Способ идентификации сердечных заболеваний

 

Изобретение относится к медицине, кардиологии. Осуществляют мониторирование ЭКГ пациента по меньшей мере с одного заранее заданного отведения. Проводят анализ ЭКГ. Строят усредненный график зависимости между частотой сердечных сокращений и депрессией сегмента ST. Идентификацию осуществляют путем сопоставления вида построенного графика с заранее составленными аналогичными графиками пациентов с недостаточностью коронарного кровообращения разной степени тяжести. Использование способа обеспечивает возможность качественной, надежной идентификации коронарной недостаточности. 1 з.п. ф-лы, 31 ил.

Данное изобретение относится к идентификации результатов медицинских измерений, в частности к идентификации сердечных заболеваний по результатам компьютерного анализа электрокардиограммы (ЭКГ).

В настоящее время известны различные методы идентификации сердечных заболеваний в процессе анализа ЭКГ.

Например, в выложенной заявке Японии 10-211180 (А 61 В 5/0452, 11.08.1998) описан способ автоматического диагностирования сердечной функции, в котором отрезки снятых ЭКГ сравниваются с отрезками заранее полученных ЭКГ у пациентов с заведомо известными сердечными заболеваниями.

Этот способ идентификации имеет большие погрешности в силу того, что вид сигнала, полученного в результате снятия ЭКГ, сильно зависит от точности расположения отведений на теле пациента.

Из международной заявки WO 98/49932 (А 61 В 5/00, 12.11.1998) известен способ идентификации такого сердечного заболевания как синусная аритмия по графику, построенному путем такой компьютерной обработки сигнала ЭКГ, при которой определяются все интервалы между пиками соседними R на заранее заданном отрезке ЭКГ и строится график зависимости между длительностями в парах текущего и предыдущего интервалов. Поскольку интервал между соседними пиками R практически не зависит от положения отведений на теле пациента, измерения по этому способу довольно точны и весьма наглядны.

Однако точность и этого способа невелика в силу того, что анализируется сравнительно небольшое число периодов сердечного ритма.

Наиболее близким к настоящему изобретению является способ идентификации сердечных заболеваний, заключающийся в том, что осуществляют мониторирование ЭКГ пациента в течение заранее заданного периода, при этом снятая в процессе мониторирования ЭКГ содержит запись по меньшей мере с одного заранее заданного мониторного отведения, проводят анализ записи, снятой в процессе этого мониторирования ЭКГ, и по результатам этого анализа осуществляют идентификацию по меньшей мере наличия сердечного заболевания и его вида (А. Дабровски, Б. Дабровски, Р. Пиотрович. Суточное мониторирование ЭКГ. - М.: Медпрактика, 1998. - С. 119-127). Данный способ, осуществляемый в течение длительного периода времени, очень информативен, поскольку позволяет выявить с помощью компьютерной обработки полученных результатов разнообразные отклонения в работе сердца обследуемого пациента.

Вместе с тем, этот способ, именно в силу обилия получаемых результатов (которые к тому же представляются в виде сжатого по времени графика, маскирующего особенности полученной записи), далеко не всегда дает специалисту возможность выявить то или иное сердечное заболевание.

Таким образом, задача, решаемая с помощью настоящего изобретения, состоит в обеспечении такого способа идентификации сердечных заболеваний, который - в качестве технического результата - давал бы возможность специалисту хотя бы качественно, но надежно идентифицировать заболевание пациента по записи, полученной в процессе мониторирования ЭКГ.

Для решения этой задачи и достижения указанного технического результата в способе идентификации сердечных заболеваний, в котором осуществляют мониторирование ЭКГ пациента в течение заранее заданного периода, при этом снятая в процессе мониторирования ЭКГ содержит запись по меньшей мере с одного заранее заданного мониторного отведения, проводят анализ записи, снятой в процессе этого мониторирования ЭКГ, и по результатам этого анализа осуществляют идентификацию по меньшей мере наличия сердечного заболевания и его вида, - в соответствии с настоящим изобретением - в процессе анализа записи ЭКГ анализируют изменения сегмента ST на этой записи путем построения усредненного графика зависимости между частотой сердечных сокращений и положением сегмента ST на этой записи; идентификацию осуществляют путем сопоставления вида построенного графика с заранее составленными аналогичными графиками пациентов с известными сердечными заболеваниями; при совпадении с заданной точностью построенного графика с одним из заранее составленных графиков идентифицируют наличие и вид сердечного заболевания как заболевание того пациента, с графиком которого произошло совпадение.

