close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16231

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.08.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 16231
(13) C1
(19)
A 61B 5/0452
(2006.01)
СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ
ФИБРИЛЛЯЦИИ И ТРЕПЕТАНИЯ ПРЕДСЕРДИЙ
(21) Номер заявки: a 20100137
(22) 2010.02.03
(43) 2011.10.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт физики
имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Автор: Войтикова Маргарита Васильевна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) BY a 20080069, 2009.
BY 10241 C1, 2008.
НЕДОСТУП А.В. и др. Кардиология. 2006. - Т. 46. - № 9. - С. 67-74.
BY 16231 C1 2012.08.30
(57)
Способ дифференциальной диагностики фибрилляции и трепетания предсердий, при
котором получают ЭКГ пациента в одном или двух отведениях в течение 10-40 с, выделяют последовательные RR-интервалы, выполняют частотно-временное вейвлетпреобразование выделенной последовательности в базисе Добеши, вычисляют показатели
регулярности коэффициентов данного вейвлет-преобразования и при значении полученных показателей меньше 5 диагностируют фибрилляцию предсердий, а при значении
больше 5 - трепетание.
Фиг. 1
Изобретение относится к области кардиологии и может быть использовано для диагностики наджелудочковых аритмий - фибрилляции предсердий и трепетания предсердий
при измерениях ЭКГ с малым числом отведений (при холтеровском мониторировании,
например).
BY 16231 C1 2012.08.30
Две опасные распространенные предсердные аритмии - фибрилляция предсердий
(ФП) и трепетание предсердий (ТП) (называемое еще флаттером предсердий) - имеют различные механизмы образования. Для первого заболевания характерны множественные
очаги образования хаотических волн возбуждения в ткани предсердия (волны фибрилляции различных форм и частотных составляющих или F-волны), второе заболевание характеризуется образованием замкнутого круга возбуждения, т.н. "re-entry", которое более
организовано по сравнению с ФП и характеризуется наличием F-волн типа "зубьев пилы".
Поскольку указанные аритмии требуют различного лечения [1], актуальна задача автоматического определения ФП, ТП и синусового (нормального) ритма в ЭКГ пациента.
Для диагностики предсердных аритмий используют анализ ЭКГ, эхокардиографию,
электрофизиологическое исследование (ЭФИ) для выяснения механизмов развития тахикардии. При ЭФИ с внутрисердечным картированием используют картезианский метод
реконструкции, получают координаты точек виртуальной многоканальной электрограммы, по которым вычисляется длина и скорость проведения флаттерной волны "re-entry"
[2]. Данный способ имеет ограниченное применение, т.к. используется на открытом сердце. При анализе ЭКГ используются 2 метода дискриминации ФП и ТП. Первый основан
на признаках спектра остаточного сигнала, который получается путем удаления из сигнала ЭКГ части, ассоциированной с активностью желудочков сердца [3], при этом, как правило, из каждого кардиоцикла удаляется усредненный QRST-комплекс. Однако процедура
удаления усредненного QRST-комплекса не имеет смысла, если у пациента наблюдается
тахикардия - обычное нарушение ритма при заболевании ФП и ТП, когда предсердная составляющая сигнала ЭКГ перекрывается T-волной и диагностическая информация спектра
остаточного сигнала утрачивается. Второй способ получения сигнала электрической активности предсердий состоит в применении метода независимых компонент к многоэлектродным данным ЭКГ для выделения предсердной составляющей сигнала ЭКГ [4].
Очевидно, что указанный способ невозможен при обработке ЭКГ, полученных от малого
числа электродов (например, при анализе 1(2)-электродных ЭКГ при холтеровском мониторировании).
Для дифференциальной диагностики ФП и ТП у больных регистрируют ЭКГ и визуально анализируют сигналы для определения формы и частоты F-волн. При наличии нерегулярного сердечного ритма, тахикардии и быстрых F-волн различной формы и частоты
на месте P-волн диагностируют ФП. Если же наблюдают регулярные F-волны типа "зубьев пилы" с частотой от 3 до 8 Гц, диагностируют ТП.
Наиболее близким к заявляемому по совокупности признаков и достигаемому результату является способ дискриминации аритмии по признакам частотного спектра предсердной составляющей сигнала ЭКГ [5]. Способ заключается в регистрации ЭКГ в 1 (2)
отведениях, выделении предсердной электрической активности путем удаления из сигнала
ЭКГ части, ассоциированной с активностью желудочков сердца, вычислении параметров
вейвлет-спектра сигнала предсердной электрической активности. Диагностика пароксизмальной и персистирующей формы ФП проводится при наблюдении спектральных паттернов, характерных для формы фибрилляции предсердий.
