автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Моделирование и диагностика функционального состояния левожелудочковой кардиогемодинамики на основе трансформации электрокардиосигнала

На правах рукописи

САФОНОВ Михаил Юрьевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ДИАГНОСТИКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЛЕВОЖЕЛУДОЧКОВОЙ КАРДИОГЕМОДИНАМИКИ НА ОСНОВЕ ТРАНСФОРМАЦИИ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА

Специальность 05.13.09 - Управление в биологических и медицинских системах (включая применение вычислительной техники)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Воронеж, 1998

Работа выполнена в Воронежской государственной медицинской академии им. H.H. Бурденко.

Научные консультанты: академик Российской академии медико-

технических наук, д.м.н., профессор Минаков Э.В.

академик Российской академии естественных наук,

заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., профессор Львович Я.Е.

Официальные оппоненты: д.м.н, профессор Аникин В.В.

академик Российской лазерной академии наук д.м.н,

профессор Никитин A.B.

чл.-корр. Российской академии естествознания, д.т.н., профессор Родионов О.В.

Ведущая организация: Государственный научно-исследовательский

центр профилактической медицины МЗ РФ.

Защита диссертации состоится "29" мая 1998 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д063.81.04 при Воронежском государственном техническом университете по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский проспект, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан "28" апреля 1998 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, ✓

канд. техн. наук, доцент^у/ С.М. ПАСМУРНОВ /

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Рост сердечно-сосудистой патологии, являю-ейся одной из ведущих проблем практической и научной медицины, диктует еобходимость разработки новых перспективных диагностических направле-ий, высокоэффективных методов, технологий и систем, обеспечивающих бы-трое получение точной, надежной и достоверной информации о функциональ-ом состоянии сердца.

Не вызывает сомнения тот факт, что инструментально-диагностическая снащенность в кардиологии является одним из ведущих факторов определяю-их эффективность управления лечебно-профилактическими мероприятиями.

В современной кардиологии, как и в целом ряде других медицинских аправлений, диагностическая информация о состоянии центральной гемоди-амики и функциональном состоянии миокарда является чрезвычайно важной, собенно ее точная количественная оценка.

К сожалению, точные и информативные диагностические системы, техно-огии и методы, которыми располагает современная клиническая медицина ангиокардиография, радионуклидная вентрикулография, эхокардиография), лишком сложны для широкого круга учреждений практического здраваохране-ия, далеко не всегда могут быть использованы в неотложных ситуациях, ребуют дорогостоящей крупногабаритной аппаратуры, специальных помеада-ий, штата высококвалифицированного обслуживающего персонала и сущест-енных затрат времени на проведение исследований, порою явно не безраз-ичных для пациента. В то же время, методы, отличающиеся простотой реа-изации (реокардиография, различные модификации метода фазового анализа ердечного цикла), недостаточно информативны и точны и сводятся, как рав'ило, к определению только ударного и минутного объемов, что по впол-е понятным причинам не дает полноценного представления о функциональном остоянии сердца.

В связи с этим, актуальность проблемы заключается в необходимости азработки диагностических систем на основе методов, моделей и алгорит-ов, сочетающих в себе простоту реализации и аппаратного обеспечения с ' ысокой точностью, надежностью и информативностью при низких затратах ремени на проведение исследований и способных обеспечить оптимальную нформационную поддержку управления основными функциями системы кровооб-ащения.

С этой точки зрения перспективным для оценки состояния центральной емодинамики является метод, основанный на моделировании трансформации лектрокардиосигнала (ЭКС) для воспроизведения в клинике функциональных арактеристик (ФХ) левожелудочковой кардиогемодинамики, именуемый в альнейшем в настоящей работе как "Метод трансформации ЭКС".

Указанный метод предназначен для определения основных ФХ кардиогемодинамики левого желудочка (ЛЖ): конечного диастолического объема (КДО), конечного систолического объема (КСО), ударного объема (УО), фракции выброса (ФВ), минутного объема (МО) кровообращения, средней диастолической толщины мышечной стенки (СДТ), степени ее систолического утолщения (ССУ), средней систолической толщины мышечной стенки (ССТ), скорости циркулярного укорочения волокон миокарда (СЦУ) и массы миокарда (ММ).

Работа выполнена в соответствии с одним из основных научных направлений Воронежской государственной медицинской академии им. H.H. Бурденко и межвузовской кафедры компьютеризации управления в медицинских' системах - "Биомедкибернетика, компьютеризация в медицине".

Целью диссертации является разработка и внедрение в клиническую

практику моделей и метода трансформации электрокардиосигнала для автоматизированной диагностики функционального состояния левожелудочковой кардиогемодинамики.

В работе поставлены следующие задачи:

"(.Установить взаимосвязь параметров ЭКС и ФХ механической деятельности сердца и определить принципы воспроизведения важнейших характеристик сократительной функции ЛЖ на основе математических моделей трансформации параметров ЭКС.

2.Сформировать математическую модель и алгоритмы трансформации временных параметров ЭКС в количественные характеристики кардиогемодинамики ЛЖ для клинического применения.

3.Обосновать достаточность объема диагностической информации, получаемой методом трансформации ЭКС, в сравнении с данными наиболее информативных современных методов инструментальной диагностики состояния левожелудочковой кардиогемодинамики.

4.Определить точность метода трансформации ЭКС в статических клинических условиях на основе сравнения с наиболее точными методами определения показателей центральной гемодинамики и функционального состояния миокарда ЛЖ.

5.Изучить точность метода трансформации ЭКС в динамических условиях при проведении постуральных проб, сопровождающихся изменениями венозного притока к сердцу, и при стресс-тестах с динамической физической нагрузкой (ФН), а также обосновать возможность его интраоперационного применения.

6.Осуществить оптимальный выбор технических и разработку программных средств для автоматизации воспроизведения основных характеристик

левожелудочковой кардиогемодинамики на основе математической модели трансформации параметров ЭКС.

7. Определить адекватность диагностических возможностей автоматизированного метода трансформации ЭКС задачам времязависимых медицинских направлений: неотложной кардиологии, реанимации, анестезиологии, интенсивной терапии и массовых обследований населения.

8.Проанализировать эффективность применения в клинических условиях и разработать рекомендации по клиническому применению системы компьютерной диагностики функционального состояния кардиогемодинамики Ж на основе метода трансформации параметров ЭКС.

Научная новизна результатов, выводов и положений, полученных в диссертации:

- сформулированы принципы взаимосвязи электрической активности и механической деятельности сердца, заключающиеся в воспроизведении характеристик механической деятельности ЛЖ сердца на основе информации о его электрической активности;

- определены параметры ЭКС, отличающиеся наибольшей информативностью для воспроизведения ФХ ЛЖ сердца и являющиеся электрическими эквивалентами его механических периодов напряжения и изгнания;

- сформированы математические модели и алгоритмы, обеспечивающие трансформацию временных параметров ЭКС, являющихся электрическими эквивалентами механических периодов напряжения и изгнания в объемно-функциональные характеристики левожелудочковой кардиогемодинамики;

- установлены закономерности, позволяющие на основе геометрической модели и специализированных алгоритмов воспроизводить важнейшие ФХ кардиогемодинамики ЛЖ: обьемы полости, толщину мышечной стенки в диастолу и систолу, фракцию выброса и массу миокарда в общепринятых размерностях методом, заключающимся в трансформации временных параметров ЭКС при синусовом, наджелудочковых и идиовентрикулярном ритмах сердца, а также при блокадах ветвей атриовентрикулярного пучка (Гиса), блокадах концевых разветвлений волокон Пуркинье и инфаркте миокарда (ИМ);

- обеспечено достижение высокой для неинвазивной категории способов точности определения ФХ ЛЖ сердца методом трансформации ЭКС в широком диапазоне их изменений как в статических, так.и в динамических клинических условиях, заключающееся в хорошем согласовании с данными эталонных методов ангиокардиографии (АКГ) и эхокардиографии (ЭхоКГ);

- показано, что метод трансформации ЭКС обеспечивает достаточно высокую точность воспроизведения ФХ левожелудочковой кардиогемодинамики в

широком спектре заболеваний и состояний, включая неотложные и интраопе-рационные;

- сформулированы преимущества компьютеризации метода трансформации ЭКС для информационного обеспечения управления основными функциями системы кровообращения в ходе лечебно-диагностического процесса, заключающиеся в повышении точности, упрощении реализации, снижении продолжительности исследований и возможности проведения гемодинамического мониторинга.