Особенность настоящего изобретения состоит в том, что график строят в виде векторограммы в полярных координатах, где по радиусу отложена частота сердечных сокращений, а по углу - величина отклонения сегмента ST от изолинии на записи с заранее заданного мониторного отведения.

Другая особенность настоящего изобретения состоит в том, что в процессе анализа определяют степень тяжести идентифицированного заболевания путем сопоставления построенного графика с заранее составленными графиками пациентов с тем же заболеванием разной степени тяжести.

Еще одна особенность настоящего изобретения состоит в том, что перед началом мониторирования ЭКГ проверяют правильность установки заранее заданного мониторного отведения на теле пациента путем регистрации сигналов с мониторных отведений на экране монитора и корректируют размещение по меньшей мере одного мониторного отведения по заранее заданному соотношению зубцов R и S в сигнале с этого отведения.

При этом еще одна особенность настоящего изобретения состоит в том, что упомянутое заранее заданное отведение является отведением V5.

В существующем уровне техники не выявлены технические решения, которые содержали бы как всю совокупность существенных признаков настоящего изобретения, так и совокупность признаков, отличающих настоящее изобретение от ближайшего аналога. Поэтому настоящее изобретение можно считать новым и имеющим изобретательский уровень.

Изобретение далее поясняется подробным описанием предпочтительного выполнения со ссылками на иллюстрирующие чертежи.

На фиг. 1 представлена ЭКГ пациента, снятая в течение суток с отведения V₅.

На фиг.2 представлен фрагмент записи по фиг.1.

На фиг. 3 показана запись, пригодная для анализа по настоящему изобретению.

Фиг. 4-7 иллюстрируют выбор верифицирующих точек на анализируемой записи ЭКГ.

Фиг.8 иллюстрирует построение векторграммы по настоящему изобретению.

Фиг. 9-19 представляют векторграммы разных пациентов без признаков ишемической болезни сердца.

Фиг.20-30 представляют векторграммы разных пациентов, страдающих ишемической болезнью сердца.

Способ по настоящему изобретению реализуется посредством мониторирования ЭКГ, осуществляемого, например, с помощью такого устройства, которое описано в патенте США 5275159 или в упомянутом выше источнике, содержащем сведения о ближайшем аналоге. Мониторированием ЭКГ в данном случае называется выполняемое автоматически исследование ЭКГ в течение длительного периода (как правило, в течение суток), при котором снимаемая ЭКГ обрабатывается в реальном времени с запоминанием результатов этой обработки в памяти для последующего их выведения на дисплей (экран или бумажную ленту). При таком мониторировании осуществляют снятие электрокардиографических кривых с нескольких (трех-пяти) мониторных отведений. Для целей иллюстрации настоящего изобретения достаточно снимать ЭКГ всего с одного отведения. На фиг.1 в виде трех отрезков представлена электрокардиографическая кривая, снятая в течение суток с отведения V₅. На фиг. 2 показан фрагмент записи с отведений V₅ (верхний график) и V₁ (нижний график), где латинскими буквами обозначены характерные зубцы и сегменты, как это принято в данной отрасли медицины.

Снятая в процессе мониторирования запись ЭКГ, под которой в данном случае понимается запомненная в памяти последовательность оцифрованных отсчетов изменяющихся потенциалов сердечной активности с соответствующего отведения или соответствующих отведений, может использоваться для идентификации сердечных заболеваний сама по себе, без какой бы то ни было обработки. Однако информативность такой записи, как видно из фиг.1, весьма невысока вследствие очень большого (до сотни тысяч) числа периодов частоты сердечного ритма на относительно небольшом отрезке, что не позволяет заметить кратковременные сбои сердечного ритма и оценить его влияние на параметры снятой ЭКГ. При растягивании же этой записи до масштаба, используемого при снятии обычной ЭКГ, специалисту часто физически невозможно просмотреть столь длинную запись.

