Комплексирование метода экг свр с методом магнитокардиографии

 

Для выделения новых информационных признаков кардиозаболеваний следует отметить, прежде всего, необходимость разработки различного специализированного инструментария, позволяющего перейти к комплексной обработке информации о функционировании сердца и получить новые данные о его нормальной и патологической физиологии. Большой интерес в реализации этого подхода представляет совместное использование метода ЭКГ СВР и методов магнитокардиографии (МКГ), разработанных в Институте радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН [23]. Это путь к созданию принципиально новой комплексной системы ранней диагностики патофизиологических процессов, протекающих в сердечно-сосудистой системе. Магнитометрические данные содержат информацию о пространственной конфигурации ионных токов в сердце и дают возможность качественно и количественно оценить многие процессы, протекающие в нем, так, например, способность миокарда к растяжению на фоне возрастания преднагрузки и/или постнагрузки, взаимосвязь механических и электрических свойств миокарда, что очень важно для изучения электрофизиологии сердца, а также выявить ряд фенотипических маркеров наследственно-конституциональных и патологических состояний сердечно-сосудистой системы. При этом аппаратура ЭКГ СВР в совместном комплексе принимает на себя решение свойственной ей задачи временно́й привязки МКГ-системы для синхронной записи МКГ- И ЭКГ-сигналов в первичную базу данных, а также высокоточной синхронизации расчета последовательности «мгновенных» карт распределения величин параметров магнитного поля сердца со всеми характерными фазами кардиоцикла [20] (нс), [21] (нс).

Синтез методов ЭКГ СВР и МКГ дает возможность создания принципиально новых систем донозологической диагностики путем интегрирования в комплексные процедуры выявления кардиопатологий модуля программного обеспечения, разработанного для обработки магнитокардиографических сигналов [23]: в частности, пространственно-временной анализ и численную оценку магнитного поля; процедуры аналитического решения обратной задачи магнитостатики и определения местоположения (координат) источников электрической активности сердца в заданные моменты времени кардиоцикла; оценку характера взаимодействия между различными отделами системного кровообращения в реальном времени, в том числе, величину гидростатического давления в системе легочной артерии, уровень митральной и/или трикуспидальной регургитации и состояние общего периферического сопротивления (чего?), что чрезвычайно важно для решения проблемы построения модели электрофизиологии сердца и анатомически связанных с ним крупных сосудов (см. п. 9.2 и [24] (нс)); определение наличия и степени выраженности ишемии миокарда, в том числе, на ранней стадии (обратим внимание на работы по решению этой же задачи с применением метода ЭКГ СВР [22] (нс), [17] (нс)) и т.д. Одновременная регистрация, параллельная запись в первичную базу данных и последующая совместная обработка электро- и магнитокардиограмм позволят реализовать обоснованный переход к комплексным ЭКГ- и МКГ- исследованиям по разработке принципиально новых методов поиска признаков кардиопатологий. Исследования взаимосвязи тонкой структуры ЭКС, выявленной по методу ЭКГ СВР, и МКГ-параметров, отражающих, благодаря применению сверхпроводниковых квантовых интерференционных датчиков, возникновение внутри и внеклеточных токов сердца, позволят найти нетривиальные взаимозависимости их выходных данных и взаимные закономерности динамики их изменений, а в дальнейшем не только расширить представления об этиологии и патогенезе кардиозаболеваний, но и о морфологии и электрофизиологии сердечно-сосудистой системы живых организмов и человека.

  

В разделе 8 кратко изложены возникшие в ходе реализации ЭКГ СВР конкретные задачи ее развития, которые можно сформулировать сегодня. Часть из них уже нашла свое отражение в работах, опубликованных в данном номере журнала. В разделе 9 сформулированы сложные, нетривиальные научные проблемы, требующие своего решения в ближайшее время. В разделе 10 - перспективы использования метода ЭКГ СВР в научных исследованиях и внедрения его в практическое здравоохранение.

 

Сегодняшние задачи ЭКГ СВР

 

1. Переход к многоканальной обработке ЭКС в каждом отведении для экспериментов по поиску частотного состава компонентов маркеров с минимизацией нелинейных искажений информационных сигналов в аналоговой части из-за вынужденной процедуры разделения ЭКС на НЧ- и ВЧ-составляющие, что позволит в дальнейшем реализовать оптимальные процедуры выделения этих составляющих в диагностическом комплексе.

