Системи для проведення функціональної діагностики Системи для дослідження функції кровообігу

При розробці МПКС для функціональних досліджень серцево-судинної системи інформаційні потоки можуть містити значне число показників. Остаточний вибір набору реєстрованих показників визначається конкретним медичним діагностичним завданням.

Відповідно до вимірюваних фізіологічних показників існує значна кількість спеціалізованих МПКС для функціональних досліджень системи кровообігу. Тут ми обмежимося розглядом електрокардіографічних і реографічних систем.

Комп'ютерна електрокардіографія

Методи аналізу электрокардіосигнала. Існуючі методи автоматичного аналізу ЕКГ відрізняються великою різноманітністю, яка обумовлена як відмінністю вирішуваних завдань, так і специфікою досліджуваних параметрів сигналу.

Основою для побудови алгоритмічного і програмного забезпечення більшості автоматизованих систем служить наступна послідовність етапів обробки ЕКГ-сигналу:

— введення ЕКГ;

— передобробка сигналу;

— розпізнавання характерних елементів;

— вимірювання інформативних параметрів і їх аналіз;

— інтерпретація результатів аналізу.

Введення ЕКГ припускає аналого-цифрове перетворення сигналу, яке виконується найчастіше з частотами дискретизації від 250 до 500 Гц і точністю перетворення 8-12 битий, що забезпечує достатньо високу якість представлення сигналу в цифровій формі.

На етапі передобробки для придушення перешкод використовують методи цифрової фільтрації, шуми різного походження (м'язовий тремор, рухи пацієнта, мережеві наведення), що знімають на ЕКГ, і поліпшуючі за рахунок цієї умови роботи подальших алгоритмів.

Вимоги до фільтрації визначаються особливістю обстеження. Для придушення м'язових високочастотних (до 1000 Гц) шумів використовують цифрові фільтри низьких частот, дихальних — низькочастотних (менше 3 Гц) хвиль: цифрові фільтри високих частот, сплайн-інтерполяцію. Режекція мережевого наведення (50 Гц) проводиться за допомогою смугових фільтрів, адаптивних фільтрів. Імпульсні артефакти, пов'язані з рухом пацієнта і поганим контактом електродів з шкірою, усуваються за допомогою фільтрів високих частот і усереднювання.

У передобробку сигналу можуть бути включені спеціальні процедури корекції ізоелектричної лінії (останнім часом для цього стали використовувати методи сплайн-інтерполяції), фільтрації імпульсних перешкод, а також стиснення послідовності дискретних відліків ЕКГ, завдяки якому вдається скоротити надмірність початкового представлення сигналу і реалізувати структурні методи аналізу.

Найбільш важливим етапом обробки ЕКГ є розпізнавання найважливіших її елементів, що полягає у виявленні QRS-комплексу, виділенні його характерних крапок (вершин зубців Q, R, S, меж комплексу і зубців), визначенні деякої опорної точки, щодо якої вимірюється тривалість RR-інтервалів. Тут можна виділити цілу групу методів, основними з яких є наступні:

— методи, що використовують аналіз першої похідної сигналу;

— структурні методи, засновані на попередній сегментації сигналу, представляють його у вигляді послідовності простих елементів і подальшому граматичному розборі отримуваного при цьому ланцюжка символів;

— кореляційні методи, що використовують аналіз кореляційної функції між вхідний ЕКГ і декількома зразками шлуночкового комплексу.

Подальші етапи автоматичного аналізу ЕКГ визначаються кінцевою метою дослідження і реалізуються з використанням різних методів цифрової обробки сигналу.

При аналізі ЕКГ першорядний інтерес для лікаря представляють тимчасова еволюція і статистика розподілу структурних параметрів: тимчасових інтервалів (RR, PQ, QRS, ST) і амплітуд (Р, R, ST, T). Тому важливу групу складають методи обробки ЕКГ, засновані на вимірюванні параметрів, використовуваних лікарем при розшифровці ЕКГ. До них відносяться значення амплітуд і тривалість зубців ЕКГ, інтервали між ними. Алгоритми класифікації серцевих аритмій, що будуються за допомогою формалізації лікарської логіки, використовують величезне число параметрів і відрізняються високим ступенем складності.

Інший клас завдань пов'язаний з безперервною обробкою ЕКГ з метою виявлення ранніх аритмій і запобігання важчим станам хворого. Особливість використовуваних методів аналізу ЕКГ визначається тим, що ознаки порушень ритму і провідності серця поміщені як в зміні тривалості RR-інтервалів, так і в зміні форми шлуночкових комплексів ЕКГ.

