Способ диагностики стадий фибрилляции желудочков сердца
Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии. Регистрируют электрокардиограмму. В отрезках ЭКГ 1 с определяют спектральную мощность тета-ритма (4-7 Гц), альфа-ритма (8-12 Гц), бета-ритма (13-17 Гц) и гамма-ритма (18-40 Гц). Определяют стадии фибрилляции желудочков. Бета-фибрилляция характеризуется доминированием бета-ритма мощностью 40-70%, альфа-фибрилляция - доминированием альфа-ритма мощностью 40-70%, тета-фибрилляция - доминированием тета-ритма мощностью 40-70%, дизритмия - на 1-м месте тета-, альфа- или бета-ритм мощностью меньше 40% и на 2-м - любой ритм мощностью меньше или равной 30%. Если мощность тета-, альфа- или бета-ритма больше 70% или в отрезке электрокардиограммы на 1-м месте по мощности следует гамма-ритм, ставят диагноз отсутствие фибрилляции желудочков. Способ позволяет определять стадии фибрилляции желудочков и повысить чувствительность и специфичность диагностики фибрилляции. 2 табл., 2 ил.
Изобретение относится к медицине, в частности к кардиологии.
Известно, что фибрилляция желудочков (ФЖ) является основной причиной внезапной сердечной смерти: регистрация электрокардиограммы (ЭКГ) в первые 4 мин внезапной смерти свидетельствует о ФЖ в 95% случаев (Бокерия Л.А., Ревишвили А.Ш., Ардашев А.В. и Кочович Д.З. Желудочковые аритмии. М., Медпрактика-М, 2002). ФЖ требует оказания неотложной медицинской помощи. Тактика лечения и прогноз зависят от стадии ФЖ (Табак В.Я., Черныш А.М., Немирко А.П. и Манило Л.А. Динамика спектральных характеристик ЭКГ при развитии фибрилляции желудочков сердца // Анест.реаниматол. №1: 71-74. 1980). Поэтому актуальна разработка способа, который можно использовать для автоматической диагностики стадий ФЖ в дефибрилляторах и электрокардиографах.
Известны способы диагностики ФЖ: надпороговых интервалов, линейного регрессионного анализа автокорреляционной функции, спектрального анализа, режекторного фильтра (Amann A., Tratnig R., Unterkofler К. Reliability of old and new ventricular fibrillation detection algorithms for automated external defibrillators // BioMedical Engineering OnLine 4: 60. 2005, www.biomedical-engineering-online.com/content/4/1/60; Горбунов Б.Б., Гусев А.Н., Каменский С.А. и Селищев С.В. Сравнение эффективности и помехоустойчивости алгоритмов распознавания шоковых ритмов сердца // Мед. техника №3: 22-28. 2004). Эти способы не определяют стадии ФЖ. Кроме того, чувствительность этих способов не превышает 79% при специфичности 95% и 66% при специфичности 99%. Чувствительность - это отношение количества верно определенных эпизодов ФЖ к общему количеству эпизодов ФЖ, а специфичность - отношение количества верно определенных эпизодов нефибрилляции желудочков (ОФЖ) к общему количеству эпизодов ОФЖ.
В качестве прототипа нами выбран известный способ диагностики ФЖ путем спектрального анализа отрезков ЭКГ методом быстрого преобразования Фурье (Barro S., Ruiz R., Cabello D., Mira J. Algorithmic sequential decision-making in the frequency domain for life threatening ventricular arrhythmias and imitative artefacts: a diagnostic system // J. Biomed. Eng. 11: 320-328. 1989). В прототипе вычисляют 4 спектральных параметра:
где FSMN - нормализированный первый спектральный момент, F - частотная компонента сигнала наибольшей интенсивности, Ampi - амплитуда i-й частотной компоненты спектра.
ФЖ диагностируют, если FSMN≤1,55; A1>0,19; А2≥0,45; А3≤0,09.
Известно, что прототип не определяет стадии ФЖ. Кроме того, чувствительность прототипа недостаточно высока: 70 и 59% при специфичности соответственно 95 и 99%.
Задача нашего изобретения - диагностика стадий ФЖ и повышение чувствительности и специфичности способа диагностики ФЖ.
Задача решается тем, что в отрезках ЭКГ определяют спектральную мощность тета-ритма частотой 4-7 Гц, альфа-ритма - 8-12 Гц, бета-ритма - 13-17 Гц и гамма-ритма-18-40 Гц. По мощности и удельному весу этих ритмов определяют 6 стадий ФЖ и ОФЖ.
