Введение к работе
Актуальность темы. Сердечно-сосудистые заболевания имеют широкое распространение среди населения развитых стран. Из причин смертности на первом месте стоит инфаркт миокарда и его осложнения (Е.П. Какорина, А.Г. Роговина, 2001). В литературе дискутируется вопрос о патологических механизмах внезапной смерти, однако все авторы сходятся во мнении, что наиболее важное место занимают фатальные нарушения ритма сердца (П.В. Красноперое, СМ. Яшин, Л.А. Кофаль, 1996; Н.А. Мазур, 2003; СВ. Шальнова, А.Д. Деев, Р.Г. Оганов, 2005). В последние годы интенсивно ведутся поиски неинвазивных электрофизиологических методов, имеющих прогностическую значимость относительно аритмогенности нарушенных процессов деполяризации и реполяризации миокарда. Негомогенность процессов реполяризации в миокарде изучают посредством анализа длительности интервала QT ЭКГ и его дисперсии (D. Darbar, J. Luck, N. Davidson, Т. Pringle, G. Main, G. McNeill, A.D. Struthers,1996). Для ее анализа в литературе указывают разные способы регистрации: только стандартные или только грудные отведения и стандартные и грудные отведения и, наконец, запись 100 ЭКГ комплексов во втором стандартном отведении. Каждый исследователь приводит не только свой способ регистрации, но и анализа вариативности ОТ (А.Н. Лебедь, 1968; А.В. Недоступ, Э.А. Богданов, Е.И. Михновский, 1975; Л.М.Макаров, 2004). При этом одни авторы под дисперсией понимают разницу между максимальным и минимальным значением величины QT в записи ЭКГ (A QT). Другие под дисперсией понимают варьирование интервала QT в виде центрального момента второго порядка и приводят классическую формулу дисперсии как квадрат среднеквадратического отклонения (а*), однако в анализируемом материале оперируют именованными значениями, но не возведенными в квадрат (мс). Третьи предлагают относительные показатели в виде отношения QT/RR при этом для нормирования предлагают формулу Базетта, которая, как известно, из-за больших разбросов является не корректной.
Не однозначна и трактовка полученных результатов: в одних случаях предлагают принимать во внимание средние значения, в других -максимальные отклонения интервала QT, в третьих - только сочетания наличия ПЖП и QTd>30 ms.
В литературе имеются единичные указания на то, что негомогенность процессов реполяризации может иметь место как отражение синусовой аритмии. Следовательно, вопрос о возможности появления негомогенности процессов реполяризации как физиологического явления в нормально работающем сердце остается открытым.
Наджелудочковые тахиаритмии, характерные для врожденных аномалий
проводящих путей, потенциально опасны сверхбыстрыми желудочковыми ответами, которые обусловливают нарушение показателей гемодинамики, что является фактором риска внезапной смерти у лиц молодого возраста (Л.П. Воробьев, И.Н. Грибкова, Н.М Петрусенко, 1991; Т.Ф. Переточилина, С.А. Иорданиди, В.Ф. Антюфьев, 1995; А.Ш. Ревишвили, К.В. Давтян, Е.З. Лабарткава, 2008).
В литературе все чаще ставятся вопросы об определении факторов, позволяющих прогнозировать нарушения ритма сердца у подростков с синдромом предвозбуждения желудочков (С.Ф. Гнусаев, Ю.М. Белозеров, 1997; Ю.В. Шубик, 1999). Однако никем не ставился вопрос о диагностической ценности различных инструментальных методов обследования в диагностике каждого из вариантов предвозбуждения желудочков. Об определении перечня диагностических мероприятий для выявления синдрома предвозбуждения желудочков.
Следовательно, разработка биотехнических систем, имеющих в своем составе электрокардиографический модуль, базу данных и базу знаний с программным средством для решения задач классификации негомогенности процессов реполяризации и преждевременного возбуждения желудочков для отбора больных с предиктами фатальных нарушений ритма сердца, является актуальной задачей.
Работа выполнена в соответствии с планами проблемной комиссии по хронобиологии и хрономедицине РАМН, а также одним из основных научных направлений ГОУВПО «Белгородский государственный универвситет»: «Разработка универсальных методологических приемов хронодиагностики и биоуправления на основе биоциклических моделей и алгоритмов с использованием параметров биологической обратной связи».
Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка моделей, алгоритмов, технических и программных средств, которые позволяют оптимизировать автоматическое формирование групп риска по фатальным нарушениям ритма сердца.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать модели макроструктуры и микроструктуры преэкзитации, деполяризации и реполяризации миокарда у здоровых и больных;
осуществить параметризацию моделей с выбором адекватных электрофизиологических показателей;
изучить влияние адренергических и холинергических механизмов регуляции на динамику параметров макро- и микроструктуры предвозбуждения, деполяризации и реполяризации миокарда;
сформировать алгоритмы отбора больных с ЭКГ- феноменом синдрома преждевременного возбуждения желудочков и больных с риском фатальных нарушений ритма сердца на основе нарушений негомогенности процессов реполяризации миокарда;
разработать алгоритм вычисления коэффициента нарушений негомогенности процессов реполяризации;
разработать программно-управляемый электрокардиографический модуль, агрегатированный с информационной системой отбора больных;
провести клиническую оценку эффективности разработанных моделей и алгоритмов отбора больных для формирования групп риска с фатальными нарушениями ритма сердца.
