Спосіб вимірювання qt, qrs, st-t-інтервалів кардіоциклу і пристрій для його здійснення

Реферат: Винахід належить до галузі медицини і стосується способу та пристрою вимірювання QT, QRS і ST-T-інтервалів кардіоциклу. У винаході передбачено реєстрацію електромагнітних сигналів серця з використанням магнітних сенсорів модуля реєстрації електромагнітних сигналів серця, які виділяють магнітну складову електромагнітних сигналів серця і записують зміни магнітного поля в одній площині над грудною клітиною пацієнта, при аналізі і розпізнаванні даних за допомогою модуля перетворення і аналізу сигналів будують одномоментні карти магнітного поля з використанням магнітних сигналів серця, записаних і попередньо оброблених, та вирішують обернену задачу з побудовою одномоментних карт розподілу векторів щільності струму джерел, що випромінюють зареєстровані магнітні сигнали, причому кожна карта відображається з часовим інтервалом не більше 4 мілісекунд, а перед кінцевою обробкою за допомогою модуля обчислення глобальної щільності струму обчислюють для кожної карти розподілу векторів щільності струму одномоментні величини глобальної щільності струму протягом часового інтервалу всього кардіоциклу або його окремих ділянок, при кінцевій обробці, обчислюючи тривалість QT, QRS, ST-T-інтервалів кардіоциклу, за початок і кінець часового інтервалу приймають момент часу, коли крива зміни величини глобальної щільності струму досягає або перетинає лінію нульових значень. UA 100450 C2 (12) UA 100450 C2 UA 100450 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до медицини, зокрема до кардіології, і може бути використаний у функціональній діагностиці серцево-судинних захворювань. Проблема боротьби із серцево-судинними захворюваннями була і залишається однією з головних пріоритетних задач вчених і лікарів всього світу. Приблизно в 70 % випадків смерть від ішемічної хвороби серця відбувається раптово. У 25-30 % випадків раптова серцева смерть буває першим і останнім проявом ішемічної хвороби серця. Особливу значимість здобуває своєчасне прогнозування електричної нестабільності міокарда, яка є ключовою при аналізі аритмогенних механізмів смерті. За допомогою методів, які отримали достатнє поширення холтерівське моніторування електрокардіограми (ЕКГ), навантажувальні тести, ехокардіографія (фракція викиду) - встановити ступінь ризику раптової смерті у конкретного хворого поки що не є можливим. Існує метод електрофізіологічного дослідження і програмованої стимуляції, проте внаслідок складності проведення та ризику для хворого він не може бути рекомендований для широкого застосування. Протягом останнього десятиріччя активно вивчаються можливості методу реєстрації пізніх потенціалів шлуночків (ППШ). Пізні потенціали серця являють собою низькоамплітудні високочастотні сигнали в кінці комплексу QRS, які поширюються на сегмент ST, відображають уповільнену фрагментовану активність шлуночків. Анатомічною основою пізніх потенціалів є гетерогенність міокарда: життєздатна тканина чергується з ділянками некрозу та фіброзу, що призводить до асинхронної фрагментації електричних сигналів, уповільненню поширення деполяризації. Ділянки міокарда з уповільненою шлуночковою деполяризацією можуть являти собою субстрат для re-entry - основного механізму розвитку шлуночкової тахікардії, а пізні потенціали шлуночків є маркерами цього аритмогенного субстрату. Проте, як показує аналіз опублікованих літературних і наших власних даних, результати перерахованих методик мають низьку специфічність і прогностичну цінність позитивного та негативного результатів. Патологічні зміни в міокарді супроводжуються різноманітними порушеннями електричної активності серця, але всі вони характеризуються спільними закономірностями аномальної зміни густини струму дії та прогностично несприятливі по відношенню до виникнення фатально небезпечних порушень ритму. Саме це прогностично значиме визначення і має лежати в основі методики виявлення та оцінки виразності електричної нестабільності міокарду. Як відзначається у численних наукових літературних джерелах і рекомендаціях, в клінічних умовах єдиним доступним в наш час методом аналізу електричної нестабільності міокарда, яка відображає його вразливість відносно до розвитку погрожуючих життю аритмій, є оцінка QT, QRS і ST-T інтервалів кардіоціклу. Сучасні підходи до оцінки електричної нестабільності міокарду з використанням вимірювань QT, QRS і ST-T інтервалів кардіоціклу