Применение прототипа ограничено возможностью обработки образцов ЭКГ без признаков тахикардии, когда в каждом кардиоцикле QRST-комплекс не перекрывает атриальную составляющую сигнала ЭКГ.
Задачей данного изобретения является создание точного и надежного способа дифференциальной диагностики ФП и ТП при измерении 1(2)-электродных сигналов ЭКГ, в том
числе при тахикардии пациента, на основе диагностики спектральных паттернов вейвлеткоэффициентов сигнала ЭКГ, специфичных типам предсердной аритмии - ФП или ТП.
Медицинский эффект, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в повышении точности диагностики фибрилляции и трепетания предсердий за счет
применения спектрального метода анализа сигнала, основанного на стационарном
2
BY 16231 C1 2012.08.30
вейвлет-преобразовании и количественном анализе спектра вейвлет-коэффициентов сигнала ЭКГ.
Для выполнения поставленной задачи предложен способ дифференциальной диагностики фибрилляции предсердий и трепетания предсердий, который заключается в получении 1(2)-электродных сигналов ЭКГ, частотно-временном анализе ЭКГ с помощью
вейвлет-преобразования в полосе частот 3-8 Гц, вычислении распределения амплитуды
коэффициентов вейвлет-преобразования сигнала ЭКГ и значений индексов регулярности,
и, если индексы регулярности не превышают порогового значения, равного 5, делают вывод о фибрилляции предсердий, а если больше порога - о трепетании предсердий.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами, где:
на фиг. 1 показан пример частотно-временного разложения сигнала ЭКГ при помощи
стационарного вейвлет-преобразования, сверху: сигнал ЭКГ и слева - аппроксимация
A1-A3, справа - детализация Dl-D3 для 3-уровневой декомпозиции сигнала ЭКГ;
на фиг. 2 показан образец ЭКГ пациента с эпизодами фибрилляции предсердий и трепетания предсердий (вверху) и распределение энергии вейвлет-преобразования по уровням декомпозиции, усредненное в границах текущего кардиоцикла (внизу);
на фиг. 3 показано 2 образца ЭКГ, слева вверху - с нормальным (синусовым) ритмом,
справа вверху - с фибрилляцией предсердий, внизу - соответствующее образцам ЭКГ распределение энергии вейвлет-преобразования по уровням декомпозиции.
Способ дифференциальной диагностики фибрилляции предсердий и трепетания предсердий, согласно изобретению, осуществляется следующим образом. Первоначально измеряются сигналы ЭКГ в 1 или 2 отведениях, при измерении кардиограммы в 12 (8)
стандартных отведениях для анализа можно использовать отведения II и/или VI, далее
проводится частотно-временной анализ сигнала ЭКГ в неперекрывающемся временном
окне с шириной, равной величине текущего RR-интервала. Стационарное вейвлетпреобразование сигнала означает процедуру многоуровневого разложения сигнала по базису выбранного вейвлета (например, ортогонального вейвлета Добеши) с получением
матрицы коэффициентов разложения Cj(k), где индекс j = 1, 2,…, n указывает уровень декомпозиции, а индекс k - временной параметр. Первые n строк матрицы коэффициентов
содержат коэффициенты детализации сигнала ЭКГ Dj, последняя строка - коэффициенты
аппроксимации сигнала (фиг. 1, сверху вниз: сигнал ЭКГ, слева - аппроксимация A1-A3,
справа - детализация D1-D3 для 3-уровневой декомпозиции сигнала ЭКГ, n = 3). Таким образом, при помощи вейвлет-преобразования осуществляется частотно-временное представление сигнала ЭКГ в n-полосах частот. В нашем случае выбор величины n делается из
расчета получения составляющих сигнала ЭКГ в полосе частот, ассоциированных с электрической активностью предсердий при наджелудочковых аритмиях 3-8 Гц.
2
1
Определим энергию вейвлет-преобразования как E j (k ) =
∑ C j (k ) ,
N jk
где Ej(k) - средняя энергия k-временного окна, равного значению текущего RRинтервала (ширина высокоамплитудной R-волны исключается из k-временного окна по
пороговому критерию), для j-уровня разложения, Njk - число коэффициентов ВП, прихоE (k )
дящихся на k-интервал. Определим относительную энергию ВП: Pj (k ) = j
, где
E 0 (k )
E 0 (k ) = ∑ E j (k ) . Другими словами, Pj(k) определяет перераспределение энергии ВП сигj
нала ЭКГ по уровням декомпозиции j внутри скользящего неперекрывающегося временного окна с шириной, равной значению текущего RR-интервала, и мы утверждаем, что
такое перераспределение энергии несет диагностическую информацию о типе наджелудочковой аритмии.
