердца пациента.
-
В рамках компьютерной диагностической системы разработать и исследовать средства анализа электрокардиосигналов для определения характеристик электрической активности сердца на основе разработанных способов.
-
Разработать способ верификации определения характеристик электрической активности сердца на основе синтеза электрокардиосигналов с использованием альтернативной модели эквивалентного электрического генератора сердца (прямая задача электрокардиографии).
-
Оценить достоверность расположения места повреждения миокарда на основе полученных характеристик электрической активности сердца.
-
Разработать методику исследования электрической активности сердца, позволяющую на основе совместного решения обратной и прямой задач электрокардиографии повысить разрешающую способность выявления места повреждения миокарда по сравнению с существующей в функциональной диагностике методикой амплитудно-временного анализа электрокардиосигналов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались теоретические основы диагностики состояния сердечно-сосудистой системы, теории электромагнитного поля и электродинамики сплошных сред, аналитическая геометрия, линейная алгебра и численные методы, методы решения некорректных задач.
Научная новизна исследования:
1. На основе многодипольной модели эквивалентного электрического генератора сердца разработаны способы и средства анализа стандартных электрокардиосигналов для определения характеристик электрической активности сердца, отличительной особенностью которых является использование смещений электрически активных об-
ластей на поверхности сердца и пространственного распределения потенциалов сердца на торсе пациента.
-
Впервые установлена взаимосвязь между полученными в ходе анализа электрокардиосигналов характеристиками электрической активности сердца и параметрами мультипольной модели эквивалентного электрического генератора сердца.
-
Предложен алгоритм определения места повреждения миокарда на основе анализа полученных характеристик электрической активности сердца, результаты которого используются при моделировании и визуализации распространения возбуждения на компьютерной модели сердца пациента.
-
Предложена методика исследования электрической активности сердца, включающая в себя способы и средства анализа электрокардиосигналов для определения характеристик электрической активности сердца и позволяющая восьмикратно повысить разрешающую способность выявления места повреждения миокарда по сравнению с существующей в функциональной диагностике методикой амплитудно-временного анализа электрокардиосигналов.
Практическая значимость исследования
-
Предложенная методика исследования электрической активности сердца позволяет повысить разрешающую способность определения места повреждения миокарда и может быть использована как основа для разработки систем диагностики сердца.
-
Предложенные способы решения обратной задачи электрокардиографии позволяют получить дополнительные характеристики электрической активности сердца и повысить эффективность диагностики состояния сердца.
Использование результатов, внедрение
-
Предложенные способы и средства анализа электрокардиосигналов для определения электрической активности сердца используются в учебном процессе Медицинского института ГОУВПО «Пензенский государственный университет».
-
Предложенная методика исследования электрической активности сердца используется в учебном процессе ГОУ ДПО «Пензенский институт усовершенствования врачей».
3. Разработанные способы и средства анализа электрокардиосиг-налов, а также методика исследования электрической активности сердца использованы при разработке, настройке и испытаниях макетного образца компьютерной диагностической системы (КДС) «Кардиовид».
Факты внедрения подтверждены соответствующими документами. На защиту выносятся:
-
Способы анализа электрокардиосигналов, позволяющие определить характеристики электрической активности сердца.
-
Моделирование электрической активности сердца, позволяющее на основе синтеза электрокардиосигналов оценить достоверность определения полученных характеристик электрической активности сердца.
-
Алгоритм анализа полученных характеристик электрической активности сердца, позволяющий оценить достоверность расположения места повреждения миокарда.
-
Методика исследования электрической активности сердца, позволяющая восьмикратно повысить разрешающую способность выявления места повреждения миокарда по сравнению с существующей в функциональной диагностике методикой амплитудно-временного анализа электрокардиосигналов.
Апробация результатов исследования. Основные результаты работы прошли апробацию на 8-м и 9-м Конгрессах Российского общества холтеровского мониторирования и неинвазивной электрофизиологии (РОХМиНЭ) (Москва, 2007; Суздаль, 2008); VI Международной научно-практической конференции «Новые медицинские технологии в охране здоровья здоровых, в диагностике, лечении и реабилитации больных» (Пенза, 2008); Международной молодежной научной конференции «XVI Туполевские чтения» (Казань, 2008); Всероссийском научном школе-семинаре «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине - 2008» (Саратов, 2008); II Всероссийской научно-технической конференции «Информационные и управленческие технологии в медицине» (Пенза, 2008) и т. д.
Публикации. Основные положения работы представлены в 8 публикациях, в том числе 6 статьях и тезисах конференций, из них
1- в изданиях, рекомендованных ВАК; 1 - патенте РФ, 1 - зарегистрированной программной разработке.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и 3 приложений. Общий объем составляет 142 страницы машинописного текста, включающего 65 рисунков, 8 таблиц, 99 наименований списка использованных источников.