Положительным эффектом от внедрения изобретения является диагностика стадий ФЖ. Это позволит определять тактику лечения и давать прогноз с учетом стадии ФЖ, позволит дать методическую основу для изучения эффективности дефибрилляции с учетом стадии ФЖ и, может быть, позволит разрабатывать дефибрилляцию с учетом стадии ФЖ. Кроме того, положительным эффектом является повышение чувствительности и специфичности диагностики ФЖ, что позволит снизить внезапную смертность из-за ФЖ благодаря повышению чувствительности диагностики ФЖ, позволит избавить больных от ненужных дефибрилляций благодаря повышению специфичности диагностики ФЖ, что позволит более экономно расходовать энергию источника питания дефибриллятора.
Способ осуществляют следующим образом. Регистрируют ЭКГ в стандартном или грудном отведении с частотой оцифровки 250 или 500 Гц. ЭКГ делят на отрезки 1 с. В отрезках ЭКГ 1 с определяют спектральную мощность тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов методом быстрого преобразования Фурье. Мощность ритмов определяют в микровольтах (мкВ). Если гамма-ритм следует на 2-4-м месте по мощности в 5 подряд отрезках ЭКГ, в этих 5 отрезках определяют суммарную мощность тета-ритма, альфа-ритма, бета-ритма и гамма-ритма, определяют удельный вес (мощность) тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов в процентах к сумме мощности этих ритмов и определяют стадии ФЖ:
бета-фибрилляция характеризуется доминированием бета-ритма мощностью 40-70%,
альфа-фибрилляция характеризуется доминированием альфа-ритма мощностью 40-70%,
тета-фибрилляция характеризуется доминированием тета-ритма мощностью 40-70%,
бета-альфа-фибрилляция - на 1-2-м месте следуют бета- и альфа-ритмы мощностью больше 30% и меньше 40%,
альфа-тета-фибрилляция - на 1-2-м месте следуют альфа- и тета-ритмы мощностью больше 30% и меньше 40%,
дизритмия фибрилляции - на 1-м месте следует тета-, альфа- или бета-ритм мощностью меньше 40% и на 2-м - любой ритм мощностью меньше или равной 30%.
Если мощность тета-, альфа- или бета-ритма больше 70% или в отрезке ЭКГ на 1-м месте по мощности следует гамма-ритм, ставят диагноз ОФЖ.
Критерии диагностики стадий ФЖ разработаны нами на модели экспериментальной ФЖ сердца собаки, так как параметры стадий ФЖ собаки применимы к человеку. Известно сходство экспериментальной (в эксперименте у собак) и клинической классификации стадий ФЖ, описываемых по длительности фибрилляции, частоте, амплитуде и характеристике осцилляций на ЭКГ (Гурвич Н. Л. Основные принципы дефибрилляции сердца. М. 1975; Неотложная кардиология. Ред. А.Л.Сыркин. М. 2004).
Изобретение тестировалось нами на ЭКГ человека и собаки, в которых регистрировались: синусовые, предсердные, узловые и желудочковые ритмы, предсердные и желудочковые экстрасистолы, атриовентрикулярные блокады, фибрилляция предсердий, фибрилляция желудочков (длительность регистрации всех ЭКГ больше 32 ч). В тестированных нами ЭКГ правильная диагностика ФЖ составила 100%.
Пример 1. Определяют спектральную мощность тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов отрезков ЭКГ 1-5 (фиг.1). На фиг.1 приведена ЭКГ Р., 49 лет в I стандартном отведении. Калибровка: 0,5 мВ, 1 с. Регистратор - электроэнцефалограф "NeuroS-4U" фирмы "Нейроботикс" (Москва). Частота оцифровки: 250 Гц. Файл формата "edf32". ЭКГ разделена на отрезки 1 с. Спектральная мощность (в мкВ) тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов отрезков ЭКГ фиг.1 приведена в табл.1. Мощность ритмов определена методом быстрого преобразования Фурье с использованием программы "Неокортекс 2.1" фирмы "Нейроботикс".
| Таблица 1 | ||||
| Отрезок ЭКГ | Тета-ритм | Альфа-ритм | Бета-ритм | Гамма-ритм |
| 1 | 408 | 479 | 505 | 1033 |
| 2 | 377 | 426 | 422 | 832 |
| 3 | 367 | 380 | 396 | 802 |
| 4 | 353 | 397 | 382 | 729 |
| 5 | 398 | 417 | 414 | 772 |
Как видно из табл.1, в отрезках ЭКГ 1-5 на 1-м месте по мощности следует гамма-ритм: 1033, 832, 802, 729 и 772 мкВ. В отрезках ЭКГ 1-5 ставят диагноз ОФЖ.