описані в наступних джерелах: Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. М.: Мир, 1982. с. 187-189; O. V.Melnik New integrated methods of elements of electrocardiosignal morphology parameters estimation // ESBME 2006 Proceedings, S5.126; RU № 2261653 С1, А61В 5/0452, 2005, Способ выделения ST-сегмента электрокардиосигнала в реальном времени и устройство для его осуществления; Мельник О. В., Михеев А. А. Оценка достоверности спектральных показателей формы STсегмента с учетом характера выбора временного окна преобразования // Международная научно-техническая конференция «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций». Материалы конференции. Рязань, 2003; RU № 2219828 С2, А61В 5/02, 2003, О. А. Зуйкова, А. А. Михеев Способ выделения начала кардиоцикла и устройство для его осуществления; Savelieva I. et al. "Agreement and reproducibility of automatic versus manual measurement of QT dispersion", American Journal of Cardiology, Cahners Publishing Co., Newton, MA, vol. 81, 1998, pp. 471-477; Cohen T. J. et al. "A simple electrocardiographic algorithm for detecting ventricular tachycardia", PACE--Pacing and Clinical Electrophysiology, Futura Publishing Company, Inc., vol. 20, No. 10, Part 1, Oct. 1, 1997, pp. 2412-2418, US Patent 5,560,370, A61B 005/468, 1996, Verrier et al. Method and apparatus for prediction of cardiac electrical instability by simultaneous assessment of T-wave alternans and QT interval dispersion - October; US Patent 6,577,894 B2, A61B 5/05, 2003, Timothy Callahan, William Shell, Quantitative method and apparatus for measuring QT intervals from ambulatory electrocardiographic recordings. У зазначених джерелах загальною і характерною особливістю описаних способів і пристроїв є аналіз тривалості вибраних часових інтервалів кардіоциклу на основі запису електричної 1 UA 100450 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 компоненти електромагнітних сигналів серця шляхом реєстрації різниці потенціалів на поверхні тіла людини (електрокардіограма - ЕКГ) з наступною їх обробкою і виділенням моментів часу початку і закінчення вибраних для аналізу QRS,QT і ST-T інтервалів. Складні закони зміни параметрів форми зубців R і Т в залежності від механізмів і патології пошкодження міокарда суттєво обмежують можливості цих способів і пристроїв. Найближчими до винаходів, що заявляються, є спосіб вимірювання QT інтервалу в електрокардіограмі і пристрій для його здійснення [US Patent 7,627,369, А61В5/0452, 2009. Hunt. Лініюпу Charles (Devon. GB), Qt-Interval Measurement in the Electrocardiogram. Int.]. Пристрій містить такі модулі: модуль реєстрації сигналу, вихід якого з'єднано з модулем попередньої обробки сигналу, який містить аналогові і цифрові перетворювачі, фільтри і накопичувачі оброблених сигналів і який з'єднано з модулем перетворення і аналізу сигналів, сполученим з модулем обчислення QT, QRS і ST-T-інтервалів. За допомогою модуля реєстрації сигналу, що контактує за допомогою електродів з поверхнею тіла людини у визначених місцях, реєструють зміну потенціальної компоненти електромагнітного сигналу серця. Сигнали з виходу модуля реєстрації сигналу надходять до модуля попередньої обробки сигналу, де здійснюють аналіз і розпізнавання даних для виділення за допомогою набору спеціальних алгоритмів и програм початкових і кінцевих моментів часу часових інтервалів кардіоциклу, вибраних для аналізу. Кінцеву стадію обробки сигналів здійснюють за допомогою модуля обчислення QT, QRS і ST-T-інтервалів. Проте суттєвим обмеженням точності і можливості клінічного застосування такого способу і пристрою вимірювання QT, QRS і ST-T-інтервалів кардіоциклу є реєстрація електричної компоненти електромагнітних сигналів серця з наступним аналізом кривої зміни значень цієї компоненти протягом самого кардіоциклу. Вимірюючи потенційні сигнали, лікар має справу з комбінованим потенціалом дії, а не з показниками електрофізіологічного стану окремих ділянок міокарду, у випадку з дискордантними відведеннями - з проекцією глобального вектора електричної осі серця, яка практично виключає топографічну вибірковість у відображенні електричної активності серця. Усе це суттєво обмежує можливості діагностики з використанням електропотенційного вимірювання. В основу винаходу поставлено задачу підвищення точності і достовірності вимірювання QT, QRS, ST-T-інтервалів кардіоциклу без залежності від закону їх змін і патологічних пошкоджень. Друга