Поэтому, а также с целью повышения точности и информативности статистической обработки по большому объему снятых отсчетов, запись ЭКГ подвергается анализу, по результатам которого и осуществляется распознавание наличия и вида сердечного заболевания. Этот анализ может выполняться по-разному. Например, в международной заявке WO 98/49932 описан способ обработки записи ЭКГ, в котором результаты обработки представляются в виде графика, показывающего соотношение интервалов между парами соседних пиков R в двух соседних периодах сердечного ритма. В упомянутом выше источнике, содержащем сведения о ближайшем аналоге, описан спектральный анализ изменяемости ритма сердца (рис.12.7 и 12.8 на с.173). Эти и другие существующие методы анализа записей ЭКГ дают, к сожалению, лишь некоторые обобщенные данные для дальнейшего анализа, сопоставления и диагностирования заболевания у пациента, ЭКГ которого мониторируется.

Весьма надежным является используемый в настоящее время способ графической оценки динамических изменений сегмента ST (см. фиг.2) на суточной записи ЭКГ. Это связано с тем, что в процессе жизнедеятельности в разные периоды времени в течение суток наблюдаются разные уровни глубины отклонения упомянутого сегмента ST от изолинии и соответствующие им по времени частоты сердечного ритма. С клинико-диагностической точки зрения наибольший интерес представляют отклонения сегмента ST в левых мониторных отведениях, соответствующих грудным отведениям V₄-V₅. Эти отклонения позволяют понять влияние разных механизмов развития нарушения коронарного кровообращения в процессе суточной активности человека. Например, депрессия сегмента ST от изолинии более 1 мм, горизонтальная форма этого сегмента и длительность этого отклонения в 1 минуту интерпретируются как признак ишемии миокарда. Однако на практике на характеристики сегмента ST влияют самые разные факторы, которые затрудняют однозначную идентификацию сердечного заболевания. К тому же в используемом в настоящее время графическом способе оценки зависимости положения сегмента ST в мониторных отведениях и частоты сердечных сокращений анализ ведется по трем синхронизированным по времени графикам, один из которых отражает изменения частоты сердечных сокращений, а два других синхронно отражают изменения в положении сегмента ST относительно изолинии в мониторных отведениях V₁и V₅. Все эти графики дают лишь самое общее, обзорное представление об изменениях сегмента ST, на котором, к тому же, специалист может реально наблюдать лишь несколько эпизодов смещения уровня сегмента ST. Проанализировать же "вручную" все изменения сегмента ST за сутки практически невозможно.

В настоящем изобретении предложен способ идентификации сердечных заболеваний, в котором анализ записи ЭКГ осуществляется следующим образом.

Перед началом мониторирования проверяется правильность установки заранее заданного мониторного отведения на теле пациента путем регистрации сигналов с мониторных отведений на экране монитора, в качестве рабочего выбирается то отведение, в сигнале с которого зубцы R и S находятся в заранее заданном соотношении. В верхней части фиг.3 показана запись с мониторного отведения V₅, на которой зубец R имеет ярко выраженный характер, а зубец S практически минимален. Именно таким должно быть соотношение этих зубцов для надежного анализа сегмента ST. (В нижней части фиг.3 показана запись с отведения V₁). Поэтому важно перед началом мониторирования правильно установить по меньшей мере одно мониторное отведение - в данном случае, отведение V₅ - путем регистрации сигналов с этого мониторного отведения на экране монитора и, при необходимости, коррекции его размещения на теле пациента. Необходимо помнить также, что в вертикальном положении тела пациента точка, соответствующая мониторному отведению V₅, как правило, не соответствует точке V₅ в положении лежа на спине. Это требует перепроверки правильности установленной точки при наклонах тела пациента во время функциональной пробы с наблюдением за формой зубцов R и S на экране компьютера, соединенного с монитором.

