<<
>>

Волновой анализ кардиосигналов как источник предикторов функционального состояния сердечно-сосудистой системы

Волновые процессы имеют тенденцию проникать во все природные явления. Кардиосигналы тоже имеют чётко выраженную волновую структуру. Отсюда вытекает один из методов анализа кардиосигналов - частотный.

Частотный метод анализа подразумевает способ разбиения какой-либо исходной кривой на набор кривых, каждая их которых находится в своём частотном диапазоне. Например, при анализе фонокардиограммы (ФКГ) исходный акустический сигнал разбивается с помощью пяти фильтров Мааса-Вебера на частотные поддиапазоны от Н до В2 [7].

Диапазон Н соответствует самым низкочастотным звуковым колебаниям и поэтому на нём хорошо видны тоны сердца. ФильтрВ2, напротив, пропускает и усиливает только самые высокочастотные звуки, показывая свистящие шумы.

Таким образом, частотный анализ в фонокардиографии позволяет разбить исходный сложноструктурируемый сигнал на вполне конкретные, тематически от дифференцированные области. Ту же самую цель преследует частотный анализ и в кардиоритмографии. Как и любой другой метод, он имеет ограничения, заключающиеся в следующем:

- анализу не подлежат ритмы, записанные у пациентов с заболеваниями, ведущими к отключению регуляции сердца со стороны ВНС (инсульт, определённые формы сахарного диабета и т.п.);

- из анализируемого ритма должны быть исключены все артефакты и эктопические ритмы;

- если водитель ритма расположен не в синусовом узле, не стоит прибегать к частотному методу анализа.

Таким образом, целесообразно анализировать только стационарные участки ритма. Основой частотного анализа является так называемая «функция вариации ритма» (ФВР). ФВР является аналогом акустического сигнала, малоинтересного для анализа. Настало время для частотных преобразований и, следовательно, надо решить, на какие частотные диапазоны необходимо разбивать ФВР. В отличие от ФКГ таких диапазонов будет три (рисунок 1.1):

Рисунок 1.1 - Частотный состав функции вариации ритма

1.

МВ1 Медленные волны первого порядка. Так обозначают сверхмедленные колебания с периодом больше 30 секунд. Если проводить аналогии с ЭКГ, их можно считать как бы дрейфом изолинии.

Интерпретация низкочастотного компонента весьма противоречива. Одни авторы рассматривают МВ, как маркер симпатической активности, другие считают, что в их образовании участвуют оба отдела ВНС. Это объясняется тем, что в некоторых состояниях, при симпатической активации уменьшается абсолютная мощность МВ. До сих пор физиологический спектр МВ остается неизвестным и требует дальнейшего изучения [7].

Необходимо учитывать, что ВСР измеряет колебания вегетативных влияний на сердце. Полагают, что генезис этих волн кроется в гуморальных влияниях. Некоторые исследования позволяют связывать МВ1 с колебаниями температуры, т.е. активностью гипоталамуса.

2. МВ2 Медленные волны второго порядка. Период этих колебаний лежит в диапазоне от 10 до 30 секунд и вопрос их происхождения является ключевым. Дело в том, что порождать эти волны может как симпатический, таки парасимпатический отдел вегетативной нервной системы. Эти колебания очень хорошо коррелируют с микро-колебаниями артериального давления.

Быстрые волны (БВ), т.е. колебания с периодом от 2 до10 секунд, порождает исключительно парасимпатический отдел ВНС и связаны они с фазами дыхания. Если наложить кривую реальной пневмограммы, которая регистрирует экскурсию диафрагмы, и график быстрых волн, то они практически совпадут.

Взаимосвязь БВ и пневмограммы показывает коэффициент корреляции. Этот коэффициент изменяется от 0 (анализируемые кривые абсолютно различны) до 100% (кривые абсолютно совпадают). При коэффициенте корреляции большем 20 % можно диагностировать выраженную дыхательную аритмию. Снижение этой величины говорит об ослабевании естественной связи фаз дыхания и колебания сердечного ритма. Такие изменения характерны при ИБС, НЦД по гипертоническому типу и т.п.

