Электрокардиография сверхвысокого разрешения как результат следования тенденции повышения разрешающей способности ЭКГ-методов

 

Следствием разработок по преодолению недостатков описанных выше методов и стремления к дальнейшиму развитию тенденции повышения разрешающей способности аппаратных, алгоритмических и программных средств анализа тонкой структуры ЭКС стало появление нового метода – электрокардиографии сверхвысокого разрешения (ЭКГ СВР). Это был результат более чем двадцатилетней работы коллектива ведущей научной школы «Радиоэлектронные и информационные средства оценки физиологических параметров живых систем» (РЭИС ЖС). Метод ЭКГ СВР обеспечивает регистрацию ЭКС на всей протяженности кардиоцикла в более широких амплитудном и частотном диапазонах в условиях воздействия помех. Минимальная граница амплитудного диапазона сегодня составляет порядка десяти нановольт, а максимальная верхняя граница частотного диапазона более 2000 Гц. Такие параметры регистрации ЭКС достигаются благодаря использованию самой современной элементной базы радиоэлектроники, широких возможностей цифровой обработки сигналов, оптимальному сочетанию аналоговых и цифровых методов и средств обработки информационных сигналов, а также разработке целого ряда новых схемотехнических, алгоритмических и программных решений, некоторые из которых описаны в нескольких статьях данного журнала.

Место, занимаемое ЭКГ СВР среди других современных методов электрокардиографии, иллюстрирует диаграмма на рис. 1. Метод ЭКГ СВР не только объединяет в себе возможности

Рис. 1. Сравнение современных методов электрокардиографии
с повышенной разрешающей способностью

 

всех других методов, но и превосходит их в области регистрации, обработки и анализа низкоамплитудных высокочастотных составляющих ЭКС. Такие составляющие ЭКС, несущие диагностически значимую информацию, были названы в [13] микропотенциалами. Они содержат важные данные о нормальной и патологической электрофизиологии сердца, о протекающих в нем нормальных физиологических процессах и о развитии патологических явлений. Эта информация недоступна в настоящее время широкому кругу исследователей. В основном, это происходит из-за свойств самого ЭКС и его микропотенциалов (нестационарность, шумоподобность), а также из-за сложности их выделения на фоне разнообразных шумов и помех. Свойства ЭКС, затрудняющие его анализ, и различные виды помех, сопровождающие регистрацию ЭКС по методу ЭКГ СВР, подробно рассмотрены в работе [1]. При этом необходимо учитывать, что влияние помех значительно увеличивается при расширении частотного диапазона регистрации ЭКС. Так, в стандартном частотном диапазоне регистрации ЭКС (до 100 Гц) лежит основная гармоника сетевой частоты (50 Гц) и одна дополнительная (100 Гц), а при расширении диапазона регистрации ЭКС до более 2000 Гц таких дополнительных гармоник становится около двух десятков. Кроме того, существенно возрастают внешние помеховые воздействия – наводки от электромагнитных излучений различной природы. В связи с этим особую сложность представляет обнаружение и измерение параметров полезных микропотенциалов на фоне различного рода нестационарных помех.

 

Способы реализации ЭКГ СВР

 

При электрофизиологических исследованиях сердца в расширенных амплитудном и частотном диапазонах со сверхвысоким разрешением (по методу ЭКГ СВР) регистрируемые сигналы его биоэлектрической активности на большей части своей протяженности являются слабыми и шумоподобными, однако, содержат информационные низкоамплитудные и высокочастотные полезные компоненты (микропотенциалы). Для их регистрации, обнаружения и выделения был предложен и разработан ряд новых подходов и методик, схемотехнических, алгоритмических, методических и программных решений, а также несколько специальных программ экспериментальных исследований, направленных на решение следующих задач:

– синтез процедур обработки ЭКС, позволяющих обнаруживать в них микропонциалы на фоне шумов и помех;

– разработка способов технической реализации синтезированных процедур регистрации и обработки низкоамплитудных и высокочастотных составляющих ЭКС (микропотенциалов);

– разработка многоканального способа регистрации кардиосигналов с каждого отведения с расширением частотного диапазона их обработки;

– переход на самую современную элементную базу для достижения наилучших возможных показателей в обработке составляющих ЭКС;

– реализация сверхвысокого разрешения по амплитуде и частоте;

– разработка адаптивных аналоговых и цифровых процедур обработки ЭКС;

– разработка процедур высокоточной синхронизации ЭКС;

– разработка эффективных методов синхронного анализа и трехмерного картирования ЭКС на всем протяжении кардиоцикла;

– разработка подходов, методологии и комплекса реализуемых эффективных и действенных алгоритмов и программ для решения задач вторичной обработки с целью выделения диагностически значимых признаков кардиопатологий, особенно на ранних стадиях их развития.