Аппаратно-программный телемедицинский комплекс регистрации и автоматического анализа поликардиосигналов для диагностики основных заболеваний сердца. Ооо научно-Производственное Предприятие «Интер»
Вид материала | Документы |
- Аппаратно-программный комплекс (апк) для контроля степени натяга и дефектности сопрягаемых, 17.75kb.
- Аппаратно-программный комплекс анализа функционального состояния человека, 67.46kb.
- Ооо «Научно – производственное предприятие «Щит», 10.08kb.
- Совместное научно-производственное предприятие «Промэкс» Особенности построения и рекомендации, 2804.35kb.
- Ю. В. Смирнов московский инженерно-физический институт (государственный университет), 13.81kb.
- В. В. Пивоваров московский инженерно-физический институт (государственный университет), 27.99kb.
- Магнитно-импульсные установки им в системах сушильных распылительных. Ооо научно-производственное, 173.81kb.
- Почему полеты на луну не состоялись с. Г. Покровский ООО «Научно-производственное предприятие, 165.94kb.
- Курсовая работа по курсу " Автоматизация систем диагностики и контроля " на тему "Разработка, 181.2kb.
- Обработка сигналов в радиотехнических системах, 172.65kb.
точной оценки систолической и, особенно, диастолической функции миокарда;
Обладая диагностическими возможностями, считающимися пререгативой инвазив-ных и ультразвуковых методов, СКГ превосходит существующие методы в доступности и легкости применения:
- отсутствие противопоказаний для применения;
- мобильность, возможность применения в любых условиях: дома, у постели больного, в полевых условиях, на рабочем месте, во время работы и др.;
- возможность регистрации в любом положении пациента: лежа, сидя, стоя;
- полная безопасность;
- дешевизна;
- простая методика регистрации кривых;
- возможность записи, как на бумаге, так и на электронных носителях информации;
- несложная методика анализа кривых и возможность автоматизации анализа;
- возможность дистанционной передачи результатов исследования, то есть пригодность для телемедицинских исследований;
Кроме того, сейсмокардиографический преобразователь СП-0311 дает возможность синхронно с ЭКГ регистрировать с одной и той же точки проекции исследуемого желу-дочка помимо СКГ-кривой, апекскардиограммы, виброкардиограммы и фонокардио-граммы. Это, в свою очередь, расширяет диагностические возможности. Апекскардио-грамма идентична кривой внутрижелудочкового давления12 и по ней можно рассчитывать уровень конечного диастолического давления в левом желудочке и скорость подъема внутрижелудочкового давления13 - показатели являющиеся критериями состояния систо-лической функции сердца. Виброкардиография практически идентична СКГ по Р.М.Баевскому и основана на регистрации ускорений прекардиальных вибраций, то есть обладает возможностями выявления лиц с дисрегуляцией сердечной деятельности, нуждающихся в дополнительном обследовании с целью уточнения диагноза14. Синхрон-ная регистрация СКГ и ФКГ («сейсмофонокардиография») облегчает диагностику при-обретенных пороков, сопровождающихся высокоамплитудными шумами (см. сноску 8).
Следует отметить, что сейсмокардиография по Б.С.Боженко нигде в зарубежных странах еще не применяется.
Таким образом, создание мобильного полимеханокардиографического комплекса на основе сейсмокардиографии по Б.С.Боженко позволит осуществлять без больших трудовых (исследование пациента занимает не более 10 минут) и финансовых затрат, донозологическую и нозологическую диагностику заболеваний сердца. Метод применим в условиях стационарных и амбулаторных медицинских учреждений, МСЧ производ-ственных предприятий, на дому, у постели больных, на рабочих местах при выполнении физической и умственной работы с передачей результатов обследования по каналам связи на любое расстояние. Диагностика станет доступной для жителей самых отдаленных населенных пунктов.
Технология проекта. В настоящее время существуют множество датчиков, предназ-наченных для регистрации механо-акустических колебаний, возникающих при работе сердца. АКГ осуществляется с помощью пульсового датчика, помещаемого в область верхушечного толчка. Из существующих преобразователей необходимо упомянуть пуль-совой датчик, который используется и для регистрации АКГ, датчик ускорения для регистрации СКГ по Р.М.Баевскому, пьезоэлектрический преобразователь с воздушным проведением для записи СКГ по Б.С.Боженко, динамические и пьезоэлектрические микрофоны с контактным и воздушным проведением для фонокардиографии и др. Существующие датчики предназначены для подключения к аппарату, имеющему каналы с соответствующими характеристиками. При необходимости комплексного обследования сердца приходится проводить множество записей, меняя датчики и тратя большое коли-чество времени и расходных материалов.