Практическая значимость и результаты внедрения. Разработан и внедрен в клиническую практику автоматизированный метод воспроизведения основных ФХ кардиогемодинамики ЛЖ: объемов полости, толщины мышечной стенки в диастолу и систолу, фракции выброса и массы миокарда на основе математической модели и специализированных алгоритмов трансформации параметров ЭКС, сочетающий высокую для неинвазивной категории методов точность с простотой реализации и аппаратного обеспечения.

Метод трансформации ЭКС обеспечивает достаточно точное воспроизведение ФХ левожелудочковой кардиогемодинамики в широком диапазоне заболеваний сердечно-сосудистой системы, практически при любом состоянии исследуемого, включая неотложные, терминальные и интраоперационные, а также при проведении функциональных орто- и антиортостатических проб и стресс-тестов с динамической ФН.

Автоматизация метода трансформации ЭКС способствует повышению точности и расширению диагностических возможностей особенно при сложной со-четанной патологии сердца и обусловливает перспективность его применения для широкого круга лечебно-профилактических учреждений.

Минимизация времени исследования (2 ± 0,5 мин в мониторном режиме) посредством разработанной электрокардиографической компьютерной диагностической системы (ЭКДС) дает возможность высокоэффективного информационного обеспечения управления основными функциями системы кровообращения для решения задач неотложной кардиологии, реанимации, анестезиологии и интенсивной терапии, а также обусловливает преимущества реализованного метода при массовых обследованиях.

Разработанная в ходе проведения данных исследований ЭКДС под рабочим названием "Комплекс аппаратно-программный компьютерной диагностики состояния центральной гемодинамики "Бианкор" (изготовитель: научно-производственная фирма "Медан", г. Воронеж) прошла медицинские испытания в Отделе кардиологии НИЦ НМД им. U.M. Сеченова, НИИ общей реаниматологии РАМН и ВГМА им. H.H. Бурденко, по результатам которых постановлением Комиссии по клинико-диагностическим приборам и аппаратам Комитета по новой медицинской технике Министерства здравоохранения Российской

'едерации рекомендована к серийному производству и применению в меди-1инской практике под уточненным наименованием "Анализатор центральной емодинамики электрокардиографический "Бианкор".

Электрокардиографический анализатор центральной гемодинамики вне-1рен в практику лечебно-диагностического процесса следующих ЛПУ ".Воронежа: ГКБСМП, ГКБ "Электроника", Дорожной клинической больницы ШЖД, городской больницы №5, а также ряда ЦРБ области.

Материалы диссертации используются в учебном процессе кафедры тера-жи ФУВ на циклах усовершенствования "Современные вопросы терапии", 'Клиническая кардиология" и "Избранные вопросы кардиологии", а также 1ля студентов на кафедрах госпитальной терапии и клинической фармакологи ВГМА им. H.H. Бурденко. '

Экономический эффект от внедрения одного анализатора "Бианкор" составил по данный ГКБСМП - 300 млн. руб. (1996 г. ) и по данным ГКБ 'Электроника" - 250 млн. руб. <1997 г.).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Воронежского областного научно-фактического общества терапевтов (1984,1985); Региональной научно-фактической конференции "Здоровье человека и действие факторов внешней зреды" (Губкин, 1994); Совещании-семинаре ученых и специалистов Centre üardiologique Du Nord (Saint-Denis, Paris, 1995); Международной научно-1рактической конференции "Генеративное здоровье населения и социальные "арантии" (Москва, 1997); Юбилейной региональной научно-практической <онференции "150-летие открытия наркоза" (Воронеж, 1997); Семинаре международной выставки "Российские технологии" Ассоциации "Российский Дом" международного научно-технического сотрудничества (Тегеран, 1997); Научном межкафедральном семинаре ВГМА им. H.H. Бурденко (1998); Научном семинаре межвузовской кафедры "Компьютеризации управления в медицинских :истемах" (1998).

Экспериментальные образцы электрокардиографического анализатора дентральной гемодинамики "Бианкор". демонстрировались: в Centre Cardi-^logique Du Nord (Saint-Denis, Paris, 1995); на международной 8ыставке 'Российские технологии" Ассоциации "Российский Дом" международного науч--ю-техвического сотрудничества (Тегеран, 1997).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 26 ручных работ, в том числе: 1 монография, 1 авторское свидетельство и 2 тента России на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6-ти глав, заключения, изложенных на 218 страницах машинописного текста, со-цержит 59 иллюстраций, 29 таблиц, список литературы из 254 наименова-

ний. В приложении приводятся акты внедрения, отзывы на клиническую эксплуатацию, протоколы сертификационных и медицинских испытаний, Сертификат и основные фрагменты исходных текстов программного обеспечения, а также выписка из Протокола Комитета по новой медицинской технике МЗ РФ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, определены цепь работы, ее задачи, объект и предмет исследования. Сформулированы научные результаты, выносимые на защиту, определены их научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации и внедрении результатов работы.

В первой главе рассматриваются основные современные методы и технологии исследования состояния центральной гемодинамики, детально анализируются их диагностические возможности в различных клинических условиях и ограничения применения. Показано, что точность, достаточность объема и быстрота получения диагностической информации о состоянии левожелу-дочкоеой кардиогемодинамики являются одними из важнейших факторов, определяющих эффективность управления основными функциями системы кровообращения. Проведенный анализ свидетельствует, что существующие на сегодняшний день и используемые в клинической практике системы, технологии и методы, дающие возможность с высокой точностью получать достаточный объем диагностической информации о состоянии центральной гемодинамики (ангиокардиография, радионуклидная вентрикулография, эхокардиография), слишком сложны для'широкого применения в плане реализации и аппаратного обеспечения, далеко не всегда могут быть использованы в неотложных ситуациях и при массовых обследованиях, не обеспечивают быстрого получения диагностической информации, а отличающиеся простотой и не требующие сложной дорогостоящей крупногабаритной аппаратуры (реокардиография, поликардиография) - недостаточно информативны и точны. Приводится имеющийся в литературе обширный фактический материал, показывающий тесную сопряженность электрических и механических параметров сердца (Л.И. Фо-гельсон, 1951,1957; Н.К. Фуркало, М.И. Лутай, 1982; В.Н. Орлов, 1984; Ю.Д. Сафонов, Б.И. Киселев, 1983; В.Д. Сафонов, Б.И. Киселев,' М.Ю. Сафонов, 1987; Е. Cabrera, J. Monroy, 1952; D.A. Brody, 1956). Рассмотрены основные направления развития компьютерных технологий исследования центральной гемодинамики. Показаны преимущества и перспективность компьютеризации электрокардиографического метода для определения основных объемно-функциональных характеристик ЛЖ сердца а целях высокоэффективного информационного обеспечения управления основными функциями сердеч-

нй-сосудистой системы. На основе анализа формулируются актуальность проблемы, цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке моделей и алгоритмов преобразования ЭКС для воспроизведения ФХ левожелудочковой кардиогемодинамики. На основе регрессионной модели определены наиболее информативные для воспроизведения ФХ гемодинамики Ш временные параметры ЭКС, в том числе и являющиеся эквивалентами механических периодов напряжения (GRS) и изгнания (ST-T) желудочков сердца (Л. И. Фогельсон, 1951,1957; Ю.Д. Сафонов, Б. И. Киселев, 1983; ».Д. Сафонов, б. И. Киселев, М.Ю. Сафонов, 1987). Показана возможность определения основных ФХ кардиогемодинамики ЛЖ на основе регрессионной модели преобразования ЭКС (М.Ю. Сафонов, В.А. Дегтярев, 1993):

Данная математическая модель позволяет определять КДО, КСО, УО, ФВ, МО, СДТ, ССУ и ССТ мышечной стенки по формулам:

КДО= 4879 -tm- 230-tRS- 94-tsr.r+ 12-tR.R- 192,

где: КДО - конечный диастолический объем полости ЛЖ в см3, t0/)S - длительность комплекса QRS в с, tRS - длительность интервала RS в с, tsг_г -длительность интервала ST-T а с, tR_R - длительность интервала R-R в с;

КСО = 3035 -t0RS - 1558 • t„s - 250 -tsr.T + 1*ГД.Я - 84, где: КСО - конечный систолический объем полости ЛЖ в см3;

УО = 1844• tßßs - 748-tRS * 156-tsr.r + 11 -Хя.й - 108, где: УО - ударный объем ЛЖ в см3; .

