|
Отправлено: 07.04.07 12:48. Заголовок: КардиоВизор
Вступление.
При посещении отделения функциональной диагностики ГКБ № 85, нам были рассказаны теоретические аспекты и продемонстрирована работа нового прибора Кардиовизор.Речь о котором и пойдет в этом отчете.
КАРДИОВИЗОР-06С - диагностика ишемии миокарда за 30 секунд.
Актуальной проблемой лечения и профилактики ишемической болезни сердца (ИБС) является разработка эффективных скрининговых методов для раннего выявления метаболических изменений миокарда. Создание приборов для кардиоскрининга отягощено необходимостью разрешения ряда сложных технологических и методических противоречий, не свойственных госпитальным приборам для кардиодиагностики. Несмотря на то, что многие ведущие предприятия-разработчики ведут интенсивные исследования в этом направлении, до настоящего времени на рынке кардиоприборов небыло простого и надежного скрининг-прибора, имеющего характеристики чувствительности и специфичности, приемлемые для массовой практики.
Прибор "КардиоВизор-06с" созданный НПФ "БИОСС" (Москва) относится к новому поколению инструментов для кардиоскрининга, основанных на технологии контроля низкоамплитудных колебаний ЭКГ-сигнала (поздние потенциалы желудочков) . ППЖ – высокочастотные (20-50 Гц), низкоамплитудные (5-20 мкВ электрические сигналы, регистрирующиеся в конечной части комплекса QRS и распространяющиеся на начало сегмента ST
Предпосылки и методические принципы.
Вследствие тенденции возрастания числа больных ишемической болезнью сердца в индустриально развитых странах, наиболее важной проблемой профилактики ИБС является - повышение эффективности скрининговых методов оценки состояния сердца, в отличие от госпитальной диагностики направленной на повышение детализации диагноза и улучшения прогностических оценок. Т.е. догоспитальный этап важен именно своевременностью и достоверностью выявления самого факта наличия ишемических изменений, их характера, а также выявлением догоспитальных состояний с высокой вероятностью летального исхода.
Общее число лиц, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями в
РФ составляет 26.9 млн человек
(за 1 год увеличение на 2.1 млн человек)
• На долю болезней сердечно-сосудистой системы приходится:
- 56.4% причин общей смертности,
- 54.7% причин инвалидности,
• Среди причин смертности от сердечно-сосудистых заболеваний:
- 48.1% - ИБС,
- 38.5% - ЦВБ (в основе которых лежит АГ)
Артериальная гипертония– преобладающее заболевание
среди всех заболеваний сердечно-сосудистой системы.
Артериальная гипертония сочетается с ишемической болезнью сердца
–в 82% случаев .
Большинство людей, которые страдают артериальной гипертонией и ишемической болезнью сердца даже не подозревают об этом. Т.к. болезнь протекает бессимптомно, выявляется на поздних сроках. Ниже приведены некоторые статистические данные по артериальной гипертонии:
1. Информированы о наличии у них АГ:
60% женщин и 38% мужчин.
2. Лечатся из тех, кто информирован о наличии АГ:
50% женщин и 22% мужчин,
3. Эффективно лечатся:
17.5% женщин и 5.7% мужчин.
Необходимо ранее выявление артериальной гипертонии и ишемической болезни сердца с помощью простых и дешевых методов, пригодных для скрининга.
СКРИНИНГ (screening) – массовое обследование населения с целью выявления больных или лиц с высоким риском того или иного заболевания.
Задачи скрининга:
1. Выявить АГ и ИБС у лиц, у которых
ранее они не были зарегистированы ранее.
2. Оценить риск развития осложнений у лиц с ранее зарегистрированными АГ и ИБС (электрическая нестабильность миокарда)
Основными задачами скрининга ИБС и АГ являются выявление электрической нестабильности миокарда и оценка состояния артериальной стенки.
Наиболее важными практическими аспектами требований, предъявляемых к приборам для кардиоскрининга являются:
• 1. Скрининговый прибор по процедуре контроля должен быть оперативным. Время контрольной процедуры не должно превышать вместе с подготовительными операциями нескольких минут (1-2 мин), а сама процедура не должна иметь специальных подготовительных мероприятий (затраты времени, необходимость дополнительного стационарного оборудования, помощь медперсонала и т.д.) и про без снятия одежды. Только в этом случае скрининг-процедура может выполняться в амбулаторных условиях.
• 2. Клиническая интерпретация результатов должна быть доступна врачу не кардиологической специализации (врачу-терапевту), а время интерпретации выходных данных врачом не должно превышать 1...2 мин.
