Введение к работе
-
Актуальность темы. Вследствие распространенности сердечно-сосудистых заболеваний во всем мире их профилактика, диагностика и лечение становятся все более актуальной задачей. Данная работа посвящена проблеме повышения точности диагностической оценки состояния сердца на основе неиявазиввого намерения и математической обработки потенциала его электрического поля. Применение традиционного для электрокардиографии эмпирико-статистического анализа сигналов систем 12 стандартных или 3 ортогональных отведений не исчерпывает возможности электрокардиографического метода из-за трудности надежной верификации клинического материала и недостаточной электрофизиологическоц информативности количественных параметров, используемых в этих общепризнанных методиках. В связи с этим была предпринята попытка реализовать более эффективные методы, характерные для компьютерных систем 4-го поколения, а. именно, методы топографического содержательно-образного представления данных на эснове измерений, осуществляемых при помощи систем 3 ортогональных отведений. Этот подход особенно актуален в связи с необходимостью обеспечить широкое практическое внедрение в медицину методов, основанных на последних достижениях биофизики сердца, компьютерного моделирования электрофизиологических процессов в миокарде, теоретической и экспериментальной злектрокардиологии.
Цель работы. Работа направлена на создание, теоретическое и экспериментальна исследование и практическую реализацию эффективных методов топографического іредставления данных электрокардиографических измерений, осуществляемых при помо-ци систем ортогональных отведений. Содержательные характеристики этих измерений,, іспользуемьіе для диагностической интерпретации, должны базироваться на моделях кар-[иоэлектрического генератора, которые, с одной стороны, максимально приближены к ре-льному электрическому генератору сердца, и, с другой стороны, позволяют однозначно яределять эти характеристики по измеренным сигналам. Простота используемых мо-елел кардиогевератора обусловливается ограниченностью объема исходных измерений. Іаряду с формулировкой содержательных характеристик необходимо также разработать гетодику статистического анализа параметров, получаемых при помощи вышеуказанных іетсдов топографической интерпретации данных, с целью их дальнейшей автоматической пассификации по диагностическим категориям для конкретных клинических приложений.
. Основные оадачи исследования:
1. Сформулировать и решить обратную электродинамическую задачу ва основе мультипольного анализа электрического поля модельных генераторов в фазах деполяри-
оации и реполяризащга желудочков сердца для случая экономных измерений (ана-лио дипольвых хомпонент) с целью получения характеристик, которые могут был использованы для хронотопографического представления электрофизиологически> процессов в миокарде.
Л. (Уценить злияние основного фактора неоднородности сердца на точності- неинвазив-ной идентификации параметров модельного генератора в фазе реполяризации.
3. Разработать новые виды электрокардиографического картирования, выявляющие более точно искомые электрофиэиологнческие характеристики на базе модельных кардиогенераторов в фазах желудочковой активности сердца.
4 Очтаить информативность параметров, полученных при помощи топографической шггсрар^тащга предложенных моделей на клинических примерах.
', і азраоотать методику диагностической классификации количественных параметров
кі;)їі!розаяаа злгхтрофизиологических характеристик сердца. - Ч-
0 Ода дать здчзритмы и программное обеспечение для топографического представле-нг_я прэцессоз деполяризации и реполяризации желудочков сердца.
7. Создать алгоритмы и программное обеспечение для статистического анализа карт
распределения основных электрофизиологических характеристик процесса желудоч
ковой актизноста. * ' .
Методы исследования. Основными методами исследования являются: теоретический азализ моделей электродинамической системы "электрический генератор сердца — ї-іпо как объемный проводник" на основе мультипольного разложения потенциала электрического поля сердца; теория и алгоритмы статистической классификации данных с привлечением методов теории распознавания образов и нечетких множестз.
Научная новизна реоультатов.
t. Сформулировано приближенное математическое описание поверхностно и объемно распределенных генераторов в фазах деполяризации и реполярвзации желудочков сердца, соответственно, позволяющее идентифицировать параметры модели по ?е-инвазивньш измерениям дипольного момента зпеїтрического гензратора сердца.
2. Оцепенно влияние неоднородности сердца на точность идентификации параметров объемно распределенного генератора при иеинвазивяых измерениях.