Предлагаемая технология и мобильный программно-аппаратный комплекс позволяет с помощью единого датчика, синхронно с ЭКГ, одновременно регистриро-вать АКГ, СКГ, ВКГ и ФКГ на различных частотах с намеченной точки области сердца, либо (по необходимости) каждой кривой в отдельности, либо различные их комбинации.
При этом достигается не только экономия времени, но и многократное возрастание информативности каждого из применяемых методов. При осуществлении регистрации кривых с области левого желудочка список заболеваний сердца, доступных для предвари-тельного распознавания с достаточно высокой степенью достоверности включает:
- недостаточность митрального клапана,
- сужение левого венозного устья с определением размеров суженного отверстия,
- аортальная недостаточность,
- сужение устья аорты,
- сочетанные и комбинированные пороки левого сердца,
- миокардиты,
- нейроциркуляторная дистония,
- ИБС, включая латентно протекающую ишемию миокарда,
- Сердечная недостаточность.
При регистрации кривых с проекции правого желудочка в перечисленный список можно включить и клапанные пороки правого сердца.
Предусматривается несколько вариантов применения создаваемого комплекса.
1. В условиях кабинетов функциональной диагностики. Специально обученная медицинская сестра проводит антропометрию (измерение роста, массы тела), измеряет АД. Пациента укладывает на кушетку. Накладывает электроды (которыми снабжен «носимый» комплекс) по существующим правилам, включают режим «регистрация ЭКГ» и записывает ЭКГ в 12-ти общепринятых отведениях. Затем убирает грудные ЭКГ электроды, в области верхушки сердца фиксируют СКГ преобразователь, включает режим «регистрация ПМКГ» и регистрируют 8-10 циклов. Все исходные данные автоматически поступают на ПК врача через соответствующий кабель (или в виде радио сигнала) для автоматического анализа в реальном времени. Сигнал от СКГ-датчика, при помощи соответствующих программ автоматически преобразуется на апекскардиограмму, сейсмокардиограмму и виброкардиограмму. Одновременно сигнал поступает на программный блок для воспроизведения колебаний звуковой частоты (фонокардиограмма). Все кривые вместе или раздельно могут быть синхронно с одним из отведений ЭКГ воспроизведены на мониторе для визуального просмотра врачом. При отсутствии замечаний включается режим «анализ кривых» для вычисления продолжительности фаз сердечного цикла и параметров центральной гемодинамики и трансмитрального кровотока, автоматического сопоставления с нормальными величинами и вынесения диагностического заключения. Возможна распечатка протокола обследования с включением всех параметров, характеризующих систолическую и диастолическую функцию миокарда, трансмитрального кровотока, при обнаружении патологии - с указанием варианта нарушения ТМК и соответствующего диагностического заключения. Разумеется, окончательный диагноз ставит врач. Предусмотрена также архивация полученных данных.
2. При проведении массового медицинского осмотра населения. Если в кабинете функциональной диагностики обследуются заведомо больные пациенты, то при массовом медицинском осмотре медперсонал имеет дело с тремя категориями обследуемых: здоровыми (условно назовем их «зелеными»), лицами с расстройствами различных функций сердечно-сосудистой системы, но без клинических признаков заболеваний («желтые») и пациенты с четко выраженной нозологией («красные»). Кроме того, сестра и врач не имеют непосредственного общения
В зависимости от поставленных задач, объем исследований может быть разным. Например, если не6обходимо оперативно выявить лиц с диастолической дисфункцией миокарда «вообще», без уточнения характера дисфункции достаточно записать виброкардиограмму с последующим автоматическим анализом диастолического комплекса. Нозологическая диагностика будет осуществляться путем дополнительного обследования.
