Способ обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда

Способ обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к медицине, в частности к кардиологии, и может быть использовано в автоматическом режиме для дифференциальной диагностики инфаркта миокарда (ИМ) и его осложнений по данным электрокардиографического обследования пациента при скрининге или в условиях скорой и неотложной помощи.

Известен способ диагностики Q-инфаркта миокарда [1], заключающийся в регистрации множественных отведений, определении амплитудных значений зубцов Q и R, построении 2-мерных карт, выделении на них зон отрицательных значений и при наличии обеих зон диагностике Q-инфаркта миокарда. Метод регистрации множественных отведений или ЭКГ-картирование сердца [2], на котором основан известный способ диагностики Q-инфаркта миокарда, является одним из наиболее информативных методов исследования электрической активности миокарда. ЭКГ-картирование сердца позволяет получить максимальную информацию об особенностях электрического поля сердца в любой момент деполяризации и реполяризации желудочков, однако требует участия при диагностике высококвалифицированного специалиста, использования дорогостоящей аппаратуры и значительных затрат времени на проведение одного исследования. Поэтому данный метод невозможно использовать при скрининге или в условиях скорой и неотложной помощи.

Известен также способ диагностики инфаркта миокарда [3], включающий автоматический съем электрокардиосигнала (ЭКС) в трех стандартных, трех усиленных отведениях от конечностей и шести грудных отведениях, автоматический анализ полученных данных в виде определения набора параметров, таких как продолжительность самого длительного, самого короткого, усредненного кардиоцикла и формирование диагностического заключения.

Для представительного кардиоцикла определяют параметры элементов ЭКС: вычисляют частоту сердечных сокращений, производят анализ на заболевания, связанные с нарушением сердечного ритма, вычисляют длительность и амплитуду положительных комплексов Р, R, Т, отрицательных комплексов Р, Q, S, Т, сегментов PQ, QT, ST, RR в каждом отведении; определяют значение направления электрической оси сердца (ЭОС). По данным измерений во всех отведениях формируют диагностическое заключение с использованием электрокардиологической и клинико-морфологической терминологии.

Недостатком данного способа диагностики инфаркта миокарда является ограниченность набора критериев для формирования непротиворечивого заключения [4].

Наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ обработки электрокардиосигнала в динамике для диагностики инфаркта миокарда [5], включающий автоматический съем ЭКС пациента в трех стандартных, трех усиленных и шести грудных отведениях, его регистрацию, оцифровку и анализ, формирование при анализе ЭКС кода снимаемых данных последовательно во всех отведениях, построение исходного контурного графа с заданными параметрами его вершин и ребер, определение набора параметров из них, который используют для комплексного анализа контура ЭКС, определение подграфов QRS-комплекса, Р-комлекса, T-комплекса, ST-сегмента и PT-сегмента в каждом отведении, распознавание подграфов, соответствующих шумовым искажениям ЭКС, с последующей сглаживающей деформацией исходного контурного графа, формирование контурного описания конфигурации элементов и их взаиморасположения, выявление отклонений ЭКС, связанных с нарушением сердечного ритма, проводимости сердца и ишемическими изменениями его работы, и формирование диагностического заключения.

Недостатком известного способа обработки ЭКС для диагностики ИМ является невысокая достоверность диагностики инфаркта миокарда, обусловленная тем, что при анализе ЭКС не учитываются характерные особенности различных по своей природе информационных параметров (ИП) ЭКС.

Как следует из формулы изобретения известного способа обработки ЭКС для диагностики ИМ, его суть заключается в «определении амплитудно-интервальных параметров элементов ЭКС с формированием контурного описания конфигурации элементов и их взаиморасположения и выявлении отклонения ЭКС». Другими словами, «формирование диагностического заключения» в известном способе диагностики ИМ осуществляется на основе амплитудно-временного анализа ИП ЭКС.

На фигуре 1 приведена схема известного способа обработки электрокардиосигнала в динамике для диагностики инфаркта миокарда.

На фигуре 2 приведена схема алгоритма комплексного контурного анализа (ККА) ЭКС известного способа обработки электрокардиосигнала в динамике для диагностики инфаркта миокарда.

На фигуре 3 приведена схема, иллюстрирующая метод «диагональ прямоугольника», используемый при построении исходного контурного графа для выявления точек или участков разграничения ЭКС.