МО = 148,4-tofls - 53-tBS + 16,3-tsr.j - 9,6-tB_„ - 2,1, где: МО - минутный объем кровообращения в л/мин;

ФВ = -668-tßRS + 443-t„s + 137-tST,r> 2,9• tn.B + 62,5, где: ФВ - фракция выброса ЛЖ в %;

адг = 22 •

где: СДТ - средняя диастолическая толщина стенки ЛЖ в см;

ССУ = CV-г/ fßra - 1> • 100Ä-где: ССУ - степень систолического утолщения мышечной стенки ЛЖ в %; ССТ = СДТ ■ tST.T / tm,

где: ССТ - средняя систолическая толщина стенки ЛЖ в см.

Определены диагностические возможности и ограничения регрессионной модели. Показано, что данная математическая модель позволяет определять КДО и КСО ЛЖ с достаточно высокой точностью. При сопоставлении указанных объемных показателей ЛЖ с соответствующими данными ЭхоКГ коэффициент корреляции составлял 0,82 - 0,94, однако, в относительно небольшом диа-

з

пазоне изменений КДО ЛЖ сердца (90 - 180 см ), что, по вполне понятным причинам, несколько ограничивает применение этого метода в клинической практике. Кроме этого, приведенная регрессионная математическая модель не вполне учитывает особенности распространения ЗКС при нарушениях внутрижелудочковой проводимости, сердечного ритма и при физической нагрузке, а также при инфаркте миокарда и ряде других состояний. В этих случаях точность получаемых результатов несколько ниже.

На основе экспериментальных исследований (Ю.Д. Сафонов, Б. И. Киселев, 1983) распространения ЭКС с позиции антенно-волновой теории разработана (Ю.Д. Сафонов, Б.И. Киселев, М.Ю. Сафонов, 1984) и усовершенствована (М.Ю. Сафонов, 1997) геометрическая модель трансформации временных параметров ЭКС для воспроизведения в клинике всех основных ФХ кар-диогемодинамики ЛЖ.

Для определения обьемов неправильной геометрической фигуры Ж применены энергетически наиболее выгодные модели эллипса и шара (В.А. Го-лыжников, 1987; Pelle et al., 1984). Использованная в данной работе шаровидная модель ЛЖ предполагает приведение полузллипсоидной формы основной сократительной части ЛЖ к полусфере того же обьема радиусом (R), равным средней геометрической величине 3 полуосей (а,Ь,с) эллипсоида:

R = у/а ■ b ■ с.

Феномен пространственной и временной суммации токов возбуждения, синхронизирующей процесс деполяризации миокарда (М.Б. Беркинблит и др., 1982), позволяет из общеизвестных (Л.И. Фогельсон, 1957; Г.Л. Лемперт, 1963; В.Н. Орлов, 1984) значений линейной скорости (С) распространения электрического возбуждения проводящей системы ЛЖ (1,5 - 3 м/с) в системе координат (а,Ь,с) получить ее среднюю геометрическую величину

(^сгпс) :

Cerne = fya -Cb-Cc = Ш • 1,5 • 1,5 = 19 (м/с) и соответствующее значение (СрПС) по радиус-вектору:

с = ^ = 0,6 (м/с).

71 П

Аналогичным образом, известная (М.Б. Беркинблит и др.,1982) линейная скорость возбуждения миокарда (Смл) ЛЖ (0,7 м/с) преобразуется в ее значение по радиус-вектору (С^,), т.е. в поперечном направлении:

л- _ _ °'7

- ---

= 022 » 0,2 (м/с).

Произведение этой скорости на время деполяризации собственно миокарда, соответствующее (Г.Я. Дегтярь, 1966) длительности (г) интервала (от вершины зубца В до конца зубца 8) ЭКГ, позволило определить среднюю диастолическую толщину (1\|) мышечной стенки ЛЖ (в дальнейшем в клинической части исследований ^.обозначена как СДТ):

Л£/ = СНМ ' % = 22% • Однонаправленность (радиальная) векторов проводящей системы и миокарда дает возможность вычислить среднюю скорость деполяризации (Сср ) по суммарному вектору ЛЖ, как среднее арифметическое значение:

Сср = £еас±Сж = = 0,4 (м/с).

С учетом сравнительных ЭКГ, АКГ и ЭхоКГ исследований значение этой скорости было несколько уточнено и выражено в виде:

сср. ~ ~ атР5

и соответственно:

Сср = 44,5 - 100% см/с.

В рассмотренной шаровидной модели ЛЖ сигнал деполяризации распространяется от эндокардиальной поверхности верхней части межжелудочковой перегородки (точка а) до эпикардиальной поверхности базальных отделов (точка Ь) по дуге радиусом (Я), равным диастолическому радиусу полости (1^) плюс половина диастолической толщины мышечной стенки ((1Й), с радиальной скоростью (Сср) за время комплекса (Ш (t0RS) ЭКГ (рис. 1)

Рис. 1. Распространение сигнала деполяризации ЛЖ сердца.

Это позволяет определить диастолический радиус полости ЛЖ как: Я = Rd + 0,bhd = Сср. • tÛR$,

Rd ~ Сср. ■ tORS ~ WV

Неизменность объема миокарда ЛЖ в течение кардиоцикла, обусловленная эластичностью и несжимаемостью сердечной мышцы (A.B. Трубецкой,

1982), позволяет приравнять его значения в систолу (VMS) и диастолу (VMd):

Vus = Уме/.

Рассматривая ЛЖ как полую упругую сферу, это равенство можно представить в виде уравнения:

fr, и \3 „ з 4тс/л . \з 4л „ з Y^s + Ч = + М --J d

или

(/?5 + hsf-Rs3=(Rd + hdf-Rd3, (I)

где: Rs - систолический радиус полости ЛЖ; Л3 - средняя толщина мышечной стенки ЛЖ в конечную фазу систолы (далее в клинической части исследований этот показатель везде обозначен как ССТ).

Произведя следующие преобразования уравнения (I):

( ( Я/+2ЯА+Л/+Я/+ЯЛ+Я/И Я„+ V^) (Я/+2ЯЛ+»/+Я/+ПА+0

hs(3B/+3Rshs+hs2)=hd(3R/+Mdhü+h/),

получаем полное квадратное уравнение:

решая которое относительно неизвестного Я5 будем иметь:

Но

- Щ ±

Я-= -

щ +

■ {ъвб\ + з/?^2 + л/ - л,3)

б/?,

(№„№¿+31откуда

зь^зп/я^Чв^'-я/ И

ЗЛ52 ± /Э/!54 + 1?Л3

(я* + м3 - (У + *53)

6/)о

Так как по смыслу Р5 не может быть отрицательной величиной, то формула приобретает вид:

- Щ +

9/)3 + 12Л3

+ " (V + Лз3)

6Л„

(II)

В целях упрощения расчетов для определения систолического радиуса полости ЛЖ с определенными допущениями объем миокарда в конечные фазы диастолы и систолы может быть выражен как произведения соответствующих площадей полого шара, поверхность которых проходит по середине его толщины на соответствующую толщину:

№5 = 4+ 0,5/7э)2 • Ьэ ,

Ш = 4пШ + 0,5Л(У)2 ■ М .

Полагая и в этом случае, что объем миокарда ЛЖ в течение сердечного цикла не меняется вследствие эластичности и несжимаемости сердечной мышцы, а следовательно, вышеуказанные допущения для и одинаковы, можно представить:

4л(/?5 + 0,5/?з)2 • /ю = АпШ + О.б/го')2 • М ,

отсюда:

% + 0,5% = (Rd + 0,5hä) ■ P-.

V "s

% = (fy + 0,5%) • ^ - 0ßhs .

В обоих случаях (формулы II и III) последнее неизвестное - систолическая толщина стенки ЛЖ (hs) было получено при параллельных ЭКГ и ЭхоКГ исследованиях, в которых измерялась длительность (t) комплекса QRS и интервала ST-T (от конца зубца S до конца зубца Т) ЭКГ. При этом' было установлено, что:

ССУ =

= з I^L

%5

h.

h* -з

tST-T ÎQRS

где ССУ - степень систолического утолщения стенки ЛЖ.

