автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Компьютерная дифференциальная электрокардиографическая диагностика различных форм поражения миокарда на основе анализа прекордиальных картограмм непараметрическими методами статистики

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РФ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЁНШИ НШиЩСШ УНИВЕРСИТЕТ

ч На правах рукописи

САЛТЫКОВА МАРИНА МИХАЙЛОВНА

УДК 616.12-073.97-007

КОШЬШЕРНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЧЕСКАЯ 4 . ДИАГНОСТИКА РАЗЛИЧНЫХ "®>РМ ПОРАЖЕНИЯ МИОКАРДА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПРЕКОРДИАЛЬНЫХ КАРТОГРАММ НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИШ МЕТОДАМИ СТАТИСТИКИ

05.13.09 - Управление в биологических и медицинских системах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА - 1994

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте кардиологии им. А.Л.гЛясникова КНЦ РА'Ш

Научные руководители:

доктор медицинских наук Г.В.Рябыкина,

кандидат физико-математических наук А.В.Соболев

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор А.В.Струтинский

доктор биологических наук, профессор Л.И.Тигомир

Ведущая организация: Российская медицинская акадешш последипломного образования

Защита состоится 19Э4 г. в

часов на засед"пш специализированного Ученого совета К 084.14.04 при Российском государственном медицинском университете /Москва, ул.Островитянова, д.1/

С диссертацией кокно познакомиться в библиотеке Российского государственного медицинского университета

Автореферат разослан " (¡з^риЛХ 1994 г.

Учений секретарь специализированного совета кандидат медицинских наук

> И.В.Буро..:сккй

Сокращения, используемые в тексте автореферата диссертации.

ВГ - вентрикулогра.+ия;

ГКМП - гипертрофическая кардпомпопагия;

ГЛК - гипертрофия левого желудочка;

ГЩП - гипертрофия межжелудочковой перегородки;

ГШ - гипертрофия правого желудочка;

ЛКШТ - дилаташтонная кардиомиопатия;

ИБС - ишемическая болезнь сердца; •

КАТ - коронароангиография;

ШП - межжелудочковая перегородка;

МР - межреберье;

ПЭКГ-35 -прекордиальная картограмма 25 отведений;

РКГ - рентгеиокардиография;

СНГ - сшнтиграфия;

ЭКГ - электрок?идиограмма;

Э. о. с. - электрическая ось сердца; тг.ц'

: 5Г1 - сумма площадей отрицательной части сегмента 5Т в отведе-6~ ?

ниях, располояенных в шестой и седьмой колонках между вторым и шестым межреберьями, т. е. в левых' отведениях картограммы;

Рл1 . - сумма площадей первых третей эубцов И в отведениях, рас,

положенных в первой и второй колонках медду вторым и третьим меж-реберьяш!, т.е. в верхних правых отведениях картогреммы;

м-ш

ОЯБ^- сумма площадей всего комплекса СЗЙЗ в отведениях, расположенных о четвертой и пятой колонках между вторым и третьим меж-ребе-оьями, т. е. в верхних центральных отведениях картограмш;

- 3 -

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В последние годы достигнуты значительные успехи в области автоматизированной электрокардиографической диагностики изолированных форм поражения миокарда С Brote t С. R. , i 995; Willens J. L., 19¿1; Val ova D. , 1991; Герман И. и др., 1990: Macfarlane P. V. , 1985, Kors J. A. et al, 1992]. Вместе с тем, до настоящего времени большие трудности представляет диагностика сочетания различных типов поражения миокарда: ишемического и гипертрофического; дилатационного и гипертрофического и др.- Причиной этого является полиморфизм электрокардиограФчческих изменений при такого рода патологиях С Доклады Комитета экспертов £03. Кардшмш-патии, 1985; Маколкин В. И. и др. ,1984; Гельштейн Г. Г. и др., 1988; Lazzerorii Е. et al, 1988, Рябыкина Г. R И др. ,1989; Струтынский A.B. и др. , 199D; Бузиашвили Ю. И, 19913.

Одним из способов повышения диагностической информативности электрокардиографии является использование множественных (до 250 отведений) отведений ЭКГ [Виноградов A.B. и др. , 1985; Миррахимов ЗА Е и др. , 1986; Tzengetal J. Z. , 1991; (tedias J. E. , 19903. При этом необходимость, комплексного анализа большого количества отведений предполагает использование относительно сложных мэтслое статистической обработки данных. Аппарат математической статистики позволяет решать следующие задачи: 1) выбор наиболее информативных огзедений; 2} построение диагностических'алгоритмов. Для решения этих задач традиционно . используются методы классического анализа и, прежде всего, t~критерий Стыодента (Macfarlane P. W. , 1981; Ееhard J.V. , 1991, Jordaens Li, 1991, Warren J. ,1991). Среди многомерных методов обычно применяется метод главных компонент (Барр, 1971: Взррен, 1977; R. L, Lux, А. К. Evarc?, 1981; L.S.Green, 1SS7). Однако, методы классического многомерного статистического

анализа далеко не всегда дают приемлемые результаты. Это связано с тем, что в классической статистике предполагается, что исходные экспериментальные данные представляют собой выборку из вероятностного распределения известного вида и требуется определить лига, его параметры ( для наиболее часто встречающегося гауссовского распределения эти параметры - среднее (m) и дисперсия (è). Такая определенная модель позволяет решить основные задачи оценивания и проверки гипотез. Вместе с тем, большинство классических методов чувствительно к наличию выбросов и к отклонению от предполагаемого распределения.

