Обработка информации в автоматизированных системах медицинской диагностики на основе электростатических моделей генеза электрокардиограмм

• Автор: Аль-Гхил Шауки Мохаммед Хусейн
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ И ОБЗОР МЕТОДОВ ЕЕ РЕШЕНИЯ.

1.1 Биофизические основы процесса генеза ЭКГ

1.2 Методы автоматизации обработки кардиологической

ИНФОРМАЦИИ

1.2.1 Методы автоматизации первичной обработки данных.

1.2.2 Методы автоматизации постановки диагноза

1.2.3 Особенности применения диагностической аппаратуры при постановке диагноза.

1.3 Модели электрической активности сердца, применяемые для

АВТОМАТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

1.4 Выбор и обоснование направлений исследований
2 РАЗРАБОТКА ОБЩЕГО ПОДХОДА К ПОСТРОЕНИЮ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ГЕНЕЗА ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММ .
2.1 Вывод основных соотношений для анализа процесса генеза ЭКГ.
2.1.1 Основные соотношения для описания электрического поля .
2.1.2 Определение начальных и граничных условий.
2.2 Учет в модели электрофизических свойств биологических ТКАНЕЙ
2.2.1 Электрофизиологические параметры биофизических сред
2.2.2 Учет влияния проводимости тканей организма на распределение электростатического поля
2.2.3 Учет влияния анизотропии тканей на вид расчетных соотношений.
3 РАЗРАБОТКА ФОРМАЛИЗОВАННОЙ МОДЕЛИ ГЕНЕЗА ЭКГ
3.1 Описание генеза ЭКГ с помощью суперпозиции ис точников тока
3.2 Анализ влияния количества членов разложения на точность описания потенциального поля.
3.3 Представление модели сердца в виде одиночного
флуктуирующего во времени и в пространстве точечного заряда
3.4 Выбор и обоснование основных допущений и ограничений
3.5 Применение разработанной формализованной модели для анализа процесса генеза ЭКГ.
3.5.1 Конкретизация расчетных соотношений.
3.5.2 Построение алгоритма решения прямой задачи электрокардиографии
3.6 Применение разработанной модели для решения прямой задачи генеза ЭКГ
Выводы.
4 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ КАРДИОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ .
4.1 Описание программноаппаратного обеспечения, использованного для проведения исследований.
4.1.1 Описание аппаратного обеспечения.
4.1.2 Описание программного обеспечения.
4.2 Исследование применимости разработанной модели в
КЛАССИЧЕСКИХ АЛГОРИТМАХ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ
4.2.1 Оценка возможностей применения модели для решения задач диагностики по спектральным характеристикам электрокардиосигнала
4.2.2 Оценка возможностей применения модели в алгоритмах структурной идентификации.
4.2.3 Оценка возможностей применения модели в методах диагностики, основанных на картографировании распределения потенциала электрического поля сердца
4.3 Разработка оригинальных алгоритмов функциональной
диагностики на основе формализованной однозарядной модели генеза ЭКГ.
4.3.1 Разработка алгоритма выявления грубых патологий
4.3.2 Разработка и исследование алгоритма контроля состояния миокарда
4.3.3 Оценка погрешностей разработанного алгоритма.
Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Алгоритм решения прямой задачикардиографии, основанный на применении полной электростатической модели, и методика определения параметров алгоритма, основанная на применении электрофизиологических констант, феноменологическом описании анатомических характеристик проводящей системы сердца и информации об общем строении организма человека. Методики и реализующие их алгоритмы, предназначенные для решения диагностических задач и выявления нештатных ситуаций и основанные на решении обратной задачи генеза ЭКГ с применением формализованной электростатической монозарядной модели. Публикации. По материалам выполненных в диссертации исследований опубликовано печатных работ. Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на й Всероссийской межвузовской научнотехнической конференции студентов и аспирантов Микроэлектроника и информатика г. Москва, Девятой региональной конференции по математике МАК г. Барнаул, Третьей Всероссийской научнотехнической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Наука и молодежь г. Информационные технологии в современном мире г. Таганрог, , XI Всероссийской конференции Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании НИТ, г. Рязань, , Международной научнотехнической конференции Измерения, контроль, информатизация г. Барнаул, , а также на семинарах Центра медицинской электроники при АлтГТУ, и кафедр Медицинской кибернетика, Информационноизмерительная техника и Прикладная математика АлтГТУ. Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложений. Первая глава носит обзорный характер, а также содержит краткое описание рассматриваемой предметной области. В ней рассматриваются тенденции развития современной медицинской диагностической аппаратуры, позволяющей производить оценку функционального состояния сердечнососудистой системы человека. Отмечены особенности регистрации электрокардиографических сигналов при использовании различных типов аппаратуры, в том числе кардиомониторов, предназначенных для непрерывной регистрации сигналов в течение определенного времени, и полиграфов, позволяющих одновременно производить регистрацию большинства показателей сердечной деятельности. Рассмотрены современные методы автоматизации диагностического процесса. Проведен обзор существующих моделей электрической активности сердца, применяемых для автоматической диагностики. Рассмотрены вопросы алгоритмического обеспечения диагностического процесса на всех его этапах. Выбраны и обоснованы направления диссертационной работы. Л . Л . Выведены основные соотношения, описывающие электрокардиографическое поле, с учетом граничных условий. К важным результатам главы можно отнести проведение анализа особенностей биологических тканей с электродинамической тоКй. В третьей главе рассматриваются особенности решения задачи моделирования электрической активности сердца, а также алгоритмическая реализация этого решения. В частности, рассмотрен метод анализа электрического поля объекта контроля с помощью мультипольного разложения, проведено исследование влияния порядка мультипольного разложения на точность и погрешности моделирования. Рассмотрены различные подходы к решению задачи определения параметров математических моделей контролируемых явлений. На основе проведенных исследований разработан алгоритм модели
рования электрического поля сердца, а также обоснованы пути определения параметров разработанной модели. Проведена исследовательская работа по определению наиболее информативных отведений электрокардиосигнала, характерные параметры которых являются критичными при ручной либо полуавтоматической диагностике той или иной патологии. Результаты этой работы использованы при оценке точности моделирования электрокардиосигналов в различных отведениях с помощью разработанной монозарядной модели эквивалентного электрического генератора сердца. В четвертой главе рассматриваются вопросы практического применения разработанных и исследованных методов моделирования электрической активности сердца в созданном по результатам научноисследовательской работы программноаппаратном комплексе ЭФКР4. Комплекс позволяет проводить широкий спектр исследований в области диагностики функционального состояния сердечнососудистой системы человека.