2. Снижение влияния гармоник 50 Гц и мощных компонентов внешних помех на динамические свойства каналов обработки ЭКС и на подавление микропотенциалов.

3. Модернизация системы первичной аналого-цифровой обработки ЭКС на основе адаптивной регулировки ее параметров для расширения динамического диапазона регистрации входных сигналов и улучшения характеристик цифрового преобразования. Такая система должна быть совместима с современными интерфейсами передачи данных. При решении этой задачи необходимо учитывать широкие диапазоны изменения амплитудных характеристик ЭКС у разных объектов исследований [25] (нс), а также изменчивость частотного состава как самого ЭКС – появление в нем, например, как, высокочастотных диагностически значимых составляющих ранних (РПЖ) и поздних (ППЖ) потенциалов желудочков [4], так и, связанных с их регистрацией дополнительных источников ЭМП – радиотелефоны, вычислительная техника, другие электронные приборы и т.д.. Лишь введение адаптивного регулирования параметров канала обработки ЭКС позволит устранить влияние изменчивости характеристик этих сигналов на точность их регистрации. Предварительный анализ показал, что использование только аналоговых или только цифровых способов адаптации не может привести к удовлетворительному решению указанных проблем, т.к. аналоговая реализация отличается сложной схемотехникой, а цифровая не оказывает необходимых воздействий на аналоговую обработку сигналов до АЦП. В связи с этим разрабатываемые алгоритмы адаптации и реализующие их программные и схемотехнические решения должны  комплексно сочетать в себе современные достижения в области аналоговой схемотехники, аналого-цифрового преобразования и цифровой обработки сигналов.

4. Разработка высокочувствительных аналоговых и цифровых аппаратных средств обработки ЭКС с минимальным пороговым входным сигналом ниже 10 нВ, в том числе, на базе охлаждаемого (криогенного) входного усилителя и проведение на их базе специальных инвазивных экспериментальных исследований для изучения характеристик биоэлектрической активности клеток и тканей живого сердца. Такая аппаратура позволит не только существенно снизить внутренние шумы в каналах обработки, но и даст возможность изучить пути уменьшения уровня шумов, возникающих при кожно-гальванических контактах электродов.

5. Уточнить методики и продолжить экспериментальные исследования на животных с целью выявления новых признаков кардиопатологий и отработки способов фиксации временны́х параметров их возникновения и развития в ходе экспериментов в реальном масштабе времени.

6. Приступить к разработке узлов и блоков, а также модулей алгоритмического и программного обеспечения прототипов компьютеризированных электрокардиографа и электрокардиомонитора нового поколения, реализующих метод ЭКГ СВР.

7. В ходе начатых электрокардиографических исследований по методу ЭКГ СВР на людях формулировать, проверять и уточнять методики выявления не известных ранее компонентов ЭКС и маркеров кардиопатологий с целью выхода на разработку алгоритмов диагностики заболеваний сердечно-сосудистой системы человека.

Проблемы развития ЭКГ СВР

1. Изучение электро- и магнитокардиографических характеристик сердца при его нормальной и патологической физиологии с целью подробного описания его функционирования и выявления новых маркеров кардиопатологий.

2. Изучение в клетках и тканях сердца физиологических процессов, являющихся источником низкочастотных и высокочастотных сигналов их биоэлектрической активности с помощью специально разработанного инструментария, в том числе, на базе методов ЭКГ СВР и МКГ, для описания и моделирования процессов нормальной и патологической электрофизиологии сердца и анатомически связанных с ним крупных сосудов.

3. Исследования характеристик гидродинамики кровообращения [24] и их связей с ЭКГ-параметрами, фиксируемыми по методу ЭКГ СВР, а также с данными магнитокардиографических исследований.

4. Построение комплексной модели сердца и анатомически связанных с ним крупных сосудов как единой взаимосвязанной системы с учетом параметров их биоэлектрической активности в расширенных по методу ЭКГ СВР амплитудном и частотном диапазонах, их МКГ-характеристик, получаемых по методу магнитокардиографии, их гидродинамических свойств, а также, возможно, с использованием данных, получаемых с помощью их биомеханической и информационной моделей для разработки как новых комплексных методов описания процессов нормальной физиологии и возникновения и развития патологий в этой единой системе, так и для разработки новых методик кардиодиагностики и кардиотерапии.