При анализе электрокардиографических данных более эффективными оказываются непараметрические методы, для которых класс возможных распределений включает все непрерывные распределения. Креме того, указанные методы менее чувствительны к искажениям данных. J. Wiliens il937) использовал для построения диагностического алгоритма логистический дискриминантный аньлз, который не использует предположений о характере распределения. Алгоритм предполагает классификацию по Б группам патологий: норма, ГЛЖ, ГПЖ, pyCgu передней локализации, рубцы нижней локализации. При попытках классификаци групп сочетанных патологий (КГЖ и рубцы передне-нижней локализации) диагностическая эффективность используемых алгоритмов значительно снижалась (с 707. до 43%). Эффективные алгоритмы изолированных форм поражения миакарда предлагали также Г. В. Рябыкина и др. (1987), D. Valova (1990). Известны алгоритмы электрокардиографической диагностики сложных форм поражения миокарда, таких как кардиомиопатии (Давыдова И. А. , 1988), комбинированная гипертрофия (Рябыкина Г. В. , 1988) и дпугие. Но необходимо отметить, что при построении этих критериев использовалось лишь небольшое количество групп сравнения (2-3), и нз широком классе

- б -

сосудистых патологий они не имеют достаточно высокой информативности. • Поэтому была предпринята попытка создания алгоритма диагностики сложных форм поранения миокарда на фоне широкого класса сердечно-сосудистых патологий.-

Цель работы. Создание алгоритмов дифференциальной электрокардиографической диагностики некоторых сочетанных типов поражения миокарда с использованием статистических методов анализа данных прекордиального картирования 35 отведений по Мароко-Браунвальду.

В ходе роботы решались следующие задачи:

1) выделение устойчивых сочетаний параметров, информативных для диагностики сочетания гипертрофических и дилатационных изменений миокарда, ишемических и гипертрофических изменений, сочетания гипертрофии стенок левого желудочка и выраженной гипертрофии перегородки;

2) анализ статистических характеристик выделенных параметров (плотностей распределяет, корреляционных сЕязей между отдельным! параметрами, зависимостей параметров от мзрфометрическнх особенностей сердца);

3) разработка алгоритмов и на их основе компьютерных программ, позволяющих, используя выделенные параметры картограммы, оценивав вероятность принадлежности картограммы пациента к одной из изучаемых груг^.

Научная новизна. Показана целесообразность использования локальных методов оценки плотности распределения электрокардиографических параметре/? при сочетанных формах поражения миокарда.

Практическая ценность работы Разработаны алгоритмы дифференциальной электрокардиографической диагностики сочетанния таких 'фзрм поражения миокарда как гипертрофическое и дилатаи-онное, ги-

пертрофическое и ишемическое, выраженная гипертрофия мелжелудочко-вой перегородки и гипертрофия стенок левого желудочка. На основе указанных алгоритмов разработано про1 раммиое обеспечение, которое используется в пакете программ автоматизированного анализа ЭКГ в Научно-исследовательском Институте Кардиологии КВД РАМН.

Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены на Симпозиуме "Электрокардиогенератор. Модели и приложения" в 1092 году в г. Пущино, а также на заседании семинара кафедры медицинской и биологической кибернетики РГМУ им. а И. Пирогова 20 октября 1933 года.

I

Апробация диссертации состоялась на межотделенческой конференции Института кардиологии им. А. Л. Ыясникова КНЦ РАМН 17 декабря 1993 года.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 8 научных работах, список которых представлен в конце автореферата.

Структура диссертации. Работа изложена на 88 страницах машинописного текста и состой^ иэ введения, 4 глав, заключения, выводов и списка цитированной литературы- В работе использованы сведения иэ -67 отечественных и 124 зарубежных литературных источников. Диссертация иллюстрирована 9 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материал и методы исследования.

Обшая характеристика материала.

В соответствии с поставленными задачами при построении диагностических электрокардиографических критериев основными группами в исследовании были

1. группа "ДКЫП"( Л'11Ц - • ЭКГ больнь:: дилатационной кардиомиопатией ( при построении дифференциально-диагностического критерия сочетания дилатационных и гипертрофических изменений миокарда);

2. группа "ГКМ1Г'( п-109) - ЭКГ больных гипертрофической кардиомиопатией ( при построении дифференциально-диагностического критерия преимущественного поражения перегородки в сочетании с разл-чной степенью гипертрофии стенок левого желудочка).

3. группа "ИБС+ГЛК"(п«42) - ЭКГ больных гипертонической болезнью и ишемической болезнью сердца с верифицированными ЭхоКГ . и КАГ гипертрофией левого желудочка и поражением коронарных артерий (при построении дифференциально-диагностического критерия сочетания ишемического и гипертрофического поражен.-я миокарда левого желудочка).

Проведенное исследование может быть представлено в виде трех частей, в каждой из которых основной группой является одна иэ перечисленных выше, а группами сравнения две другие, а также специально сформированные 8 групп: "ГЛЖ", "ГШ", "ИБС", "И", "Н2","ЯЗ", "Норма", "КГЖ". Выбор групп сравнения определялся сходством электрокардиографической картины при кардиомкопатиях с изменениями при ИБС и некоторых гидах сердечно-сосудистой -зтологшг, сопровождающихся увеличением желудочков сердца. Кроме

того,.одной из групп сравнения при построении всех дифференциально- диагностических критериев Сыла группа ЭКГ практически здоровых лиц ("Норма"). При проведении исследования использовался банк данных ПЭКГ-35, создаваемый в Отделе новых методов диагностики я исследований КНЦ РАМН.

Клинический материал представлен в таблице 1 и включает данные, полученные при обследовании 680 случаев.

Таблица 1. Состав изучаемых, групп и групп сравнения.