Перша група методів припускає аналіз морфологічних властивостей QRS-комплексу при описі його у вигляді послідовності дискретних відліків або їх похідних. Алгоритми розпізнавання аномальних форм шлуночкового комплексу засновані, як правило, на порівнянні кожного виявленого комплексу з деяким еталоном, що зберігається в пам'яті ЕОМ. Вони використовують або кореляційні методи аналізу, або програми, засновані на вимірюванні відстані між векторами відліків порівнюваних комплексів. Обчислені коефіцієнти взаємної кореляції або відстані порівнюються з деякими порогами, задаючими міру відхилення аналізованого комплексу щодо еталону. У більшості алгоритмів виявлення аритмій використовуються логічні вирішальні правила, об'єднуючі ознаки зміни форми шлуночкового комплексу і тривалості відповідних RR-інтервалів.

Друга група методів будує опис форми шлуночкового комплексу у вигляді ознак, які обчислюються по характерних точках кардіоцикла, що отримується на етапі розпізнавання основних елементів ЕКГ. Класифікація комплексів здійснюється методами кластерного аналізу з використанням різних заходів близькості між ними. Ці методи простіше реалізуються і в той же час забезпечують достатньо високу якість розпізнавання аритмій.

При рішенні завдань контролю стану організму під впливом різних чинників майже завжди досліджують ритм серцевих скорочень, здійснюючи математичну обробку RR-інтервалів. Найчастіше застосовують структурний аналіз ритмограм, аналіз гістограм, а для виділення періодичних складових ритмограми — методи кореляційного і спектрального аналізу. Використання всіх цих методів переслідує в основному одну мету: дати міру мінливості ритму серцевих скороченні в різних станах організму, під якими розуміють стан спокою, різні навантаження (розумові і фізичні) або різні види патології.

Використовуваний алгоритм синдромального (контурного) аналізу ЕКГ призначений для виявлення основних ЕКГ синдромів за наслідками автоматизованого обміру ЕКГ. Алгоритм заснований на лікарській логіці: порівнянні параметрів ЕКГ з діагностичними критеріями, вибраними з урахуванням особливостей апаратних і програмних засобів системи, даних літератури, експериментальних і досвідчених даних.

Пропускна спроможність системи дозволяє виконувати до 12 досліджень в годину, включаючи час накладення електродів, роздрук кривих і висновку. Наявність скринируючих ЕКГ-висновків робить можливим застосування системи на перших рівнях масових обстежень населення.

Апаратна система є комплексом, що складається з комп'ютера типу IBM РС, пристрою перетворення і введення в комп'ютер кардіосигналів і електрокардіографа.

Програмне забезпечення, як указувалося вище, може бути розглянуте у вигляді сукупності 6 модулів.

Планування обстеження в системі практично відсутнє, оскільки всі установки зроблені «за умовчанням», тобто розробником системи, і обмежується вибором каналів (відведенні).

На етапі проведення обстеження здійснюється синхронний запис до 12 загальноприйнятих відведенні в течії 4 з і запис II відведення в течії 40 із з безпосереднім відображенням кардіосигналів на моніторі комп'ютера.

Етап перегляду і коректування записів дозволяє проглянути все записані кардиоциклы як по 12 відведенням в 4-секундному записі, так і в 40-секундному записі II відведення. Причому указуються межі тимчасових інтервалів і амплітуд PQRST комплексів, які вибрала система, і надається можливість їх ручного коректування. Це дозволяє редагувати і результати машинної інтерпретації ЕКГ.

На етапі обчислювального аналізу створюються таблиці амплітудночасових характеристик всіх елементів ЕКГ з кодами конфігурації форми зубців (PI, P2, Q, R, S, Rl, SI, Tl, T2, Jv, ST, FP, FST, FT, PQ, QRS, QT). Крім того, по 40-секундному запису визначаються статистичні характеристики RR-інтервалів.

Оформлення висновку здійснюється автоматично — у вигляді машинної інтерпретації ЕКГ, як електрофізіологічного синдромального висновку (для дорослого або дитячого віку), представленого в звичній для лікаря формі. Інтерпретація ЕКГ містить висновки по контуру і ритму з використанням більше 100 елементарних висновків. Номенклатура висновків розроблена з урахуванням існуючих методичних рекомендацій, складається із словника висновків (основних термінів), сформульованих згідно вимогам ВІЗ, і включає 10 діагностичних класів. Передбачена діагностика порушень ритму серця, інфарктів міокарду, (включаючи стадії і локалізацію), блокад пучків Гиса і інших порушень провідності (зокрема блокад AV-з'єднання), гіпертрофії і т.д. Лікареві надається можливість проконтролювати і відредагувати висновок.

У системі передбачена робота з архівом, причому в архіві зберігаються як автоматична інтерпретація, так і сформований лікарський висновок. Система дозволяє вивести на екран криві, записані раніше, і здійснити оцінку динаміки ЕКГ накладенням кривих, записаних в різний час. Архівний запис одного спостереження займає на диску об'єм близько 20 Кбайт.

До недоліків системи може бути віднесені жорстка заданість проведення обстеження і обмеженість методів обчислювального аналізу ЕКГ.