Полученные радиусы полости ЛЖ в диастолу и систолу лег-ко преобразуются в его КДО и КСО по формуле обьема шара:

то

я • [(44,5 - 100%) • t0R3 -Utffs]3,

КСО = - я • 3

пЗ

(44,5 - 100tœ) • t,

QftS

Fsr-r %S

11%

Çsr-r

V ÏQRS

Таким образом, были получены КДО, КСО, СДТ, ССУ и ССТ ЛЖ сердца, позволяющие вычислить его УО, ФВ, МО, СЦУ и ММ, как производные показатели общеизвестными (H.H. Мухарлямов и др.,1987) способами. С учетом особенностей распространения ЭКС по проводящей системе и миокарду ЛЖ при основных видах патологии и функционального состояния этих структур, кроме приведенного алгоритма ("Базовый") разработаны специализированные алгоритмы для воспроизведения ФХ кардиогемодинамики ЛЖ.

Алгоритм "Инфаркт". Предназначен для расчета ФХ кардиогемодинамики ЛЖ при наличии на зарегистрированной ЭКГ общепринятых признаков ИМ. На основе сопоставления данных параллельных ЭКГ, АКГ и ЭхоКГ исследований в формулы базового алгоритма были внесены изменения, корригирующие преобладание (за счет патологического зубца Q) tCR (от начала зубца Q до

вершины зубца И ЭКГ) по сравнению с В указанных формулах значение заменено на:

Алгоритм "Вентрикулярный ритм". Предназначен для определения ФХ ЛЖ при всех видах идиовентрикулярного ритма.

Значение средней скорости деполяризации ЛЖ при вентрикулярном ритме было определено на основе результатов параллельных ЭКГ и АКГ исследований и в формулах расчета представлено в виде: Сср = 22 (см/с).

Алгоритм "Блокада". Предназначен для определения ФХ ЛЖ при нарушениях внутрижелудочковой проводимости, предусматривает дополнительное измерение времени задержки деполяризации (га): при блокаде левой ножки пучка Гиса - расщепления, раздвоения или плато зубца Я, при блокаде правой ножки - зубца 5, соответственно, и при блокадах концевых разветвлений волокон Пуркинье - зазубрин комплекса СШЭ. В алгоритме "Блокада" для расчета ФХ ЛЖ при нарушениях внутрижелудочковой проводимости на основе данных сравнительных ЭКГ, АКГ и ЗхоКГ исследований значения представлено как 1гакз - 1:а, а значения как ^ - 1:а.

Алгоритм "Физическая нагрузка". Предназначен для определения ФХ ЛЖ в условиях динамической ФН. С учетом установленной при параллельных ЭКГ и АКГ исследованиях при ФН зависимости между ССУ, и КСО с одной стороны и соотношением гзт.т и длительности сердечного цикла (1:й_я) ^ с другой в формулах расчета ФХ ЛЖ значение:

Предусмотрена возможность использования указанных алгоритмов в клинике как раздельно, так и в различных, имеющих физиологический смысл комбинациях.

В третьей главе описывается формирование методик и выбор условий сравнительных исследований методом трансформации ЭКС и контрольными методами. Указываются клинические базы, на которых проводились исследования: клиники кафедры хирургических болезней »2, кафедры терапии ФУВ ВГМА им. H.H. Бурденко, кафедры терапии ФУВ MMCW им. H.A. Семашко, отдел кардиологии НИЦ ММА им. И.М. Сеченова, центр внутрисердечных методов исследования, кардиохирургическое отделение и отделение функцио-

было представлено

нальной диагностики, ВОКБ, отделение неотложной кардиологии ВГКБ "Электроника", отделение функциональной диагностики ВКДБ ЮВЖД и отделение эндоваскулярной ангиопластики Centre Cardiologique Du Nord (Saint-Denis, Paris).

Подробно характеризуется контингент исследованных больных (более 240 человек в возрасте 12-83 лет). Приводится аппаратное обеспечение исследований: рентгенангиокардиографические комплексы Tridoros Opti-matic 1000 и Angioskop D33 (Siemens); ультразвуковые сканеры SIM 5000 (Esaote), UD 250 A (Toshiba) и Sonos 100 (Hewlett Packard); электрокардиографы Mingograf 804, 34 (Siemens) и CS 100 (Shieller); электрокардиографический компьютерный анализатор центральной гемодинамики "Бианкор" (Медан, Россия). Обосновывается проведение более 400 сравнительных исследований на большом контингенте лиц в широком спектре заболеваний (ИБС, врожденные и приобретенные пороки сердца, миокардиты, кардиомиопатии) и состояний (нарушения сердечного ритма и проводимости, динамическая ФН, проведение постуральных проб, асинергии ЛЖ, кардиоген-ный шок и др.) в широком диапазоне изменений исследуемых параметров

з

(КДО ЛЖ 60 - 299 см ), как в статических (п=190), так и в динамических клинических условиях: при реверсии сердечного ритма (п=11), проведении стресс-тестов с динамической ФН (п=7), постуральных пробах (п=20б), лечении кардиогенного шока (п=12) и интраоперационных исследованиях (п=23) в целях обеспечения корректной оценки диагностических возможностей разработанного метода, математической модели и алгоритмов.

Детально излагается методика реализации разработанного метода трансформации ЭКС: принципы выбора отведения (V4 - V6 или II стандартное) и измерения временных интервалов ЭКГ (рис. 2).

Рио. 2. Схема измерения временных интервалов ЭКГ.

В качестве контрольных методов использованы эталонный инвазивный метод АКГ (120 параллельных исследований, правая передняя косая проекция, расчеты ФХ ЛЖ по методике "площадь-длина") и наиболее точный из неинвазивных - ЭхоКГ (более 300 параллельных исследований по стандартным методикам в В- и М-режиме). Отдельно приводятся условия и методика независимых клинических исследований (п=13) и основной части государственных медицинских испытаний (п=35) автоматизированного метода трансформации ЭКС и ЭКДС. Особое внимание уделяется методологически правильному воспроизведению и применению как проверяемого, так и контрольных методов с учетом их диагностических возможностей в различных клинических условиях.

В четвертой главе приведена сравнительная оценка метода трансформации ЭКС на основе сопоставления полученных результатов с данными контрольных методов. Описываются результаты сравнительных исследований ФХ ЛЖ методами трансформации ЭКС и АКГ при синусовом и наджелудочковых ритмах сердца у больных в 3 группах (34, 32 и 36 человек) со сниженными (г=0,84-0,90), условно нормальными (г=0,85-0,95) и увеличенными (г=0,83-0,95) функциональными объемами ЛЖ сердца, а также при нарушениях внутрижелудочковой проводимости (г=0,84-0,93) и в общем статистическом массиве (табл. 1). Показаны незначительные отличия абсолютных значений, средних величин и их средних ошибок по данным обоих методов.

Таблица 1

Результаты сопоставления величин основных объемно-функциональных показателей ЛЖ, полученных методами трансформации ЭКС и АКГ у 102-х пациентов.

Показатель МТ ЭКС АКГ Коэффициент

М ± т М ± т корреляции

КДО см3 132,2 ± 4,7 128,1 ± 4,7 0,95 (Р < 0,01)

КСО см3 55,3 ± 3,1 51,8 ± 3,0 0,94 (Р < 0,01)

УО см3 77,4 ± 2,0 75,7 ± 2,1 0,93 (Р < 0,01)

ФВ % 60,0 ±0,9 61,1 ± 1,0 0,95 (Р < 0,01)

СЦУ окр./с 1,08 ± 0,06 1,1 ± 0,07 0,87 (Р < 0,01)

МО л/мин 5,5 ± 0,4 5,3 ± 0,4 О",93 (Р <0,01)

Приводится сравнительная динамическая оценка этими методами основных ФХ ЛЖ в группе больных с идиовентрикулярным ритмом сердца и паро-ксизмальными желудочковыми тахикардиями (табл. 2).

Таблица 2

Результаты определения объемно-функциональных показателей ЛЖ сердца методами трансформации ЗКС (МТ ЭКС) и АКГ у 11-ти пациентов при идио-вентрикулярном ритме сердца.

Показатель МТ ЭКС АКГ Коэффициент

М ± т М ± га корреляции

КДО см3 69,3 ± 9,5 62,6 ± 9,1 0,86 (Р < 0,01)

КСО см3 44,2 ± 4,6 39,2 ± 4,7 0,81 (Р < 0,01)

УО см3 25,2 ± 3,8 23,4 ± 3,7 0,84 (Р < 0,01)

ФВ % 36,4 ± 2,0 37,3 ± 1,9 0,85 (Р < 0..01)

СЦУ окр./с 0,59 ± 0,03 0,61 ± 0,03 0,80 (Р < 0,01)

МО л/мин 3,6 ± 0,5 3,3 ± 0,5 0,84 (Р < 0,01)

ЧСС уд./мин 142 ± 9,2 —

Показана достоверная (Р < 0,01) динамика ФХ ЛЖ при восстановлении синусового ритма. При идиовентрикулярном ритме по сравнению с зарегистрированными при синусовом ритме были снижены по данным методов трансформации ЭКС и АКГ, соответственно: КДО (36,3% и 40,0%), УО (59,3% и 61,4%), ФВ (36,0% и 36,6%) и МО (29,4% и 34,0%).

