WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

ИЛЬИНА Екатерина Викторовна

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ
СИСТЕМЫ РАСПОЗНАВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
ЭКГ-СИГНАЛА И МОДЕЛИРОВАНИЕ
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЕГО ПАРАМЕТРОВ

05.13.01 – системный анализ, управление и обработка информации
(медицинские науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени
кандидата медицинских наук

Воронеж, 2009 г.

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего
профессионального образования «Воронежская государственная медицинская академия имени Н.Н. Бурденко Федерального агентства по здравоохранению
и социальному развитию» (ГОУ ВПО «ВГМА им. Н.Н. Бурденко Росздрава»)

Научный руководитель:

доктор медицинских наук

Болотских Владимир Иванович

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор

Сафонов Михаил Юрьевич

доктор биологических наук, профессор

Гулов Владимир Павлович

Ведущая организация:

Защита состоится «___» ________ 2009 года в 14 часов, на заседании
диссертационного совета Д.208.009.03 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная медицинская академия им. Н.Н. Бурденко Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» по адресу:
394000, г. Воронеж, ул. Студенческая, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Воронежская государственная медицинская академия им. Н.Н. Бурденко Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»,
по адресу: 394000, г. Воронеж, ул. Студенческая, 10.

Автореферат разослан "___" ___________ 2009 г.

Ученый секретарь
диссертационного совета

В.Т. Бурлачук

Общая характеристика работы

Актуальность. Заболевания сердечно сосудистой системы продолжают занимать первые строки наиболее распространенных и грозных заболеваний человека несмотря на большое количество новых методов диагностики и средств терапии этого вида патологии (Сафонов М.Ю., 1998; Муратов Р.М.2000; Вайсман М. В., Прилуцкий Д. А., Селищев С. В., 2000; Зотов Д.Д.; Колюцкий А.К., 2003).

Задачи автоматизации распознавания электрокардиологического сигнала и разработки алгоритмов дифференцировки проявлений на ЭКГ нарушений сердечной деятельности являются приоритетными задачами для разработчиков медицинских информационных систем (Уваров В.М., 2005; Сергейчик О.И., 2007; Калиниченко А.Н., 2008). К настоящему времени в этой области накоплен значительный опыт, который свидетельствует о несостоятельности попыток полного автоматизированного воспроизведения традиционного рутинного анализа электрокардиографического сигнала (Сахарова О.Н., 2004; Байрак И.Г., 2007; Манило Л.А., 2007).

Бурное развитие ресурсного информационного обеспечения медицины диктует необходимость пересмотра традиционного подхода к выбору диагностических критериев оценки состояния систем и органов, в особенности сердечно-сосудистой системы. С одной стороны – сердце жизнеобеспечивающий орган взаимосвязи и значимость которого в организме трудно поддаются формализации, с другой – генератор периодических электрических импульсов, правила зарождения, распространения и затухания которых можно количественно точно описать.

Известны диссертационные исследования (Пелешенко Е.И., 1994; Сапронов Г.И., 2008) в которых предложены в качестве диагностически значимых новые показатели электрокардиографического сигнала, легко идентифицируемые при автоматизированной обработке ЭКГ и имеющие высокую чувствительность при оценке функционального состояния сердечно сосудистой системы.

Однако, на сегодняшний день нет количественного описания функций распределения, отражающих характер взаимоотношения амплитудных, частотных и скоростных компонентов ЭКГ-сигнала, что позволит оценить возможности использования их в диагностических целях.

Представляет проблему для исследователей наличие программных продуктов-однодневок, предназначенных для регистрации и анализа электрокардиограммы, прописанных под конкретные технические условия и имеющие значительные ограничения.

В связи с вышеизложенным сформулирована цель и задачи исследования:

Цель работы: Разработать алгоритм распознавания компонентов электрокардиографического сигнала в оцифрованном массиве, условия записи которого небыли четко заданны, построить модели определения функционального состояния сердечно-сосудистой системы, учитывающие взаимосвязи комплекса изученных компонентов ЭКГ-сигнала.

Задачи:

1. Разработать алгоритмы поиска и распознавания R-зубца электрокардиограммы для оцифрованных массивов аналоговой информации, запись которых проводилась с различными техническими параметрами.