На фигуре 4 приведена схема построения вершины исходного контурного графа.

На фигуре 5 приведена схема формирования контурного описания элементов ЭКС.

На фигуре 6 представлена схема фильтрации помех при построении исходного контурного графа.

На фигуре 7 приведены исходные ЭКС пациента.

Согласно фигуре 1, в известном способе обработки электрокардиосигнала в динамике для диагностики инфаркта миокарда выполняются следующие этапы:

1. Съем и регистрация ЭКС. На этом этапе осуществляется съем и регистрация ЭКС в трех стандартных, трех усиленных и шести грудных отведениях с помощью устройства регистрации ЭКС. При съеме и регистрации ЭКС решаются вопросы:

- электрического взаимодействия между электродом и тканью кожи в месте расположения электродов;

- электрической безопасности пациента;

- усиления ЭКС, подавления помех, устранения артефактов;

- сопряжения устройства регистрации ЭКС с компьютером.

После этапа съема и регистрации на вход компьютера поступают отфильтрованные, оцифрованные ЭКС (см. фигуру 7).

2. Обработка ЭКС, включающая блок «Оцифровка ЭКС» и блок «Комплексный контурный анализ ЭКС».

В блоке «Оцифровка ЭКС» выполняется дискретизация ЭКС согласно стандарту SCP-ECG [6] и представление ЭКС в виде последовательности дискретных отсчетов, однозначно определяющих первичную диагностическую информацию. Теоретическим обоснованием процесса дискретизации является теорема отсчетов Котельникова.

Блок «Комплексный контурный анализ ЭКС» (см. фигуру 2) является основным блоком, в котором отражена суть известного способа обработки электрокардиосигнала в динамике для диагностики инфаркта миокарда. В данном блоке осуществляется анализ ЭКС на предмет наличия ИМ и выполняются следующие действия:

- построение исходного контурного графа. Это действие выполняется для каждого отведения ЭКС путем преобразования исходных дискретных отчетов в код контурного графа с заданными параметрами его вершин и ребер. Под графом понимается совокупность двух множеств (множество вершин и множество ребер), между элементами которых определено отношение инцидентности, причем элемент множества ребер инцидентен ровно двум элементам множества вершин. В качестве набора параметров вершин и ребер исходного контурного графа выбирают их координаты, тип вершины контурного графа, определяемый типом участка монотонности кривой между парой вершин со стороны выпуклости и вогнутости фрагмента ЭКС, и параметры, определяющие построение вершин, например углы (см. фигуру 4);

- определение подграфов отдельных элементов ЭКС. На этом этапе осуществляется выявление подграфов QRS-комплексй, Р-зубца, Т-зубца, 5Т-сегмента и РГ-сегмента в каждом отведении. Подграфом элемента ЭКС является часть исходного контурного графа ЭКС, которой принадлежат все ребра и вершины данного элемента ЭКС. Выявление подграфов элементов ЭКС производят с использованием распознавательных признаков, основанных на анализе конфигурации и параметров четырехугольных подграфов смежных участков монотонности [5];

- распознавание подграфов, соответствующих шумовым искажениям ЭКС, осуществляет сглаживающую деформацию исходного контурного графа (см. фигуру 6). В качестве подграфов, соответствующих шумовым искажениям ЭКС, путем набора предикатов выявляют подграфы пар ложных пиков малой амплитуды, подграфы скачков или подграфы высоких пиков. Подграфы пар ложных пиков малой амплитуды выявляют по формульной расшифровке подграфа представительного кардиоцикла с использованием алгоритмов отслеживания и защиты от деформирования Р и Q комплексов малой амплитуды. Подграфы скачков и подграфы высоких пиков выявляют по формульной расшифровке подграфа представительного кардиоцикла. Выявление подграфа представительного кардиоцикла производят по критерию близости к средней продолжительности сегмента РР на всем промежутке съема ЭКС [5];

- формирование контурного описания конфигурации элементов ЭКС [5] (см. фигуру 5). При этом осуществляют:

определение положения вершины подграфа элемента ЭКС, соответствующей левой и правой разграничительной точке данного элемента относительно соседних элементов и истинной нулевой линии, являющейся подграфом исходного контурного графа, описывающим изолинию ЭКС;