3
BY 16231 C1 2012.08.30
Для образцов ЭКГ с фибрилляцией предсердий характерно стохастическое распределение энергии ВП по уровням декомпозиции сигнала ЭКГ, поскольку такой сигнал близок
к стохастическим сигналам. Поэтому при ФП наблюдается сильное уширение спектра ВП
сигнала ЭКГ из-за хаотичности возникающих в предсердиях волн возбуждения (пример 1,
1-25 с на фиг. 2). Для образцов ЭКГ с флаттером предсердий (трепетанием предсердий)
наблюдается обратная картина - происходят сужение спектра ВП образца ЭКГ и концентрация энергии на нескольких уровнях декомпозиции, что свидетельствует об образовании волны "re-entry" (пример 1, время 26-40 с на фиг 2).
В качестве параметра дифференциации сигналов ЭКГ, принадлежащих разным категориям - нормальный ритм, ФП и ФлП, предлагается использовать индекс регулярности
ритма для энергии ВП: Qj = Pj/∆Pj, где Pj - среднее значение энергии ВП на j - уровне
(j = 6-8), ∆Рj - стандартное отклонение. Для фибрилляции предсердий значения Q6-Q8 не
превышают порогового значения, равного 5, а при флаттере предсердий и при нормальном
сердечном ритме величины Q6-Q8 выше порога.
Способ осуществляют следующим образом.
У больного с предсердной аритмией регистрируют ЭКГ длительностью 10-40 с и проводят цифровую фильтрацию сигнала. Очищенный сигнал заносят в память компьютера в
форме цифровых отсчетов, далее данные передают в разработанный заявителем изобретения программный комплекс для реализации стационарного вейвлет-анализа сигнала ЭКГ.
На выходе получают зависимость распределения энергии ВП в полосах частот 3-8 Гц и
числовые значения индекса регулярности, по которым в автоматическом режиме проводится диагностика предсердной аритмии.
Пример 1.
40-секундные 2-электродные записи ЭКГ при холтеровском мониторировании пациента 04908 с эпизодом фибрилляции предсердий и трепетания предсердий (отсчеты
3572785-3582785), частота дискретизации сигнала 250 Гц [база данных ЭКГ: Massachusetts
Institute of Technology, Physionet Bank, The MIT-BIH Atrial Fibrillation Database].
Цифровые отсчеты ЭКГ передаются для анализа в компьютерный программный модуль (для операционной системы Windows), разработанный заявителем изобретения. Частота дискретизации сигнала ЭКГ доводится до 820 Гц (длина сигнала ЭКГ теперь
составляет 215 отсчетов, что было сделано для удобства проведения СтВП), удаляется
дрейф базовой линии и осуществляется вейвлет-фильтрация сигнала ЭКГ в полосе частот
1-30 Гц, определяются RR-интервалы и выполняется СтВП с помощью вейвлета Добеши
(db8). Выбираем n = 8, при этом центральная частота вейвлета db8 при частоте дискретизации сигнала 820 Гц и для уровней разложения j = 1-8 равна соответственно 273,3 136,6,
68,3, 34,2, 17,1, 8,5, 4,3 и 2,1 Гц. Величина энергии, приходящаяся на уровни декомпозиции j = 1-4 (т.е. высокочастотная составляющая сигнала ЭКГ в полосе 273-34 Гц, и которая передается коэффициентами детализации D1-D4) является критерием уровня шума
и/или наличия артефактов в ЭКГ (мышечных сокращений и пр.), поэтому участки ЭКГ,
где значения P1-Р4 > 0,005, из анализа автоматически удаляются. Диагностическую ценность при предсердных аритмиях имеют детализирующие коэффициенты D6-D8 и соответствующие распределения энергии ВП P6-P8 по уровням декомпозиции j = 6-8 с
центральными частотами вейвлета db8 от 17,1 до 2,1 Гц соответственно. На фиг. 2 приведен образец ЭКГ пациента 04908 с изменением типа предсердной аритмии (вверху) и распределение энергии ВП по уровням декомпозиции j = 5-8, усредненное в границах
текущего кардиоцикла (внизу). При фибрилляции предсердий стохастическое распределение энергии ВП по уровням декомпозиции с большим стандартным отклонением говорит
о том, что данный отрезок ЭКГ близок к стохастическим сигналам (фиг. 2, время 1-25 с).