При необходимости осуществления донозологической и нозологической диагностики в полном объеме, порядок обследования такой же, как в кабинете функциональной диагностики. По каналам связи результаты поступают на ПК врача. После автоматического анализа результатов (включая вейвлет анализ СКГ-кривых) формируются все три группы. В группу «зеленых» попадают лица без жалоб, с нормальной массой тела и нормальным АД, без отклонения от нормы со стороны ЭКГ и признаков систолической и диастолической дисфункции сердечной деятельности (в том числе с нормальными параметрами ТМК). В группу «красных» попадают лица с типичными приступами стенокардии, артериальной гипертензией, с ожирением 3-й степени, ЭКГ признаками очаговых нарушений миокарда и нарушением ритма высоких градаций, а также лица с нарушениями ТМК первого, второго и третьего типа. В группу «желтых» включаются лица без признаков определенных заболеваний сердечно-сосудистой системы, но с расстройствами систолической (по данным исследования центральной гемодинамики и фазового анализа сердечного цикла по СКГ) и диастолической дисфункции в виде нарушений ТМК по третьему варианту.
Главной составной частью комплекса является сейсмокардиография (СКГ). Метод исследования сердца под названием сейсмокардиография впервые предложен Саратов-ским инженером-сейсмологом Б.С.Боженко в 1960 году15. В 1964 г. Р.М.Баевский, А.Д.Егоров и Л.А.Казарьян предложили свою методику исследования сердца, которую тоже назвали сейсмокардиографией16. В 1988 г. американские ученые Salerno DM & Zanetti JM17 запатентовали также способ под сходным названием.
Несмотря на одинаковое название, между этими методами существует принципи-альная разница. Сравнительный анализ приводится ниже.
Сейсмокардиография по Р.М.Баевскому с соавт. [1964]. Используется специаль-ный датчик, который представляет собой коробочку, внутри которой размещены 2 индукционные катушки с железными сердечниками. Между ними располагается плоская пружина с соединенным с ней магнитом, одновременно являющимся сейсмической массой. Датчик располагается на грудной клетке вблизи от сердца (результат не зависит от положения датчика). Регистрируются колебания сейсмической массы, возбуждаемые механической работой сердца (рис. 1), пропорциональные первой производной ускорения.

Рис. 1. Сейсмокардиограмма по Р.М.Баевскому с соавт. [1964]
Каждый комплекс состоит из 2 колебательных циклов А-1 и А-2 с различными максимальными амплитудами и разным временем затухания. Изучаются следующие показатели:
:t QA-1 — время от начала зубца Q ЭКГ до начала колебательного цикла
СКГ А-1 (фаза изометрического напряжения);
t А-1— А-2 — время от начала А-1 до начала А-2 (продолжительность механической систолы без изометрической фазы);
t А-1 — продолжительность цикла А-1 (систолический показатель коорди-
нировапности сердечных сокращений);
t А-2 — продолжительность цикла А-2 (диастолический показатель коорди-
нированности сердечных сокращений);
А-1 — амплитуду А-1 (систолический импульс силы);
А-2 - амплитуду А-2 (диастолический импульс силы);
А-1/А-2 — отношение А-1 к А-2 (силовой показатель сердечного цикла);
К — отношение t А-1—А-2 к QT (механо-электрический показатель).
Является разновидностью прекардиальной баллистокардиографии. Метод исполь-зуется для телеметрического контроля состояния сердечно-сосудистой системы космо-навтов. Исследование ТМК и нозологическая диагностика заболеваний сердца с помощью данного метода невозможны.
Сейсмокардиография по Salerno a. ath. [1990-1991]. В качестве датчика исполь-зуется акселерометрический сейсмический преобразователь, который помещается в области сердца лежачего пациента (положение датчика в пределах области сердца не имеет значения). Регистрируются кривые, пропорциональные ускорению вибрация, возникающих при работе сердца (рис. 2). При ишемии миокарда на высоте нагрузочного теста возникают фазовые и амплитудные (по отношению к базовой линии) сдвиги, которые, по мнению авторов,18 являются следствием нарушения функции сердечной мышцы. По сути, этот метод тоже является вариантом прекардиальной баллисто-кардиографии, и, следовательно, специфичных для различных заболевания сердца кривых не существуют. Изменение места положения датчика не сказывается на форме кривых. С помощью данного метода невозможно исследование параметров ТМК.

Рис. 2. СКГ по Salerno a. at. (приводится по Wilson с соавторами19). MC – идентифицируется с захлопыванием митрального клапана; IM – с изоволюметрическим движением; AO – с открытием аортального клапана; RE – с быстрым систолическим изгнанием; AC – с захлопыванием аортального клапана;
VO – с открытием митрального клапана; RF – с ранним быстрым наполнением желудочка; AS –с систолой предсердия.
Сведений о возможности нозологической диагностики заболеваний сердца в доступной литературе нет.