задача, яку поставлено в основу винаходу, - це створення пристрою вимірювання QT, QRS, ST-T-інтервалів кардіоциклу. Поставлену задачу вирішують тим, що в способі вимірювання QT, QRS, ST-T-інтервалів кардіоциклу, згідно з яким, реєструють електромагнітні сигнали серця за допомогою модуля реєстрації електромагнітних сигналів серця, потім здійснюють попередню обробку сигналів фільтруванням, усередненням і готуванням до аналізу за допомогою модуля попередньої обробки сигналу, після цього аналізують і розпізнають дані за допомогою модуля перетворення і аналізу сигналів, а кінцеву обробку здійснюють за допомогою модуля обчислення тривалості QT, QRS, ST-T-інтервалів кардіоциклу, які слугують маркерами електричної нестабільності міокарда, згідно з винаходом, в процесі реєстрації електромагнітних сигналів серця використовують магнітні сенсори модуля реєстрації електромагнітних сигналів серця, які виділяють магнітну складову електромагнітних сигналів серця і записують зміни магнітного поля в одній площині над грудною клітиною пацієнта, при аналізі і розпізнаванні даних за допомогою модуля перетворення і аналізу сигналів будують одномоментні карти магнітного поля з використанням магнітних сигналів серця, записаних і попередньо оброблених, та вирішують обернену задачу з побудовою одномоментних карт розподілу векторів щільності струму джерел, що випромінюють зареєстровані магнітні сигнали, причому кожна карта відображається з часовим інтервалом не більше 4 мілісекунд, а перед кінцевою обробкою за допомогою модуля обчислення глобальної щільності струму обчислюють для кожної карти розподілу векторів щільності струму одномоментні величини глобальної щільності струму протягом часового інтервалу всього кардіоциклу або його окремих ділянок, при кінцевій обробці, обчислюючи тривалість QT, QRS, ST-T-інтервалів кардіоциклу, початком і кінцем часового інтервалу вважають момент часу, коли крива зміни величини глобальної щільності струму досягає або пересікає лінію нульових значень. Другу поставлену задачу вирішують тим, що в пристрій вимірювання QT, QRS і ST-Tінтервалів кардіоциклу, який містить послідовно з'єднані модуль реєстрації електромагнітних сигналів серця, модуль попередньої обробки сигналів, видалення артефактів, усереднення, накопичення в пам'яті комп'ютера, що включає програмні фільтри низьких і високих частот, модуль перетворення і аналізу сигналів і модуль обчислення тривалості QT, QRS і ST-Tінтервалів, згідно з винаходом, додатково введено модуль обчислення глобальної щільності 2 UA 100450 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 струму, вхід якого підключено до виходу модуля перетворення і аналізу сигналів, а вихід - до входу модуля обчислення QT, QRS і ST-T-інтервалів, в модуль реєстрації електромагнітних сигналів серця додатково введені магнітні сенсори для реєстрації магнітної складової електромагнітних сигналів серця, а модуль перетворення і аналізу сигналів виконано з можливістю побудови карт магнітного поля і карт розподілу векторів щільності струму для кожного моменту кардіоциклу. Використання замість вимірювання потенційних електричних сигналів пристрою і способу вимірювання магнітного поля в одній площині над грудною клітиною пацієнта дозволяють розширити можливості точнішого розпізнавання часових змін терміну ділянок кардиоциклу і підвищити достовірність виявлення часових параметрів QT, QRS і ST-T-інтервалів кардіоциклу без залежності від закону їх зміни і патологічних пошкоджень, що, в свою чергу, сприяє забезпеченню якіснішого діагностування захворювань серцево-судинної системи людини, яке дозволяє здійснювати адекватні терапевтичні дії у тих пацієнтів, у яких виявлена підвищена електрична нестабільність міокарда. Винахід пояснюється схемою, на якій зображено пристрій вимірювання QT, QRS ST-Tінтервалів кардіоциклу, що включає послідовно з'єднані модулі 1, 2, 3, 4, 5. Модуль 1 - це модуль реєстрації електромагнітних сигналів серця, що містить програмні фільтри низьких і високих частот, вузькосмугові фільтри і фільтри адаптивної компенсації перешкод, магнітні сенсори для реєстрації магнітної складової електромагнітних сигналів серця. Модуль 2 - це модуль попередньої обробки сигналів, видалення артефактів, усереднення, накопичення в пам'яті комп'ютера, що включає програмні фільтри низьких і високих частот. Модуль 3 - це модуль перетворення і аналізу сигналів. Модуль 4 - це модуль обчислення глобальної щільності струму. Модуль 5 - це