• 3. Чувствительность и специфичность прибора к различению состояний норма-патология должны быть не менее 75...85%, т.е. эти показатели должны быть соизмеримыми со средними показателями госпитального диагностического оборудования в отношении нозологических единиц дифференциального диагноза.
• 4. Стоимость прибора должна быть соизмерима со стоимостью массовых госпитальных приборов, т.к. в противном случае будет недостижим основной функциональный критерий - массовость применения.
В этой, на первый взгляд безальтернативной ситуации, существует направление анализа ЭКГ-данных, которое очень ограниченно используется в ЭКГ-диагностике, и которое имеет большие перспективы для использования в скрининг-процедурах. Это направление, включающее методы анализа низкоамплитудных колебаний регистрируемых параметров, возникло вне границ ЭКГ-анализа.
Указанные методы широко и успешно используются в естественных науках и технических приложениях при анализе устойчивости сложных нелинейных систем Наиболее полно указанные методы исследовались в новой области прикладной физики, которую чаще всего называют нелинейной физикой или теорией хаоса Главным отличительным признаком этих методов является анализ малых колебаний регистрируемых параметров так называемых открытых систем, т.е. систем, обменивающихся энергией с внешней средой. Общая точка зрения на устойчивость таких систем заключается в том, что характеристики низкоамплитудных хаотических колебаний регистрируемых параметров при приближении к точкам потери структурной устойчивости начинают изменяться раньше, чем это проявится в величине средних значений регистрируемых параметров. По этой причине характеристики низкоамплитудных колебаний можно использовать в качестве эффективных диагностических маркеров приближающейся структурной перестройки При этом, такие маркеры включают как амплитудные, так и временные (фазовые) характеристики регистрируемых случайных колебаний.
Сердце, как биофизический объект, является ярко выраженной нелинейной системой с многочисленными механизмами обратных связей, обеспечивающих насосную функцию в соответствии с закономерностями поддержания гемодинамического гомеостаза. Многочисленность управляющих воздействий и вариабельность рецепторных сигналов, определяющих электрохимические процессы в миокарде, неизбежно приводит к небольшим случайным колебаниям ЭКГ при каждом сокращении сердца даже в состоянии физиологической нормы. Соответственно, велика вероятность того, что отмеченные идеи нелинейной физики могут быть эффективно использованы в задаче анализа ЭКГ покоя для раннего выявления патологических состояний.
Отдельные фрагменты этого методического подхода, независимо возникшие в области компьютерного анализа ЭКГ при появлении цифровой регистрации ЭКГ-сигналов, используются в настоящее время преимущественно в задачах дифференциальной диагностики конкретных патологий. Наиболее разработанным и доведенным до приборных реализаций является метод электрокардиографии высокого разрешения (ЭКГ ВР), основанный на специальном анализе низкоамплитудных сигналов широкополосной ЭКГ в конце комплекса QRS .
Однако, в методе ЭКГ ВР, как и в некоторых экспериментальных методиках контроля электрической альтернации зубца Т, анализу подвергаются некоторые амплитудные и временные характеристики случайных колебаний в определенных частотных диапазонах и на определенных ограниченных участках QRST-комплексов ЭКГ. При этом вне рамок анализа оказывается много важных диагностических признаков, связанных с низкоамплитудными колебаниями фронтов нарастания и убывания всех зубцов ЭКГ в различных отведениях. Наконец, в решающих правилах ЭКГ ВР практически не используется диагностическая информация, заключенная в низкоамплитудных флуктуациях так называемых косвенных параметров, которые не измеряются непосредственно, а рассчитываются на основе модели биогенератора сердца. Такое фрагментарное использование анализа низкоамплитудных хаотических колебаний ЭКГ-сигнала дает хорошие результаты при диагностике конкретных патологий, но является недостаточным в задаче выявления ранних признаков патологий на доклинических стадиях.
Прибор "КардиоВизор-06с" создавался, как прибор, в максимальной степени использующий известные принципы анализа низкоамплитудных хаотических колебаний в других научно-технических приложениях Метод анализа ЭКГ, разработанный на основе этих принципов, можно назвать методом построения информационно-топологической модели малых колебаний ЭКГ (метод ИТМ ЭКГ). Данный метод включает две относительно независимые компоненты: 1) - модель биогенератора сердца, основанную на расчете электромагнитного излучения ионных токов кардиомиоцитов, и 2) - способ построения информационной топологической модели низкоамплитудных колебаний в виде компьютерной визуальной трехмерной модели сердца. Термин "топологическая модель" здесь используется в кибернетическом аспекте, т.е. на уровне использования математических представлений о связности и компактности пространства рассчитываемых признаков.
