20 Сентября, пятница
Цифровые методы обработки электрокардиосигналов в прогрессе диагностики нарушений сердечной деятельности

А.П.Воробьёв, А.В.Фролов, О.П.Мельникова, Т.Г.Вайханская
РНПЦ "Кардиология", Минск

Диагностический потенциал электрокардиографии на рубеже XX-XXI веков скачкообразно возрос в связи с привлечением прецизионных цифровых методов обработки сигналов. Повышение точности измерений электрокардиограммы (ЭКГ) до уровня единиц микровольт и миллисекунд предоставило возможность анализировать дисперсионные и частотные отношения, невидимые ранее глазу клинициста. Если традиционная ЭКГ фиксирует уже состоявшуюся патологию, то прецизионная ЭКГ в состоянии уловить предикторы вероятных осложнений. В клинике уже широко применяется метод вариабельности сердечного ритма по данным динамики RR-интервалов ЭКГ, с помощью которого диагностируются регуляторные системы организма [1]. В последнее десятилете обнаружено, что микровариации элементов ЭКГ, в частности, интервала QT, зубца Т, а также динамика ритма после желудочковой экстрасистолы содержат полезную диагностическую информацию [2,3,4].

Нами решена задача идентификации комплекса маркеров электрической нестабильности миокарда по данным цифровой электрокардиографии c помощью нового специализированного программно-технического обеспечения “Интекард-7”.

На рисунке 1 представлена структурная схема созданного программного обеспечения.

Рисунок 1

Рисунок 1. Структурная схема программы “Интекард-7” для оценки комплекса признаков электрической нестабильности миокарда

Последовательность работы программы включает ввод идентификатора пациента, содержащего неблагоприятный семейный анамнез (синкопе, инфаркт миокарда, артериальная гипертензия, сердечная недостаточность у родителей или ближайших родственников) и запись ЭКГ-сигнала, оцифрованного с частотой 1000 Гц, длительностью 2-7 минуты. Далее по разработанным алгоритмам оценивался комплекс параметров электрической нестабильности миокарда: альтернация Т-зубца, турбулентность сердечного ритма, длительность и дисперсия интервала QT. На основе комплекса признаков электрической нестабильности строится риск-классификация внезапной сердечной смерти. Все результаты заносятся в динамический архив. Программа ориентирована на использование PC-компьютера и 12-канального цифрового электрокардиографа “Интекард” (Минск).

Альтернация зубца Т считается электрическим феноменом, ассоциированным с риском внезапной аритмической смерти. На рисунке 2 представлены результаты оценки альтернации Т-зубца, полученные в группе больных с жизнеопасными нарушениями сердечного ритма (n=39) и в группе пациентов без нарушений ритма (n=25). По оси ординат отложены значения коэффициента вариации альтернации Т в %. У больных с нарушениями ритма альтернация амплитуды Т составила 48,2±3,1%, а длительности Т - 29,1±5,7 %. В группе больных без нарушений ритма альтернация по амплитуде и длительности оказалась достоверно ниже: 14,7±0,7 и 8,5±2,5% соответственно (p<0,01).

Рисунок 2

Рисунок 2. Результаты оценки альтернации Т-зубца по амплитуде и длительности в % у больных с нарушениями сердечного ритма (основная группа, n=39) и у больных без нарушений ритма (контрольная группа, n=25), ** - p<0,01

На рисунке 3 отображены результаты оценки дисперсии интервала QT у больных в тех же группах обследуемых. По оси ординат - значения дисперсии dispQTc в мс. Видно, что у больных с жизнеопасными нарушениями сердечного ритма дисперсия QT в 2 раза выше, чем у больных без нарушений сердечного ритма.
Рисунок 3

Рисунок 3. Результаты оценки дисперсии интервала QTс в мс у больных с нарушениями сердечного ритма (основная группа, n=50) и у больных без нарушений сердечного ритма (контрольная группа, n=25), ** - p<0,01

Патологическая турбулентность сердечного ритма программно диагностирована у 7 больных из группы больных с нарушениями ритма, причем, 4-м из них по клиническим показаниям были имплантированы кардиовертеры-дефибрилляторы.