2. Изучить характер взаимозависимостей амплитудных, частотных и скоростных компонентов ЭКГ-сигнала в динамических рядах у практически здоровых лиц.

3. Проверить чувствительность и специфичность влияния комплекса изучаемых компонентов ЭКГ-сигнала на ритм сердца, рассчитанный по RR и ТТ интервалам электрокардиограммы.

4. Построить регрессионную модель определения функционального состояния сердечно-сосудистой системы с использованием в качестве независимых признаков амплитудные, частотные и скоростных компоненты ЭКГ-сигнала.

5. Уточнить параметры регрессионной модели для групп исследования с известным функциональным состоянием сердечно-сосудистой системы.

Новизна исследования заключается в том, что разработаны новые походы разработке автоматизированных систем анализа электрокардиографического сигнала, заключающиеся в расширении спектра вычислительных возможностей алгоритма распознавания и снятия ограничений на технические параметры записи аналогового сигнала.

Получены новые данные о моделях взаимозависимостей компонентов ЭКГ-сигнала, являющихся критериями распознавания функционального состояния миокарда, характерные для здоровых людей, не имеющих сердечно-сосудистой патологии.

Построена модель оценки уровня функциональных возможностей миокарда, позволяющая утверждать, что комплексная оценка скоростных, амплитудных и частотных характеристик электрокардиографического сигнала с использованием методов регрессионного анализа дает важную диагностическую информацию о моделируемом показателе.

Теоретическая и практическая значимость работы. Получены данные, свидетельствующие, что модели зависимостей ритма сердца, рассчитанного по RR и ТТ интервалам электрокардиограммы полученные в группе здоровых добровольцев с использованием линейной регрессии не могут быть описаны как два равнозначных процесса.

Предложен алгоритм оценки комплекса временных, частотных и скоростных компонентов ЭКГ-сигнала, которая может послужить перспективным методом предварительной диагностики состояния сердечно-сосудистой системы, доступным по аппаратным и финансовым параметрам любому учреждению здравоохранения.

Положения, выносимые на защиту.

Исследование структуры взаимозависимостей изученных частотных, амплитудных и скоростных характеристик ЭКГ-сигнала свидетельствуют что использование в качестве зависимого показателя ритма сердца измеренный как длительность RR- не имеет полного совпадения с аналогичной моделью, где в качестве зависимого показателя использован ритм, измеренный как длительность TT-интервалов электрокардиограммы.

Установлено наличие тенденции роста величины интегрального коэффициента регрессионного уравнения в группах исследуемых, имеющих низкий уровень функциональных возможностей сердечно сосудистой системы.

Апробация результатов работы:

Результаты исследования доложены и обсуждены I Всероссийской конференции молодых ученых Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н. Бурденко и Курского государственного медицинского университета (Воронеж, 2007г.), Втором съезде кардиологов Сибирского Федерального округа (Томск, 2007г.), на итоговых внутривузовских научных конференциях ГОУ ВПО «ВГМА им. Н.Н. Бурденко Росздрава

Тема исследования внесена в комплексный план НИР ГОУ ВПО «ВГМА МЗ и СР» 15. РК №008.99. «Современные технологии диагностики, лечения и профилактики сердечно-сосудистых, пульмонологических и других заболеваний внутренних органов».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе 4 - в центральной печати, 1 - в журналах, рекомендуемых ВАК РФ. Опубликованные материалы в полной мере раскрывают научные и практические аспекты информации, касающейся темы диссертации.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, в трех из которых представлены результаты собственных разработок и исследований, заключения, изложенных на 109 страницах машинописного текста, иллюстрирована 16 таблицами и 22 рисунками, списка литературы, включающего 117 источников, в том числе 74 отечественных и 43 зарубежных.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальности темы исследования, сформулирована его цель, поставлены задачи. Приведены научная новизна и практическая значимость, сведения об апробации и внедрении результатов исследования.

В первой главе изложены данные литературы, свидетельствующие, что качественный прогресс технических возможностей при регистрации ЭКГ, использование оцифровки аналогового сигнала при высокой частоте дискретизации, позволяющих с достаточной точностью регистрировать параметры первичного физиологического сигнала, требуют дополнения классически используемых параметров ЭКГ новыми, первичными, полученными без нагромождения сложнейших расчетов характеристиками, например анализа по Фурье или вейвлет-преобразования. Целесообразнее использовать первичные характеристики, в частности первую и вторую производную ЭКГ сигнала.