1 1 Группы .ОСшее кол-во кол-во мужчин кол-во лэндан возраст

¡1. Больные с ¡сочетанием 1ишемического и I гипертрофического ¡поражения миокарда Iгрулпа"ИБС+ГЛй" 42 38 6 от за ДО 67

|2. Больные с | гипе ртрофиче чес • :ой 1кардиомиопатией I группа "ТШГ 109 76 33 от 18 до 66

¡3. Больные с |дилатационной 1 кардиомиопатией ¡группа "ДШГ 111 . 103 8 от 16 До 56

14. Практически . 1 здоровые лица ¡группа "И" 60 42 18 от 20 ДО 55

15. Вольные с j гипертрофией ¡левого желудочка ¡группа "ГЛЯ" ¡5.1 Больные с (гипертрофией ¡леЕого желудочка и 1 интактными по дан- 1 нши КАТ коронарны- ¡ми артериями 1 группа "ГЛЙ1" 1 58 38 48 34 10 4 от от 21 21 ДО ДО 54 54

Продолжение таблицы 1.

,...„ ... ,,, -„, — 1 • Общее кол-во ---------- кол-во - — возраст

1 Груяпы кол-во мужчин женщин

|6. Больные с

¡гипертрофией 50 35 '1.5 от 16 до 61

1 правого желудочка

1 группа "ГШ"

17. Больные о

1очагово-Рубцовым

1 поражением 144 134 10 от 16 до 671

|7.1 Больные с ■ -

I очагово-Рубцовым

¡поражением 48 46 г от 16 до 65

1 передне-перегоро- ■ |

дочной локализации! I

(группа "И" 1

|7.2 Больные с

1очагово-Рубцовым •

!г-ралением 48 45 3 от 1Э до 68

1 нижней локализации I

(группа "И"

17.3 Больные с

1очагово-оубцовым

{поражением 48 43 5 от 18 до 67

передне-боковой

1 локализации

!группа "КЗ"

18. Больные с

1 ИБС без гипертро-

¡фических и Рубцо-

вых изменений 60 55 5 от 25 до ее

¡миокарда

I группа "ИБС»

19. Больны? с

1 гипертрофией 66 45 21 от 15 до 60

1 обоих желудочков '

1 групг "КГЖ"

19.1 Вольные с

(аортальным стен -

|зом и аортальной 27 18 9 от 20 до 50

I недостаточностью

¡группа "КГЖ1"

¡9.2 Больные с

¡митральным пороком [

!и дефектом 39 25 14 от 15 до 60

I межжелудочково!.

¡перегородки

Iгруппа "КГК2" г 1

- 10 -

Методика автоматизированного картирования и . первичной обработки данных.

Для создания . дифференциальных электрокардиографических критериев использовались данные прекордиального электрокардиографического картирования 35 отведений по Мароко-Браунвальду - ПЭКГ-35.

В. большей части используемого архива ( 568 случаев) 12 общепринятых (ЭКГ-12) и 35 прекордиальных отведений ЭКГ (ПЭКГ-35) регистрировались на аппарате "Кардиостат ЗТ" (ф. "Зипепз") при скорости записи 25 мм/с и значении 1мВ-1. О см.

■ Для регистрации 35 отведений ЭКГ использовался многоэлектродкьй пояс с 35 электрода)® однополюсных отведений ■ и коммутатор для подключения к 3-х канальному электрокардиографу ' "Кардиостат ЗТ". На первые два канала поступали сигналы с последовательных пар отведений (1-го и 2-го, 3-го и 4-го и т. ) по 5 секунд с каждой пары. На третий канал подавался синхрониэирущик сигнал с 26 отведения. Поступавшие от пациента (через пояс) электрические сигналы через электрокардиограф подавались на входы аналогового 4-канального магнитофона ТЕАС-61МЕ (фирма "ТЕАС"). С магнитофона через аналого-цифровой преобразователь НР2313А ( фирмы Хьшетт-Шккард) электрокардиографический сигнал поступал в ЭВМ НР2100А при частоте опроса 200 Гц. Для подавления высокочастотных шумов аппаратного происхождения использовался цифровой фильтр (синусовый фильтр низших частот с окном Хемминга) с частотой среза 40 Гц. В память ЭВМ заносились односекундные интервалы ЭКГ, выбираемые вручную при просмотре на графическом дисплее "Тектроникс 4010" фирмы "Тектроникс". Границы комплекса ОЯЗ отмечались также вручную. Для сбора, дзнннх испольеовалась ЗЕМ

- 11 -

iiPZIOOA фирмы " Хьюлетт-Паккард".

112 ЭКГ-35 были введены по аналогичной методике в компьютер ШМ PC/AT через аналого-цифровой преобразователь фирмы "Демос" при частоте опроса 600 Га В этом случае использовался 6-ти (.анальный магнитофон фирмы "ТЕАС MR-30" и последовательно вводились пятерки отведений, расположенных на одной вертикали, т.е. отведения 1, 8, 15, 22 , 29, затем 2,9, 16, 23, 30 и т. д. В качестве синхронизирующего по прежнему использовалось 26 отведение. Границы комплекса QRS и зубца Т отмечались автоматически по оригинальным программам.

Статистическая обработка также проводилась по разработанным оригинальным программам. При анализе картограмм вычислялись площади зубцов Q,R,S,T в целом, плошади начальных( н), средних(с) и конечных(к) третей зубцов R (в дальнейшем будем их обоеначать Rh,Rc.Rk соответственно), - всего комплекса QRS и площади положительной и отрицательной частей сегмента ST, обозначаемые соответственно ST+ и ST-. Сегментом ST мы называли отрезок от точки J до точки J + 125 мс, где- J - правый конец комплекса QKS. При этом уровень базовой линии оценивался по точке начала комплекса QRS.

