Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из центральных проблем современной медицины является диагностика и лечение заболеваний сердца, а интерес исследователей и практических врачей к изучению вопросов кардиологии приобретает все более широкие масштабы. В диагностике для объективизации кардиологических данных чаще всего используется анализ кривых (ЭКГ, кровяное давление, кровоток) н изображений (кинокардиография, компьютерная томография, ультразвуковая кардиография,, радиоязотопная ангиография).
Самый распространенный способ определения кардиологических нарушений миокарда - электрокардиографический. При таком подходе данные зубцов ЭКГ тестируют по установленным критериям и получают набор непротиворечивой заключений по ЭКГ.
При другом варианте рассчитывается вероятность того или ппого диагноза. Расчет вероятности основан па одповремсшюм использовании большого числа ЭКГ перемепных.
Компьютеризация ЭКГ и других электрофизиологических исследований с использованием самых различных подходов: автоматизированным обсчет показателей, идентификация желудочковых экстрасистол от изменений ЧСС, автоматизированный анализ усиленной ЭКГ с помощью оценки спектральной энтропии, компьютерный мониторинг, вектор-кардиография и многие другие варианты позволяют облегчить анализ кардиологической информации, объективизировать данные инструментальных методов исследований. Эш методы компьютерной диагностики иллюстрируют детерминистический подход.
В клинике контроль за состоянием пациента осуществляется с помощью блочных (компьютерных) контролирующих систем. Аппаратная часть, программное обеспечение, параметры функционального состояния разбиваются на отдельные компоненты, которые могут объединяться в самых различных сочетаниях. Это позволяет применять такие системы в соответствии с требованиями индивидуального моннторного контроля больных, используемого в операционных, реанимационных отделениях, отделениях интенсивной терапии, а также контроля пациентов с различной тяжестью заболевания.
Однако, такой Холтеровский мониторинг построен на опреде
лении средних значений частоты пульса, общего количества экстрасистол и других усредненных параметров, иллюстрнруїоншх деятельность сердца. В связи с этим он является достаточно поверхностным, т.к. совершенно одинаковые средние значения кардиологических характеристик могут наблюдаться при патологии.
Наряду с этим перспективным является другой подход для контроля за состоянием обследуемого, в основе которого заложен анализ структуры хаотических колебаний ритма сердца. С этих позиций деятельность миокарда характеризуется хаотическими процессами.
Изучение хаотических колебаний R-R интервалов ЭКГ деятельности сердца в условиях нормы и патологии може г открыть новые перспективы в распознавании болезней на самых ранних стадіих их развития.
Одновременно с этим именно зга область в изучении механизмов хаотической деятельности сердца является наименее разработанной в настоящее время.
Это определяет необходимость разработки методов и средств диагностики хаотической деятельности сердца, теоретических и практических подходов ее практической оценки, изготовление устройств и приспособлений.
Изучение хаотической деятельности сердца в условиях нормы и патолопш может открыть новые перспективы в распознавании болезней на самых ранних стадиях их зарождения.
Одновременно с этим именно эта область в изучении механизмов хаотической деятельности сердца, и основанных на исследовании этих механизмов, методов автоматизированной диагностики является наименее разработанной в настоящее время.
Это определяет необходимость создания технологии изучения хаотической деятельности сердца, теоретических и практических подходов ее практической оценки, изготовление устройств и приспособлений.
Целью, настоящей работы является разработка научных положений диагностики хаотической деятельности сердца.
В задачи работы вводило'.
Анализ и квалификация хаотических процессов электртгческой деятельности сердца.
Определение параметров характерных элементов ЭКГ.
Разработка диагностических критериев хаотического состояния сердца.
Разработка алгоритмов оценки хаотического состояния сердца.
Разработка методики диагностики.
Методы . исследования- Теоретические исследования базировались на теории нелинейных динамических систем, синергетики, и радиотехники. Экспериментальные и клинические исследования проводились на отечественных и иностранных кардиографах и мингографах, исследования и разработка новой технологии контроля состояния миокарда выполнялась на макете устройства, созданного автором. Расчеты и математическая обработка данных проводилась на персональном компьютере PC/AT фирмы IBM, при этом использовался специализированный пакет прикладных программ, разработанный автором.
Научная новизна- Классическая электрокардиография - это пространственное исследование электрических потеїшиалов, вырабатываемых миокардом, которое является общепринятой рутинной процедурой. Как правило, регистрируется 4-5 кардиоішклов в различных отведениях (системах отсчета). По данным ЭКГ невозможно сделать предсказание развития процесса. Например, куда движется организм, к угрожающему жизни состоянию, к инфаркту, или от него. Зачастую, даже уже когда патологический процесс достиг своего апогея - развился инфаркт, в некоторых случаях его трудно диагносцировать с помощью ЭКГ. Обычно врачей терапевтов интересуют стационарные состояния сердечно - сосудистой системы. В случае, если обнаруживается ровный сердечный пульс, то делается вывод о нормальном состоянии пациента, о его хорошем здоровье, при наличии неровного пульса, фиксируется заболевание.