формирование описания формы элементов ЭКС после обработки графа системой набора предикатов, включающее описание формы пика в целом в терминологии геометрических идеальных типовых кривых, определение положения оси пика относительно вертикали, наличие признаков симметричности форм проксимального и дистального колен пика, описание формы проксимального и дистального колен пика с описанием взаимного расположения колен и истинной нулевой линии;

выявление соотношения амплитуд положительных и отрицательных пиков элементов ЭКС, а для пиков Р и Q - соотношения их амплитуд с нулем;

- выявление ЭКС признаков ИМ для ККА осуществляется путем сравнения элементов ЭКС, представленных в формате контурных графов, с их шаблонными значениями. В случае совпадения одного из предикатов описания формы элемента ЭКС определяют наличие указательных и реципрокных признаков для конкретного заболевания ИМ.

3. Формирование диагностического заключения. На этом этапе осуществляется интерпретация данных, полученных в результате работы блока «Комплексный контурный анализ ЭКС», и выдача диагностического заключения. Важным принципом компьютерной диагностики является то, что результаты диагностики нельзя выдавать за диагноз. Диагноз с формулировкой по Международной Классификации Болезней (МКБ) [7] ставит только лечащий врач на основании осмотра, симптоматики, анамнеза заболевания и результатов диагностики.

Из приведенного описания известного способа следует, что интерпретация данных, полученных в результате обработки информации, осуществляется путем сравнения элементов ЭКС, представленных в формате контурных графов, с их шаблонными значениями.

В настоящее время при анализе ЭКС в стандартных отведениях преобладает статистический подход, заключающийся в сравнении зарегистрированного ЭКС в стандартных отведениях с имеющимися ЭКС из «эталонной базы данных» [8]. Функционирование всех известных ЭКС-анализаторов основано на допущении о вероятности попадании искомого элемента ЭКС в заданный интервал по времени и амплитуде. Действительно, постулат «двух одинаковых ЭКС не бывает» подразумевает наличие доверительного интервала, в котором располагаются значения ИП элементов ЭКС. Критерием принадлежности ЭКС к определенному типу заболевания является попадание в доверительный интервал значений ИП элементов ЭКС. Существуют «эталонные базы данных» ЭКС (Миннесотский и Гарвардский коды [9, 10]), которые представляет собой общепризнанную классификацию ИП элементов ЭКС в амплитудно-временной области, основанную на обширных статистических исследованиях вариабельности ЭКС. Критерии «эталонных баз данных» ЭКС - порядка 109000 ИП элементов ЭКС - служат объективным показателем оценки соответствующих количественных значений длительностей и амплитуд зубцов и интервалов ЭКС. Параметры ЭКС в норме приведены в таблице 1 [11].

Таблица 1
Элементы	Продолжительность, с	Амплитуда, мм
Зубцы
Р	0,06-0,1	0,05-2,5
Q	<0,03	<1/4 R
R	0,03-0,04	<8 (в I, II), <25 (в VI)
S	0,03	до 20 (V5,6 до 26)
Т	0,16	<1/2-1/3; R (II отв. до 1/4 R)
U	0,06-0,16	2-3
Интервал
P-Q	0,12-0,2	-
Q-T	0,35-0,42	-
R-R	0,75-1,0	-
Сегмент
S-T	0,02-0,12	-
Комплекс
QRS	0,06-0,09 (0,1)	-

Вариабельность параметров обуславливает необходимость индивидуального подхода к оценке состояния сердечно-сосудистой системы (ССС). Видный американский кардиолог Уайт (White), который описал своеобразную форму функциональной патологии сердца - так называемый синдром Вольфа-Паркинсона-Уайта (синдром WPW), отмечал: «Границы нормы для сердца остаются сегодня в кардиососудистой физиологии одной из наиболее трудных проблем в точной оценке и диагностике сердечно-сосудистых заболеваний, одними из наиболее важных и часто пренебрегаемых величин» [12].

В настоящее время достигнут определенный предел диагностических возможностей методов анализа ЭКС в стандартных отведениях по выявлению электрической нестабильности миокарда, а также решению других диагностических задач. Суть известных неинвазивных способов автоматической синдромной диагностики сводится к анализу изменений контура ЭКС, выявлению на ЭКС характерных точек, измерению интервально-амплитудных параметров и отношений между выявленными точками. Затем ЭКС по ряду обучающих признаков относят к одному из известных классов ЭКС.

