Системы неинвазивного контроля состояния сердца

• Автор: Бодин, Олег Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.17, 05.13.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 362 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Методологические основы развития теории неинвазивной диагностики сердца

1.1.1. Обзор методов диагностики состояния ССС

1.1.2. Возможности и особенности развития электрокардиорафии.

1.2. Анализ резервов повышения эффективности обработки кардиографической информации

1.2.1. Классификация методов анализа ЭКС

1.2.2. Анализ моделей электрической активности сердца.

1.2.3. Анализ методов и средств визуализации состояния ССС

1.2.4. Обзор современного состояния кардиодиагностичсских систем
1.3. Проблема повышения эффективности обработки кардиографической информации
1.4. Постановка задач исследования.
ГЛАВА 2. КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ НЕИНВАЗИВНОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ СЕРДЦА
2.1. Основные методологические принципы и положения неинвазивной кардиоднагноетики
2.2. Обоснование и разработка поливариаптного подхода к анализу, моделированию и визуализации кардиографической информации
2.3. Совершенствование алгоритмов обработки кардиографической информации.
2.3.1. Предварительная обработка ЭКС.
2.3.2. Регистрации и предварительная обработка флюорографических снимков.
2.4. Разработка способа определения электрической активности сердца
2.4.1. Определение координат точек регистрации стандартных отведений с учетом геометрии сердца и торса пациента
2.4.2. Электродинамическое представление об электрической активности сердца
2.4.3. Определение электрически активных областей и электрической активности сердца.
2.5. Выводы.
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.
3.1. Вводные замечания
3.2. Разработка и исследование амплитудновременного метода анализа
3.2.1. Амплитудновременной анализ ЭКС.
3.2.2. Разработка способа определения начала кардиоцикла на основе амплитудновременного метода анализа ЭКС
3.3. Разработка и исследование пространственноспектрального метода
анализа ЭКС на основе вейвлетпреобразования
3.3.1. Выбор базовой функции вейвлетпреобразования
3.3.2. Синтез базовой функции вейвлетпреобразования.
3.3.3. Разработка способа определения начала кардиоцикла на основе вейвлетпреобразования
3.4. Разработка и исследование метода анализа ЭКС на основе
нейронных сетей.
3.4.1. Выбор структуры нейронной сети
3.4.2. Разработка и исследование алгоритма обучения нейронной сети.
3.5. Выводы.
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ СЕРДЦА
4.1. Обоснование обобщенной модели электрической активности сердца
4.2. Моделирование распространения возбуждения в сердечной мышце
4.2.1. Построение развертки поверхности модели сердца пациента на плоскость.
4.2.2. Построение численной модели для решения задачи распространения возбуждения в сердечной мышце.
4.2.3. Исследование численной модели для решения задачи распространения возбуждения в сердечной мышце.
4.3. Исследование модели эквивалентного электрического генератора сердца
4.3.1. Определение мультииольных компонент модели эквивалентного электрического генератора сердца
4.3.2. Синтез модельного ЭКС с учетом геометрии сердца и торса пациента
4.4. Исследование возможностей модели электрической активности сердца для прогнозирования сердечного ритма.
4.4.1. Разработка алгоритма исследования периодики Венкебаха
4.4.2. Исследование влияния физической нагрузки на возникновение периодики Венкебаха в модели электрической активности сердца
4.5. Построение модели функционирования сердца на основе Марковских процессов
4.6. Выводы.
ГЛАВА 5. ВИЗУАЛИЗАЦИЯ СОСТОЯНИЯ СЕРДЦА
5.1. Предлагаемый подход к визуализации состояния сердца
5.2. Разработка объемного представления модели сердца.
5.3. Разработка и исследование поверхностной модели сердца
5.3.1. Анализ триангуляции Делоне
5.3.2. Анализ поверхностей Безье.
5.3.3. Применение триангуляции Делоне для построения поверхностной модели сердца.
5.4. Визуализация информации на поверхности сердца
5.4.1. Визуализация распространения возбуждения на поверхности сердца
5.4.2. Визуализация текстуры на поверхности сердца.
5.5. Выводы.
ГЛАВА 6. ПОСТРОЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ СЕРДЦА.
6.1. Особенности функционирования компьютерной диагностической системы.
6.2. Разработка структуры компьютерной диагностической системы.
6.2.1. Структура прикладного программного обеспечения компьютерной диагностической системы Кардиовид.