Далее, после считывания информации из носимого регистратора при проведении анализа изменений сегмента ST нужно убедиться в правильности выбора точек, верифицирующих измерение положения сегмента ST, иначе неправильно установленные метки замеров могут приводить к неверным результатам анализа. Как правило, замер осуществляют через 60 мс после окончания зубца S. Однако имеются случаи, когда соблюдение этого условия может дать неверные оценки.

Так, длительность зубца Р может доходить до 0,14 с, при том, что интервал PQ может составлять 0,16 с и менее. При скорости записи ЭКГ в 50 мм/с разница в длительностях между зубцом Р и интервалом PQ составляет 0,02 с или 1 мм (одна маленькая клетка на бумаге для записи ЭКГ). При скорости же 25 мм/с эта разница будет вообще практически неразличима. Поэтому первую верифицирующую точку следует устанавливать непосредственно перед зубцом Q или Р, как показано белой стрелкой на фиг.4.

Далее, нисходящее колено зубца Р может быть более пологим, чем восходящее. Одновременно с этим на фоне синусовой тахикардии происходит физиологическое укорочение сегмента PQ. Правильным в этом случае при совпадении указанных условий будет выбор верифицирующей точки именно на фоне синусовой тахикардии, когда без адаптивной коррекции положения ошибка в измерении наиболее велика, что иллюстрируется фиг. 5 (белая стрелка). Такая ситуация наблюдается у пациентов без признаков синдрома предвозбуждения желудочков.

Если у пациента имеется синдром CLC с исходно укороченным интервалом PQ, то выбор места измерения еще более затруднен из-за практически одинаковых длительностей зубца Р и интервала PQ. В условиях синусовой тахикардии в этом случае может наблюдаться эпизодическое проявление признаков предвозбуждения желудочков в виде появления дельта-волны и исчезновения зубца Q, что может повлиять на уровень замера верифицирующей точки. Поэтому такие участки записи ЭКГ нельзя подвергать анализу.

При преходящем синдроме WPW наблюдаются изменения длительности интервала PQ за счет появления дельта-волны, что делает невозможным фиксированную установку верифицирующей точки в непосредственной близости к зубцу Q/R (см. "пологое" начало некоторых зубцов R на верхнем графике фиг.6а и 6б).

При выборе второй верифицирующей точки также необходимо учитывать целый ряд мешающих факторов.

Наиболее типичным является присоединение блокады правой ножки пучка Гиса на фоне синусовой тахикардии. При этом ширина зубца S более 0,04 с может модулировать форму сегмента ST, создавая неверное представление о начале этого сегмента, т. е. окончания зубца S, через 60 мс от которого располагается обычно вторая верифицирующая точка. При мониторировании ЭКГ разрешающая способность большинства аппаратных комплексов обычно не позволяет определить переход зубца S в сегмент ST, выглядящий чаще всего в виде тупого угла. Для достижения достаточной разрешающей способности аппаратуры предпочтительны стационарные электрокардиографы, на которых воспроизведение (т.е. искусственное создание) присоединения широкого зубца S в левых грудных отведениях осуществляется при искусственном учащении ритма сердечных сокращений на фоне присоединения полной блокады правой ножки пучка Гиса.

Кроме того, при появлении преходящего синдрома предвозбуждения желудочков (WPW) наблюдается ускорение деполяризации отдельных участков миокарда желудочков в виде появления дельта-волны и соответствующее нарушение реполяризации желудочков в виде смещения сегмента ST ниже изолинии, что показано на фиг.7. Наблюдаемые изменения без адекватной интерпретации могут быть расценены как значимые признаки недостаточности коронарного кровообращения, на основании чего могут быть сделаны ложные выводы.

После анализа и исключения причин, влияющих на правильность установки верифицирующих точек, желательно провести повторный анализ положения сегмента ST с переустановкой точек, после чего можно переходить к анализу записей и графическому представлению обработанных данных.

Особенностью настоящего изобретения является то, что анализируют изменения сегмента ST путем построения усредненного графика зависимости между частотой сердечных сокращений и положением сегмента ST на этой записи, при этом указанный график строят в виде векторграммы (см. фиг.8).