Плошади элементов комплекса QRST елализпровались в отдельно взятых отведениях, суммарно по всей картограмме, по каждой вертикальной колонке отведений картограммы, а также по регионам картограммы. Картограмма условно разбивалась на 3 горизонтальные зоны: верхнюю (II-III межреберья( MF)), центральную (IY-Y MF), ннмикао (V-VI МР) и 3 вертикальные зоны: правую (1-3 вертикальные коленки), ■центральную (3-5 колонки), левую (5-7 колонки). Таким сбраэом формировалось 9 регионов. При сравнительном анализе ЭКГ пз1ч\мтТров в отдельных отведениях и регионах картограммы границы

некоторых регионов изменялись, так чтобы параметры, вычисленные суммарно по этим регданам^были более устойчивы и плотности распределения этих параметров на различных .группах максимально различались При обозначении пользовались следующей индексацией: нижние индексы справа от обозначения параметра обозначили вертикальные столбцы, а верхние индексы - межреберья, ограничивающие регион, в котором, вычислялись соответствующе параметра

Методы статистического анализа.

В качестве основного при построении дифференциально-диагностических критериев дилатационных изменений и сочетания выраженной гипертрофии межжелудочковой перегородки с гипертрофеп стенок левого желудочка использовался один иг методов локальной оценки плотности вероятности распределения электрокардиографических параметров, известный как "метод к ближайших соседей". Для дифференциальной диагностики сочетания ишемических и гипертрофических изменений использовался граничный алгоритм (устанавливались границы возможных значений электрокардио» рафических параметров для этой группы).

В процессе исследования мы исходили иэ того, что распределение электрокардиографических параметров на всем изучаемом клиническом материале может быть представлено как смесь распределений Р1, р2, рЗ, ... р11, при этом каждой из ивучаемых групп соответствует одна функция' распределения, а разные группы имеют разные функции распределения. Кроме того, используя метод "к ближайших

соседей"^ мы исходили иэ того, что в малой окрестности 7 отношение т/К ( где П1 - количество элементов 1-ой группы в окрестности V, К - с"ш~е количество элементов, попавших в эту область) хорошо ап-

прокеимирует р1 - плотность вероятности 1-ой группы. Новая, неклассифицированная, точка Судет отнесена к той группе, оценка плотности вероятности которой в этой точке наибольшая. Таким образом, используя предположение о том, что р1-ги/К, 'аадача классификации в одну из групп сводится к определению количества злементов каждой группы г>1 среди всех, попавших в окрестность исследуемой точки, т. е. среди К ближайших соседей. Классификация осуществляется в ту группу, соответствующее значение ш которой максимально. В нашем исследовании количество "ближайших соседей" - К подбиралось для каждого дифференциально-диагностического алгоритма эмпирически, в зависимости от формы распределения тех параметров ЭКГ, в пространстве которых строился алгоритм.'

В качестве меры расстояния мы использовали Канберровскую метрику, т.е. метрику вида с1(х,у)-|х-у)/|х+у|. Ее нечувствительность к сильно отклоняющимся значениям делает ее наиболее подходящей в случае сильно ассиметричных данных, таких как площади зубцов комплекса 0К5Т в некоторых отведениях, и особенно, площади отрицательной части сегмента ЭТ. В связи с тем, что метрика имеет особенность в 0, мы использовали абсолютные значения параметров, а нулевые значения были увеличены на 0.01.

В связи с полиморфизмом электрокардиографической картины при гипертрофической кардиомиопатии до построения соответствующего дифференциально-диагностического алгоритма, мы разбили эту группу на относительно однородные подгруппы, используя для этого метод кластерного анализа агломеративного типа. Этот метод позволяет объединять элементы выборки в подгруппы так, чтобы расстояние между центрами этих подгрупп бы."о не меньше заданного. Расстояние выч:ялось в простран стве следующих параметров: К, 5, ЗТ-, Т во 25 отведениях картограммы, т.е. в 140-мерном прос: анстве.

Плошадь зубца 0 не использовалась при кластеризации.в силу ее большой вариабельности при ГКМП Кластеризация проводилась дважды в зависимости от используемой метрики.. В первом случае использовалась евклидова метрика, а во втором - канберровская метрика (т: е. расстояние ме?- чу точками х (х1, х2.. хп) и у (у1,у2,..уп) в п-мерном пространстве в первом случае вычислялось

ишемического и гипертрофического поражения основан на эмпипрической оценке гистограмм распределения параметров , выборе граничных точек и решавших правил для каждого параметра, таким образом, 'чтобы при . использовании всех решающих правил максимальное количество точек классифицировалось правильно. В результате в пространстве формировалась область, при попадании в которую и только в нее исследуемая точка классифицировась в группу "ИБС+ГЛЯ".

Все наши статистические алгоритмы строились ' в заранее выбранном пространстве информативных электрокардиографических параметров. Еыбор этих параметров осуществлялся на основе следующего анализа гистограмм распределения, при котором оценивались 1) внутри и межгрупповой разброс, 2) интервалы, в которые попадает 60, 70, 80, 90, ' 1СШ выборки: 3) области пересечения гистограмм распределения параметров всех изучаемых групп. Для граничного критерия выбирались параметры, одновременное использование которых позволяло получить наилучшую ' классификацию. Для критериев, использующих метод "к ближайших соседей", выбиралось несколько возможных подпространств, после чего оценивались лекальные плотности в каждом из них, и выбиралось то,

по формуле

а во втором - d(x,y)- ¿|xi-yi |/|xi+yi |.

Дифференциально-диагностический • критерий

сочетания

- 15 -

в которой проводилась наилучшая классификация.

Для того, чтобы иметь возможность оценить устойчивость предлагаемого алгоритма весь клинический материал был разделен на две части: базовую (исследовательскую) и ' тестовую." Разбиение проводилось отдельно для каждого алгоритма таким образом, чтобы базовых выборок было достаточно для формирования заключения, оставшиеся части выборок могли служить контрольными группами.

Результаты и обсуждение.

Дифференциальная электрокардиографическая диагностика сочетания дилатационных и гипертрофических изменений миокарда на фоне широкого класса изменений миокарда при различных сердечно-сосудистых заболеваниях.