Проблемы частотного анализа непосредственно связаны с так называемым преобразованием Фурье.

Суть его сводится к тому, что любую кривую можно представить в виде суммы синусов различных частот и амплитуд. Каждый такой синус называется гармоникой сигнала и именно они являются предметом анализа. Каждая гармоника, т.е. частотная составляющая сигнала, имеет определённую мощность, измеряемую в мс*мс. Интуитивно понятно, что чем «больше», «крупнее» волна, тем больше её мощность.

Обычно результаты преобразования Фурье представляют в виде графика, по горизонтальной оси которого откладывается частота или номер определенной гармоники, а по вертикальной - соответствующая этой частоте мощность. Если провести анализ Фурье для кардиоритмограммы (КРГ), то получим график (рисунок 1.2)

Такой график принять называть частотным спектром мощности. Перейти от периодов волн к частотам не составляет труда- это взаимно обратные величины. Приведем их соответствующие значения:

МВ1 до 0,03 Гц;

МВ2 от 0,03 до 0,1 Гц;

БВ от 0,1 до 0,5 Гц.

На представленном на рисунке 1.2 спектре можно увидеть три характерных «горба», каждый из которых соответствует перечисленным волнам: МВ1, МВ2 и БВ.

Рисунок 1.2 - Преобразование Фурье кардиоритмограммы

Площадь под этим графиком является мощностью всей КРГ. Соответственно, чтобы определить мощность волн в конкретном частотном диапазоне, достаточно посчитать площадь, ограниченную сверху графиком, а слева и справа - вертикальными линиями, отсекающими соответствующий частотный диапазон. Таким образом, можно определить мощности волн в каждом из интересующих частотных диапазонов. Часто более эффективно представить распределение мощностей в виде диаграммы (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Диаграмма распределения мощности волн КРГ

Основываясь на анализе частотного спектра функции вариации, можно ввести следующую классификацию КРГ:

РГ1 - наличие существенных периодических изменений ритма (период от 2 до 10 с, так называемых дыхательных волн, соответствующих дыхательной или синусовой аритмиям.

РГ2 - отсутствие дыхательной аритмии и наличие волн МВ2 с периодом от 10 до 30 с.

РГ3 - отсутствие вышеописанной периодики и наличие волн большого периода МВ1 (период более 30 с).

РГ4 - стабильный или ригидный ритм.

На практике встречается, как правило, комбинация описанных периодик. У здоровых тренированных людей можно выделить два крайних варианта вегетативной регуляции ритма, приводящих к выраженной его стабильности

(РГ4): первый - максимальное влияние регуляции с относительным уменьшением влияния симпатической, а второй - максимальное влияние регуляции с относительным уменьшением влияния парасимпатической. В первом случае, стабильной ритм проявляется на фоне выраженной брадикардии и встречается в спокойном состоянии у спортсменов в период интенсивных тренировок. Во втором случае, стабильный ритм на фоне тахикардии встречается при субмаксимальной физической или психологической нагрузке.

Все остальные классы распределены между этими крайними вариантами по степени уменьшения влияния парасимпатической регуляции и увеличения симпатической (при условии нормальной частоты синусового ритма). Наличие дыхательной аритмии свидетельствует о превалировании парасимпатического влияния, замедленных волн - симпатического. Это показано на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Ритмограмма симпатической и вагусной направленности и их частотные спектры

Большим преимуществом частотного метода анализа является его точность. В то время как рассмотренные выше методы анализа КРГ смешивают центральные компоненты различного физиологического происхождения, частотный метод позволяет выделить нарушения отдельных механизмов известной периодичности. Так, высокочастотный пик, соответствующий БВ, исчезает при селективном угнетении тонуса блуждающего нерва. Повышение активности симпатических влияний на сердце при ортостатической пробе, блокаде ренин-ангиотензиновой системы, повышении артериального давления, стрессах проявляется увеличением мощности волн МВ2.

При назначении адреноблокаторов снижается мощность МВ2 и повышается мощность БВ.