Пример 2. Определяют спектральную мощность тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов отрезков ЭКГ 156-160 (фиг.2). На фиг.2 приведена ЭКГ собаки в III стандартном отведении. Калибровка: 0,7 мВ, 1 с. Регистратор - "NeuroS-4U". Частота оцифровки: 500 Гц.
Файл формата "edf32". ЭКГ разделена на отрезки 1 с. Отрезок 156 зарегистрирован на 5-й секунде ФЖ. Спектральная мощность (в мкВ) тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов отрезков ЭКГ фиг.2 приведена в табл.2.
| Таблица 2 | ||||
| Отрезок ЭКГ | Тета-ритм | Альфа-ритм | Бета-ритм | Гамма-ритм |
| 156 | 470 | 480 | 1123 | 460 |
| 157 | 255 | 472 | 1172 | 450 |
| 158 | 188 | 436 | 664 | 499 |
| 159 | 162 | 354 | 972 | 479 |
| 160 | 163 | 413 | 937 | 460 |
| 175 | 217 | 630 | 186 | 581 |
| 176 | 133 | 630 | 116 | 582 |
| 177 | 238 | 631 | 111 | 482 |
| 178 | 167 | 614 | 120 | 339 |
| 179 | 367 | 809 | 226 | 427 |
| 204 | 359 | 491 | 75 | 200 |
| 205 | 636 | 707 | 168 | 303 |
| 206 | 872 | 868 | 200 | 353 |
| 207 | 805 | 455 | 180 | 323 |
| 208 | 377 | 331 | 126 | 238 |
| 212 | 561 | 506 | 93 | 175 |
| 213 | 637 | 319 | 87 | 171 |
| 214 | 712 | 548 | 130 | 195 |
| 215 | 582 | 486 | 155 | 236 |
| 216 | 484 | 396 | 138 | 234 |
Как видно из табл.2, в отрезках 156-160 на 1-м месте по мощности бета-ритм: 1123, 1172, 664, 972 и 937 мкВ. В отрезках 156-160 определяют суммарную мощность (в мкВ) тета-ритма, альфа-ритма, бета-ритма и гамма-ритма:
470+255+188+162+163=1236 мкВ - мощность тета-ритма,
480+472+436+354+413=2156 мкВ - мощность альфа-ритма,
1123+1172+664+972+937=4868 мкВ - мощность бета-ритма,
460+450+499+479+460=2348 мкВ - мощность гамма-ритма.
Определяют удельный вес (мощность) тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов в процентах к сумме мощности этих ритмов:
1236+2156+4868+2348=10607 мкВ - сумма мощности ритмов,
(1236:10607)·100=12% - мощность тета-ритма,
(2156:10607)·100=20% - мощность альфа-ритма,
(4868:10607)·100=46% - мощность бета-ритма,
(2348:10607)·100=22% - мощность гамма-ритма.
Частотная структура отрезка 156-160, представленная по удельному весу (мощности) тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов в процентах: Б46; Г22; А20; Т12.
Диагноз отрезка ЭКГ 156-160: ФЖ, стадия бета-фибрилляции, Б46; Г22.
Пример 3. Определяют спектральную мощность тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов отрезков ЭКГ 175-179 (фиг.2). Как видно из табл.2, в отрезках ЭКГ 175-179 на 1-м месте по мощности альфа-ритм: 630, 630, 631, 614 и 809 мкВ. В отрезках 175-179 определяют суммарную мощность (в мкВ) тета-ритма, альфа-ритма, бета-ритма и гамма-ритма:
217+133+238+167+367=1121 мкВ - мощность тета-ритма,
630+630+631+614+809=3315 мкВ - мощность альфа-ритма,
186+116+111+120+226=759 мкВ - мощность бета-ритма,
581+582+482+339+427=2413 мкВ - мощность гамма-ритма.
Определяют удельный вес (мощность) тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов в процентах к сумме мощности этих ритмов:
1121+3315+759+2413=7607 мкВ - сумма мощности ритмов,
(1121:7607)·100=15% - мощность тета-ритма,
(3315:7607)·100=44% - мощность альфа-ритма,
(759:7607)·100=10% - мощность бета-ритма,
(2413:7607)·100=32% - мощность гамма-ритма.
Частотная структура отрезка ЭКГ 175-179: А44; Г32; Т15; Б10.
Диагноз отрезка ЭКГ 175-179: ФЖ, стадия альфа-фибрилляции, А44;Г32.