На первом этапе были проанализированы гистограммы распределения ампдитул и плодадей зубцов д, Я, 5, Т и сегмента ЭТ как в отдельно взятых отведениях, так и суммарно по регионам картограммы. При этом не удалось выявить патогномоничных для ДКЫП отдельных, электрокардиографических признаков. Гистограммы большинства электрокардиографических параметров на группе ДКЫП имели сложную форму, не аппроксимируемую такими традиционными распределениями как Гауссово , ПуассоноЕское, и т.д.

Методы классического статистического анализа в этом случае не могут быть использованы,' т. к. они предполагают гауссово или мономодальное симметричное распределение. Поэтому для построения дифференциально-диагностического алгоритма ДКМП мы использовали Ыч-л.'Д локальной оценки плотности вероятности параметров' ЭКГ. Этот позволяет класьлф дировать объекты в зависимости от состояния до элементов эталонных выборок. Расстояние рыч.д клялось

в пространстве заранее фиксированных параметров. Для

я.м

дифференциальной диагностики ДКШ это были параметры К, у, ^ ^ , я?"? Ьцгз. Для построения эталонных групп случайным обрагои бшо выбрано по 29 элементов из каждой изучаемой группы. Искмиеяие составила группа КГЖ: соответствующая эталонная выборка яе формировалась из-за сходства электрокардиографических параметров при КГЖ и ГЛЖ, а также при КГЖ и ГГГ" Таким образом, было сформировано 10 эталонных групп по 29 элементов. Размер групп определялся как минимальный, дающий приемлемую классификации. Случаи, не вошедшие в эталонные группы, состарили контрольную выборку. Локальная область для классификации определялась 75 ближайшими элементами, т.е. 76 ближайшими соседями. Эта величина также определялась как минимальная, дающая приемлемую классификацию.

Результаты классификации приведены в таблице 2.

Таблица 2. Количество (в X) правильно классифицированных

случаев в группе ДКШ и группах- сравнения.

эталонные выборки контрольные выборки

п-29

ДКМП 767. . ДКШ (п-82) 72%

Норма 1007. Норма (п-41) 1007.

ГЛЖ 037. ГЛК (П-29) 83Х

ГПЖ 977.. ГПЖ (п-41) 957.

И 837. R1 (п-19) 957.

Я2 637. R2 ((1-19) 907.

КЗ 60* R3 (п-19) 84Х

ИБС 100Z ИБС (п-24) 1007.

ИБС+ГЛ® 837. ИБС+ГЖ п-13) 927.

ГКМП 76Х ГКМП (п-61) 67%

КГЖ (п-бб) 667.

КГЖ1 (п-27) 567л

КГЖ2 (п=ЗЭ) 777.

- -

Диффе ренциальная электрокардиографическая диагностика сочетания выраженной гипертрофии перегородки и гипертрофии стенок левого желудочка (на примере ГКМГО.

В свяеи с известным полиморфизмом ЭКГ при ГКМП на первом этапе работы была предпринята попытка разделения группы ГКМП на несколько подгрупп по принципу сходства электрокардиографических параметров. При этом использовался метод кластерного анализа. Анализировались параметры 5, 5Т_, Т+ во всех 35 отведениях. Параметр 0 не был использован в силу его большой взриабельнссти у больных ГКМП, а параметры БТ+ и Т_ не учитывались из-за высокой корреляции показателей БТ+ с Т+ и Т_ с БТ_. Для получения устойчивых подгрупп ГКМП разбиение проводилось дважды: в первом случае использовалась евклидова метрика , втором - каяберровская метрика. Приемлемой считалась га кластеризация, которая позволяла получить мшда зльное количество подгрупп (отличное от 1). В обоих случаях было получено по три подгруппы, количественный состав которых был следующим: 31, 25,7 элементов при использовании метрики Евклиде и 23, 31, 9 элементов при использовании канберровской метрики. Общими для первых двух подгрупп были 21 и 23 элемента соответственно. Эти элементы составили основную часть двух эталонных групп, представляющих ГКМП. Затем, группы были дополнены соответственно пятью и тремя элементами, имеющими наименьшее (среди Есех оставшихся 19 элементов) расстояние до центров этих групп. Таким образом были сформированы две эталонные группы (в дальнейшем будем обозначать их ГКМШ. и ГКМП2) содержащие по 25 элементов.

На втором этапе осуществлялся статистический анализ параметров групп ГКМШ и ГКМП2 для выявления признаков различия между ними. Анализировались гистограммы распределения всех исследуемых параметров независимо от их выбора при кластеризации. Для группы

ГКШ1 в среднем характерны более выраженные зубцы 0, а для группы ГКМП2 - большее снижение сегмента 5Т и увеличение по сравнению с ГКМП1 площади зубца й в левых колонках отведений картограммы. В силу выявленного значительного различия электрокардиографических признаков в группах ГКМП1 и ГКМП2 дальнейший их анализ прогонялся раздельно.

На третьем этапе работы строились алгоритмы отделения каждой

из изучаемых групп (ГКМШ и ГКШ12) от групп сравнения. Ь

результате анализа гистограмм распределения параметров ь группах

ГКМШ, ГЮЯЕ и группах сравнения не удалось выявить отдельных,

патогномоничных для ГКМП, электрокардиографических признаков.

Электрокардиографические параметры изучаемых группах имели

плотности распределения параметров, отличные от традиционных

(нормального, пуассоновского,^* и т.д.). Поэтому для построения

дифференциально-диагностического алгоритма ГКМП мы использоезли

метод локальной оценки плотности вероятности параметров ЭКГ. В

качестве эталонных групп ГКМП были взяты группы ГК1Я11 и ГКМШ.