На фиг.8 видно, что данная векторграмма представляет собой график в полярных координатах, при этом по радиусу откладывается частота сердечных сокращений, а по углу - депрессия сегмента ST. Для построения векторграммы по данному изобретению с помощью компьютера на записи ЭКГ определяются отклонения (депрессии в данном примере) сегмента ST от изолинии, усредненные за 1 минуту, и соответствующая каждому такому отклонению усредненная частота сердечных сокращений. Полученные данные откладываются на упомянутом графике в виде точек, каждая из которых лежит на радиусе, соответствующем измеренной депрессии сегмента ST, и на расстоянии от центра графика, равном соответствующей частоте сердечных сокращений. В результате на графике получаются совокупности точек, большинство которых расположено на линиях, веерообразно расходящихся из центра этого графика. Выполняемый с помощью компьютера статистический обсчет (по формулам регрессии) полученных совокупностей позволяет найти некоторые усредненные (в данном случае - медианные) значения частоты сердечных сокращений для каждого значения депрессии. Эти усредненные (медианные) значения, как оказалось, являются наиболее информативными характеристиками при анализе мониторированных ЭКГ на предмет выявления ишемической болезни сердца. При соединении этих медианных значений на графике получается отрезок линии, вид и положение которой и позволяют делать выводы о наличии или отсутствии сердечного заболевания, его виде и степени тяжести.

Для того, чтобы обеспечить возможность идентификации наличия и вида сердечного заболевания при анализе ЭКГ, необходимы эталонные данные. Такие эталонные данные в виде тех же векторграмм могут быть получены заранее путем мониторирования пациентов, имеющих заведомо известные заболевания (и, возможно, пациентов с разной степенью тяжести одного и того же заболевания), а также заведомо здоровых пациентов. Тогда после построения векторграммы конкретного пациента достаточно сопоставить его векторграмму с эталонными векторграммами и определить, на какую из эталонных векторграмм наиболее похожа векторграмма данного пациента. Это позволит, при достаточном числе эталонных векторграмм, определить как наличие и вид сердечного заболевания, так и степень его тяжести.

На фиг. 9-19 приведены векторграммы, построенные по результатам мониторирования электрокардиограмм различных пациентов без признаков сердечных заболеваний (конкретно - без признаков ишемической болезни миокарда): фиг.9 - пациент К. , 50 лет; фиг.10 - пациентка П., 50 лет; фиг.11 - пациент Д., 37 лет; фиг.12 - пациент А., 54 лет; фиг.13 - пациент З., 46 лет; фиг.14 - пациент Л., 54 лет; фиг.15 - пациент У., 38 лет; фиг.16 - пациент В., 39 лет; фиг. 17 - пациент Ш., 39 лет; фиг.18 - пациент Г., 25 лет; фиг.19 - пациент Г. , 39 лет. Как видно из этих графиков, получающаяся векторграмма имеет вид небольшого отрезка почти прямой или слабо изогнутой линии в пределах угла, не превышающего 90^o (для выбранных пределов координат).

На фиг. 20-30 приведены векторграммы, построенные по результатам мониторирования электрокардиограмм различных пациентов, страдающих ишемической болезнью сердца.

Фиг.20 показывает векторграмму пациентки М., 54 лет, со стенокардией функционального класса II (ФК II), т.е. стенокардией физических напряжений. Полученная кривая имеет выраженный закручивающийся спиральный вид в пределах сектора 160^o и достигает значения депрессии 2 мм, что является традиционным признаком ишемической болезни сердца и учитывается как ее подтверждение.

Фиг. 21 показывает векторграмму пациентки Б., 52 лет, со стенокардией ФК II. Полученная кривая имеет выраженный закручивающийся спиральный вид в пределах сектора 140^o и достигает значения депрессии 2 мм, что является традиционным признаком ишемической болезни сердца и учитывается как ее подтверждение.

Фиг. 22 показывает векторграмму пациента К., 54 лет, со стенокардией ФК I-II, т.е. стенокардией физических напряжений. Полученная кривая имеет достаточно закручивающийся вид в пределах сектора 140^o.