Адекватность новой модели биогенератора сердца была оценена на многочисленных, известных к настоящему времени, экспериментальных электрофизиологических и клинических данных. Указанная электродинамическая модель была использована в данной технологии для точного вычисления ряда косвенных параметров, необходимых для реализации полноразмерного анализа низкоамплитудных флуктуаций ЭКГ. Рассмотрим принципы формирования исходных цифровых массивов на примере анализа QRST-комплекса ЭКГ. Входные сигналы ЭКГ покоя длительностью 30 секунд оцифровывают и выделяют приблизительно 15 последовательных QRST-комплексов. Допустимое число анализируемых QRST-комплексов в этой технологии составляет 10…20. Далее, выделенные комплексы в каждом из анализируемых отведений синхронизируют по моменту начала и получают сигналы низкоамплитудных колебаний QRST-комплексов в каждый момент времени регистрации.
Величины сигналов в отведениях от конечностей I…aVF рассчитывают стандартным образом по сигналам двух регистрируемых отведений I, III (электроды L-R, L-F). Полный цифровой массив флуктуаций включает аналогичные данные по 250…300 моментам времени, которые охватывают весь QRST-комплекс. Далее, используя модель биогенератора по имеющимся 6 кривым низкоамплитудных колебаний рассчитываются еще 30 дополнительных кривых (косвенные параметры), отражающих неизмеряемые электрические сигналы, а также ряд градиентных характеристик поверхностных потенциалов. Полученные таким образом прямые и косвенные цифровые данные подаются на вход так называемого информационного усилителя, который предназначен для уменьшения информационной энтропии этих данных.
Топологическая информационная модель низкоамплитудных колебаний ЭКГ.
Второй методической компонентой, составляющей основу метода ИТМ, является способ построения информационной модели большого цифрового массива, полученного по методике, описанной выше. Основные методические принципы формирования таких моделей изложены в [ 14 ]. Информационный усилитель, который является основным процедурным блоком формирования информационной модели, усиливает малые отклонения, повторяющиеся во всех анализируемых QRST-комплексах (т.е. малые отклонения, которые сильно коррелируют), но ослабляет отклонения, имеющие незначительную корреляцию в анализируемых комплексах. Основным объектом анализа в информационном усилителе являются дисперсионные характеристики низкоамплитудных колебаний. Термин дисперсия соответствует общепринятому в кардиологии определению разности между наибольшим и наименьшим значением варьирующей величины. Дисперсионные характеристики дают интегральную оценку изменений большого числа структурных характеристик миокарда, зависящих от параметров крови, электролитного баланса, давления крови и т.п. факторов. Финальная процедура расчета дисперсионных характеристик состоит в определении вероятной локализации отделов миокарда с изменениями, породивших соответствующие дисперсионные изменения, а также в определении интегрального показателя отклонений дисперсионных характеристик от нормы. Точность вероятной локализации дисперсионных изменений определяется числом анализируемых отведений. В приборе "КардиоВизор-06с", который регистрирует отведения от конечностей, обеспечивается выделение только укрупненных видов нижней или боковой локализации изменений. В итоге, на выходе информационного усилителя формируется поверхностная карта дисперсионных характеристик, которая отображает лишь значимые отклонения этих характеристик от нормы.
