Введение к работе
Актуальность проблемы. В большинстве с і ран мира за последние годы значительно возросли заболеваемосіь и смертность, связанные с сердечно-сосудистыми заболеваниями (ССЗ). По данньш Всемирной организации здравоохранения летальность от ССЗ прочно занимает первое место в мире. Россия входиі в настоящее время в первую десятку стран с максимальной смертное гью от кардинально обусловленных причин. Повышение зффекіивносіи лечения и возвращение пациентов к активной жизни связаны, прежде всего, со своевременным обнаружением заболеваний. Наиболее широко используемым методом диагностики нарушений деятельности сердечнососудистой системы (ССС) является электрокардиография. Традиционно электрокардиограмма (ЭКГ) анализируется но ее форме, длительности, ориентации, взаиморасположению зубцов и сегментов. Па сегодняшний день все более широкое распространение приобретаюі авгомаїические методы анализа и интєрнреіации ЭКГ.
Ритм сердечных сокращений являеіся наиболее доступным для регистрации фи-зиолопнческих параметров, отражающих процессы вегетативной реіуляции в сердечно-сосудистой системе и организме в целом. Динамические характеристики ригма сердца (PC) позволяют оценить выраженность сдвигов симпатической и парасимпатической активности вегетативной нервной системы при изменении состояния пациеша. Нарушение ригма сердца - это динамический процесс непрерывного возникновения, существования и уіасания элементарных исіочников, инициаторов аритмии сердца.
В кардиолоіии результаты анализа PC используюіся как основной прогно-сіический показатель при оценке рисков при ишемической болезни, аритмиях, остром инфаркте миокарда, недостаточности кровообращения, оценке внезапной смерти и 1. д. В связи с этим поиск, разработка и исследование новых методов и алгоритмов оценки PC является актуальной задачей. В элею-рофизиологических методах медико-биологических исследований диапюстическая информация содержится в биоэлектрических сигналах, снимаемых с различных участков подкожных покровов или с поверхности кожи. Особое мес 10 здесь занимает исследование электрической активности сердца. Именно этот физиологический процесс требует пристального изучения и развития методов его анализа.
Иніерес к исследованию сердечных ритмов вызван сформировавшимся к настоящему времени убеждением, что в ритме сердца человека закодирована информация о процессах, протекающих не только в самом сердце и кровеносной системе, но и в различных функциональных сисіемах организма: центральной и периферической нервной системе, различных рецепторах, тканях и т.п. Этот факі и относительная простота регистрации сердечных ритмов имеют большое значение для разработки методов и алгоритмов профилактики и диагностики патологий, связанных не только с функционированием сердечно-сосудистой системы, но и других органов.
Классический подход в кардиологии основан на пространственно-временных, статистических, пространственно-спектральных методах получения диаіносгических показателей функционального состояния сердца.
Анализ современных методов исследования сердечно-сосудистой системы, оцен
ки электрической активности сердца и сравнение различных методов оценки сердеч
ного ритма показали, что универсальные методы не достаючны для описания всех
особенностей риіма В связи с эшм, актуальны исследования в области разрабоїки
новых методов анализа сердечного ригма, повышающих информаїивность и эффек
тивность результатов исследования и обеспечивают*'» nrHmriicmejImTOftnorawecKHX
диагностических показателей ] *ОС НАЦИОНАЛЬНАЯ '
I ВИБЛИОТЕКА /
I. С. Петербург - ' *
т ОЭ """
Цели и задачи работы. Целью диссертационной работы является исследование и разработка системы и количественных ме-юдов достоверного ароматизированною анализа злекірической активности и оценки ритма сердца, обеспечивающих повышение информативности диагностической и прогностической информации и значимости результатов электрокардиографического исследования.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие іадачи
-
Анализ существующих электрокардиографических методов исследования ССС и оценки злекірической активности сердца,
-
Разработка эффективного алгоритма выделения R зубцов электрокардиограммы, повышающего і очное і ь их определения,
-
Разработка теоретических подходов к оценке ритма сердца с целью построения моделей исследования часто і ного, динамического и энерг етического анализа сердца как системы;
-
Разработка новых количественных меюдов оценки PC, основанных на исследовании энергетики сердца и динамики сердечного ритма,
-
Разработка проіраммною обеспечения системного анализа динамики ритма сердца для реализации предложенных методов аигоматичеекої о анализа PC с возможностью вычисления известных физиологических диагностических показателей;
-
Исследование эффективное їй предложенных методов и анализа PC и сравнение результатов обработки данных экспериментальных исследований
Объект исследования. В клинической практике диагностики сердечной деятельности большое значение имеет анализ длительностей RR-интервлов. Удобным и информативным источником информации о ССС является RR-ингервалограмма, которая характеризует не только функциональное состояние сердца, но и состояние рету-ляторных процессов и сисіем органи іма о і функций коры головною мозга до автономной нервной системы с рецепторами на исполнительных органах. В данной диссертационной работе для снятия RR-интервалоірамм использовались прибор «Oxigemometr» с программой «Oxi» и холтеровский регистратор «Anna Flash 2()00»с программой «Escreen»
Методы исследования. Теоретическая часть диссертационной работы построена на базе аппарата математического анализа, математической статистики, теории спектрального анализа, методов нелинейной динамики и вейвлет-анализа. Экспериментальные исследования проводились с использованием реальных ЭКГ, регистрируемых у условно здоровых студентов Владимирскою государственного университета (ВлГУ) не старше 20 лет. Наряду с этим исследовались также ЭК1 больных Владимирской областной клинической больницы (ВОКБ) с различными сердечными патологиями. Результаты исследований получены в программных средах Matlab, Delphi и С* +.