Электрокардиография является доступным и достаточно информативным методом анализа функционального состояния сердечно-сосудистой системы. Особый интерес представляет исследование электродвижущих сил, образующих векторы деполяризации и реполяризации миокарда, которые, по мнению многих авторов, реагируют на начальные, функциональные, «предпатологические» изменения в сердечной мышце (Ена Л.М., Кондратюк В.Е., 2002; Москаленко, 2005).

В литератере имеются сведения о большом значении при анализе ЭКГ имеет показатель, именуемый временем внутреннего отклонения – интервал Q-R (Фрид М., Грайнс С., 1996; Abdueva R.A., 2006), который измеряется от начала желудочкового комплекса (зубца Q или R) до проекции вершины зубца R на изоэлектрическую линию. Считается, что этот показатель характеризует время распространения возбуждения от эндокарда до эпикарда. Известен подход (Пелешенко Е.И. 1994), когда вместо времени внутреннего отклонения измерять другую величину, поддающуюся точному количественному описанию при автоматизированном анализе ЭКГ – тангенсы углов восходящей и нисходящей частей R-зубца, рассчитанные как отношение амплитуды зубца ко времени от его начала до максимума (восходящая часть) или от максимума до изолинии (нисходящая часть). Были использованы расчетные показатели – коэффициенты асимметрии R- и Т-зубцов, определяемые как отношение тангенса угла подъема к тангенсу угла спада.

Подтверждены возможности использования этих показателей в диагностических целях (Сапронов Г.И., 2008).

Во второй главе дана характеристика материала и приведен обзор методов, использованных в работе. Материалом для исследования послужили оцифрованных записи электрокардиографического сигнала 901 испытуемого из числа студентов младших курсов ВГМА им. Н.Н. Бурденко продолжительностью не менее 128 динамических кардиоциклов. Основную часть популяции составили студенты, ведущие обычный образ жизни, не состоящие на учете по поводу хронических заболеваний каких либо органов и систем, обозначенные нами как группа с нормальным уровнем функциональных возможностей сердечно-сосудистой системы.

Кроме того, в исследовании приняли участие группы с высоким уровнем функциональных возможностей сердечно-сосудистой системы: спортсмены-разрядники, регулярно проводящие длительные тренировки и испытуемые с низким уровнем функциональных возможностей сердечно-сосудистой системы: студенты состоящие на учете по поводу хронических заболеваний сердечно-сосудистой или дыхательной систем в стадии ремиссии.

У всех пациентов регистрировались антропометрические данные, проводилась запись электрокардиограммы во II стандартном отведении через официнальный электрокардиограф ЭКТ 01 М с последующей обработкой при помощи специально разработанной программы, позволяющей рассчитывать временные, частотные и скоростные характеристики электрокардиографического сигнала.

Для каждого из испытуемых рассчитывали средние значения изучаемых параметров электрокардиографического сигнала, после чего приступали к исследованию распределения этих показателей в популяции и построению моделей взаимовлияния показателей, позволяющих сделать заключение позволяющее проверить гипотезу об идентичности математических моделей процессов деполяризации и реполяризации миокарда, отражаемых на ЭКГ.

Мы рассчитывали углы наклона восходящей и нисходящей частей R- и T-зубцов ЭКГ (mV/мсек), представляющие собой скорость изменения потенциала миокарда в соответствующие фазы сердечного цикла, а так же соотношение наклона восходящей части зубца к его нисходящей части, обозначенное нами как инверсия R- или Т- зубца.

Общая схема проведения исследования представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема, отражающая порядок выполнения исследования

В третьей главе представлены подходы к разработке алгоритма оцифровки аналоговых сигналов. Существующие на сегодняшний день программные продукты обработки аналоговой электрокардиограммы, в том числе и использованные нами для получения материала настоящего исследования имеют ряд существенных недостатков, не позволяющих признать из универсальным инструментом пригодным для использования любым исследователем или клиницистом. Проблема заключается в жесткой «привязке» программного обеспечения к инструментальному комплексу регистрации аналоговых сигналов, широкой вариабельности частоты дискретизации при оцифровке сигнала от 64 до 1024 Гц, априори заданном наборе параметров ЭКГ, выдаваемых врачу или исследователю на выходе системы.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»