модуль обчислення QT, QRS і ST-T-інтервалів. Спосіб здійснюють наступним чином. Вимірюють магнітне поле над грудною клітиною пацієнта за допомогою магнітних сенсорів, чутливих до магнітної компоненти електричних сигналів серця (модуль 1). Послідовно виконують введення сигналів, збереження результатів вимірювань у базі даних і цифрову переробку сигналів. Обробка даних складається з очищення від перешкод з послідовним проведенням цифрової фільтрації з використанням програмних фільтрів низьких і високих частот, вузькосмугових фільтрів і фільтрів адаптивної компенсації перешкод. При обробці даних виконують синхронізацію з електрокардіограмою та розбиття даних на кардіоцикли, видалення небажаних кардіоциклів, усереднення даних (модуль 2). Побудову еквііндукційніх магнітокардіографічних (МКГ) карт та вирішення оберненої задачі виконують за допомогою модуля 3. Кінцеві результати МКГ-картування відображають у вигляді карт векторів щільності струмів (ВЩС) у площині, паралельній фронтальній. Кожен одиночний ВЩС, отриманий у результаті розв'язання «оберненої задачі», має свій напрям, величину і положення на фронтальній площині. Подальше перетворення сигналів здійснюють за допомогою модуля 4. Окрім аналізу одиночних карт ВЩС, в модулі 4 проводять також аналіз динаміки змін глобальної щільності струму протягом інтервалів кардіоциклу, вибраних для аналізу. Кінцева стадія обчислення QT, QRS і ST-T-інтервалів здійснюють за допомогою модуля 5. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 60 1. Спосіб вимірювання QT, QRS, ST-T-інтервалів кардіоциклу, згідно з яким реєструють електромагнітні сигнали серця за допомогою модуля реєстрації електромагнітних сигналів серця, потім здійснюють попередню обробку сигналів фільтруванням, усередненням і готуванням до аналізу за допомогою модуля попередньої обробки сигналу, після цього аналізують і розпізнають дані за допомогою модуля перетворення і аналізу сигналів, а кінцеву обробку здійснюють за допомогою модуля обчислення тривалості QT, QRS, ST-T-інтервалів кардіоциклу, які слугують маркерами електричної нестабільності міокарда, який відрізняється тим, що в процесі реєстрації електромагнітних сигналів серця використовують магнітні сенсори модуля реєстрації електромагнітних сигналів серця, які виділяють магнітну складову електромагнітних сигналів серця і записують зміни магнітного поля в одній площині над грудною клітиною пацієнта, при аналізі і розпізнаванні даних за допомогою модуля перетворення і аналізу сигналів будують одномоментні карти магнітного поля з використанням магнітних сигналів серця, записаних і попередньо оброблених, та вирішують обернену задачу з побудовою одномоментних карт розподілу векторів щільності струму джерел, що випромінюють зареєстровані магнітні сигнали, причому кожна карта відображається з часовим інтервалом не більше 4 мілісекунд, а перед кінцевою обробкою за допомогою модуля обчислення глобальної 3 UA 100450 C2 5 10 15 щільності струму обчислюють для кожної карти розподілу векторів щільності струму одномоментні величини глобальної щільності струму протягом часового інтервалу всього кардіоциклу або його окремих ділянок, при кінцевій обробці, обчислюючи тривалість QT, QRS, ST-T-інтервалів кардіоциклу, за початок і кінець часового інтервалу приймають момент часу, коли крива зміни величини глобальної щільності струму досягає або перетинає лінію нульових значень. 2. Пристрій вимірювання QT, QRS і ST-T-інтервалів кардіоциклу, який містить послідовно з'єднані модуль реєстрації електромагнітних сигналів серця, модуль попередньої обробки сигналів, видалення артефактів, усереднення, накопичення в пам'яті комп'ютера, що включає програмні фільтри низьких і високих частот, модуль перетворення і аналізу сигналів і модуль обчислення тривалості QT, QRS і ST-T-інтервалів, який відрізняється тим, що додатково введено модуль обчислення глобальної щільності струму, вхід якого підключено до виходу модуля перетворення і аналізу сигналів, а вихід - до входу модуля обчислення QT, QRS і ST-Tінтервалів, в модуль реєстрації електромагнітних сигналів серця додатково введені магнітні сенсори для реєстрації магнітної складової електромагнітних сигналів серця, а модуль перетворення і аналізу сигналів виконано з можливістю побудови карт магнітного поля і карт розподілу векторів щільності струму для кожного моменту кардіоциклу. Комп’ютерна верстка Шеверун Д.М. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4