При проведении стресс-тестов с динамической ФН у лиц без гемодина-мически значимых поражений сердечно-сосудистой системы получето (табл. 3) хорошее согласование результатов проверяемого и эталонного методов и значимые (Р < 0,01) характерные изменения ФХ ЛЖ сердца по сравнению с зарегистрированными в состоянии покоя.

Таблица 3

Результаты определения обьемно-функциональных характеристик гемодинамики ЛЖ сердца методами трансформации ЭКС (МТ ЭКС) и АКГ у 7-ми пациентов на высоте ФН.

Показатель МТ ЭКС М ± ш АКГ М ± ш Коэффициент корреляции

КДО см3 141,3 ± 6,2 134,4 ± 5,2 0,92 (Р < 0,01)

КСО см3 34,5 ± 3,2 32,1 ± 3,0 0,90 (Р < 0,01)

УО см3 106,8 + 5,7 102,5 ± 5,3 0,94 (Р <0,01)

ФВ % 75,6 ± 2,8 76,5 ±2,6 0,95 (Р < 0,01)

СЦУ окр./с 2,08 ± 0,08 2,11 ± 0,07 0,90 (Р < 0,01)

МО л/мин 13,1 ± 0,9 12,6 ± 0,8 0,94 (Р < 0,01)

НСС уд./мин 123 ± 5,3 -

При ФН по данным методов трансформации ЭКС и АКГ увеличивались: КДО (15,3% и 14,8%), УО (31,4% и 32,9%), Ф8 (14,4% и 16,1%), СЦУ (79,3% и 85,3%), НО (138,2% и 142,3%) и, соответственно, снижался КСО (16,5% и 19,3%).

Представляются результаты независимых сравнительных исследований автоматизированным методом трансформации ЭКС и эталонным методом цифровой компьютерной АКГ у больных с ИБС и наличием нарушений локальной и интегральной сократительной способности ЛЖ (табл. 4), обусловливающих сложность получения точных результатов определения ФХ ЛЖ сердца.

Таблица 4

Результаты определения объемно-функциональных характеристик гемодинамики ЛЖ сердца методами трансформации ЭКС (МТ ЭКС) и АКГ у 13-ти пациентов с ИБС.

Показатель МТ ЭКС- АКГ Коэффициент

М ± m М ± ш корреляции

КДО см3 140,2 ± 10,5 134,1 ± 13,0 0,93 (Р < 0,01)

КСО см3 50,6 ± 6,2 49,5 ± 8,4 0,91 (Р < 0,01)

УО см3 90,0 ± 6,4 84,8 ± 7,8 0,92 (Р < 0,01)

ФВ % 65,1 ± 3,7 65,4 ± 4,6 0,93 (Р < 0,01)

МО л/мин 5,7 ± 0,5 5,3 ± 0,6 0,91 (Р < 0,01)

Приводится сравнительная оценка ФХ ЛЖ методами трансформации ЭКС и ЭхоКГ у больных в статических клинических условиях в 3 группах (26, 30 и 32 человека) со сниженными (г=0,87-0,92), условно нормальными (г=0,85-0,89) и увеличенными (г=0,83-0,94) функциональными объемами ЛЖ сердца, а также в общем статистическом массиве (табл. 5). Показаны незначительные отклонения абсолютных значений, средних величин и их ошибок по данным обоих методов.

При проведении функциональных орто- и антиортостатических проб у 6 исследованных лиц в горизонтальном положении (ГП), ортостазе (ОС) и ан-тиортостазе (АОС) (п=206) показана значимая корреляция всех исследованных ФХ ЛЖ и особенно тесная КДО (г=0,66-0,90) и УО (г=0.61-0,95) по данным методов трансформации ЭКС и ЭхоКГ в М-режиме • (Teichholz, 1976). Показана также закономерная (R.J.Marshall, J.Т.Shepherd, 1972; R.L.Poliner et al.,1980) динамика УО в ГП, ОС и АОС, как по данным метода трансформации ЭКС, так и по данным контрольного метода ЭхоКГ в модификациях Teichholz (1976) и Fortuin (1971) (рис. 3).

Таблица 5

Результаты сопоставления величин основных обьемно-функциональных характеристик кардиогемодинамики ЛЖ, полученных методами трансформации ЭКС (МТ ЭКС) и ЭхоКГ у 88-ми пациентов.

Показатель МТ ЭКС ЭхоКГ Коэффициент

М ± т М± т корреляции

КДО см3 •133,6 ± 10,4 126,3 ± 11,5 0,92 (Р < 0,01)

КСО см3 . 57,5 ±7,2 56,2 ± 8,1 . 0,89 (Р < 0,01)

УО см3 75,7 ±3,6 70,0 ± 4,2 0,90 (Р < 0,01)

ФВ % 57,2 ±2,0 54,4 ± 2,2 0,92 (Р < 0,01)

МО л/мин 5,6 ± 0,4 5,2 ± 0,4 0,90 (Р < 0,01)

СДТ см 1,26 ± 0,01 1,28 ± 0,01 0,91 (Р < 0,01)

ССУ отн. ед. 1,41 ± 0,02 1,39 ± 0,02 0,90 (Р < 0,01)

ССТ см 1,76 ± 0,07 1,75 ± 0,07 0,92 (Р < 0,01)

СЦУ окр./с 1,03 ± 0,05 1,00 ± 0,06 0,86 (Р < 0,01)

ММ г 148,3 ±6,9 141,4 ± 7,1 0,84 (Р < 0,01)

Рис. 3 Динамика УО (в см3) при проведении постуральных проб. Темные столбики - ЭхоКГ (ТеЛсЬЬоХг), светлые - метод трансформации ЭКС, серые - ЭхоКГ (РогШп): 1 - ГП; 2 - ортостаз; 3 - антиортостаз.

Приведены результаты сравнительных исследований автоматизированным методом трансформации ЭКС и методом ЭхоКГ при кардиогенном шоке (табл. 6) и после противошоковой терапии (табл. 7).

Таблица 6

Результаты сопоставления объемно-функциональных показателей гемодинамики ЯЖ сердца, полученных методами трансформации ЭКС (МТ ЭКС) и ЭхоКГ у 12-ти пациентов в состоянии кардиогенного шока.

Показатель МТ ЭКС ЭхоКГ Коэффициент

М ± ш М ± га корреляции

КДО см3 135,3 ± 8,3 128,4 ± 7,9 0,87 (Р < 0,01)

КСО см3 104,2 ± 5,1 100,0 ± 5,0 0,81 (Р < 0,01)

УО см3 31,2 ± 2,7 28,5 ± 2,8 0,85 (Р < 0,01)

ФВ % 23,1 ± 1,0 22,2 ± 1,1 0,88 (Р < 0,01)

МО л/мин 2,7 ± 0,3 2,5 ± 0,3 0,85 (Р < 0,01)

Таблица Результаты сопоставления объемно-функциональных показателей гемодинами ки ЛЖ сердца, полученных методами трансформации ЭКС (МТ ЭКС) и ЭхоКГ 12-ти пациентов после противошоковой терапии.

Показатель МТ ЭКС ЭхоКГ Коэффициент

М ± (п М ± ш корреляции

КДО см3 ¡55,7 ± 9,1 149,1 ± 8,3 0,86 (Р < 0,01)

КСО см3 82,8 ± 4,9 81,5 ± 4,4 0,82 (Р < 0,01)

УО см3 72,8 ±4,2 67,7 ± 4,0 0,84 (Р < 0,01)

ФВ 96 46,8 ±2,7 45,4 ± 2,8 0,87 (Р < 0,01)

МО л/мин 5,5 ± 0,5 5,1 ± 0.5 0,84 (Р < 0,01)

Во всех случаях получена тесная корреляционная связь исследованных показателей при малой вероятности ошибки. Показана достоверная (Р < 0,05-0,01) и закономерная динамика КДО, КСО, УО, Ф8 и МО по данным метода трансформации ЭКС и контрольного метода ЭхоКГ при проведении противошоковой терапии.