6.2.2. Организация информационного взаимодействия в компьютерной диагностической системе Кардиовид.
6.2.3. Архитектурные принципы организации компьютерной диагностической системы Кардиовид.
6.3. Реализация, внедрение и апробация
6.4. Выводы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Известен ряд медицинских компьютерных систем 0, 6, обеспечивающих на основе анализа кардиографической информации возможность визуализации состояния ССС, однако их использование не выходит за рамки учебных и исследовательских лабораторий, а также крупных клиник. В настоящее время в функциональной диагностике для целей визуализации состояния ССС основным методом является цифровая рентгенография , в которой для регистрации ФОС используется специализированная рентгенографическая аппаратура, включающая люминесцентный экран, электронную камеру, оптическую систему, компьютер, планшет, светозащитный кожух и рентгенопрозрачный экран. Для определения размеров и положения сердца врач просматривает ФОС и выдает заключение о состоянии геометрии сердца пациента. Таким образом, современные средства функциональной диагностики не обеспечивают возможность визуализации состояния ССС на реалистичной модели сердца пациента. Поэтому актуальной научной проблемой является разработка доступных для массового использования методов и средств обработки кардиографической информации, обеспечивающих повышенную точность и наглядное представление локализации повреждения миокарда на реалистичной модели сердца пациента. Решение этой проблемы позволит снизить смертность от ССЗ и поднять отечественное здравоохранение на новый, более качественный уровень. Решение этой проблемы разделяется на решение ряда научных задач анализа, моделирования и визуализации кардиографической информации. Электрокардиографии посвящены работы многих ученых как отечественных, так и зарубежных М. И. Кечкер, А. Б. де Луна, В. Н.Орлов, М. П. Рощевский, Струтынский, Ф. Циммерман, М. Классическими по электрокардиографии являются труды , 4, 6, 7, 0, в которых подробно изложены теоретические основы электрокардиографии, принципы анализа ЭКС и механизмы формирования электрокардиографических изменений при ССЗ и их симптомах. Поэтому для определения направления настоящего исследования ограничимся кратким описанием возможностей и особенностей развития электрокардиографии. Суть электрокардиографии состоит в регистрации электрических потенциалов, возникающих во время работы сердца, и выявлении их изменений. В результате электрической активности клеток миокарда сердце создаст вокруг себя периодически меняющееся электрическое поле, которое распространяется от сердца по всему телу через окружающие ткани, достигая кожи. Электроды, помещенные на кожу, воспринимают изменения этого поля и передают их на электрокардиограф. Регистрация ЭКС осуществляется в строгом соответствии с определенными правилами 5, 7. Существует множество способов регистрации ЭКС. Для нужд функциональной диагностики обязательным способом регистрации ЭКС является регистрация ЭКС в стандартных отведениях. При этом каждое из стандартных отведений позволяет регистрировать изменения электрической активности определенного отдела сердца, осуществлять топическую диагностику одной из областей сердца см. В дальнейшем изложении рассматриваются ЭКС только в стандартных отведениях. Более ста лет прошло с момента регистрации голландским ученым, Нобелевским лауреатом В. Эйнтховеном V. ЭКС человека. Ему принадлежат обозначения основных зубцов и интервалов ЭКС. В.Эйнтховен обозначил зубцы ЭКС взятыми подряд буквами латинского алфавита Р,ЗДДТ. ЭКС состоит из зубцов и горизонтально расположенных между ними сегментов. Временные расстояния называются интервалами см. Генезис ЭКС определяется процессами деполяризации возбуждения и реполяризации расслабления или восстановления исходного состояния в клетках миокарда , 5, 7. Наглядно процесс генезиса ЭКС можно представить в виде условной схемы . Согласно электрокардиографическому представлению сдвинутые по фазе кривые потенциалов всех элементов поверхности сердца умножаются на соответствующие коэффициенты кц и суммируются, образуя ЭКС в соответствующем отведении см. Рис. Генезис ЭКС Анализ стандартного ЭКС позволяет зафиксировать нарушения ритма, нарушения проведения, нарушения электрической оси сердца, эктопические и замещающие сокращения, повреждения миокарда, электролитные нарушения 4, 6, 7. Широкий спектр ССЗ приведен в МКБ 2. На рисунке 3 приведен перечень заболеваний ССС.