Представляется информативным не только анализ исходных нарушений вегетативной регуляции, но и изучение реакции на различные физиологические стимулы. Предпринимались попытки сравнения мощности волн у пациентов с сердечной недостаточностью и здоровых людей до, во время и после ступенчатой физической нагрузки. До начала пробы мощность БВ и МВ2 была гораздо выше в контрольной группе. На пике нагрузочной пробы существенные различия между группами отсутствовали. Однако в течение восстановительного периода мощность обоих компонентов спектра возрастала в большей степени у здоровых людей. Другими словами, у больных сердечной недостаточностью наблюдается ухудшение вегетативной регуляции сердца. У здоровых же людей во время нагрузки отмечается снижение вагусной активности, а после прекращения пробы - постепенное восстановление мощности БВ [7].

Проводились исследования соответствия мощности БВ и возраста у здоровых людей. До сих пор считалось, что график этой зависимости является линейно убывающим, т.е. чем старше человек, тем меньше влияния оказывает на его сердечный ритм вагус. В [7] подвергли статистической обработке данные, полученные в ходе исследования примерно 400 пациентов в различных возрастных группах, и получили следующую зависимость представленную на рисунке 1.5.

Как видно из представленного графика, мощность быстрых волн убывает не монотонно. Максимум мощности приходится на детский и подростковой возраст и объясняется наличием ярко выраженной дыхательной аритмии. Самый интересный участок - промежуток от 20 до 40 лет, представляющий из себя равномерное плато с такой мощностью БВ, которая позволяет говорить о преимущественном влиянии парасимпатического отдела ВНС. Другими словами, это период максимальной стабильности и сохранности организма.

Рисунок 1.5 - Зависимость мощности БВ от возраста

Используя этот график, можно сопоставить результаты обследования пациентов с представленными величинами.

Французские исследователи провели сравнение результатов измерения размеров КРГ с результатами определения мощности быстрых (дыхательных) и медленных (недыхательных) волн сердечного ритма. Как и следовало ожидать, величина расстояния точек от биссектрисы (по горизонтали) очень хорошо коррелировала с величиной быстрых волн, а ширина всей совокупности точек, то есть ширинаовала (размах), коррелировала с величиной медленных волн [7].

Таким образом, подтвердилась гипотеза о связи КРГ с дыхательной артерией.

1.4

<< | >>
Источник: Петрова Татьяна Владимировна. МЕТОДЫ И МОДЕЛИ ДЛЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫХ РИСКОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПОКАЗАТЕЛЕЙ СИНХРОННОСТИ СИСТЕМНЫХ РИТМОВ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. КУРСК - 2018. 2018

Еще по теме Волновой анализ кардиосигналов как источник предикторов функционального состояния сердечно-сосудистой системы:

  1. Оглавление
  2. Волновой анализ кардиосигналов как источник предикторов функционального состояния сердечно-сосудистой системы
- Акушерство и гинекология - Анатомия - Андрология - Биология - Болезни уха, горла и носа - Валеология - Ветеринария - Внутренние болезни - Военно-полевая медицина - Восстановительная медицина - Гастроэнтерология и гепатология - Гематология - Геронтология, гериатрия - Гигиена и санэпидконтроль - Дерматология - Диетология - Здравоохранение - Иммунология и аллергология - Интенсивная терапия, анестезиология и реанимация - Инфекционные заболевания - Информационные технологии в медицине - История медицины - Кардиология - Клинические методы диагностики - Кожные и венерические болезни - Комплементарная медицина - Лучевая диагностика, лучевая терапия - Маммология - Медицина катастроф - Медицинская паразитология - Медицинская этика - Медицинские приборы - Медицинское право - Наследственные болезни - Неврология и нейрохирургия - Нефрология - Онкология - Организация системы здравоохранения - Оториноларингология - Офтальмология - Патофизиология - Педиатрия - Приборы медицинского назначения - Психиатрия - Психология - Пульмонология - Стоматология - Судебная медицина - Токсикология - Травматология - Фармакология и фармацевтика - Физиология - Фтизиатрия - Хирургия - Эмбриология и гистология - Эпидемиология -