Прецизионная обработка ЭКГ показала свою эффективность при диагностике мерцательной аритмии (МА), частота которой максимальна у госпитализируемых по поводу нарушений ритма больных. Термин МА объединяет две различные формы патологии: фибрилляцию предсердий (ФП) и трепетание предсердий (ТП). Дифференциальная диагностика ФП/ТП важна при назначении адекватного лечения: медикаментозного или хирургического. При визуальном анализе ЭКГ диагностика затруднена, особенно при тахикардиях. Нами решена задача точной диагностики ФП/ТП с привлечением метода слепого разделения источников [5]. Для этого из ЭКГ выделяется ее предсердная компонента, которая подвергается частотному анализу. Вычисляются параметры спектра в диапазоне 2-9 Гц, так как именно этот диапазон соответствует электрической активности предсердий. Для повышения надежности выделяются те пики спектра, амплитуда которых превышает порог, равный 0,7 от амплитуды максимального пика. В случае обнаружения не менее двух пиков устанавливают ФП. В данном случае активизировано несколько эктопических очагов   re-entry, обуславливающих дезорганизованную деятельность предсердий. Степень хаотичности зависит от количества эктопических зон, частоты их активности и взаиморасположения. При обнаружении одного пика в спектре устанавливают ТП. В данном случае циркуляция возбуждения идет по одному большому кругу re-entry. Клиническая апробация выполнена на цифровых ЭКГ, содержащих пароксизмы МА. На рисунке 4 представлен пример дифференциальной диагностики МА по клинически верифицированному эпизоду ФП у больного из базы данных Инкарт, СПб.
 Рисунок 4

Рисунок 4. Эпизод фибрилляции предсердий у больного №149 из базы данных Института кардиотехники, СПб: а) грудные отведения ЭКГ V1-V6, внизу в этом же окне предсердные отведения ЭКГ Y1-Y6; б) наиболее мощное предсердное ЭКГ в отведении Y1 (масштаб увеличен); в) спектр предсердной ЭКГ, содержащий 4 пика в диапазоне 2-9 Гц

 На Рис.4(а) изображены грудные отведения V1-V6, под ними соответствующие им предсердные ЭКГ Y1-Y6, на Рис.4(б)- наиболее мощное предсердное отведение Y1, на Рис.4(в) - его спектр Фурье. Спектр предсердного сигнала Y1 состоит из 4 гармоник. Максимальная гармоника имеет частоту 3,5 Гц, в ней сосредоточено 34,1% энергии спектра. Видно, что предсердная электрическая активность представляет смесь из 4-х независимых очагов возбуждения. Активность желудочков при этом полностью отфильтрована. Следовательно, у больного обнаружено несколько эктопических очагов re-entry, благодаря которым возникли фибрилляционные волны разной амплитуды и частоты. В данном клиническом случае диагностируем ФП.

На рисунке 5 изображен фрагмент клинически верифицированного эпизода трепетания предсердий у того же больного.
Рисунок 5

Рисунок 5. Эпизод трепетания предсердий у того же больного №149: а) грудные отведения ЭКГ V1-V6, внизу в этом же окне предсердные ЭКГ Y1-Y6; б) наиболее мощное предсердное ЭКГ в отведении Y1 (масштаб увеличен); в) спектр предсердной ЭКГ, содержащий один пик на частоте 4,6 Гц, его спектральная мощность 87,3%

Видно, что в спектре предсердной ЭКГ содержится всего один пик на частоте 4,6 Гц, что говорит о наличии эпизода ТП. Достоверность дифференциальной диагностики ФП/ТП при клинической апробации составила 100%.

Разработанные технологии прецизионной ЭКГ-диагностики позволяют уже на поликлиническом уровне выявлять пациентов с угрожающими состояниями и предпринимать превентивные лечебные мероприятия. Внедрение созданной информационной диагностической технологии способствует решению актуальной для стран таможенного союза задачи обеспечения демографичеcкой безопасности населения.

Литература

1. Malik M. et al. Heart Rate Variability. Standards of measurements, physiological interpretation  and clinical use // Europ.Heart J. – 1996. - №17.- P.364-381.
2. Мрочек А.Г., Гончарик Д.Б., Часнойть А.Р. и др. Синдром удлиненного QT // Кардиология в Беларуси. – 2010. - №3. –C. 28-23.
3. Трешкур Т.В., Пармон Е.В. Альтернация зубца Т: способна ли предсказать непредсказуемое? // Вестник аритмологии. - 2010. – ВА №58. –C.42-51.