Главная задача электрокардиографической диагностики ИМ - не пропустить патологическое состояние ССС. Очевидно, что для решения данной задачи необходимо совершенствование методов электрокардиографической диагностики.

Изобретение направлено на повышение достоверности диагностики инфаркта миокарда путем расширения области представления диагностической информации за счет анализа характерных особенностей различных по своей природе ИП ЭКС.

Это достигается тем, что в способ обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда, включающий автоматический съем ЭКС пациента в трех стандартных, трех усиленных и шести грудных отведениях, его регистрацию, оцифровку и анализ, формирование при анализе ЭКС кода снимаемых данных последовательно во всех отведениях, построение исходного контурного графа с заданными параметрами его вершин и ребер, определение набора параметров из них, который используют для комплексного анализа контура ЭКС, определение подграфов QRS-комплекса, Р-комлекса, T-комплекса, ST-сегмента и PT-сегмента в каждом отведении, распознавание подграфов, соответствующих шумовым искажениям ЭКС, с последующей сглаживающей деформацией исходного контурного графа, формирование контурного описания конфигурации элементов и их взаиморасположения, выявление отклонений ЭКС, связанных с нарушением сердечного ритма, проводимости сердца и ишемическими изменениями его работы, и формирование диагностического заключения, введены выделение кардиоцикла, комбинированный анализ ЭКС, выбор результата комбинированного анализа ЭКС, при комбинированном анализе ЭКС во всех отведениях осуществляют выявление ЭКС признаков инфаркта миокарда и оценку состояния ССС по результатам анализа ЭКС в амплитудно-временной, частотно-временной и амплитудно-фазовой областях, а также нейросетевой анализ ЭКС, включающий построение решающих правил для нейросетевого анализа ЭКС и оценку состояния ССС по результатам нейросетевого анализа ЭКС.

При этом анализ ЭКС в амплитудно-временной области осуществляется путем определения амплитудно-временных параметров ЭКС в 12 стандартных отведениях, определения ЭКС признаков инфаркта миокарда в амплитудно-временной области, сравнения амплитудно-временных параметров ЭКС в 12 стандартных отведениях с ЭКС признаками инфаркта миокарда в амплитудно-временной области, выдаче заключения «Подозрение на инфаркта миокарда» в случае совпадения при сравнении и выдаче заключения «Признаков инфаркта миокарда не обнаружено» в случае несовпадения при сравнении.

При этом анализ ЭКС в частотно-временной области осуществляется путем определения частотно-временных параметров ЭКС в 12 стандартных отведениях, определения ЭКС признаков инфаркта миокарда в частотно-временной области, сравнения частотно-временных параметров ЭКС в 12 стандартных отведениях с ЭКС признаками инфаркта миокарда в частотно-временной области, выдаче заключения «Подозрение на инфаркт миокарда» в случае совпадения при сравнении и выдаче заключения «Признаков инфаркта миокарда не обнаружено» в случае несовпадения при сравнении.

При этом анализ ЭКС в амплитудно-фазовой области осуществляется путем определения амплитудно-фазовых параметров ЭКС в 12 стандартных отведениях, определения ЭКС признаков инфаркта миокарда в амплитудно-фазовой области, сравнения амплитудно-фазовых параметров ЭКС в 12 стандартных отведениях с ЭКС признаками инфаркта миокарда в амплитудно-фазовой области, выдаче заключения «Подозрение на инфаркта миокарда» в случае совпадения результата сравнения и выдаче заключения «Признаков инфаркта миокарда не обнаружено» в случае несовпадения результата сравнения.

При этом нейросетевой анализ ЭКС осуществляется путем построения нейронной сети для анализа ЭКС в каждом отведении, причем количество нейронов в выходном слое нейронной сети равно количеству диагностируемых инфарктов миокарда.

При этом ЭКС признаками инфаркта миокарда в частотно-временной области являются значения от 1,5 до 2,0 модуля коэффициентов «поверхности разницы»:

- для комплекса QRS ЭКС не менее чем в 4 из 12 стандартных отведений;

- для сегмента ST ЭКС в отведениях II, III, аVF;

- для зубца Т ЭКС не менее чем в 4 из 12 стандартных отведений. При этом ЭКС признаками инфаркта миокарда в амплитудно-фазовой области являются расположение

- петли QRS в отрицательной полуплоскости фазовой плоскости относительно оси ординат в отведениях над областью ИМ,

- петли Т в отрицательной полуплоскости фазовой плоскости относительно оси абсцисс в отведениях над областью ИМ,

- петли Т в отрицательной полуплоскости фазовой плоскости относительно оси ординат в грудных отведениях над областью ИМ.