С

Рис. 3. Апикальная сейсмокардиограмма по Б.С.Боженко в синхронном изображении с ЭКГ, ФКГ и пульсом сонной артерии. Комплексы соответствуют: А – систоле предсердий; В – периоду сокращения; С – периоду изгнания; D – периоду расслабления; Е – периоду пассивного наполнения.
СКГ по Б.С.Боженко является методом, позволяющим проводить подробный фазовый анализ деятельности и левого, и правого сердца [З.Ю.Юзбашев, 1963-1989].
Фазам сердечной деятельности соответствуют следующие интервалы СКГ:
- Q - b - латентная фаза (электро-механический латентный интервал);
- b – b2 - протосистола (от начала сократительного процесса до захлопывания митрального клапана);
- Q – b2 - фаза асинхронного сокращения;
- b2 – b3 - фаза изометрического сокращения;
- b3 - с - фаза быстрого изгнания;
- с - d - фаза медленного изгнания;
- d - d2 - протодиастола;
- d2 – e -фаза изометрического расслабления;
- е - e2 - фаза быстрого наполнения;
- е2 - а - фаза медленного наполнения;
- а – b - фаза пресистолического наполнения.
В настоящее время особое значение придается исследованию диастолической функции (ДФ) сердца20, так как доказано, что изменения ДФ могут служить более надежным и чувствительным маркером как раннего, так и более позднего поражения миокарда. Показатели диастолической дисфункции в большей степени, чем сократимость миокарда, коррелируют с клиническими и инструментальными маркерами декомпен-сации21 (см. также сноску 5).

Рис. 4. Синхронная регистрация апикальной СКГ с допплер эхограммой трансмитрального кровотока (слева) и локацией передней створки митрального клапана в М-режиме.
Рис.5 (см. текст)

Сейсмокардиографические кривые претерпевают типичные изменения и при пороках полулунных клапанов. Особенно это демонстративно для недостаточности аортального клапана. На рис. 6 приводится сейсмокардиограмма левого желудочка больной сифилитическим мезоаортитом, осложненным чистой недостаточностью аортального клапана. Подобные кривые не встречаются при других заболеваниях сердца, так как отображают специфичные изменения и динамики изгнания крови из желудочка, и динамики его наполнения при этом пороке.

П
Рис. 6 (см. текст).
ри сейсмокардиографическом обследовании ста-циионарных больных инфарктом миокарда и стено-кардией разной степени тяжести впервые было уста-новлено, что ИБС сопровождается изменениями диасто-лического комплекса СКГ- кривых, указывающими на ухудшение быстрого наполнения левого желудочка и компенсаторное усиление наполнения за счет сокраще-ния левого предсердия22. Это явилось основанием для продолжения исследований по углубленному изучению состояния трансмитрального кровотока и диастолической функции (ДФ) миокарда желудочков не только при клапанных пороках, но и у больных с другими заболеваниями сердца, включая различные формы ИБС с верифицированной велоэргометрически ишемией миокарда.
И

На апикальной сейсмокардиограмме по Б.С.Боженко (рис. 3-7) диастолический комплекс кривой представляет собой точное воспроизведение графика наполнения желудочка кровью в начале, середине и в конце периода наполнения.
Рис. 7. Методика расчета объемно-скоростных параметров ТМК в (верхняя кривая) и при ИБС (нижняя кривая).
Объемно-скоростные параметры ТМК рассчитываются следующим образом (рис. 7):
- - определение ударного объема (УО) с помощью любого доступного способа (ТРГ, формула Agress и др.), по которому можно судить о величине притока в желудочек в течение всего периода наполнения, а при необходимости, исходя из УО, роста, массы, уровня АД рассчитать все показатели ЦГД; планиметрия (S см2) ВБН и ВПН и вычисление:
1) показателей скорости БН и ПН: ПСБН = SБН/ТБН и SПН/ТПН соответственно (усл. ед.) (где T – время);
2) относительных объемов БН и ПН: ООБН = SВБН ×100/SВБН + SВПН и ООПН = 100 – ОО
3) фракций БН и ПН: ФБН = ООБН × УО/100 и УО - ФБН (мл) соответственно;
- определение скорости раннего и позднего диастолического смыкания митрального клапана: СРДСмк = e1 – е2 (мм) / e1 – е2 (с) и СПДСмк = а3 - b (мм) / а1 - b (с), соответственно;
- вычисление относительных показателей (усл. ед.):
1) отношение площадей волн наполнения: SВБН/SВПН;
2) отношение скоростей наполнения: ОСН= СБН/СПН
3) отношение скоростей смыкания створок митрального клапана в ранней и поздней диастоле: ОСС = СРДСмк/СПДСмк.