Пример 4. Определяют спектральную мощность тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов отрезков ЭКГ 204-208 (фиг.2). Как видно из табл.2, в отрезках 204-208 на 1-м месте по мощности альфа- и тета-ритмы: 491, 707, 872, 805 и 377 мкВ. В отрезках 204-208 определяют суммарную мощность (в мкВ) тета-ритма, альфа-ритма, бета-ритма и гамма-ритма:
359+636+872+805+377=3048 мкВ - мощность тета-ритма,
491+707+868+455+331=2852 мкВ - мощность альфа-ритма,
75+168+200+180+126=749 мкВ - мощность бета-ритма,
200+303+353+323+238=1416 мкВ - мощность гамма-ритма.
Определяют удельный вес (мощность) тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов в процентах к сумме мощности этих ритмов:
3048+2852+749+1416=8066 мкВ - сумма мощности ритмов,
(3048:8066)·100=38% - мощность тета-ритма,
(2852:8066)·100=35% - мощность альфа-ритма,
(749:8066)·100=9% - мощность бета-ритма,
(1416:8066)·100=18% - мощность гамма-ритма.
Частотная структура отрезка ЭКГ 204-208: Т38; А35; Г18; Б9.
Диагноз отрезка ЭКГ 204-208: ФЖ, стадия альфа-тета-фибрилляции, Т38; А35.
Пример 5. Определяют спектральную мощность тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов отрезков ЭКГ 212-216 (фиг.2). Как видно из табл.2, в отрезках 212-216 на 1-м месте по мощности тета-ритм: 561, 637, 712, 582 и 484 мкВ. В отрезках 212-216 определяют суммарную мощность (в мкВ) тета-ритма, альфа-ритма, бета-ритма и гамма-ритма:
561+637+712+582+484=2975 мкВ - мощность тета-ритма,
506+319+548+486+396=2254 мкВ - мощность альфа-ритма,
93+87+130+155+138=603 мкВ - мощность бета-ритма,
175+171+195+236+234=1011 мкВ - мощность гамма-ритма.
Определяют удельный вес (мощность) тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов в процентах к сумме мощности этих ритмов:
2975+2254+603+1011=6843 мкВ - сумма мощности ритмов,
(2975:6843)·100=43% - мощность тета-ритма,
(2254:6843)·100=33% - мощность альфа-ритма,
(603:6843)·100=9% - мощность бета-ритма,
(1011:6843)·100=15% - мощность гамма-ритма.
Частотная структура отрезка ЭКГ 212-216: Т43;АЗЗ;Г15;Б9.
Диагноз отрезка ЭКГ 212-216: ФЖ, стадия тета-фибрилляции, Т43; А33.
Примеры 2-5 показывают диагностику стадий ФЖ. Из примеров видно преимущество изобретения перед прототипом, который не определяет стадии ФЖ.
Способ диагностики стадий фибрилляции желудочков сердца путем регистрации электрокардиограммы и определения в отрезках электрокардиограммы 1 с спектральной мощности методом быстрого преобразования Фурье, отличающийся тем, что определяют спектральную мощность тета-ритма частотой 4-7 Гц, альфа-ритма - 8-12 Гц, бета-ритма -13-17 Гц и гамма-ритма - 18-40 Гц, если гамма-ритм следует на 2-4-м месте по мощности в 5 подряд отрезках электрокардиограммы, в этих 5 отрезках определяют суммарную мощность тета-ритма, альфа-ритма, бета-ритма и гамма-ритма, определяют удельный вес (мощность) тета-, альфа-, бета- и гамма-ритмов в процентах к сумме мощности этих ритмов и определяют стадии фибрилляции желудочков: бета-фибрилляция характеризуется доминированием бета-ритма мощностью 40-70%, альфа-фибрилляция характеризуется доминированием альфа-ритма мощностью 40-70%, тета-фибрилляция характеризуется доминированием тета-ритма мощностью 40-70%, бета-альфа-фибрилляция - на 1-2-м месте следуют бета- и альфа-ритмы мощностью больше 30 и меньше 40%, альфа-тета-фибрилляция - на 1-2-м месте следуют альфа- и тета-ритмы мощностью больше 30 и меньше 40%, дизритмия - на 1-м месте следует тета-, альфа- или бета-ритм мощностью меньше 40% и на 2-м - любой ритм мощностью, меньшей или равной 30%; если мощность тета-, альфа-или бета-ритма больше 70% или в отрезке электрокардиограммы на 1-м месте по мощности следует гамма-ритм, ставят диагноз отсутствие фибрилляции желудочков.