При этом построение «поверхности разницы» в частотно-временной области осуществляется путем вычитания значений нормализованных коэффициентов вейвлет-преобразования ЭКС обследуемого пациента из значений нормализованных коэффициентов вейвлет-преобразования ЭКС здорового пациента.

Введенные действия с их связями проявляют новые свойства, которые позволяют повысить качество диагноза и расширить функциональные возможности способа обработки электрокардиосигнала для диагностики ИМ. В основе предлагаемого авторами подхода лежат главные принципы диагностики:

- помочь врачу, не навредить пациенту;

- без достоверного диагноза нет хорошего лечения.

Действительно, согласно электрокардиографическому представлению состояние ССС характеризуется ИП ЭКС, поэтому выбор метода анализа ЭКС обусловлен анализируемыми ИП ЭКС. Невозможно использовать для анализа какого-либо ИП ЭКС метод, не предназначенный для обработки этого ИП. Методы анализа ЭКС основаны на методах обработки информации и предназначены для извлечения соответствующих данных из ИП ЭКС. Относительно ИП ЭКС можно сказать, что они «зашифрованы» в следующих составляющих ЭКС: временной, частотной, энергетической и геометрической. Несомненно, что методы анализа ЭКС должны содержать алгоритмы преобразования информации в этих составляющих частях сигнала.

Предлагаемый авторами подход аналогичен использованию медицинского консилиума: конечное решение принимается на основе частных решений независимых экспертов (алгоритмов). При этом формируется коллективное решение на основе «интеграции» частных решений.

Процесс диагностики формально можно представить в виде системы целевых функций:

где Р(Н*|Н) - условная вероятность события H*, вычисленная в предположении, что событие H произошло,

H₀ - гипотеза об отсутствии диагностируемого заболевания,

H₁ - гипотеза о наличии диагностируемого заболевания,

- решение об отсутствии диагностируемого заболевания,

- решение о наличии диагностируемого заболевания.

По мнению авторов, использование разных методов анализа ИП ЭКС дает более полное представление о состоянии ССС пациента, удовлетворяет критерию (1) и повышает вероятность (Р) правильного выявления наличия заболевания у больного человека.

На фигуре 8 приведена схема предлагаемого способа обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда.

На фигуре 9 приведена схема алгоритма комбинированного анализа ЭКС предлагаемого способа обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда.

На фигуре 10а приведена схема алгоритма «Выделение кардиоцикла в ЭКС» предлагаемого способа обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда.

На фигуре 10б приведено обозначение элементов (зубцов и интервалов) ЭКС.

На фигуре 11 приведена иллюстрация работы алгоритма «Выделение кардиоцикла в ЭКС» предлагаемого способа обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда.

На фигуре 12 приведена схема алгоритма метода «Амплитудно-временной анализ ЭКС» предлагаемого способа обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда.

На фигуре 13 приведена иллюстрация работы алгоритма «Амплитудно-временной анализ ЭКС».

На фигуре 14 приведена схема алгоритма метода «Частотно-временной анализ ЭКС» предлагаемого способа обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда.

На фигуре 15 приведены частотные составляющие ЭКС [13].

На фигуре 15 цифрами обозначены:

1 - частотный спектр ЭКС;

2 - частотный спектр QRS комплекса ЭКС;

3 - частотный спектр артефактов движения;

4 - частотный спектр зубцов Р и Т;

5 - частотный спектр напряжения поляризации;

6 - частотный спектр мышечных шумов.

На фигуре 16 приведена схема алгоритма построения «поверхности разницы» в частотно-временной области.

На фигуре 17а приведена 3D вейвлет-спектрограмма QRS комплекса ЭКС здорового пациента.

На фигуре 17б приведена 3D вейвлет-спектрограмма QRS комплекса ЭКС пациента с ИМ.

На фигуре 17в приведена «поверхность разницы» QRS комплекса ЭКС пациента с ИМ.