Для построения эталонных групп сравнен»..» случайным обравом было

выбрано по 26 элементов из каждой изучаемой группы. Исключение

составила группа КГй соответствующая эталонная выборка не

формировалась из-за сходства электрокардиографических параметров

при КГЖ и ГШ, при КГЖ и ГПХ Таким образом, было сформировано 10

эталонных групп по 26 элементов. Размер групп определялся

размерами эталонных групп ГКМП ГЪ нашим данным наиболее

информативными для отделения групп ГКМП от групп сравнения были

-тР? В-V ЯП 1-е комплексы параметров г , , , Ьцге (для ГКМП1)

и Г+ * , ЗТ^'' , к'? , |_чгз , С}ГС?**Ч для ГШЕ). Вместе с

1-3 у-? <"5Г

тем, отделение групп ГКМШ. и ГКМП2 от групп сравнения по любому отдельно взятому из них неэффективно. Случаи, не вошедшие в эта-

лонные группы сравнения, составили контрольную выборку. Для групп ГКМШ. и ГКИП2 контрольны® группы формировались из элементов, не вошедших в эталонные группы; в контрольную группу ГКМШ вошли элементы, расстояние от которых до центра группы ГКШ1 было меньше, чем до центра ГКМП2, в контрольную группу ГКМШ - все остальные (не вошедшие в группу ГКМШ. Локальная область для классификации определялась 7Б ближайшими элементами, т.е. 75 ближайшими соседями. Эта величина определялась как минимальная, достаточная для приемлемой (дающей менее БОХ ошибок) классификации. Результаты классификации эталонных и контрольных групп ГКМП! и ГКМШ и групп сравнения приведены в таблицах 4 (ГКМШ.) и б (ГКМП2). Таблица 4. Количество (в X) правильно классифицированных случаев в группе ГКЫП1 и группах сравнения.

эталонные выборки контрольные выборки

п-2б

ГКМШ. 777. ГКШП (п-19) 79%

Норма 887. Норма (П-44) 91%

га 94% ГЛЖ (п»33) 94%

ГПЖ 92% ГШ (П-44) 86%

И 77% и (п-22) 95%

Я2 70% Н2 (п-22) 68%

ИЗ 732 ИЗ (п-22) 91%

' ИБС 96% ИБС (п-27) 85%

МЕС+ГЛЖ 84% ' ИБС+ГЛЖ(п-16) ДКШ (п-85) 87%

ДКШ1 85% 84%

Таблиц' 5. Количество (в X) правильно классифицированных

кШ-мегодом случ??в в группе ГКЫП2 и группах сравнения.

г

эталонные выборки п-2б

контрольные выборки

ГШЕ 77% ГКМШ (п=8) 75%

Норма 100% Норма (п-44) 100%

ГЛ» 62% " ГЛЖ (п-33) 72%

ГПК 96% ГПЖ (п-44) 92%

И 85% И. (п-22) 95%

яг 82% ш ?п=22) 91%

ро 96% ОЗ (п=22) -100%

кьо 96% .ас (П-27) 93%

ИБС+ГЛЖ 73% ИБС+ГЛН( П-16) 100%

ДКЫП 80% ДКШ (п=85) 80%

Для эталонных групп как ГКШ1, так и ГШ чувствительность была 777., а средняя специфичность 77 и 85Х соответственно.

Дифференциальная диагностика сочетания ипемических и гипертрофических изменений миокарда

В связи со схожестью электрокардиографической картины при сочетании ишемического и гипертрофического поражения миокарда с ЭКГ при изолированных формах ишемии и гипертрофии, а также с ЭКГ практически здоровых лиц анализ электрокардиографических параметров проводился прежде всего на группах ЭКГ больных с этими типами поражения и на группе "Норма". Группы с очагово-Рубцовыми изменениями*миокарда не вошли в группы сравнения, поскольку у больных в этих группах (И, Я2, Г?3) помимо рубцового и ишемического поражения имела место и гипертрофия и/или дилатация миокарда. Для формирования исследовательских выборок в каждой из изучаемых групп случайным образом было выбрано по 29 элементов, остальные случаи составили тестовые группы.

Еольтажные критерии гипертрофии Соколова-Лайона оказались эффективны лишь в половине случаев ИБС в сочетании с ГЛЖ, хотя в среднем для этой группы по сравнению с группой ИБС и группой практически здоровых лиц характерен больший вольтаж комплекса ОК?. Для построения более информативного диагностического критерия проводился поиск значимых параметров картограммы, основанный на опенке гистограмм распределения.

Для большинства' картограмм больных из группы "ИБС+ГЛЖ" характерно выполнение следующих условий:

Кн >0.002МЕАО, 5, > 1 меас, К., > 1.5мв*с, 51+ 1-1 <3 1-7 ч

О. 9 мв*с.

¡

i

В случае выполнения указанных условий картограмма относится ' к группе " ИБС+ГЛЗЯ", если не выполняется хотя бы одно из услоеий, то ГГЗКГ относится к группам сравнения. Границы параметров выбраны на основании анализа гистограмм распределения параметров так, ч.обы максимальное количество случаев диагностировалось правильно. Приведенный алго, .ггм дифференциальной диагностики ишемической болезни сердца в сочетании с артериальной гипертонией позволил правильно классифицировать 7QZ случаев исследовательской группы ИБС+ГЛЖ 70J, 737. и 737. случаев иаследонательских групп "ИБС", "ГЛЖ" и "Норма" соответственно. Состав контрольных выборок и количество ( в процентах) правильно классифицированных элементов представлены в таблице 8. Таблица 8. Количество (в 7.) правильно классифицированных случаев в контрольной группе ИБС+ГЛЖ и группах сравнения.

I ИБС+ГЛЖ (п-13) 70%

I Норма (п-31) 807.

I ГЛЯ (п-8) 877.

I ИБС (п-31) 707.

I ГКМП (п-27) 787.

1 ДКШ (П-41) 697.

Обсуждение.