Методы исследования базируются на использовании основных положений системного анализа, теории управления в медицине, - моделирования, теории вероятностей и математической статистики, методах регистрации и анализа электрофизиологической информации в виде ЭКГ, межпульсового интервала и интеллектуального анализа данных. Использованы методы системотехнического анализа и конструирования, а также математико-кибернетические методы их решения.
Научная новизна результатов исследования. В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
способ формализации информационных ресурсов, включающий кодирование параметров циклических колебаний ритма сердца посредством информационного анализа, включающего регистрацию параметров энтропии сигналов пульса, отличающийся возможностью анализа динамики макроструктуры паттернов негомогенности процессов реполяризации и преэкзитации миокарда;
способ формализации информационных ресурсов, включающий кодирование параметров последовательных колебаний ритма сердца, посредством условно-вероятностного и авторегрессионного законов распределений предыдущего и последующего значений сигналов пульса и отличающийся возможностью анализа динамики микроструктуры паттернов негомогенности процессов реполяризации и преэкзитации миокарда;
модуль записи и обработки ЭКГ сигнала, работающего в программно-управляемом режиме и отличающегося наличием цифрового сигнального процессора, картой памяти и беспроводным устройством связи с ЭВМ;
алгоритмы ввода электрокардиографической информации в компьютер, позволяющие регистрировать и обрабатывать электрофизиологический сигнал в режиме реального времени в составе информационной биотехнической системы;
алгоритм отбора больных, имеющих нарушения в виде негомогенности
процессов реполяризации и преэкзитации миокарда, основанный на автоматической классификации синусовой аритмии, номотопных и гетеротопных нарушений автоматизма, синдрома WPW, CLC, удлинении интервала QT, отличающийся детерминированной и вероятностной логикой распознавания;
база данных и база знаний, включающая программное обеспечение, направленное на управление записью электрокардиограммы, ее математическим анализом, графическим представлением информации и которая обеспечивает формирование групп риска фатальных нарушений ритма сердца.
Практическая значимость и результаты внедрения. В результате проведенных исследований решена задача разработки макроструктурных и микроструктурных моделей паттернов QT и PQ электрокардиограммы. Подобный подход обеспечил возможность оптимизировать анализ динамики микроструктуры паттернов негомогенности процессов реполяризации и преэкзитации миокарда, направленный на отбор больных с повышенным риском фатальных нарушений ритма сердца.
Реализованные алгоритмы классификации нарушений негомогенности процессов реполяризации и преэкзитации миокарда послужили базисом для разработки автоматического электрокардиографического, модуля ввода и первичной обработки информации в цифровом сигнальном процессоре.
Разработанная структура базы данных и база знаний обеспечили в автоматическом режиме формирование групп повышенного риска по фатальным нарушениям ритма сердца как среди практически здоровых молодых лиц, так и у кардиологических больных.
Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры пропедевтики внутренних болезней и клинических информационных технологий ГОУВПО «Белгородский государственный университет», в лечебную практику отделения функциональной диагностики МУЗ городской больницы № 2 г. Белгорода.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международной научной конференции, посвященной 10-летию медицинского факультета (Ульяновск, 2001); IV Международной научно-технической конференции «Медико-экологические информационные технологии» (Курск, 2001); II конференции молодых ученых России с международным участием «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» (Москва, 2001); III Международном конгрессе молодых ученых «Наука о человеке» (Томск, 2002); Международной студенческой научной конференции «Студенческая медицинская наука» (Воронеж, 2003); Международной научно-практической конференции «Хрономедицина-практике» (Белгород, 2003); Международной научной
конференции «Актуальные проблемы науки и образования», (Куба, Варадеро, 2006); XIII Международном конгрессе по реабилитации в медицине и иммунореабилитации; Всемирном форуме по астме (ОАЭ, Дубай, 2008); XIV Международном конгрессе по реабилитации в медицине и иммунореабилитации «Современные медицинские и информационные технологии» (Санкт-Петербург, 2009); расширенном заседании кафедры пропедевтики внутренних болезней и клинических информационных технологий (Белгород, 2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1] - разработка медико-технических требований для структуры автоматизированного модуля анализа -моделей преэкзитации желудочков; [2] - разработка структуры системы анализа атрио-вентрикулярной проводимости и длительности электрической систолы; [3, 4] - создание алгоритмов распознавания негомогенности процессов реполяризации на основе информационного анализа; [5, 6] -формирование алгоритмов классификации состояния вегетативного статуса у здоровых и больных язвенной болезнью и сахарным диабетом по данным анализа временной упорядоченности пульса; [7, 8, 9] - создание макроструктурных и микроструктурных моделей негомогенности процессов реполяризации миокарда у больных сахарным диабетом, гипертонической болезнью, ишемической болезнью с синдромом мерцательной аритмии; [10, 11, 12] - разработка принципов энтропийного анализа для создания стохастических и детерминированных моделей управления процессами реполяризации миокарда; [13, 14] - разработка алгоритмов для классификации отбора групп повышенного риска на основе макро- и микроструктурных моделей преэкзитации миокарда и электрической систолы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 139 наименований, и приложения. Основная часть работы изложена на 117 страницах, содержит 17 таблиц и 39 рисунков.