В отличие от электрокардиографии в дайной работе используется принципиально другой подход - анализируется временная эволюция кардиорптма, закономерности его хаотических колебаний. При этом составление систем дифференциальных уравнений, моделирование промежуточных состояний не являлось целью исследования. В работе получил развитие более общий геометрический подход в анализе закономерностей хаотического поведения кардноритма. Регистрируемый процесс анализировался на фазовой и энергепгческой плоскостях. Из интег
рировашсой картины хаоса выделялись элементарные геометрические фигуры, а затем использовались различные геометрические метрики: периметр, площадь, форма, углы поворота, сечение Пуанкаре и т.д.
На основании исследований хаотических колебаний ритма сердца показано, что при изменении его физиологического состояния случайный (хаотический) процесс кардиоритма претерпевает закономерные изменения, раскрывая его внутренний скрытый порядок. В результате исследований динамики хаоса, проведенных на группе пациентов, имеющих подтвержденный клинический диагноз заболевания и оптимизации полученных данных, установлено:
Каждое заболевание миокарда имеет свой пространственный геометрический "портрет".
Гипертрофическая кардиомноиатия дифференцируется от дпля-тационной с помощью геометрігческих метрик.
Для гипертошгческой болезни н артериальной гипертензии в сечении Пуанкаре характерно диффузное, равномерное распределение точек на энергетической плоскости. На фазовой плоскости в ссчешш Пуанкаре данное множество точек выстраивается вдать вертикальных линий, указьтая на появление в ритме сердца фиксированных, близких частот.
В отличие от гипертошгческой болезни в ишемическом сердце, осложненном ностинфарктным кардиосклерозом, работа сердца па фиксированных частотах проявляется уже на энергетической плоскости.
Таким образом, научная новизна диссертации заключается в следующем:
1. Разработан метод диагностики хаотической деятельности сердца. Указанный метод содержит следующие взаимосвязанные аспекты:
а) анализ и квалификация хаотических процессов электрической
деятельности сердца;
б) определение параметров характерных элементов ЭКГ (RR-интервалов,
амплитуда R-зубца, площадь R-зубца и др.);
в) определение диагностических критериев хаотической деятельности
сердца (размерности хаоса сердца в состоянии покоя, фазовьгії параметр
на фазовой плоскости, энергетический параметр на эпергетическо
йплоскости;
г) формализация процессов обработки информации хаотической дея
тельности сердца на основе разработанных алгоритмов.
д) идентификация нормы или патологан.
-
Исследован и доказан фрактальный механизм деятельности сердца. Выявлены хаотические "портреты" динамики сердечного ритма. Показано, что каждое заболевание миокарда имеет свой пространственный геометрический портрет.
-
Разработана и синтезирована биотехническая система для оценки хаотической деяггелности сердца.
-
Разработан комплекс алгоритмов обработки информации хаотической деятельности сердца.
-
Разработана методика диагностирования хаотической деятельности сердца.
Практическая неипость. Предложен новый метод диагностики хаотической деятельности сердца, получивший назвапие метод "Heart-chaos".
Доказан фрактальный механизм деятельности сердца. Показано, что каждое заболевание миокарда имеет свой пространственный геометрический портрет. Решена практическая задача разпоэнования заболеваний сердца для четырех нозологический единиц: дилятациопяой кардно-мнопатин, гипертрофической кардномнопатни, ншемической болезни сердца (постинфарктный кардиосклероз), гипертонической болезни. Для практического использования метода разработана методика и создан пакет прикладных программ, написанный на язьпее Турбо Паскаль для ПЭВМ типа IBM PC/AT.
Анробаиня работы. Материалы работы докладывались на научных семинарах ЦНИЛа Нижегородского медицинского института им. СМ. Кирова (г. Н.Новгород. 1990,1991). на научных семинарах кафедры "Биомеднцниские технические системы и устройства" МВТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва. 1991), на Международной выставке - ярмарке (г. Н.Новгород 1991). ряд рекомендаций работы прошел государственную экспертизу и признан изобретением.
Публикация. Основные результаты работы опубликованы в восьми печатных статьях.
Достоверность и обоснованность выводов и рекомендаций диссертации подтверждены верифицированными данными 411 пациентов, выполненных при техническом обеспечении автора.
Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из введе
ния, четырех глав, заключения, выводов, списка литературы (152 наименований из них 96 иностранных) и приложения, содержит 169 страниц текста, 48 рисунков, 1 таблицу.