Полученные в ходе исследования результаты показывают эффективность использования прекордиального картирования и статистических методов анализа электрокардиографических данных в целях диагностики сложных, сочеганных форм поражения миокарда. Существенным достоинством использования прекордиального картирования является возможность использования интегральных, т. е. суммарных по регионам электрокардиографических параметров. Использование этих параметров повышает устойчивость алгоритмов к

анатомическим особенностям пациенте«, к погрешностям при регистрации ЭКГ и вводе сигнала в компьютер, при последующей разметке комплекса <}К5Т.

Сочетание различных типов поражения вызывает отмечаешй многими авторами полиморфизм ЭКГ, который на гистограммах распределения :ектрокардиографических параметров выражается в значительных отклонениях от начального распределения дале при использовании относительно больших (п>60) выборок. Видимо, при сочетанных формах поражения распределение электрокардиографических параметров не является однородным, а представляет собпя смесь распределений, которые, возможно, соответствуют различным стадиям . заболевания или степени- превалирования одного из типов поражения над другим. Однако, в силу отсутствия явных клинических признаков, позволяющих разделить каждую из изучаемых групп на подгруппы, строились единые дифференциально-диагностические алгоритмы для выявления сочетания ди..атационных и гипертрофических, ишемических • и гипертрофических изменений. Исключение составил алгоритм дифференциальной электрокардиографической диагностики сочетания различной степени гипертрофии стенок левого желудочка с изменениями миокарда перегородки при ГКМП. в этом случае на одном из этапов работы происходит разветвление алгоритма в зависимости аг значений электрокардиографических параметров. Это связано с наличием в этой груше значительного внутригруппового разброса по большинству электрокардиографических параметров, не позволявшим выделить параметры, информативные для отделения всей группы. Предварительная кластеризация, проведенная на группе ГКМП показала эффективность такого подхода пр^ наличии значительного внутригруппового разброса практически по всех электрокардиографическим параметрам, Хотя на подгруппах,

полученных при кластеризации, распределения параметров по-прежнему не описывались традиционными распределениями, дальнейшее отделение этих подгрупп от групп сравнения было эффективным. Внутренняя неоднородность и возможность разделения ГКМП на 2 подгруппы ранее отмечалась некоторыми авторами. Предполагалось, что на ранних стадиях заболевания превалируют изменения, отражающие гипертрофию ме»желудочковой перегородки (зубцы С в тех или иных отведениях), а на более поздних стадиях - отклонения, отражающие гипертрофии (компенсаторную) миокарда всего . желудочка (увеличение вольтажа (ЗКэ). Подобному взгляду на разнообразие ЭКГ при ГКМП соответствуй! и результаты проведенного нами кластерного анализа. Разделение на подгруппы происходит только "внутри алгро-ритма", и при использовании этого алгоритма в комплексе программ автоматизированной электрокардиографической диагностики при классификации в любую из групп ГКМП1 или ГКМП2 выдается одно и то же заключение.

В процессе анализа электрокардиографических параметров при сочетвнных типах поражения не удалось выявить отдельных параметров, достаточно информативных для отделения от всех групп сравнения. При анализе комплекса параметров со сложными функциями распределения эффективным оказалось использование метода локальной оценки "лотности распределения, известного как метод "к ближайших • соседей". Существенным недостатком этого метода яЕляется большой объем вычислений и необходимость эмпирического подбора некоторых характеристик ( минимальный размер эталонных выборок и количество "ближайших соседей", определяющее размер локальной области) и пространства параметров. Видимо, это и авля._^я причиной того, что метод к "ближайших соседей" не получил широкого распространения. Несмотря на то, "то многие

электрокардиографические параметры не являются • нормально

распределенными, большинство исследователей для выбора «

информативных параметров и -в процессе построения алгоритмов классификации использует классические методы статистического анализа. На-'нашем электрокарди графическом материале такие методы как метод Карунена-Лоева, пошаговый метод выбора информативных параметров, основанный на Р-статкстике, оказались чувствительными к отклонениям от нормальности распределения. Мы выбирали как информативные параметры, удовлетворяющие следующим условиям: 1) от каждой группы сравнения изучаемая группа отличалась по этому параметру не менее чем.в 60Х случаев; 2) все группы (изучаемая группа, так и группы сравнения ) имели по выбранному параметру небольшой внутригрупйовой разброс. Например, параметры, отражающие величину зубца не были взяты для диагностики, поскольку тлели значительный внутри групповой разброс, и область распределения этих параметров при ДЮЛ1 н ^КМИ покрывала область распределения при очаго-во-рубцовом поражении.

При электрокардиографической диагностике сочетания гипертрофических и ишемических изменений миокарда удалось выявить область в пространстве параметров, в которую попадает значительная часть случаев научаемой группы, а большинство случаев с изолированными формами ИБС и ГЛИ, также как с ДКМП и ГКМП не попали в нее. Особое значение в диагн?стике ИБС в сочетании с ГЛЛ принадлежит верхнему правому региону картограммы, где отмечается большая скорость нарастания вольтажа начальной части зубца К я меньший подъем сегмента 5Т, что позволяет отделить исследуемую группу от группы "ГЛЖ".

Необходимо отметить, что увеличение положительного пстенгз'.алз кьчалнсй трети гсзбуждекия в правом верхней р^гкс-яе

картограммы не связано с локализацией ишемического поражения миокаода. Большие значения плошади начальной трети зубца R в верхних правых отведениях картограммы у больных ИБС в сочетании с артериальной гипертонией по сравнению с группой Сольных артериальной гипертонией бее ишемического поражения миокарда, вероятно, мог..г быть объь-нены тем, что при , артериальной гипертонии бег ишемического поражения миокарда вектор возбуждения верхней части перегосодки нивелируется более мошным вектором возбуждения левого желудочка. Напротив, при итемическом поражении миокарда (вне зависимости от локализации) даже с признаками ГДЕ вектор возбуждения левого желудочка несколько меньше и не полностью гасит вектор возбуждения верхней части перегородки.