В состоянии кардиогенного шока КДО по данным метода трансформации ЭКС у 11-ти пациентов был меньше на 5-24%, у одного - практически не отличался, а в среднем у 12-ти пациентов был ниже на 13,1% по сравнению с зарегистрированным в состоянии после купирования его явлений. При исследовании методом ЭхоКГ в тех же условиях этот показатель был снижен у тех же 11-ти пациентов на 4-27%, а в среднем - на 13,9% (рис. 4.).

По данным методов трансформации ЭКС и ЭхоКГ величины КСО в состоянии кардиогенного шока превышали полученные после его успешной терапии у всех 12 пациентов в среднем на 25,8% и 22,7% соответственно (рис. 5.).

В состоянии кардиогенного шока УО у всех 12-ти пациентов был уменьшен по данным обоих методов и в среднем был значительно ниже зарегистрированного после его купирования: по данным метода трансформации ЭКС -на 57,1%, а по данным ЭхоКГ - на 57,9% (рис. 6.).

Величины ФВ во время кардиогенного шока были снижены также во всех 12-ти наблюдениях и в среднем по данным методов трансформации ЭКС и ЭхоКГ, соответственно, - на 50,6% и 51,1% по сравнению с полученными после проведения эффективных противошоковых мероприятий (рис. 7.). ■

В тех же условиях МО был снижен у всех 12-ти больных по данным обоих методов: по данным метода трансформации ЭКС в среднем - на 50,9%, а по данным ЭхоКГ - на 51,0% (рис. 8.).

130 120 110 100 90 <0 70 60 50 40

эд.,-,-,-,

1 2

Рис. 4. Динамика КДО при лечении кардиогенного шока (в % от данных контрольного метода ЭхоКГ после его купирования): сплошная ■ линия - данные метода трансформации ЭКС, пунктирная линия -данные метода ЭхоКГ; 1 - состояние шока, 2 - состояние после купирования шока.

130 120 110 100 90 80 70 СО 60 40 30

1 2

Рис. 5. Динамика КСО при лечении кардиогенного шока (в % от данных контрольного метода ЭхоКГ после его купирования): сплошная линия - данные метода трансформации ЭКС, пунктирная линия -данные метода ЭхоКГ; 1 - состояние шока, 2 - состояние после купирования шока.

130 120 110 100 90 90 70 60 £0 40 30

г

Рис. 6. Динамика У0 при лечении кардиогенного шока (в % от данных контрольного метода ЭхоКГ после его купирования); сплошная линия - данные метода трансформации ЭКС, пунктирная линия -данные метода ЭхоКГ; 1 - состояние шока, 2 - состояние после купирования шока.

Рис. 7. Динамика ФВ при лечении кардиогенного шока (в % от данных контрольного метода ЭхоКГ после его купирования): сплошная линия - данные метода трансформации ЭКС, пунктирная линия -данные метода ЭхоКГ; 1 - состояние шока, 2 - состояние после купирования шока.

Рис. 8. Динамика МО при лечении кардиогенного шока (в % от данных контрольного метода ЭхоКГ после его купирования): сплошная линия - данные метода трансформации ЭКС, пунктирная пиния -данные метода ЗхоКГ; 1 - состояние шока, 2 - состояние после купирования шока.

Представлены положительные результаты государственных медицинских испытаний автоматизированного метода трансформации ЭКС и ЭКДС на базе ММА им. И.М. Сеченова (табл. 8).

Таблица 8

Результаты сопоставления основных обьемно-функциональных характеристик гемодинамики ЛЖ сердца, полученных методами трансформации ЭКС (МТ ЭКС) и ЭхоКГ у 35-ти пациентов.

Показатель МТ экс ЭхоКГ Коэффициент

М ± и М ± т корреляции

КДО см3 160 ± 10 138 ± 13 0,91 (Р < 0,01)

КСО см3 75 + 8 76 ± 10 0,93 (Р < 0,01)

УО см3 85 ± 3 62 ± 4 0,69 (Р < 0,01)

ФВ % 57 + 2 50 + 2 0,83 (Р < 0,01)

Описываются результаты динамических исследований основных ФХ ЛЖ методом трансформации ЭКС в ходе -операций закрытой митральной комиссурото-мии. Показано достоверное (Р < 0,05-0,01) увеличение КДО на 10-й (12,7%), 20-й (15,3%) и 25-й (21,0%) минутах, а также УО на 10-й (13,9%), 20-й (27,2%) и 25-й (33,8%) минутах после ликвидации митрального стеноза. Отмечено значимое (Р < 0,05-0,01) повышение ФВ на 20-й (10,2%) и 25-й (10.6%) минутах, а также МО на 20-й (26,8%) и 25-й (31,7%) минутах от момента комиссуротомии. Приведены результаты хорошо согласующиеся с данными (Н.М. Мухарлямов, Ю.Н. Беленкоа, 1981; Г.В. Соловьев и др., 1987), полученными в раннем и позднем послеоперационных периодах ультразвуковым методом.

По основным разделам главы приводятся иллюстрированные клинические примеры.

Пятая глава посвящена автоматизации метода трансформации ЭКС, направленной на повышение точности, упрощение эксплуатации и минимизацию затрат времени на проведение исследований в целях расширения его диагностических возможностей и спектра применения в клинической практике. Описывается структура разработанной ЭКДС (рис. 9,10), обоснование и выбор ее технического обеспечения, а также основные системные модули: компьютерный электрокардиоанализатор ЭК12К-01 и его характеристики, оптимальная конфигурация персонального компьютера (ПК) и оригинальное программное обеспечение (ПО).

Рис. 9. Структурная схема автоматизированной ЭКДС воспроизведения ФХ кардиогемодинамики ЯЖ на основе метода трансформации ЭКС.

Рис. 10. Внешний вид ЭКДС (электрокардиографический компьютерный анализатор центральной гемодинамики "Бианкор").

Подчеркивается, что данная структура обеспечивает универсальность ЭКДС по отношению к функциональным модулям и дает возможность ее совершенствования й расширения диагностических функций. Приводится структура ПО, также построенная по модульному принципу (рис.11.).

Рассматриваются основные модули ПО ("Кардиомонитор", "Просмотр ЭКГ", "Фильтрация ЭКГ", "Выделение П-зубцов", "Селекция кардиокомллек-сов", "Выделение ОЯЭ и 0-Т", "Характеристики кардиогемодинамики") с точки зрения удобства и логической последовательности реализации действий врача-оператора.

Рис. 11. Структура ПО ЭКДС воспроизведения ФХ кардиогемодинамики ЛЖ на основе трансформации параметров ЭКС.

В инструктивном плане сформулированы требования и оговорены условия выполнения основных операторских функций, таких как выбор отведения ЭКГ, выбор алгоритмов расчета и их возможных комбинаций. Описан программный текстовый интерпретатор ориентировочной оценки результатов исследований ФХ ЛЖ сердца, разработанный на основе обширного литературного материала по кардиологии и функциональной диагностике, а также знаний экспертов в данной предметной области. Проанализированы погрешности измерения метода в автоматизированном варианте в сравнении с неавтоматизированным, показано их 2-х кратное снижение. Приведены результаты хронометрии средней продолжительности одиночных исследований (4,0 ±0,5 мин) и исследований в дискретном мониторнок режиме (2,0 ±0,5 мин) автоматизированным методом трансформации ЭКС.

В шестой главе проводится анализ диагностической эффективности метода трансформации ЭКС, который .рассматривается как информационное звено управления основными функциями системы кровообращения в ходе лечебно-диагностических мероприятий в широком спектре заболеваний и состояний сердечно-сосудистой системы. Приводится анализ разработанной модели и алгоритмов трансформации параметров ЭКС для воспроизведении ФХ ЛЖ сердца с точки зрения обеспечения простоты реализации метода, малых затрат времени на проведение исследований и достаточно высокой точности определения всех основных, используемых в современной кардиологии ФХ левожелу-дочковой кардиогемодинамики. На основе сравнительного анализа с данными существующих эталонных инвазивного (АКГ) и неинвазивного (ЭхоКГ) методов показана достаточно высокая для неинвазивной категории точность метода трансформации ЭКС в широком диапазоне изменений ФХ ЛЖ сердца, мало за-зисящая от характера заболеваний и состояний пациентов, как в статиче-;ких клинических условиях, так и в динамических, включая проведение функциональных орто- и антиортостатических проб с изменениями венозного 1ритока к сердцу под действием гравитационного градиента, стресс-тестов ; динамической ФН и интраоперационных исследований. Показана также фактически одинаковая "работоспособность" метода трансформации ЭКС во зсем исследованном диапазоне изменений основных ФХ ЛЖ сердца. В плане ;равнительной оценки точности отмечено, что при проведении постуральных троб отклонения результатов определения КДО, У0 и МО методом трансформации ЭКС были меньшими в сравнении с результатами любой из двух широко 1рименяемых в клинике модификаций метода ЭхоКГ (по Те^Мо^ и гог1:1лп), чем различия между данными этих методик (рис. 3.).