Эта карта по определенному алгоритму проецируется на эпикардиальную поверхность компьютерной 3-мерной анатомической модели сердца. На экране дисплея возникает цифровая модель дисперсионных характеристик на поверхности квазиэпикарда (т.е. компьтерной модели эпикарда), которую разработчики технологии назвали "портретом сердца". Портрет сердца формируется одновременно в двух ракурсах: вид справа и вид слева. В нормальном состоянии эпикард на портрете имеет зеленый цвет. При возникновении очага патологических изменений в миокарде соответствующая часть портрета сердца меняет цвет от зеленого до красного, в зависимости от выраженности патологии. Контролируемые таким образом дисперсионные характеристики низкоамплитудных колебаний ЭКГ, рассчитанные по ЭКГ длительностью ~ 10..20 с, отражают характеристики повторяемости движения фронтов деполяризации и реполяризации в миокарде при каждом сокращении сердца. Верификационные испытания показали: чем лучше состояние миокарда по общепринятым критериям нормы, тем лучше повторяемость (т.е. стабильность) дисперсионных характеристик в последовательных циклах деполяризации-реполяризации. Следует отметить, что эта позиция существенно отличает повторяемость дисперсионных характеристик электрического возбуждения миокарда от повторяемости характеристик сердечного ритма. Как известно, повышенная стабильность длительности RR-интервалов (низкая вариабельность сердечного ритма) всегда свидетельствует об ухудшении функционального состояния сердца [ 15 ]. Противоположно этому, функциональные или органические отклонения миокарда от нормы практически всегда увеличивают локальную неоднородность миокарда, и, соответственно, ухудшают повторяемость соответствующих дисперсионных характеристик. Естественно, повторяемость дисперсионных характеристик низкоамплитудных колебаний даже физиологически нормального сердца не является идеальной, т.к. в каждом кардиоцикле условия возбуждения периодически изменяются (дыхание, изменение положения диафрагмы, локальные изменения метаболических процессов и т.п. факторы). Однако в любом случае, чем выше повторяемость дисперсионных характеристик низкоамплитудных флуктуаций ЭКГ-сигнала, тем стабильнее электрическое состояние миокарда.
Портрет сердца дает целостную информацию об изменениях электрических низкоамплитудных колебаний во всех отделах сердца, и визуально распознается врачом на экране дисплея в течение 15..20 секунд. Цвет на портрете сердца реагирует на малейшие изменения электрической стабильности миокарда, поэтому использование портрета сердца позволяет существенно увеличить достоверность выявления патологий на ранних стадиях, а также точно контролировать тенденции в изменении портрета сердца. Высокочувствительный контроль тенденций составляет одну из самых примечательных характеристик прибора. Портреты сердца хорошо разделяются по группам патологий, поэтому в дополнение к портрету в приборе формируется автоматическое заключение. Это заключение содержит скрининг-оценку и рекомендательную информацию о наиболее вероятной причине выявленных отклонений.
Конструкция скрининг-анализатора "КардиоВизор-06с"
"КардиоВизор-06с" является компьютерным анализатором ЭКГ покоя. Конструкция прибора включает две традиционные для компьютерного анализатора компоненты: модуль цифрового ввода ЭКГ и РС-компьютер, соединенные посредством USB-интерфейса. В базовой конфигурации в приборе используется портативный компьтер. "КардиоВизор - 06с" не ставит диагноз. Назначение прибора - выявить ранние дисперсионные отклонения, которые могут предшествовать патологии. Во многих случаях это позволяет видеть изменения на доклинической стадии, а также контролировать динамику дисперсионных отклонений с повышенной чувствительностью. Общие процедуры работы с прибором состоят в следующем:
• Накладываются 4 электрода (R,L,F,N) в соответствии со стандартной схемой конечностных ЭКГ-отведений. Допускается ввод сигнала в положении сидя.
• Нажимается кнопка "Новое обследование".
• Через 40…50 сек. на экране дисплея формируется портрет сердца в двух проекциях, позволяющих видеть всю поверхность квазиэпикарда. Одновременно формируются автоматическое заключение и интегральные показатели состояния. Квазиэпикард портрета в норме имеет зелено-голубой цвет. При различных отклонениях от нормы цвет в области изменений меняется до желтого или красного. Чем больше площадь квазиэпикарда, окрашенная красным цветом - тем больше выраженность отклонения. В дополнение к портрету формируется автоматическое заключение, содержащее информацию о выраженности отклонений, вероятной причине отклонений и рекомендуемых действиях. Непосредственное наблюдение топологии низкоамплитудных колебаний на поверхности квазиэпикарда обеспечивает существенное повышение показателей точности и оперативности интерпретации ЭКГ-сигналов при скрининг-обследовании пациента, и, что наиболее важно, позволяет быстро и надежно наблюдать самые ранние изменения в состоянии сердца, которые в стандартных ЭКГ-признаках не проявляются.
Возможности использования прибора "КардиоВизор-06с" для обнаружения ишемических изменений
Результаты.
• Средние показатели чувствительности и специфичности прибора к ишемии составили соответственно 79% и 76%. Для сравнения отметим общеизвестный факт низкой чувствительности ЭКГ-покоя от 12 общепринятых отведений к ИБС, которая по различным литературным данным составляет 25%…50%.
