АННОТАЦИЯ

В работе приводится анализ существующих работ по разработке методов и автоматизированной системы обработки многоканальных записей электрокардиосигнала для диагностики ишемической болезни сердца.

Приведены основные требования, задачи, критерии и пути решения данной проблемы. Предлагается двух пороговый метод обнаружения с требуемыми показателями качества, который будет выдавать решения о наличии либо отсутствии эпизода ишемии миокарда.

ABSTRACT

The paper provides an analysis of existing works on the development of methods and an automated system for processing multichannel recordings of an electro cardio signal for the diagnosis of coronary heart disease. The main requirements, tasks, criteria and ways to solve this problem are given. A two-threshold detection method with the required quality indicators is proposed, which will issue decisions on the presence or absence of an episode of myocardial ischemia.

Ключевые слова. автоматизированная система, метод, алгоритм, ишемической болезни сердца, многоканальные записи, обработка, электрокардиосигнал, диагностика.

Keywords. automated system, method, algorithm, coronary heart disease, multi-channel recordings, processing, electrocardiosignal, diagnostics.

Среди заболеваний сердечно-сосудистой системы, ишемическая болезнь сердца (ИБС) является довольно распространённой. Ишемическая болезнь сердца (ИБС) – это острое или хроническое заболевание, где из-за несоответствия между коронарным кровотоком и потребностями миокарда в кислороде нарушается кровоснабжение сердца. Развитие ишемии миокарда тесно связано с физической или эмоциональной нагрузкой человека, которое сопровождается болевыми ощущениями, но   может она протекать и  без болевой форме

В настоящее время одним из самых распространённых и известных методов диагностики ИБС является электрокардиография.   Данный метод позволяет визуализировать распространение электрических процессов по сердечной мышце. При регистрации электрокардиограммы ИБС с целью диагностики Наибольшее распространение получила система из 12 отведений [1,6]. На электрокардиосигнал в процессе регистрации воздействуют различные виды шумов и искажений. Особенно актуальна данная проблема при обработке суточных мониторограмм, содержащих зашумлённые фрагменты электрокардиосигнала, зарегистрированные в процессе выполнения физической нагрузки, когда появление эпизодов ишемии наиболее вероятно [1].

Многие медицинские исследования показывают, что использование информации о структуре и параметрах ЭКС, регистрируемого в нескольких отведениях, повысить достоверность выявления признаков ишемии [1,7].  

В современной медицинской практике при мониторировании электрокардиосигнала используется многоканальная система регистрации. Несмотря на большое количество исследований, не решенным остаётся вопрос о разработке автоматизированных методов анализа многоканальных записей ЭКС в условиях сложной сигнально-помеховой обстановки. Следует отметить, что создание автоматизированных алгоритмов анализа многоканальных электрокардиограмм сдерживается сложностью модели совместного изменения электрокардиосигнала в различных каналах, необходимостью учёта совместного влияния шумов, в том числе и коррелированных между собой в различных отведения [1].

Решение этих проблем требует новых методов и алгоритмов обработки многоканальных записей ЭКС.

Для этого требуется, при разработке помехоустойчивых методов и алгоритмов автоматизированного выявления эпизодов ишемии миокарда использовать многомерную модель изменения электрокардиосигнала, которая будет учитывать динамические изменения сигнала при развитии эпизодов ишемии и проявление миографической помехи в различных отведениях электрокардиосигнала. Вместе с тем нахождение совместных оценок средней мощности миографической помехи в различных отведениях электрокардиосигнала должен позволить уменьшить дисперсию данных оценок. Повышения помехоустойчивости алгоритма автоматизированного выявления эпизодов ишемии миокарда необходимо достигать использованием информации о развитии данной патологии, сосредоточенную в смежных отведениях электрокардиосигнала, с учетом влияния миографической помехи [2].

Основной недостаток существующих работ заключается в том, что описанные выше способы объединения информации, фактически найдены без построения многомерной модели ЭКС, учитывающей совместные взаимосвязи между сигнальными и шумовыми составляющими электрокардиосигнала, регистрируемого в различных отведениях (например, в один и тот же момент времени отсчёты шума в различных отведениях могут быть коррелированными случайными величинами) [2].

Необходимо синтезировать алгоритм обнаружения эпизодов ишемии миокарда на основе многомерной модели ЭКС, учитывающей совместное влияние шумов и изменения сигналов на сегментах SТ в различных отведениях в соответствии с заданным критерием качества. Основным (устоявшимся в мировой практике) критерием качества решения данной задачи обнаружения является критерий Неймана-Пирсона, в соответствии с которым необходимо максимизировать число правильно обнаруженных эпизодов ишемии миокарда при заданном числе ошибочных решений о её наличии, что в медицинской терминологии соответствует максимизации чувствительности при заданной специфичности [2,8].

Кроме того, для выявления эпизодов ишемии миокарда возможно применить метод, основанный на использовании не одного, а двух порогов. В данном случае первый порог устанавливается в соответствии с заданной вероятностью ложной тревоги, т.е. вероятности выдачи решения о наличии эпизода ишемии миокарда, в то время как на самом деле он отсутствует. Второй порог возможно задать на основе требуемой вероятности пропуска эпизода ишемии миокарда [2].

При двухпороговом методе обнаружитель с требуемыми показателями качества будет выдавать решения о наличии либо отсутствии эпизода ишемии миокарда. В тоже время возможна ситуация, при которой значение решающей статистики будет находиться между порогами, при этом обнаружитель не сможет вынести решение ни в одну из сторон. В случае наступления такого события врач принимает решение о необходимости проведения дополнительного обследования пациента с применением иных методов диагностики [2].

Таким образом, автоматизированная система многоканальной обработки и анализа записей электрокардиосигнала должна позволять врачу своевременно диагностировать ишемическую болезнь сердца у пациента, и тем самым предотвратить развитие жизнеугрожающих состояний миокарда индивидуума. Однако разработка методов и средств анализа многоканальных записей ЭКС является нетривиальной задачей, требующей всестороннего анализа вопросов методического и программно-алгоритмического обеспечения системы.

Список литературы:

1. Григорьев Е.В. Метод и программный комплекс обработки многоканальных записей электрокардиосигнала для диагностики ишемической болезни сердца // Дисс… канд.тех.наук.- 2019.- С.18.
2. Мираметов А.Б., Магрупов Т.М. Автоматизированная система обработки многоканальных записей электрокардиосигнала для диагностики ишемической болезни сердца // "Science and Education" Scientific Journal. -August 2021 / Volume 2 Issue 8.- C.378-382
3. Рябыкина Г. В., Соболев А. В. Диагностика ишемии миокардаметодом холтеровского мониторирования ЭКГ //Вестник аритмологии. –2002. – Т. 26. – С. 5-10.
4. Чазов Е.И. Болезни сердца и сосудов. – М.: Медицина, 1992. – Т2. – 488с.
5. Goldberger A. L., Goldberger Z. D., Shvilkin A. Clinical Electrocardiography: A Simplified Approach E-Book. – Elsevier Health Sciences, 2017.
6. Landesberg G. et al. Perioperative Myocardial Ischemia and InfarctionIdentification by Continuous 12-lead Electrocardiogram with Online STsegment Monitoring //Anesthesiology: The Journal of the American Society of Anesthesiologists. – 2002. – Т. 96. – №. 2. – С. 264-270.
7. Lalkhen A. G., McCluskey A. Clinical tests: sensitivity and specificity // Continuing Education in Anaesthesia Critical Care & Pain. – 2008. – Т. 8. – №.6. – С. 221-223.