Научная новизна работы. Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
-
Разработаны теоретические подходы к анализу PC, на основе которых были построены часюїная, динамическая и энергетическая модели исследования электрической активности и ригма сердца;
-
Предложены новые методы оценки функционального состояния сердечного ригма, а именно, энергетический метод оценки PC, позволяющий исследовать энергетику сердца, интеркван і ильный метод, позволяющий исследовать динамику ритма, анализировать стационарные и нестационарные процессы, характеризующие PC, а также метод ярусов, с помощью которого оценивается функциональное состояние ри тма;
З Разработано программное обеспечение анализа ритма сердца на основе применения известных и предложенных методов оценки ритма с целью вычисления и сопоставления физиолоїических дишносіических показателей, что увеличивает достоверность и точность результатов исследования; 4. Проведено исследование эффективности и сравни і ельный анализ методов, что необходимо для выявления наиболее информативных характеристик ритма, которые могут быть рекомендованы к использованию в качестве диагностических кршериев. Практическая ценность работы. Разработанные в диссертационной работе новые методы, алгоритм и программа сие і ємного анализа динамики риіма сердца «САДР» были использованы при выполнении научно-исследовательской работы по заказу ВОКБ, а также в Центре содействия укреплению здоровья студентов и в учебном процессе кафедры биомедицинской инженерии Владимирского государственно! о университета, что подтверждается актами внедрения. Основные положения, выносимые на защиту.
-
Модели исследования и анализа PC: часіошая, динамическая и энергетическая.
-
Эффективный алгоритм выделения R-зубцов электрокардиограммы, имеющий высокое быстродействие и і очное гь определения НИКОВ R.
-
Новые методы количесівенной оценки изменений ритма сердца, основанные на исследовании энергетики сердца, динамики и ярусовой структуры ритма.
-
Программное обеспечение поддержки экснеримешальпых исследований методов и алгориімов оценки функционального состояния ритма сердца.
-
Результаты сравни і ельного анализа применения существующих (статистических, спектральных и методов нелинейной динамики, а также вейвлет-анализа) и предложенных меюдов оценки PC, на основе полученных в результат исследований экспериментальных данных.
Апробация работы. Основные положения и результаш работы докладывались и обсуждались на конференциях: ЗҐ European Medical and Biological Engineering Conference «.EMBEC'05» {Czech Republic, Prague, 20O5r.), 4' International Conference on Electrical and Electronics Engineering «ELECaOOS» {Turkey, Buna, 2005r ), VI международной конференции «Радиоэлектроника в медицине» (і. Москва, 2005і.), VI международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации» (г. Владимир, 2005г, 2005г.). XI международной конференции «Новые медицинские технолої ии и квантовая медицина» (г Москва, 2005г.), V и VI международной научно-практической конференции «Здоровье и образование в XXI веке» (г. Москва, 2004-2005і г), VI международной научно-технической конференции «Физика и радиоэлектроника в медицине и зколої ии» (г. Владимир, 2004г), VI и VII международной конференции «Циклы» (г. Оаврополь, 2004-2005гг.), международном юбилейном симпозиуме (г. Пенза, 2003г), международной научно-технической конференции «Компьютерные технолої ии в управлении, диагностике и образовании» (г. Тверь, 2002г.), VII и X всероссийской научно-технической конференции «Computer-Based Conference» (г. Нижний Новгород, 2002г., 2005г.)
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 научных рабої, из них - 4 статьи.
Структура її объем диссертации. Диссертационная работа сосіоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литера і уры, включающего 151 наименование, и 6-ти приложений Основная чаоь работы иююжена на 125 сіраниц, 38 рисунков и 7 іаблиц.
