Задачи. Проблемы. Перспективы.

¹ Ю. В. Гуляев, чл. президиума РАН, академик РАН, профессор,

² К. В. Зайченко, д.т.н., профессор

¹ Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

² Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

 

High-resolution electrocardiography.

Task. Problem. Prospects.

¹ U. V. Gulyaev, member. Presidium of the Russian Academy of Sciences, Academician of the Russian Academy of Sciences, Professor,

² K.V. Zaychenko, Doctor of Technical Sciences, Professor

¹ Kotel’nikov institute of Radio Engineering and Electronics of RAS

² St-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation

 

Аннотация. Рассмотренысовременные тенденции развития методов электрокардиографии (ЭКГ), описаны предпосылки появления и особенности метода электрокардиографии сверхвысокого разрешения (ЭКГ СВР), его место среди других современных ЭКГ-методов. Обсуждаются подходы к разработке аналоговых и цифровых устройств первичной обработки ЭКС, а также к их вторичной обработке по методу ЭКГ СВР. Рассмотрены требования к методике проведения экспериментальных исследований на подопытных животных и к регистрации ЭКГ-данных у людей для поиска новых диагностических признаков кардиопатологий. Описаны возможности комплексирования метода ЭКГ СВР с методом магнитокардиографии и другими инструментальными средствами исследования сердца. Сформулированы сегодняшние задачи, проблемы развития и перспективы использования и внедрения метода ЭКГ СВР, а также электрокардиографов и электрокардиомониторов на его основе.

Abstract. The modern trends in the development of methods of electrocardiography (ECG), and describes the prerequisites for a particular method of high resolution electrocardiography (ECG SVR), its place among other modern methods of the ECG. Approaches to the development of analog and digital devices preprocessing pacemaker, as well as the requirements for their secondary treatment by the method of ECG SVR. The requirements for the methodology of experimental studies in experimental animals and ECG data in humans to find new diagnostic features kardiopatology. The capabilities aggregation method ECG SVR method magnetocardiography and other tools Heart Study. Formulated today's challenges, problems and prospects of the development and implementation of the method of ECG SVR, as well as ECG and elektrokardiomonitorov based on it.

Ключевые слова Электрокардиография, электрокардиосигнал, сверхвысокое разрешение, магнитокардиография, аналоговая, цифровая и вторичная обработка электрокардиосигналов.

Keywords Electrocardiography, electrocardiosignal, ultra high resolution, Magnetocardiography, analog, digital and secondary processing electrocardiosignals.

Реферат

В истории создания и совершенствования электрокардиографии четко прослеживается тенденция повышения информативности регистрируемых сигналов. Этой тенденции в разной степени следовали и современные методы электрокардиографии с повышенной разрешающей способностью. Результатом преодоления недостатков этих методов и дальнейшим повышением разрешающей способности аппаратных, алгоритмических и программных средств анализа тонкой структуры электрокардиосигналов (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 нВ, максимальная верхняя граница частотного диапазона более 2000 Гц. Такие параметры регистрации ЭКС достигаются благодаря использованию самой совершенной элементной базы современной 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. Создание блоков первичной обработки ЭКС с высокими, до сих пор не достижимыми характеристиками, позволило выделять сигналы, содержащие ранее не доступную для исследователей информацию, что, в свою очередь, потребовало реализации новых высокоэффективных методов извлечения этой информации при вторичной обработке биоэлектрических сигналов различной природы. Этому также будет способствовать совместное использование ЭКГ СВР и методов магнитокардиографии, чувствительных к внутри и внеклеточным токам сердца.

При исследованиях на подопытных животных с искусственно вызванными кардиопатологиями и при анализе их результатов были применены такие стандартные методики вторичной обработки, как спектральный анализ, построение гистограмм распределений и вейвлет-анализ сигналов, полученных в ходе экспериментальных записей ЭКС. Они однозначно подтвердили возможность фиксации методом ЭКГ СВР начала развития ишемии на более ранней стадии, чем это возможно при использовании существующих ЭКГ-методик.

Кратко изложены конкретные задачи развития ЭКГ СВР, возникшие в ходе ее реализации, которые можно сформулировать сегодня и часть из которых уже нашла свое отражение в работах, опубликованных в данном номере журнала; сложные, нетривиальные научные проблемы, требующие своего решения в ближайшее время, а также перспективы использования метода ЭКГ СВР в научных исследованиях и внедрения его в практическое здравоохранение.

 

Summary

In the history of the establishment and improvement of electrocardiography clear tendency to increase the information content of the recorded signals. This trend is followed in varying degrees and modern methods of electrocardiography with high resolution. The result of overcoming the drawbacks of these methods and the further development trend of increasing resolution of hardware, software and algorithmic analysis of the fine structure ECG signal has been the emergence of a new method - high-resolution electrocardiography (ECG UHR). This was the result of more than twenty years of the team's leading scientific school "electronic and information tools to evaluate physiological parameters of living systems". The method of ECG UHR, ECG signal provides registration for the entire length of the cardiac cycle on a larger amplitude and frequency ranges in terms of interference. The minimum limit of the amplitude range today is about ten nV, the maximum upper limit of the frequency range of more than 2000 Hz. Such registration parameters are achieved through the use of EX-the-art hardware components of today's electronics, opportunities of digital signal processing, the optimal combination of analog and digital methods and means of processing information signals, as well as developing a number of new circuit design, algorithmic and software solutions. The development of primary processing units with high pacing is still unattainable characteristics allowed to allocate signals containing not previously available to researchers information, which, in turn, required the implementation of new efficient methods for extracting this information for secondary processing of bioelectric signals of different nature. This will also facilitate sharing ECG UHR magnetocardiography and methods are sensitive to extracellular currents inside and heart.In studies on experimental animals with artificially induced kardiopatologiyami and analysis of the results were used standard techniques such secondary processing such as spectral analysis, histogram distributions and wavelet analysis signals obtained during experimental pacemaker records. They unequivocally confirmed the possibility of fixing the method of ECG UHR onset of ischemia at an earlier stage than is possible with existing ECG techniques. Summarizes the specific objectives of the ECG UHR encountered during its implementation, which can be formulated today, and some of which are already reflected in the papers published in this issue, complex, non-trivial scientific problems to be solved in the near future, as well as perspective of the ECG UHR in scientific research and its implementation in healthcare practice.