На основе анализа математической модели, данных сравнительных исследований и клинического опыта сформулированы абсолютные и относительные (табл. 9,10) ограничения использования метода с учетом его применения в широкой клинической практике.

Абсолютные ограничения, обусловленные состоянием пациента:

- искусственное кровообращение;

- глубокая гипотермия;

- кардиоплегия (химическая или холодовая);

- пережатие аорты;

- манипуляции на открытом сердце;

- искусственный водитель ритма сердца;

- выраженные комбинированные электролитные нарушения.

Абсолютные ограничения, обусловленные характеристиками ЭКГ:

- отсутствие или низкая амплитуда на ЭКГ в требуемых отведениях зубцов R (< 0,3 м8) и Т (< 0,1 мВ), не позволяющая выделить границы временных интервалов желудочкового комплекса ORS и Q-T;

- терминальные гетеротопные ритмы сердца;

- фибрилляция желудочков.

Таблица 9

Относительные ограничения, обусловленные состоянием пациента

Ограничение Характеристика и направленность погрешностей

Аневризма ЛЖ (дискинезия) Завышение КДО, УО и ФВ. ЛЖ на 8-10% по сравнению с данными ЭхоКГ ("площадь-длина") в апикальной 4-х камерной позиции

Обширные ИМ ЛЖ (гипо- акинезия) Тенденция к завышению КДО, УО и ФВ ЛЖ по сравнению с данными ЭхоКГ ("площадь-длина") в апикальной 4-х камерной позиции

Выраженная асимметричная гипертрофия ЛЖ Тенденция к завышению КДО, КСО и УО

Выраженная гипертрофия правого желудочка (ПЖ) Тенденция к занижению КДО, КСО, УО и завышению СДТ и ССТ ЛЖ

Комбинированная гипертрофия ЛЖ и ПЖ Тенденция к завышению КДО, КСО, УО, СДТ и ССТ ЛЖ

Таблица 10

Относительные ограничения, обусловленные характеристиками ЭКГ

Ограничение Характеристика и направленность погрешностей

Низкая амплитуда ОЯБТ в требуемых отведениях Возможны ошибки в определении величин УО и ФВ, как в сторону завышения, так и в сторону занижения

Феномен №РЫ Тенденция к завышению величин КДО, КСО и УО.

Феномен С1-С Возможно завышение КДО, КСО, УО из-за неточного дифференцирования нисходящей части зубца Р и начала зубца 0

Сочетание полной блокады правой и одной из левых ветвей пучка Гиса Тенденция к занижению КДО, КСО, УО и завышению ФВ, СДТ, ССТ и ММ ЛЖ

Сочетание выраженной гипертрофии, ПЖ с блокадой обеих левых ветвей пучка Гиса Определение абсолютных значений функциональных обьемов часто затруднительно. Допустимо исследование в динамике относительно исходных величин

Гипокалиемия Возможно завышение значений УО и ФВ из-за сложностей определения границы отрицательного Т - зубца (-Т) и положительной и - волны (+И)

Гиперкалиемия Возможно завышение значений КДО, КСО, УО, СДТ, ССТ и ММ ЛЖ из-за деформации комплекса ОЯБ

Мерцание и трепетание предсердий Возможны ошибки, как в сторону завышения (чаще), так и в сторону занижения исследуемых показателей из - за наложения волн мерцания

Синдром ранней реполяризации желудочков Возможно занижение значений функциональных объемов ЛЖ и завышение ФВ

Указано, что перечисленные ограничения в клинической практике суммарно встречаются не чаще чем в 10% случаев. Отмечено, что методом трансформации ЭКС при недостаточности клапанного аппарата ЛЖ или сеп-тальных дефектах, также как и визуализирующими методами (АКГ, РВГ, ЭхоКГ) определяются суммарные УО и МО, то-есть соответствующий эффективный обьем плюс обьем регургитации или сброса.

Приведены данные, свидетельствующие, что автоматизация метода трансформации ЭКС с применением компьютерных технологий ведет к повышению его точности, сокращению времени на проведение исследований, сниже-

ни» требований к квалификации врача-оператора и, как следствие, к значительному повышению диагностической эффективности"и расширению спектра клинического применения, В частности, на основе сравнительных независимых АКГ и ЭхоКГ исследований показана возможность высокоэффективной оценки состояния левожелудочковой кардиогемодинамики при ИБС с наличием нарушений локальной и интегральной сократительной способности ЛЖ, а также при кардиогенном шоке, включая режим дискретного мониторинга. Достаточно высокая точность, экспресс-возможности и адекватность требованиям современной кардиологии ЗКДС и метода трансформации ЭКС подтверждена приведенным анализом результатов государственных медицинских испытаний.

В заключении сформулированы основные результаты научных исследований, выводы и рекомендации, а в приложении приводятся акты государственных медицинских испытаний и использования результатов, полученных в диссертации, и основные фрагменты исходных текстов ПО.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1.Разработаны и внедрены в клиническую практику модели и метод трансформации электрокардиосигнала для автоматизированной диагностики функционального состояния левожелудочковой кардиогемодинамики.

2. Установлена тесная взаимосвязь длительности интервалов QRS, RS и ST-T электрокардиограммы с объемами полости, толщиной мышечной стенки в диастолу и систолу, фракцией выброса, а также - массой миокарда левого желудочка сердца. Определены принципы воспроизведения важнейших характеристик сократительной функции левого желудочка сердца посредством математического моделирования трансформации временных параметров электрокардиосигнала, являющихся электрическими эквивалентами его механических периодов напряжения и изгнания.

3. В целях клинического применения сформированы' математическая модель и алгоритмы трансформации временных параметров электрокардиосигнала, которые при рассмотрении левого желудочка сердца как упругого полого шара обеспечивают количественное воспроизведение его важнейших объемно-функциональных характеристик.

4. Обоснована достаточность объема диагностической информации, получаемой методом трансформации параметров электрокардиосигнала, который позволяет определять практически все основные общепринятые в клинической кардиологии функциональные характеристики левожелудочковой кардиогемодинамики: конечный диастолический, конечный систолический и ударный объемы, фракцию выброса, минутный объем кровообращения, среднюю диасто-лическую толщину, степень систолического утолщения и среднюю систоличе-

скую толщину мышечной стенки, скорость циркулярного укорочения волокон и массу миокарда в общепринятых размерностях.

5. Установлена высокая (для неинвазивной и невизуализирующей категории способов) точность метода трансформации электрокардиосигнала. Результаты определения основных функциональных характеристик кардиогемо-динамики левого желудочка, полученные этим методом в широком диапазоне их изменений в статических клинических условиях, хорошо согласуются с данными эталонного метода ангиокардиографии и наиболее точного из неин-вазивных - эхокардиографии.

6. Достаточно высокая точность метода трансформации электрокардио-сигнала в динамических условиях подтверждена при сравнительных исследованиях кардиогемодинамики левого желудочка методами эхокардиографии при проведении функциональных орто- и антиортостатических проб, а также методом ангиокардиографии при стресс-тестах с динамической физической нагрузкой. Обоснована объективность динамической оценки левожелудочковой кардиогемодинамики этим методом в ходе оперативных вмешательств на сердце.

7. Автоматизация метода трансформации электрокардиосигнала на основе стандартного компьютерного электрокардиоанализатора, персонального компьютера и разработанной компьютерной программы увеличивает его разрешающую способность, упрощает процесс и повышает точность исследования, расширяет диагностические возможности метода, особенно при сложной соче-танной патологии сердечно-сосудистой системы и делает его доступным широкому кругу учреждений практического здравоохранения.

8. Разработанная компьютерная диагностическая система и технология воспроизведения основных характеристик левожелудочковой кардиогемодинамики обеспечивает быстрое, близкое к режиму реального времени получение диагностической информации. Средняя продолжительность исследований в дискретном мониторном режиме, составляющая 2 ± 0,5 мин, обусловливает адекватность этой системы клиническим задачам неотложной кардиологии, реанимации, анестезиологии, интенсивной терапии и массовых обследований населения.