Для данного образца по изменению стандартного отклонения Pj можно точно определить
момент прекращения фибрилляции предсердий и возникновения трепетания предсердий
(т.е. момент образования волны "re-entry", фиг. 2, время 26-40 с). Численные значения ин4
BY 16231 C1 2012.08.30
декса регулярности для эпизода ФП равны: Q6 = 3,9, Q7 = 1,6, Q8 = 4,8, а для эпизода трепетания предсердий соответственно: Q6 = 17,9, Q7 = 10,4, Q8 = 52,0.
Уровни, на которые приходится максимум энергии Pj, прямо соотносятся с доминантной частотой возбуждения предсердий. Например, частота доминантной гармонической
составляющей сигнала ЭКГ (фиг. 2, 25-39 с) определяется через средние весовые коэффициенты СтВП и центральные частоты вейвлета. Так, при учете вейвлет-коэффициентов
всего 3 уровней разложения j = 6-8 была получена частота гармонической составляющей,
равная 3,374 Гц.
Таким образом, при проведенном исследовании у пациента 04908 были выявлены эпизод фибрилляции предсердий (определено значение индексов регулярности меньше порога, равного 5), эпизод трепетания предсердий (значение индексов регулярности больше
порогового значения) и установлен момент изменения типа предсердной аритмии.
Пример 2.
Обрабатываются два 10-секундных образца ЭКГ одного пациента (пациент К., [РНПЦ
"Кардиология", г. Минск]), записанные с частотой дискретизации 1000 Гц, первый образец характеризуется как нормальный синусовый ритм, второй - как образец с фибрилляцией предсердий (фиг. 3). В первом эпизоде энергия ВП ЭКГ распределена достаточно
равномерно по уровням декомпозиции, т.е. нормальный синусовый ритм сердца характеризует четкое равномерное распределение энергии ВП по уровням декомпозиции с малым
стандартным отклонением энергии ВП. Для образца ЭКГ с фибрилляцией предсердий характерно хаотичное распределение энергии ВП по уровням декомпозиции с большим
стандартным отклонением энергии ВП и малым индексом регулярности. Численные значения индекса регулярности для эпизода нормального ритма равны: Q6 = 11,4, Q7 = 26,0,
Q8 = 23,9, а для эпизода ФП равны соответственно: Q6 = 3,1, Q7 = 1,8, Q8 = 3,8. Таким образом, при проведенном исследовании у пациента К. для второго образца ЭКГ было получено значение индексов регулярности меньше порога, равного 5, и диагностирована
фибрилляция предсердий.
Таким образом, описанный выше способ дифференциальной диагностики фибрилляции предсердий и трепетания предсердий в 1(2)-электродных ЭКГ заключается в получении сигнала ЭКГ, частотно-временном анализе ЭКГ с помощью вейвлет-преобразования в
полосе частот 3-8 Гц, получении распределения амплитуды коэффициентов вейвлетпреобразования сигнала ЭКГ и вычислении на их основе значений индексов регулярности,
и, если индексы регулярности не превышают порогового значения, равного 5, делают вывод о фибрилляции предсердий, а если больше - о трепетании предсердий.
Предложенный способ дифференциальной диагностики позволяет с высокой точностью и надежностью дифференцировать наиболее частые формы предсердных аритмий, а
именно фибрилляцию предсердий и трепетание предсердий, а также установить момент
изменения типа предсердной аритмии. Изобретение может быть использовано в клинической медицине для проведения диагностики больных с предсердными аритмиями, и на его
основе могут быть даны рекомендации о применении адекватной фармакологической помощи и радиочастотной абляции.
Источники информации:
1. Сыркин А.П., Добровольский А.В. Тактика лечения больных с постоянной формой
мерцательной аритмии: современное состояние проблемы // Consilium Medicum. - 2001. Т. 1. - № 10.
2. Недоступ А.В., Благова О.В., Богданова Э.А., Платонова А.А. Неинвазивный анализ
ритма предсердий и желудочков при мерцательной аритмии: прошлое, настоящее и будущее метода в клинической практике. - М.: Медиосфера, 2005.
5
BY 16231 C1 2012.08.30
3. Cantini F., Conforti F., Varanini M., Chiarugi F., Vrouchos G. Predicting the end of an
atrial fibrillation episode // Computers in Cardiology. - 2004. - V. 31. - P. 665-668.
4. Rieta J.J., Millet-Roig J., Zarzoso V. et. al. Atrial Fibrillation, atrial Flutter and normal sinus rhythm discrimination by means of blind source separation and spectral parameters extraction // Computers in Cardiology. - 2002. - V. 29. - P. 25-28.
5. Патент 10241, 2007 (прототип).
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
347 Кб
Теги
by16231, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа