Биотехническая система многоканальных электроимпедансных исследований фазовой структуры деятельности сердца, страница 13

4.1) для синхронизации с электрической активностью отделов сердца.Прекордиальное трансжелудочковое отведение необходимо для оценкидеятельности желудочков. В работах [20, 23, 35] показано, что большоетрансжелудочковое отведение позволяет получать интегральные показателигемодинамики сердца. Трансжелудочковое отведение должно располагаться вобласти верхней половины проекции желудочков на поверхность грудной105клетки.

Такое расположение позволяет увеличить амплитуду полезногосигнала, вызванного движением крови в желудочках. В силу особенностейанатомического расположения сердца в грудной клетке человека в большинствеслучаев ПЖ расположено значительно ближе к поверхности грудной клетки,что приводит к преобладанию в трансжелудочковом сигнале компоненты,вызванной движением стенок ПЖ.Для обеспечения проведения такой диагностики была разработанабиотехническаясистема(БТС),схемакоторойпредставленанаРис.

4.1.Рис. 4.1. Блок-схема многоканальной электроимпеданснойбиотехнической системыНа Рис. 4.1 обозначено: БО – биообъект, ПРКГ ПП – предсердный канал,ПРКГ ПЖ и ЛЖ – трансжелудочковый канал, ПРКГ мягкие ткани –торакальный канал, ПК – персональный компьютер.Схема расположения электродных систем представлена на Рис. 4.2.106Рис. 4.2. Расположение прекордиальных электродных систем для анализадеятельности правых отделов сердцаТребования к параметрам БТС представлены в Таблице 13.Таблица 13.Технические требования к БТСПараметрНеобходимые значенияКоличество каналов для анализа деятельности3 рео канала,сердца (в частности, ПП)1 ЭКГ каналЧастота зондирующего тока, кГцАмплитуда зондирующего тока, мАЧастота дискретизации, ГцТипэлектродовдляэлектродовдля1-3Не менее 500мониторированияэлектроимпедансных каналовТип80-120электроимпедансныхканалов при разовом исследованииОдноразовые Ag/AgCl сдиаметром от 6 до 10 ммМногоразовые ЭЭГэлектроды Ag/AgCl107Таблицы 13.

ПродолжениеТип потенциальных электродов для ЭКГОдноразовые Ag/AgClРасположение электродов на грудной клеткеНеобходимо тканноеполотно с застежками дляобеспечения плотногоприжатия электродов нагрудной клетке пациентаво время исследованияПредварительная информацияДля позиционирования ирасчетов объемныхпараметров (УО, ФВ)необходимы данные МРТисследованияОписанная система позволяет синхронно регистрировать многоканальныеэлектроимпедансные и электрокардиографические сигналы, что предоставляетвозможность проводить диагностику электромеханического состояния сердцапациента [55 - 57, 59 - 61, 64, 66, 69].

Такое обследование может применятьсяприскрининговомобследовании,вотделенииинтенсивнойтерапиимедицинских учреждений, а также при контроле медикаментозного леченияпациента.4.1. Определение фазовой структуры деятельности отделов сердцаНа первом этапе исследования проводились на здоровых добровольцах(Таблица2).Прекордиальныеэлектродныесистемырасполагалисьвсоответствии с Рис. 4.2. Для регистрации электрической активности сердца108синхронно с электроимпедансными каналами записывалось ЭКГ отведениеaVF.

Все полученные результаты измерений сравнивались с данными,полученными в ходе МРТ диагностики.Выявлено, что предсердный канал позволяет определять момент началасистолы предсердий, а также момент закрытия АВ клапанов. По даннымтрансжелудочкового сигнала возможно определение открытия и закрытияаортального и легочного клапанов. Все временные параметры, определяемыепо разработанной методике, представлены на Рис. 4.3.Рис. 4.3.

Фазовая картина деятельности правых отделов сердца.Все длительности указаны в мсСобытия, регистрируемые на полезных электроимпедансных сигналах,находятся во временных диапазонах, соответствующих тому или иномусобытию в течение кардиоцикла, определенных в ходе МРТ исследований.Следует выделять несколько основных механизмов формированияпредсердных сигналов в течение кардиоцикла (Рис. 4.4):1091 – начало электрической систолы предсердий,2 – начало механической систолы предсердий,3 – завершение механической активности предсердий,4 – начало электрической систолы желудочков,5 – начало механической систолы желудочков (А.Н. Тихомиров, 2016),6 – завершение систолы желудочков (И.К.

Сергеев, 2004).Рис. 4.4. Основные периоды деятельности отделов сердцав течение одного кардиоциклаПодписи к сигналам: 1 – трансжелудочковый реокардиосигнал, 2 –предсердный реокардиосигнал, 3 – ЭКГ, aVF отведение4.2.Программно-алгоритмическиесредстваобработкиэлектроимпедансных сигналовДля автоматизации расчетов временных параметров фазовой структурыдеятельности отделов сердца был разработан алгоритм и программа (средаразработки IntelliJ Idea, язык Java), позволяющие восстанавливать всю фазовуюкартинудеятельностиотделовсердца.Разработанныепрограммно-алгоритмические средства позволяют в автоматическом режиме получатьданные о фазовой структуре деятельности отделов сердца в течение каждого110кардиоцикла.