ВЫВОДЫ.

1. Использование метода локальной оценки плотности распределения электрокардиографических параметров ' позволяет диагностировать сло^чше, сочетанные формы поражения миокарда, нераспознаваемые при традиционном анализе ЭКГ.

2. При отсутствии отдельных патогномоничных электрокардиографических признаков и одновременном использовании большого количества (10) групп сравнения алгоритмы, основанные на kNN-методе, позволя-кгг правильно классифицировать не менее 68-70S случаев.

3. Электрокардиографические параметры при сочетанных видах сердечко-сосудистой патологии имеют различные распределения, отличные от традиционных ( N, ji* и др.), поэтому классификационные алгоритмы, основанные на классических статистических подходах, не пакт результатов.

4. Использование электрокардиаграфиче^-сих параметров, вычисленных суммарна по регионам картограммы, повышает устойчивость алгоритмов к анатомическим особенностям пациентов, к погрешностям при регистрации и вводе ЭКГ в компьютер, при последующей разметке комплекса QRST.

5. Для диагностики сочетания дилатационного и гипертрофического поражения миокарда наиболее информативным является следующее подпространство электрокардиографических параметров f/ г , sf* ,

JT-I» "*

ST-", Lqrs. Использование kNN-метода в этом пространстве позволяет выявлять сочетание дилатационного и гипертрофического поражения миокарда более чем в 70% случаев.

6. Для диагностики сочетания различной степени гипертрофии стенок левого желудочка и выраженной гипертрофии перегородки наиболее информативными является следующие подпространства электрокардио-

f-n JF-& Jf-rf

графических параметров , Я , Т+~ , > Ц• ' , п

ç-v ïï-jï jr-ш

Т+ , ST_- , R , QRS , Lqrs. Использование kNM-метода в этих прост ранствах позволяет выявлять сочетание гипертрофии стенок левого желудочка и выраженной гипертрофии перегородки в более чем в 76Х случаев.

7. В дифференциальной электрокардиографической диагностике сочетания ишемического и гипертрофического поражения имокарде наиболее информативным является верхний правый регион картограммы. Использование площади начальной трети зубца R и положительной части сегмента ST в этом регионе совестно с плошддьп зубца S в центральном праЕом регионе и R в левом верхнем регионе позволяет правильно диагностировать сочетание ншемического к гипертрофического поражения миокарда не менее чем в 70% случаев.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 1. В связи с тем, что при сочетанных формах поражения миокарда

плотности распределения электрокардиографических параметров имеют сложные формы, отличные от традиционных, классификационные алгоритмы могут строиться на основе локальной оценки плотности распределения (например, с помощью kNM-метода)

2. Для дифференциальной электрокардиографической диагностики сочетания таких форм поражения миокарда, как дилатационное и гипертрофическое, гипертрофическое и ишемическое, а также для диагностики сочетания вьгралвнной гипертрофии межжелудочкивой перегородки и гипертрофии стенок левого желудочка эффективно использование комплекса программ автоматизированного анализа ЭКГ, включающего как прс - раммы, основанные на локальной оценке плотностей распределения, так и программы, использующие граничные алгоритма „

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Использование интегральных показателей прекордиальной картогрвммыш в дифференциальной диагностике очагово-руСцового поражения миокарда. //Кардиология. - 1990. - т. 30, » 7. - С. 52-67. (в соавторстве Г. R Рябыкина, А. В.Соболев). "

2. Computerized differential diagnosis of dilated cardicmiopatb', and coronary artery disease by using precordial mapping. - XVIIШ Interna_ional congress on electrocardiology, Warsaw, Poland, August 24-26, 1991. Abstracts. P. 552. : (а соавторстве Г. E. Рнбцкина, А. В. Соболев).

3. йспольеование методов нелинейного статистического анализа : дифференциальной -лектрокардиографической диагностике гипертрофи ческой кардиомиопатии (данные прекордиального картирования).// Кардиология. - 1991. - т. 31, N 9. - С. 11-16.

(g соавторства Г. В, Рябцкина, А. В. Соболев).

4. Дифференциальная электрокардиографическая диагностика дилат у.

иной кардиомиопатии и ишемической болезни сердца (данные премиального картирования).// Терапевтический архив. - 1992. - т. 64,

1. - С. 31-36 в соавторстве Г. В. Рябыкина, А. Е Соболев).

.Непараметрические методы статистая в электрокардиографической

иагностике кардиомиопатий. - Кибернетика в кардиологии. Сборник аучных трудов РГЫУ. - Москва. - 1992. - СЛ54-158. в соавторстве Г. В. Рябыкина,' А. а Соболев).

. Использование методов нелинейного статистического анализа в пфференциальной электрокардиографической диагностике гипергрофи-еской кардиомиопатии (данные прекордиапьного картирования): атерпалы Симпозиума "Электрокардиогенератор. Модели и прилоле-ия". Пущино. Ноябрь 29-30, 1992- (в печати), в -соавторстве Г. а Рябыкина, А. В. Соболев).

. Electrucardiographic diagnosis of hypertrophic cardionHopathy ith the application of non-linear statistical technique. XXXIV nternational Ccngress on ileotrocardiology. Kananaskis, Alberta, uly 26-30, 1993. P. 623. в соавторстве Г. R Рябыкина, А. Е Соболев).

. Дифференциальная диагностика изменений ЭКГ при ишемической бо-:езни в сочетании с артериальной гипертензией (данные прекордиаль-ого картирования).// Терапевтический архив. - 1993. - т. 65, N 12. в соавторстве Г. В. Рябыкина, А. В. Соболев).

<1ГТи зш. Sif }сис, л/i/if

Tuf.