17 февраля 2016г.
Настоящая работа посвящена разработке алгоритма обнаружения некоторых видов аритмий сердца человека. Этот алгоритм с успехом может быть применен в телеметрических системах беспроводной передачи электрокардиосигнала (ЭКС) человека в центр наблюдения и анализа. Такие системы актуальны в настоящее время для многих областей: для МЧС (для медицины катастроф), для водителей транспортных средств, для спортсменов во время тренировки, для оценки состояния сердца в домашних условиях, когда необходима оперативная оценка состояния сердца человека. Более детальная и точная диагностика при необходимости может быть проведена позднее.
Наша разработка базируется на стандартном анализе электрокардиограммы (ЭКГ) [1,2], который предполагает определение регулярности и частоты сердечных сокращений (ЧСС) и источника возбуждения. В результате консультаций с врачом-кардиологом было принято решение ограничить для нашего алгоритма ряд анализируемых состояний сердца следующими:
1. Синусовый ритм;
2. Синусовая брадикардия;
3. Синусовая тахикардия;
4. Синусовая аритмия;
5. Наджелудочковый ритм (включает в себя предсердный ритм и ритм и из АВ-соединения);
6. Наджелудочковая брадикардия;
7. Наджелудочковая тахикардия;
8. Наджелудочковая аритмия - предсердная экстрасистолия
9. Желудочковый ритм;
10. Желудочковая тахикардия;
11. Желудочковая экстрасистолия;
Для первичной оценки состояния сердца данного ряда вполне достаточно. При необходимости более глубокого анализа выявленного состояния можно провести дополнительные обследования в стационарных условиях.
Были определены параметры ЭКС, которые следует измерять для определения этих состояний. Все параметры ЭКС вычисляются в соответствии с принятыми в электрокардиографии методиками; из этих же методик взяты также все нижеприведенные пороговые значения параметров ЭКС [1,2,3]. Сначала для всех анализируемых N кардиоциклов (пусть, например, N=60; i=1,N) вычисляется временное положение каждого R- зубца Ri; длительность каждого QRS-комплекса Тi; форму каждого Р-зубца Pi. Будем в дальнейшем присваивать параметрам числа – 1; 2; 3 и т.д. Тогда будет удобно описывать анализируемые состояния логическими формулами.
Для определения регулярности и частоты сердечных сокращений (ЧСС) на основе первичных параметров надо вычислить вторичные, интегральные параметры, которые вычисляются один раз по всем анализируемым кардиоциклам. Назовем параметр регулярности ритма – RITM; параметр частоты сердечных сокращений – FHB. Для каждой пары соседних R-зубцов вычислим RR-интервалы – RRi=Ri+1-Ri, а затем: RRmax; RRmin; RRср. Ритм считается регулярным – (RITM=1), если RRmax-RRmin<=150 мс. Ритм нерегулярный – (RITM=2), если RRmax- RRmin>150 мс. Вычислим ЧСС по формуле: ЧСС =60/RRср. Тогда считается, что у пациента брадикардия – (FHB=3), если 35<ЧСС<60 уд/мин; норма – (FHB=4), если 60<=ЧСС<=100 уд/мин; тахикардия – (FHB=5), если 100<ЧСС<240 уд/мин.
Для параметров формы Р-зубца и длительности QRS-комплекса Тi предлагается [4,5]: если Рi=6, то зубец в норме (положительный). Если Р-зубец отрицательный, двухфазный или отсутствует, то Pi=7. Если длительность QRS-комплекса менее 100 мс, то Тi=8, и это норма для QRS-комплекса; если же измеренная длительность QRS- комплекса будет более 100 мс, то Тi=9, и говорят, что QRS-комплекс расширен (не норма). Такое его состояние чаще всего соответствует желудочковым экстрасистолам (ЖЭС)
С учетом тех или иных значений параметров предлагаются логические формулы, которые определяют состояния сердца, выделенные в начале работы:
1. Синусовый ритм (норма) S1=(RITM=1) (FHB=4) (Рi=6) (Ti=8).
2. Синусовая брадикардия S2=(RITM=1) (FHB=3) (Рi=6) (Ti=8).
3. Синусовая тахикардия S3=(RITM=1) (FHB=5) (Рi=6) (Ti=8).
4. Синусовая аритмия S4=(RITM=2) (FHB=4) (Рi=6) (Ti=8).
5. Наджелудочковый ритм S5=(RITM=1) (FHB=4) (Рi=7) (Ti=8).
6. Наджелудочковая брадикардия S6=(RITM=1) (FHB=3) (Рi=7) (Ti=8)
7. Наджелудочковая тахикардия S7=(RITM =1) (FHB=5) (Рi=7) (Ti=8).
8. Наджелудочковая аритмия S8=(RITM =2) (B=4) (Рj=7) (Tj=8).
9. Желудочковый ритм S9=(RITM=1) (FHB=3) (Рi=6 7) (Ti=9).
10. Желудочковая тахикардия S10=(RITM=1) (FHB=5) (Рi=6 7) (Ti=9)
11. Желудочковая экстрасистолия S11=(RITM=2) (FHB=3) (Рj=6 7) (Tj=9).
Здесь индекс j – некоторые из анализируемых N кардиоциклов.
При необходимости более глубокого анализа можно провести дополнительные исследования в стационарных условиях. Определение таких угрожающих случаев, требующих дополнительных мер, как раз и есть задача данного алгоритма. Укрупненная блок-схема алгоритма приведена на Рисунке 1.
Здесь Ri – временное положение вершины R-зубца; Ti – длительность QRS-комплекса; Pi – форма P-зубца; RRi – интервал между соседними R-зубцами; индекс i меняется от 1 до 60.
Начало
↓
Ввод данных ЭКС
↓
Алгоритм вычисления первичных параметров Ri; Ti; Pi; RRi;
↓
Алгоритм вычисления интегральных параметров RITM; FHB.
↓
Алгоритм анализа состояний сердца по логическим формулам
↓
Выдача заключения
↓
Останов
Рис.1. Укрупненная блок-схема алгоритма анализа состояний сердца
Список литературы
1. Ламберг И.Г. ЭКГ при различных заболеваниях. –Ростов-на-Дону: Феникс, 2014.
2. Мурашко В.В. Струтынский А.В. Электрокардиография. –М.: Медицина, 1987.
3. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ. /Под ред. А.Л. Барановского и А.П. Немирко.
–М.: Радио и связь, 1993.
4. Галимзянов Э.Р., Козлов С.В., Щербакова Т.Ф. Оптимизация алгоритмов анализа аритмий на основе классификации кардиоциклов // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине. Сборник трудов. Том 2. С-Пб.: Изд-во Политех. ун-та, 2010.
5. Галимзянов Э.Р., Козлов С.В., Хомяков А.В., Шербакова Т.Ф. Классификация P-зубца и QRS-комплекса электрокардиосигнала в рамках корреляционной теории для задач обнаружения аритмий сердца // Инфокоммуникационные технологии. Том 10, № 2, 2012. С. 59-64.
