Геометрические методы кардиоинтервалографии

Цель работы: научиться применять геометрические методы кардиоинтервалографии для выявления патологий при проведении медицинского обследования с использованием записей реальных пациентов.

2.1. Гистография

Гистограмма - это способ представления статистических данных в виде столбчатой диаграммы. Она отображает распределение отдельных измерений.

Высота каждого столбца указывает на частоту появления значений в выбранном диапазоне, а количество столбцов – на число выбранных диапазонов.

Важное преимущество гистограммы заключается в том, что она позволяет наглядно представить тенденции изменения измеряемых параметров качества объекта и зрительно оценить закон их распределения. Кроме того, гистограмма дает возможность быстро определить центр, разброс и форму распределения случайной величины. Строится гистограмма для интервального изменения значений измеряемого.

Высота каждого столбца указывает на частоту появления значений параметров в выбранном диапазоне, а количество столбцов – на число выбранных диапазонов.

Бин - это интервал, на которые разбивается наша область распределения. В кардиоинтервалографии используются бины разной величины для различных видов исследований. Вариационная пульсометрия, как правило, использует интервалы длительностью 0,05 секунд (50 мс). Именно такой бин был использован ранее при вычислении показателя AMo.

В традиционном гистографическом анализе визуально различают 5 видов гистограмм.

Нормальная гистограмма.

В гистограммах такого вида столбец, соответствующий моде, расположен около центра. Хотя для построения используется временной ряд, а не выборка, в целом форма гистограммы соответствует нормальному закону распределения плотности вероятности. Пример приведен на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 - Нормальная гистограмма

 

Ассиметричная гистограмма

В таких гистограммах центр линии распределения (мода гистограммы) смещен от центра графика нормального распределения вправо или влево. Подобные проявления на графике указывают на нарушения стационарности (одинаковости) процесса регуляции сердцебиения. Пример приведен на рис. 2.2.

Рисунок 2.2 - Ассиметричная гистограмма

 

Эксцессивная гистограмма

Она характеризуется узким основанием и острой вершиной линии распределения. Подобные признаки имеют гистограммы, зарегистрированные в условиях стрессового состояния. Так же, так выглядят гистограммы записей больных, способности к адаптации сердечной мышцы которых снижены вследствие общей истощенности систем.

Амодальная гистограмма

На графике видно большое количество «выпадающих» за рамки нормального распределения столбцов. Их хаотичное расположение и изменчивость часто не позволяют выделить моду. Подобные гистограммы наблюдаются у больных с фибрилляцией предсердий. Это болезнь, при которой водителем ритма становится не синусовый узел, а какие-либо из участков правого предсердия. Так же такой график иногда встречается при наличии артефактов записи. Пример приведен на рис. 2.3.

Рисунок 2.3 - Амодальная гистограмма

 

Полимодальная гистограмма

Распределение КИ в бинах формирует сразу несколько выраженных столбцов, близких к значению моды. Инструменты статистической обработки могут определять записи, формирующие такие гистограммы, как мультимодальные. Такой график встречается при аллоритмической экстрасистолии. Это болезнь, при которой аритмические выбросы появляются с определенной регулярностью. Пример приведен на рис. 2.4.

Рисунок 2.4 - Полимодальная гистограмма

 

2.2. Скаттерография

Скаттерограммы или точечные диаграммы служат для демонстрации наличия или отсутствия корреляции между двумя переменными.

В данном случае находится статистическая взаимосвязь между последовательностями величин одного и того же ряда, взятыми со сдвигом. То есть, мы исследуем автокорреляционную связь, так как обе переменные – это один и тот же ряд.

Для построения скаттерграммы по оси абсцисс откладывается величина текущего, а по оси ординат – последующего кардиоинтервалов. На пересечении ставится точка, обозначающая одно наблюдение. Операция повторяется со всеми КИ.

Точки на графике группируются вдоль биссектрисы координатных осей в виде некого облака или эллипса рассеяния, более вытянутого по диагонали. Размер облака вдоль диагонали (большая ось эллипса рассеяния) равен вариационному размаху, размер в перпендикулярном направлении (малая ось) определен случайными компонентами в ВСР. Чем более представлен в ВСР ведущий дыхательный ритм, тем боле вытянуто облако вдоль диагонали и сужено в перпендикулярном направлении. Так, в состоянии релаксации с неглубоким дыханием облако может приближаться к круговой форме. При физической нагрузке с высокой частотой и глубиной дыхания облако вытягивается и сжимается со смещением к область коротких КИ.

Примерный вид скаттерограммы здорового человека приведен на рис. 2.5.

Рисунок 2.5 – Скаттерограмма здорового человека

Варианты отклонений приведены на рис. 2.6 и 2.7.

Рисунок 2.6 – Вариант отклонения от нормы на скаттерограмме

Рисунок 2.7 – Вариант отклонения от нормы на скаттерограмме

 

Определяются следующие визуальные характеристики двумерной скаттерограммы:

- положение основного облака (нормальное, сдвинуто в сторону нуля, в противоположную сторону);

- симметричность основного облака относительно линии регрессии (симметричное, асимметричное);

- площадь основного облака (нормальное, уменьшенное, увеличенное);

- форма края (ровный или зубчатый; четкий или расплывчатый);

- наличие и локализация отсевов (выбросов);

- количество отсевов (единичные, редкие, множественные).

Нормальная форма скаттерграммы представляет собой вытянутый эллипс. Круговая форма означает отсутствие недыхательных компонентов аритмии. Узкий вытянутый овал соответствует преобладанию недыхательных компонентов в общей вариабельности ритма, что соответствует сильной напряженности (мобилизации) ССС. Маленькая площадь свидетельствует о снижении вариабельности ритма, что происходит при истощении ресурсов системы.

Наличие точек, отстоящих от основного облака (отсевов), говорит о наличии выбросовой аритмии (экстрасистолии). В крайних (тяжелейших) случаях точки группируются, образуя новые маленькие облачка вне основного.

Помимо визуального анализа, скаттерография так же использует численные параметры.

Численные характеристики:

- L (или а) - длина продольной оси скаттерограммы;

Соответствует вариационному размаху (dRR). Норма dRR составляет 300…450 мс.

- W (или b) - длина поперечной оси скаттерограммы;

Отражает выраженность апериодических, случайных влияний на сердечный ритм.

- L/w (или а/b) - отношение продольной оси к поперечной;

Отражает выраженность медленной периодики сердечного ритма. Чем более выраженной является медленная периодика, тем больше отношение L/w.

- S (площадь основного облака скаттерограммы).

Рассчитывается по формуле площади эллипса:

(2.1)

где aи b – полуоси эллипса.

В аритмологии используется формула:

(2.2).