На фигуре 18а приведена 3D вейвлет-спектрограмма сегмента ST ЭКС здорового пациента.

На фигуре 18б приведена 3D вейвлет-спектрограмма сегмента ST ЭКС пациента с ИМ.

На фигуре 18в приведена «поверхность разницы» сегмента ST ЭКС пациента с ИМ.

На фигуре 19а приведена 3D вейвлет-спектрограмма Т-зубца ЭКС здорового пациента.

На фигуре 19б приведена 3D вейвлет-спектрограмма Т-зубца ЭКС пациента с ИМ.

На фигуре 19в приведена «поверхность разницы» Т-зубца ЭКС пациента с ИМ.

На фигуре 20 приведена схема алгоритма метода «Амплитудно-фазовый анализ ЭКС» предлагаемого способа обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда.

На фигуре 21 приведена иллюстрация работы алгоритма «Амплитудно-фазовый анализ ЭКС».

На фигуре 22а приведена нейросетевая парадигма анализа ЭКС.

На фигуре 22б приведена структура нейронной сети LVQ (Learning Vector Quantization) для анализа ЭКС.

На фигуре 23 приведена схема алгоритма обучения, используемая в методе «Нейросетевой анализ ЭКС» предлагаемого способа обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда.

На фигуре 24 приведена иллюстрация НСА ЭКС.

На фигуре 25 приведена схема, реализующая «Выбор результата комбинированного анализа ЭКС» предлагаемого способа обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда.

Согласно формуле изобретения предлагаемый способ обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда состоит (см. фигуру 8):

во-первых, из действий, которые необходимо выполнить для реализации известного способа, таких как «Съем и регистрация ЭКС», «Оцифровка ЭКС» и «Формирование диагностического заключения»;

во-вторых, из действий, которые введены авторами для достижения заявляемого технико-экономического эффекта, таких как «Выделение кардиоцикла в ЭКС», «Комбинированный анализ ЭКС» и «Выбор результата комбинированного анализа ЭКС».

Описание действий «Съем и регистрация ЭКС», «Оцифровка ЭКС» и «Формирование диагностического заключения» приведено в разделе «Описание прототипа» настоящей заявки на предполагаемое изобретение. Далее приведем описание введенных действий.

Выделение кардиоцикла в ЭКС основано на оригинальном способе выделения начала кардиоцикла [14] (см. фигуру 10а). Для выделения кардиоцикла выполняется:

- суммирование дискретных отсчетов ЭКС в 12 стандартных отведениях;

- выделение зубцов R_i, R_i+1, R_i+2 путем поиска наибольших значений дискретных отсчетов суммарного ЭКС, превышающих заданный пороговый уровень. В результате обработки найденных значений формируется массив, элементы которого соответствуют вершинам зубцов R на ЭКС (см. фигуры 10б, 11). Для выделения кардиоцикла ЭКС достаточно найти вершины трех соседних зубцов R;

- деление значения длительности интервала R_iR_i+1 на N и деление значения длительности интервала R_i+₁R_i+2 на N;

- определение по формулам R_i+1-R_iR_i+1/N и R_i+2-R_i+iR_i+2/N номеров дискретных отсчетов, соответствующих началу кардиоцикла и окончанию кардиоцикла;

- формирование значений дискретных отсчетов выделенного кардиоцикла (см. фигуру 10б).

В [14] приведено доказательство эффективности данного способа выделения кардиоцикла в ЭКС, согласно которому значение делителя N=4, т.е. начало кардиоцикла ЭКС, определяется исходя из выражения R_i+1-R_iR_i+1/4.

Комбинированный анализ ЭКС является основным этапом предлагаемого способа обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда и обеспечивает обработку ИП ЭКС разными методами.

Суть комбинированного анализа ЭКС заключается в обработке разных ИП одних и тех же входных данных - значений дискретных отсчетов выделенного кардиоцикла ЭКС. Для этого каждым из методов анализа ЭКС осуществляется преобразование значений дискретных отсчетов выделенного кардиоцикла ЭКС в коды значений области представления ИП данного метода.

По мнению авторов, предлагаемый подход к обработке ИП ЭКС на основе использования разных методов анализа ЭКС позволяет повысить вероятность (Р) правильного выявления наличия заболевания у больного человека по сравнению с методом анализа лишь одного из ИП ЭКС (другими словами - повысить чувствительность анализа ЭКС), глубже понять физический смысл ЭКС признаков ИМ.