• "Портреты сердца" сохраняют высокую воспроизводимость и индивидуальность у разных пациентов Это подтверждает объективный характер информации, извлекаемой из низкоамплитудных вариаций ЭКГ. В целом, индивидуальные цветовые отклонения на портретах достаточно сильно варьируют, поэтому выделить какой-либо доминирующий цветовой паттерн ишемии в целом не удается. Наиболее высокоспецифичные к ишемии изменения охватывают на портрете сердца левый желудочек и проекцию межжелудочковой перегородки на "левом виде" портрета сердца. Чем более выражено покраснение в этих зонах портрета, тем выше вероятность ишемических изменений.
• Повышенную чувствительность "флуктуационного" портрета сердца к ишемии хорошо демонстрируют случаи, когда во входной ЭКГ нет значимых общепринятых признаков ИБС, а на портрете появляются специфические изменения.
• Высокая повторяемость портрета обеспечивает высокочувствительный и точный подпороговый контроль динамики состояния миокарда.
В процессе исследования не выявлено грубых ошибок по чувствительности, т.е. прибор всегда указывал на значимые отклонения, если они были в верифицирующем диагнозе. Несколько сниженные показатели специфичности обусловлены тем, что портреты некоторых пороков сердца и ишемических поражений оказались похожими по цветовому паттерну. Однако, это не влияет на специфичность разделения состояний норма-патология. В контрольной группе также не зафиксированы случаи ложного обнаружения ишемии у здоровых пациентов.
Таким образом, несмотря на то, что прибор "КардиоВизор-06с", предназначенный только для скрининга, обрабатывает лишь два стандартных ЭКГ- сигнала от конечностей, чувствительность к ишемии составляет около 80%, и эту оценку можно получить в амбулаторных условиях за 1 минуту без какого-либо дополнительного анализа данных. Поэтому, данный прибор весьма перспективен, как новое средство достаточно точного и оперативного извлечения ранней диагностической информации как в клинике, так и в доклинический период: при профилактических скрининг-обследованиях, при санаторно-курортном обслуживании, в системе экстренной медицинской помощи.
Перспективы использования прибора "КардиоВизор-06с" для решения задач функциональной диагностики
Технологические и клинические испытания, которые проводились для оценки скрининговых качеств прибора "КардиоВизор-06с", подтвердили теоретические ожидания по чувствительности и специфичности в отношении ишемии миокарда, а также в отношении разделения состояний норма - пограничное состояние - патология. В процессе этих испытаний обозначились два новых качества прибора, которые представляют потенциальный интерес не столько для скрининговых догоспитальных обследований, сколько для повседневной клинической практики отделений функциональной диагностики.
Первое качество связано с высокой чувствительностью прибора к малым отклонениям и возможностью непосредственно визуально наблюдать на портрете подпороговые изменения низкоамплитудных колебаний ЭКГ. В приборе используются только отведения от конечностей, поэтому он может функционировать в качестве высокочувствительного индикатора изменений не только при обычных процедурах в амбулаторных условиях, но и при выполнении хирургических операций. Небольшая конструктивная модификация прибора позволяет на большом экране наблюдать галерею последовательных портретов сердца, получаемых автоматически с заданной периодичностью, например, через 1...2 минуты. Диагностические перспективы такого прибора трудно переоценить, так как любые метаболические или функциональные изменения на портретах сердца будут проявляться с упреждением в 3...10 минут, предоставляя хирургу или реаниматологу раннюю информацию о развитии критических или нежелательных состояний. Следует отметить, что существующие мониторы неинвазивного контроля глубины анальгезии работают только по характеристикам вариабельности ритма, значительно уступая по времени упреждения "метаболическим" маркерам, на которые реагирует "КардиоВизор-06с". Конечно, такое использование прибора требует соответствующих клинических испытаний. Однако, результаты скрининговых испытаний по чувствительности свидетельствуют о высокой ожидаемой эффективности такого функционального мониторинга с помощью портрета сердца.
Второе новое качество прибора заключается в возможности получения чувствительного и высокоспецифичного диагноза при использовании общепринятых 12 ЭКГ-отведений. Предварительные испытания прототипа такого диагностического, а не скринингового прибора показывают его перспективность, как нового средства функциональной диагностики. Прежде всего, это касается увеличения информативности процессов реполяризации желудочков, а также определенных перспектив в диагностике проводящей системы сердца, возможно, с выходом на поиск дополнительных путей и очагов эктопической активности.
Завершая этот краткий обзор технологии анализа низкоамплитудных колебаний ЭКГ и практических характеристик приборной реализации этой технологии для скрининга, можно констатировать ее несомненную научную и практическую перспективность в области разработки новых методов функциональной диагностики.
|
- участник сейчас на форуме
- участник вне форума