9. Высокая диагностическая эффективность, простота эксплуатации и аппаратного обеспечения системы компьютерной диагностики функционального состояния левожелудочковой кардиогемодинамики на основе метода трансформации параметров электрокардиосигнала, подтвержденные результатами государственных медицинских испытаний позволяют рекомендовать ее для практического применения в целях информационного обеспечения управления основными функциями системы кровообращения в широком спектре медицинских направлений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Сафонов М.Ю. Электрокардиографическая диагностика функционального состояния центральной гемодинамики.-Воронеж: Изд-во Воронеж, унта, 1998. -104 с.

2. A.c. 1325738 СССР, МКИ3 А61 В5/02. Способ определения объемно-функциональных параметров левого желудочка сердца / Ю.Д.Сафонов, Б.И.Киселев, М.Ю.Сафонов (СССР).-№3734805/18-14; Заявлено 28.04.84; Зарегистрир. 22.03.87.Бол.№ 27.

3. Сафонов Ю.Д., Киселев Б.И., Сафонов М.Ю. Новые отведения электрокардиограммы и возможности фазового анализа сердечного цикла // Не-инвазивные методы исследования сердечно-сосудистой системы: Сб". науч. тр. Воронеж, гос. мед. ин-та.-Воронеж,1987.-С.4-11.

4. Киселев Р.К., Сафонов М.Ю., Реушкина Г.Д. Гемодинамика левого желудочка сердца в условиях антиортостатической гипокинезии (-6°) // Авиакосмическая, гипербарическая медицина и биология.-1989.-fib.-С.58-73.

5. Сафонов М.Ю., Виль-Вильямс Н.Ф., Ильницкий В.В. Динамика объемно-функциональных показателей левого желудочка сердца по* данным электрокардиографии при воздействии перегрузок +Gz // Авиакосмическая, гипербарическая медицина и биология.-1989.-№9.-С.51-57.

6. Теоретическое и клинико-физиологическое обоснование электрокардиографического метода определения объемно-функциональных показателей левого желудочка сердца / В.А.Дегтярев, Б.И.Киселев, М.Ю.Сафонов, Г.Д.Реушкина // Авиакосмическая, гипербарическая медицина и биология. -1989.-№9:-С.3-31.

7. Сафонов М.Ю. Клинико-физиологическое обоснование электрокардиографического метода определения объемно-функциональных показателей левого желудочка сердца и исследование их динамики при моделировании факторов полета: Автореф. дис... канд. мед. наук.-Москва,1989. -28 с.

8. Назаренко Е.А., Сафонов М.Ю. Интраоперационная оценка состояния внутрисердечной гемодинамики при митральной инструментальной чрез-желудочковой комиссуротомии по данным электрокардиографии / Здоровье человека и действие факторов внешней среды: Тез. док. регио-нальн. науч.-практ. конф. АООТ "Лебединский ГОК", Воронеж, гос. мед. акад.- Губкин,1995.-С.31-32.

9. Сафонов М.Ю.', Назаренко Е.А. Новые возможности электрокардиографического метода в диагностике гипертрофии миокарда левого желудочка сердца // Здоровье человека и действие факторов внешней среды: Тез. док. региональн. науч.-практ. конф. АООТ "Лебединский ГОК", Воронеж. гос. мед. акад.- Губкин,1995.-С.29.

10. Сафонов М.Ю., Назаренко Е.А. Сравнительная оценка определения объемно-функциональных показателей левого желудочка сердца при физической нагрузке электрокардиографическим и киноангиокардиографическим методами // Здоровье человека и действие факторов внешней среды: Тез. док. региональн. науч.-практ. конф. АООТ "Лебединский ГОК", Воронеж, гос. мед. акад.- Губкин,1995.-С.30-31.

11. Сафонов М.Ю., Назаренко Е.А. Клиническая оценка электрокардиографического метода диагностики состояния центральной гемодинамики // Здоровье человека и действие факторов внешней среды: Тез. док. региональн. науч.-практ. конф. АООТ "Лебединский ГОК", Воронеж, гос. мед. акад.- Губкин,1995.-С.36-37.

12. Патент 2088142 Россия, МПК6 А61В5/02, 5/0402. Способ определения основных функциональных показателей левого желудочка сердца / М.О.Сафонов, В.А.Дегтярев (Россия).-№93010717/14; Заявлено 23.03.93; Зарегистрир. 27.08.97.-Бюл.№24.

13. Сафонов М.Ю., Дегтярев В.А.'Возможности электрокардиографии в диагностике состояния центральной гемодинамики человека // Генеративное здоровье населения и социальные гарантии: Сб. материалов междунар. науч.-практ. конф, - Т.2.-Москва,1997.-С.42-46.

14. Сафонов М.Ю., Автономов С.Л., Сафонова А.Н. Новые возможности диагностики состояния центральной гемодинамики в анестезиологии и реанимации // Наркоз: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, гос. мед. акад.-Воронеж,1997.-С.26-29.

15. Сафонов М.Ю. Разработка модели трансформации параметров электрокар-диосигнала в функциональные характеристики миогемодинамики левого желудочка сердца // Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. тр. ВГТУ.-Воронеж,1997.-С.103-109.

16. Сафонов М.Ю., .Швагерус С.Е. Структура автоматизированной системы диагностики состояния электрокардиогемодинамики // Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. тр. ВГТУ.-Воронеж,1997.-С.41-43.

17. Швагерус С.Е., Сафонов М.Ю. Структура программного обеспечения автоматизированной электрокардиографической системы для определения функциональных характеристик миогемодинамики левого желудочка сердца // Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. тр. ВГТУ.-Воронеж, 1997.-С. 114-119.

18. Назаренко Е.А., Сафонов М.Ю. Эффективность автоматизированной системы диагностики функционального состояния центральной гемодинамики на основе метода трансформации электрокардиосигнала в условиях многопрофильного стационара // Прикладные задачи моделирования и оптимизации: Межвуз. сб. науч. тр. ВПГУ.-Воронеж, 1997.-С. 32-37.

19. Сафонов М.Ю., Назаренко Е.А. Моделирование и диагностика функционального состояния центральной гемодинамики методом трансформа-

ции электрокардиосигнала при аритмическом коллапсе // Прикладные задачи моделирования и оптимизации: Межвуз. сб. науч. тр. ВГТУ.-Воронеж,1997.-С. 38-43.

20. Чернов Ю.Н., Сафонов М.Ю. Состояние внутрисердечной гемодинамики у больных стабильной стенокардией напряжения при монотерапии предук-талом // Клиническая фармакология - практическому здравоохранению: Межвуз. сб. науч. тр. Саратов, мед. ун-та.-Саратов,1998.-С.40.

21. Сафонов М.Ю., Чернов Ю.Н. Влияние предуктала на толерантность к физической нагрузке и сократительную способность левого желудочка сердца у больных стабильной стенокардией напряжения // Клиническая фармакология-практическому здравоохранению: Межвуз. сб. науч. тр. Саратов, мед. ун-та.-Саратов,1998.-С.39.

22. Патент 2107457 Россия, МПК6 А61В5/02, 5/0402. Способ определения основных функциональных показателей миогемодинамики левого желудочка сердца / М.Ю.Сафонов (Россия).-№97105501/14; Заявлено 15.04.97; Зарегистрир. 27.03.98.-Бюл.№9.

23. Назаренко Е.А., Сафонов М.Ю. Современные методы моделирования и инструментальной диагностики функционального состояния гемодинамики в кардиологической практике // Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. тр. ВГТУ.-Воронеж,1998.-С. 26-32.

24. Сафонов М.Ю., Назаренко Е.А. Диагностика функционального состояния центральной гемодинамики методом трансформации электрокардиосигнала в условиях времязависимых медицинских направлений // Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. тр. ВГТУ.-Воронеж,1998.-С. 38-43.

25. Назаренко Е.А., Сафонов М.Ю. Интраоперационная экспресс - диагностика функционального состояния левожелудочковой кардиогемодинамики методом трансформации электрокардиосигнала // Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. тр. ВГТУ,-

' Воронеж,1998.-С. 33-37.

26. Сафонов М.Ю., Назаренко Е.А. Оптимизация технического и программного обеспечения системы компьютерной электрокардиографической диагностики функционального состояния центральной гемодинамики // Высо-^,

" кие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. тр. ВГТУ.-Воронеж,1998.-С. 44-48.

ЛР № 020419 от 12.02.92. Лйдписзнб в печать 25г04Г£ Формат 60x84/16. Бумага дпя-тйожительных аппаратов. Усл. печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Зак. № 80. Издательство Воронежского государственного технического университета