Комбинированный анализ ЭКС включает следующие методы анализа (см. фигуру 9):

- комплексный контурный анализ ЭКС, осуществляющий преобразование исходных дискретных отчетов в код контурного графа элементов ЭКС и его сравнение с шаблонными значениями. При этом осуществляется построение исходного контурного графа с заданными параметрами его вершин и ребер, определение набора параметров из них, который используют для комплексного анализа контура ЭКС, определение подграфов QRS-комплекса, Р-комлекса, T-комплекса, ST-сегмента и PT-сегмента в каждом отведении, распознавание подграфов, соответствующих шумовым искажениям ЭКС, с последующей сглаживающей деформацией исходного контурного графа, формирование контурного описания конфигурации элементов и их взаиморасположения и выявление отклонений ЭКС, связанных с нарушением сердечного ритма, проводимости сердца и ишемическими изменениями его работы;

- амплитудно-временной анализ (АВА) ЭКС, осуществляющий преобразование дискретных отчетов выделенного кардиоцикла в амплитудно-временные параметры элементов ЭКС и их сравнение с шаблонными значениями. При этом осуществляется определение амплитудно-временных параметров ЭКС в 12 стандартных отведениях, определение ЭКС признаков инфаркта миокарда в амплитудно-временной области, сравнение амплитудно-временных параметров ЭКС в 12 стандартных отведениях с ЭКС признаками инфаркта миокарда в амплитудно-временной области, выдача заключения «Подозрение на инфаркта миокарда» в случае совпадения при сравнении и выдача заключения «Признаков инфаркта миокарда не обнаружено» в случае несовпадения при сравнении;

- частотно-временной анализ (ЧВА) ЭКС, осуществляющий преобразование дискретных отчетов выделенного кардиоцикла в частотно-временные параметры ЭКС и их сравнение с шаблонными значениями. При этом осуществляется определение частотно-временных параметров ЭКС в 12 стандартных отведениях, определение ЭКС признаков инфаркта миокарда в частотно-временной области, сравнение частотно-временных параметров ЭКС в 12 стандартных отведениях с ЭКС признаками инфаркта миокарда в частотно-временной области, выдача заключения «Подозрение на инфаркт миокарда» в случае совпадения при сравнении и выдача заключения «Признаков инфаркта миокарда не обнаружено» в случае несовпадения при сравнении;

- амплитудно-фазовый анализ (АФА) ЭКС, осуществляющий преобразование дискретных отчетов выделенного кардиоцикла в амплитудно-фазовые параметры ЭКС и их сравнение с шаблонными значениями. При этом осуществляется определение амплитудно-фазовых параметров ЭКС в 12 стандартных отведениях, определение ЭКС признаков инфаркта миокарда в амплитудно-фазовой области, сравнение амплитудно-фазовых параметров ЭКС в 12 стандартных отведениях с ЭКС признаками инфаркта миокарда в амплитудно-фазовой области, выдача заключения «Подозрение на инфаркта миокарда» в случае совпадения результата сравнения и выдача заключения «Признаков инфаркта миокарда не обнаружено» в случае несовпадения результата сравнения;

- нейросетевой анализ (НСА) ЭКС, осуществляющий более эффективную, обусловленную алгоритмом обучения, адаптацию к нестационарным особенностям ЭКС. Задача анализа ЭКС на основе нейронной сети (НС) относится к классификационным задачам. При этом осуществляется выделение ЭКС признаков ИМ, обработка их в НС и оценка (или классификация) состояния ССС (см. фигуру 22а).

Выбор результата комбинированного анализа ЭКС.

На данном этапе принимается окончательное решение на основании частных решений, полученных в результате анализа ЭКС разными методами. Известны различные подходы к интеграции частных решений, например мажоритарный принцип (или принцип голосования). Согласно мажоритарному принципу окончательное решение будет соответствовать решению, принятому большинством экспертов (алгоритмов): (F=A#D#C).

Мы предполагаем, что решения экспертов (алгоритмов) независимы и состоят из двух суждений (см., например, фигуру 12):

1. Подозрение на ИМ;

2. Признаков ИМ не обнаружено.