Фиг. 23 показывает векторграмму пациента К., 51 года, со стенокардией ФК I-II. Полученная кривая имеет закручивающийся вид в пределах сектора 140^o Фиг. 24 показывает векторграмму пациента М., 61 года, со стенокардией ФК I-II. Полученная кривая имеет выраженный спиральный вид в пределах сектора 140^o.

Фиг. 25 показывает векторграмму пациента Б., 61 года, со стенокардией ФК I, т.е. стенокардией больших физических напряжений. Полученная кривая имеет выраженный спиральный вид в пределах сектора 120^o.

Фиг. 26 показывает векторграмму пациента С., 58 лет, со стенокардией ФК III-IV, т.е. стенокардией малых физических напряжений или даже стенокардией покоя. Полученная кривая имеет выраженный спиральный вид в пределах сектора 250^o и при этом вся располагается в пределах окружностей малых диаметров, что является дополнительным диагностическим критерием.

Фиг. 27 показывает векторграмму пациента Ф., 50 лет, со стенокардией ФК III за 1,5 месяца до развития трансмурального инфаркта миокарда. Полученная кривая имеет выраженный спиральный вид в пределах сектора 180^o и располагается в пределах окружностей малых диаметров.

Фиг. 28 показывает векторграмму пациента А., 42 лет, со стенокардией ФК II-III, т. е. стенокардией напряжения. Полученная кривая имеет выраженный спиральный вид в пределах сектора 160^o.

Фиг.29 и 30 показывают векторграммы пациента Т., 38 лет, со стенокардией ФК II. На фиг. 29 кривая имеет закручивающийся вид и занимает сектор в пределах 180^o. Фиг.30 представляет кривую, полученную через 6 месяцев у того же пациента. Кривая имеет спиральный вид уже в пределах 240^o, что указывает на прогрессирование коронарной недостаточности.

Следует отметить, что на фиг. 8 приведена векторграмма пациента П., 49 лет, с астматическим вариантом стенокардии ФК III за 5 дней до коронароангиографии, причем окклюзия левой коронарной артерии составляет 100%, а правой коронарной артерии - 98%. Кривая на фиг.8 имеет ярко выраженный спиральный вид в пределах сектора 180^o и располагается в пределах окружностей малых диаметров.

Как видно из графиков фиг.8 и 21-30, получающаяся векторграмма имеет характерный вид достаточно длинного отрезка (существенно более длинного, чем на фиг.9-19) закрученной спирали. При этом чем более высокий функциональный класс имеет стенокардия, тем меньше диаметр окружности, в которой расположена получающаяся кривая.

Таким образом, рассмотренный способ идентификации сердечных заболеваний, раскрытый в настоящем изобретении, позволяет не только качественно диагностировать отсутствие или наличие у пациента конкретного сердечного заболевания, но и - в первом приближении - количественно определять степень его тяжести.

Настоящее изобретение может применяться при диагностике и лечении сердечных заболеваний, а также в ходе диспансеризации населения.

Хотя настоящее изобретение описано здесь своим конкретным примером реализации, данное описание имеет ничуть не ограничивающий, но чисто иллюстративный характер. Объем патентных притязаний по данному изобретению определяется не этим описанием, а прилагаемой формулой изобретения, в которую попадают с учетом эквивалентов все возможные модификации настоящего изобретения.

Формула изобретения

1. Способ идентификации недостаточности коронарного кровообращения, включающий мониторирование ЭКГ пациента в течение заранее заданного периода, проведение анализа записи ЭКГ по меньшей мере с одного заранее заданного отведения, осуществление по результатам этого анализа идентификации наличия недостаточности коронарного кровообращения, отличающийся тем, что строят усредненный график зависимости между частотой сердечных сокращений и депрессией сегмента ST в виде векторограммы в полярных координатах, где по радиусу отложена частота сердечных сокращений, а по углу - величина отклонения сегмента ST от изолинии, осуществляют идентификацию наличия коронарной недостаточности и степень ее тяжести путем сопоставления вида построенного графика с заранее составленными аналогичными графиками пациентов с недостаточностью коронарного кровообращения и при совпадении построенного графика с одним из упомянутых заранее составленных графиков идентифицируют наличие и степень тяжести коронарной недостаточности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое заранее заданное отведение является отведением V₅.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30