)
-
Разработаны алгоритмы, позволяющие строить карты распределения электрофи-эиологическпх характеристик сердца в периоды деполяризации л реполяризапнп на квазиэпикардиалыюй поверхности.
-
Разработаны алгоритмы для статистического анализа моментных в интегральных карт, построенных на базе топографичехих моделей.
-
Оценева информативность параметров, полученных при помощи разработанных топографических моделей, в диагностике некоторых заболеваний сердечво-сосудистой системы и предсказании морфологических характеристик сердца.
Положения, выносимые на оащиту.
-
Вывод аналитических выражений для мультипольних комповевт модельных генераторов сердца в фазах деполяризации и реполяризацив.
-
Теоретическое обоснование экспериментально подтвержденного факта дипояьности истинного генератора сердца в фазе реполяризации.
-
Оценка влияния внутрнполостной крови па точность идентификации характеристик генератора по неивваэивным измерениям потенциала электрического поля сердца на поверхности грудной клетки.
-
Получение математических выражений и разработка алгоритмов для вычисления распределения электрофизнологичесхгос характеристик на квазиэинкардиальной поверхности в фазах деполяризации и реполяризации.
-
Оценка информативности топографических параметров в диагностике некоторых заболеваний сердечво-сосудистой системы и предсказании морфологических характеристик сердца.
-
Разработка методики и алгоритмов статистичесхого анализа квазиэпикардиальных карт электрофизиологических состояний сердца.
Научно-практическая ценность и реалиоация,результатов работы. Сформу-юваиные в работе математические модели объемно и поверхностно распределенных ераторов сердца могут использоваться в качестве решения обратной электродинамикой задачи, причем параметры решения можно интерпретировать в илехтрофизиоло-еских термивах.
Оценка влияния внутриполостной крови сердца на его электрическое поле позволяет определить точность неинваоивнои идентификации параметров модельного генератора в фазе реполяризации сердца.
Разработанные модели для топографического представления электрической актизко-сти желудочков сердца позволяют сократить время и одновременно повысить точность диагностической интерпретации сигналов, получаемых с помощью систем 3 ортогональ-ных отведений, благодаря содержательности и легкости восприятия предъявляемых данных пользователями (кардиологами), при визуальном анализе карт электрофизиологиче-схих характеристик.
Разработанные методы статистического анализа карт электрофизиологических характеристик сердца позволяют извлекать количественные параметры, обеспечивающие эффективную диагностическую классификацию на основе статистических алгоритмов распознавания образов.
Результаты работы используются как методическая основа при проведении научных исследований в области электрофизиологии сердца и электрокардиологии, реализованы в виде программного обеспечения для персональных компьютеров типа IBM PC AT в составе автоматизированных электрокардиографических систем и находят применение для кардиологической диагностики в клиниках,' повышая эффективность распознавания сердечно-сосудистых заболеваний.
Апробация, работы и публикации по теме диссертации. Результаты диссертационной работы были представлены на XXVIII и XXIX научных конференциях молодых ученых Института проблем передачи информации Российской Академии Наук (ИППИ РАН, 1993, 1994 гг.); на XXXVII и XXXVIII научных конференциях Московского физико-технического института (МФТИ, 1992, 1994 гг.); на международных конференциях CARDIAG'93 (Карловы Вары, Чехия, 1993 г.) и CARDIAG'94 (Прага, Чехия, 1994 г.); на XVIII (Паям Кост, США, 1993 г.) и XIX (Санта Барбара, США, 1994 г.) международных конференциях Общества Компьютерной Электрокардиологии; на XX (КапанасЕИС, Канада, 1993 г.) и XXI (Йокогама, Япония, 1994 г.) международных электрокардиологических конгрессах. Результаты работы демонстрировались на выставке Отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации РАН в 1994 г. Работа была удостоена премии конкурса "Молодые дарования в области науки и техники" Российской Академии наук в 1992 г.
По результатам диссертации опубликовано 7 работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глас, библиографического списка и приложения.
![Анализ состояния и прогнозирование психического здоровья населения региона на основе автоматизированного медицинского мониторинга [Электронный ресурс]](/i/i/4434/168193.png "Анализ состояния и прогнозирование психического здоровья населения региона на основе автоматизированного медицинского мониторинга [Электронный ресурс] Березина Елена Сергеевна")