Поскольку возможных вариантов всего два, а окончательное решение выбирается из пяти методов анализа ЭКС по принципу большинства, то функция выбора результата комбинированного анализа ЭКС представляется в виде функции голосования «3 из 5» (см. фигуру 25):

где R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ - результаты работы каждого из методов комбинированного анализа ЭКС, принимающие значение «1», если соответствующий метод выявил у пациента признаки ИМ, и значение «0», если соответствующий метод не выявил у пациента признаки ИМ.

Предполагается, что для каждого метода анализа ЭКС известна вероятность выдачи безошибочного результата или вероятность (Р) правильного выявления наличия заболевания у больного человека, т.е. чувствительность. Тогда результат на каждом элементе конъюнкции Q_i (i=1, 2, …, 10) (см. формулу 2 и фигуру 25) будет безошибочен, если безошибочны все данные, подаваемые на элемент конъюнкции. При этом вероятность выдачи безошибочного результата элементом конъюнкции будет рассчитываться по формуле вероятности одновременного возникновения трех независимых событий:

где P(Q) - вероятность выдачи безошибочного результата элементом конъюнкции,

P(R_N1) - вероятность выдачи безошибочного результата одним из методов анализа ЭКС, подаваемым на первый вход элемента конъюнкции,

P(R_N2) - вероятность выдачи безошибочного результата одним из методов анализа ЭКС, подаваемым на второй вход элемента конъюнкции,

P(R_N3) - вероятность выдачи безошибочного результата одним из методов анализа ЭКС, подаваемым на третий вход элемента конъюнкции.

Сигналы со всех элементов конъюнкции поступают на элемент дизъюнкции (см. фигуру 25). Вероятность выдачи безошибочного результата элементом дизъюнкции определяется по формуле вероятности появления хотя бы одного из десяти независимых событий (см. формулу 4):

где P(R) - вероятность выдачи безошибочного результата элементом дизъюнкции (итогового результата),

P(Q_i) - вероятность выдачи безошибочного результата i-м элементом конъюнкции.

Исследования показали, что вероятность выдачи безошибочного результата при комбинированном анализе ЭКС выше вероятности выдачи безошибочного результата любого, отдельно взятого, метода, участвующего в комбинированном анализе ЭКС.

Таким образом, в предлагаемом способе обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда использование разных методов анализа ЭКС обеспечивает следующее выполнение условий критерия (1):

где max_пред, min_пред - значения максимума и минимума целевой функции предлагаемого способа обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда, max_изв, min_изв - значения максимума и минимума целевой функции известного способа обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда.

Рассмотрим подробнее особенности функционирования методов анализа ЭКС, используемых в предлагаемом способе обработки электрокардиосигнала для диагностики инфаркта миокарда.

Метод АВА ЭКС для диагностики ИМ.

ЭКС на этапе определения ИП представляет собой совокупность последовательно расположенных во времени кодовых отсчетов сигналов отведений. Согласно стандарту частота дискретизации ЭКС должна составлять не менее 500 Гц [6]. Изолинией на ЭКС считается отрезок прямой, соединяющей окончание зубца Т и начало зубца Р. Метод АВА ЭКС заключается в выявлении периодов его возрастания, убывания, постоянства, фиксировании точек перелома, значений амплитуды в этих точках и определении продолжительности интервалов возрастания, убывания или постоянства и последующем определении ИП ЭКС по заданным критериям. Для этого значение амплитуды первого отсчета принимается за базисное, затем значение амплитуды следующего отсчета сигнала сравнивается с базисным значением, и если оно оказывается больше базисного, то сигнал возрастает, если меньше, то убывает, если равно, то это говорит о постоянстве сигнала во времени. Затем базисным элементом становится значение амплитуды текущего отсчета а(t_i), оно сравнивается со значением амплитуды следующего отсчета а(t_i+1) и т.д. по формуле:

При этом подсчитывается продолжительность интервалов возрастания, убывания или постоянства ЭКС. В случае изменения знака приращения амплитуды Δа фиксируются следующие данные: тип отрезка ЭКС (возрастающий, убывающий, постоянный); продолжительность этого отрезка ЭКС; общую продолжительность ЭКС от момента начала первого отсчета до окончания анализируемого отрезка ЭКС; значение амплитуды в точке перелома. По окончании анализируемого интервала процедура анализа повторяется для следующего интервала. Таким образом ос