(примечание: S –площадь; T – время).
Таким образом, с помощью апикальной сейсмокардиографии по Б.С.Боженко и З.Ю.Юзбашеву можно получить исчерпывающие сведения о параметрах трансмитраль-ного кровотока, которые доступны, как считалось, только инвазивным и ультразвуковым методам.
В зависимости от характера патологии сердца нарушения ТМК сводятся к трем типам:
Первый тип. Затруднение притока в левый желудочек (ЛЖ) в течение всего периода наполнения: снижение ВБН и удлинение фазы быстрого наполнения (БН) >0,1 с пропорционально степени затруднения кровотока, исчезновение ВПН. Патогномоничен для митрального стеноза.
Второй тип. Увеличение притока в ЛЖ в фазу БН и в мезодиастоле: укорочение фазы изометрического расслабления (ИР), нормальная длительность фазы БН и пресистолического наполнения (ПН), увеличение амплитуды и площади ВБН и отношения ВБН /ВПН >10/1, появление волны наполнения в мезодиастоле, которая в норме не встречается. Характерен для митральной недостаточности (независимо от происхождения); обнаруживается при миокардитах, сопровождающихся шумом Кумбса, нейроциркуляторной дистонии с гиперкинетическим синдромом.
Третий тип. Затруднение притока в ЛЖ в фазе БН и компенсаторное его усиление в пресистоле: удлинение фазы ИР, снижение ВБН различной степени и удлинение фазы БН, увеличение ВПН и удлинение фазы ПН. Подобные изменения возникают при артери-альных гипертониях (независимо от причины), гипертрофии миокарда и являются признаками депрессии диастолического расслабления миокарда желудочка вследствие относительной ишемии. Наличие подобных нарушений ДФ у лиц без артериальной гипертензии и признаков гипертрофии миокарда свидетельствует о нарушении коронарного кровообращения.
Таким образом, с одного захода, потратив на это около 10 минут на пациента, осуществляется нозологическая диагностика основных заболеваний сердца и сортировка обследованных по группам согласно диагнозу. Регистрация проводится специально обученной медсестрой, окончательный диагноз выносится врачом.
Апекскардиография. История исследования низкочастотных колебаний прекарди-альной области началась с 1863 г., когда Marey впервые сделал запись верхушечного толчка, с помощью изобретенной им капсулы и кимографа. В дальнейшем, с развитием техники пользовались различными датчиками. В настоящее время для регистрации апекскардиограммы пользуются пульсовым датчиком, который размещается в области верхушечного толчка. Исследования последней четверти прошедшего века показали, что апекскардиографические данные хорошо коррелируют с результатами инвазивных исследований. Апекскардиограмма по форме практически идентична кривой внутрижелудочкового давления и многими исследователями успешно используется для изучения сократительной функции миокарда. Мы успешно использовали метод для определения конечного диастолического давления в левом желудочке по формуле Душанина (сноска 14).
В

Рис. 8. Полимеханокардиограмма здорового человека (сверху вниз: ЭКГ, СКГ, АКГ и ВКГ). Чернильнопишущий аппарат ЭЛКАР, к которому подключена полимеханокардиографическая приставка, скорость движения бумаги 50 мм/с. Запись осуществлена с области верхушечного толчка.
Подобная запись позволяет отобразить на кривой механизмы, связанные с образованием третьего (раннее диастолическое смыкание створок митрального клапана) и четвертого (позднее диастолическое смыкание створок митрального клапана) тонов сердца, отражающие состояние ТМК. Поэтому, в отличие от СКГ по Р.М.Баевкому с соавт., на ВКГ регистрируются кроме 2-х колебательных циклов А-1 и А-2 (у нас обозначены соответственно В и С), еще 2 цикла (Е и А). Согласно полученным нами данным, у всех выявленных нами коронарных больных, включая не проявляющуюся клинически ишемию миокарда, наблюдается относительное уменьшение колебательного цикла Е, увеличение цикла А и уменьшение индекса Е/А. Это доказывает перспективность метода для использования в качестве скринингового метода выявления скрыто протекающих вариантов коронарной недостаточности (см. сноску 14).