На Рис. 4.4 представлены периоды систолы предсердий ижелудочков.На Рис. 4.4 обозначены: АРЕР – фаза подготовки правого предсердия кмеханическому сокращению; АЕТ – фаза систолы предсердий; РЕР – фазапредъызгнания крови из желудочков; RVET – фаза изгнания крови из ПЖ.Основныешагиалгоритмаобработкиэлектроимпедансныхиэлектрокардиографического сигналов представлены на Рис. 4.5.Рис. 4.5. Алгоритм обработки биомедицинских сигналовВ ходе исследований выявлено, что с помощью многоканальныхпрекордиальных электроимпедансных измерений можно выделять фазыдеятельности предсердий и желудочков (Рис. 4.3) в мониторном режиме.1114.3. Апробация методики анализа фазовой структуры деятельностиотделов сердца на здоровых добровольцахПроведены исследования эффективности разработанных программноалгоритмических средств анализа фазовой структуры деятельности отделовсердца [70].В ходе исследования проведено 14 измерений, включающих218 кардиоциклов.

Все здоровые добровольцы в ходе исследований находилисьв положении лежа. Запись измерений проводилась на спокойном выдохе.Комнатная температура составляла 24 ± 2.Результаты анализа фазовой структуры деятельности отделов сердцапредставлены в Таблице 14.Таблица 14.Результаты исследования фазовой структуры деятельности отделов сердцаВсеПараметрЗначениеЧСС, уд./мин70 ± 5АРЕР, мс90 ± 10АЕТ, мс100 ± 10РЕР, мс90 ± 20RVET, мс250 ± 30полученныезначения«условнойнормы»соответствуютлитературным данным и экспериментальным данным, полученным в ходе МРТисследований.С целью определения эффективности разработанных программноалгоритмических средств анализа биосигналов проведена оценка точностивыявления ключевых событий на электрокардиографическом и предсердном112электроимпедансномсигналах.РезультатыпроверкипредставленывТаблице 15.Таблица 15.Точность определения ключевых событий в результате анализа биосигналовКлючевое событиеТочность выявления, %Начало Р зубца на ЭКГ93Начало систолы предсердия95Завершение систолы предсердия95R зубцы100Начало Q зубца93Начало систолы ПЖ93Завершение систолы ПЖ88Регистрируемоесобытиесчиталосьверноопределенным,еслиавтоматический алгоритм выявлял событие с погрешностью, не превышающей10 мс, по сравнению с экспертным заключением.4.4.

Апробация методики анализа деятельности правых отделов сердца напациентах кардиологического профиляНа базе Первого МГМУ им. И.М. Сеченова проведены исследованияметодики на пациентах кардиологического профиля. В исследовании принялоучастие18человек.Всепациентысклиническиподтвержденнымизаболеваниями были разделены на 3 нозологические группы: ишемическаяболезньсердца(8пациентов),мерцательнаяаритмия(6),сердечнаянедостаточность (4). Прекордиальные электродные системы располагались всоответствии с Рис. 4.2. Для регистрации электрической активности сердца113синхронно с электроимпедансными каналами регистрировалось ЭКГ отведениеaVF.

Все полученные результаты измерений сравнивались с данными,полученными при исследованиях здоровых добровольцев и с данными УЗИ.Результаты исследования представлены в Таблице 16.Таблица 16.Результаты обследований, проведенных по методике электроимпедансногоанализа фазовой структуры деятельности отделов сердцаПараметрПациенты кардиологического профиляКоличество обследований18Возраст72 ± 5 лет30 ± 3 кг/м2Индекс массы тела по А. QueteletДиагнозИшемическая болезнь сердца(8 пациентов), мерцательная аритмия (6),сердечная недостаточность (4)Средняя длительность подготовки112 ± 12 мспредсердий к систоле АРЕРСредняядлительностьсистолы121 ± 13 мсСредняя длительность подготовки123 ± 7 мспредсердий АЕТжелудочков к систоле РЕРСредняядлительностьсистолы244 ± 10 мсжелудочков RVETНа Рис.

4.6 представлено сравнение средних значений измеряемыхпараметров,полученныхкардиологического профиля.наздоровыхдобровольцахипациентах114Рис. 4.6. Сравнение результатов электроимпедансных исследований наздоровых добровольцах и пациентах кардиологического профиляВ ходе проведенных исследований были получены следующие основныерезультаты:1. Для большинства пациентов в среднем временные показатели больше«условной нормы» на 10-20%;2. Среди всех рассмотренных нозологических групп у пациентов с МАнаблюдались наибольшие длительности АРЕР (в среднем АРЕР большезначений, полученных на здоровых добровольцах, на 24 %) и АЕТ (большена 33 %);3.

Пациенты с ишемической болезнью сердца имеют завышенныезначения периодов АРЕР (на 17 %) и АЕТ (на 23 %);4.Пациентырассмотренныхнозологическихгруппобладаютувеличенными значениями длительности периода РЕР (в среднем на 23 %);5. Пациенты рассмотренных нозологических групп имеют большийразброс показателей длительностей периодов электрического и механическогосокращения предсердий и желудочков от одного кардиоцикла к другому по115сравнению с данными, полученными на здоровых добровольцах. Разбросзначений в ходе исследований достигал в среднем: для параметра АРЕР увеличения на 67%, АЕТ – увеличения на 97%, РЕР – увеличения на 7%.Показатели гемодинамики и электрокардиографии в некоторых случаяхоказываются в норме, что не всегда говорит о нормализации процессов,протекающих в организме пациента.В статье [37] описана ситуация с пациентом, страдающим от МА.