Способ дифференциальной диагностики пароксизмальной и персистирующей форм фибрилляции предсердий человека

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ ПАРОКСИЗМАЛЬНОЙ И ПЕРСИСТИРУЮЩЕЙ ФОРМ ФИБРИЛЛЯЦИИ ПРЕДСЕРДИЙ ЧЕЛОВЕКА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Войтикова Маргарита Васильевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Способ дифференциальной диагностики пароксизмальной и персистирующей форм фибрилляции предсердий человека, включающий получение электрокардиограммы (ЭКГ) пациента, отличающийся тем, что проводят фильтрацию ЭКГ-сигнала в диапазоне частот 4,0-10,0 Гц, полученный ЭКГ-сигнал обрабатывают на основе вейвлет-метода, используя в качестве базисных функций негрубые ортогональные и биортогональные вейвлеты, затем без искажения формы и изменения частотного состава обработанного ЭКГ-сигнала исключают из него -комплексы и Т-волны, ассоциированные с активностью желудочков сердца, после чего вычисляют плотность энергии непрерывного вейвлет-преобразования остаточного ЭКГ-сигнала Е(а) и, если максимальное значение Е(а) соответствует частоте,меньшей 5,6 Гц, делают вывод о наличии пароксизмальной формы фибрилляции предсердий, а если большей 5,6 Гц - о наличии персистирующей формы фибрилляции. 10241 1 2008.02.28 Изобретение относится к области медицины, в частности кардиологии, и может быть использовано для исследования формы и динамики фибрилляции предсердий человека(мерцательной аритмии). Согласно современной классификации фибрилляции предсердий, различают постоянную и пароксизмальную формы фибрилляции, требующие различного лечения. Проблема заключается в практически полном отсутствии визуально различимых отличий в электрокардиограммах (ЭКГ) при указанных формах фибрилляции. Известен способ диагностики фибрилляции предсердий человека по суточным измерениям ЭКГ, при рентгеновском исследовании, холтеровском мониторировании, по определениям липидного спектра, уровня глюкозы и тиреоидных гормонов в крови пациентов 1. Недостатком данного способа является невысокая точность визуальных исследований,громоздкость и невозможность диагностики в реальном времени при оказании неотложной помощи. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ диагностики фибрилляции предсердий (мерцательной аритмии), описанный в 2,где классификацию, диагностику и лечение проводят при визуальном определении из ЭКГ длительности и формы Р-зубца при синусовом ритме, симптомов преждевременного возбуждения желудочков, ранней реполяризации и длины интервала , по результатам эхокардиографии сердца (Эхо-КГ) с оценкой размеров левого предсердия, по которым судят о состоянии и об органическом поражении сердца у пациентов с мерцательной аритмией. Недостатками прототипа являются малая точность результатов визуальной диагностики и неоднозначность оценки ЭКГ при сочетании симптомов различных патологий, перемежаемость режимов сердечного ритма, что является типичным для ЭКГ-сигналов. Задачей данного изобретения является создание способа определения с высокой точностью формы фибрилляции предсердий (постоянной или пароксизмальной) и вероятности спонтанного прекращения пароксизмальной фибрилляции предсердий. Для выполнения поставленной задачи предложен способ диагностики фибрилляции предсердий человека, заключающийся в получении сигнала электокардиограммы (ЭКГ) и дальнейшей его обработке. Новым, по мнению автора, является то, что проводят фильтрацию ЭКГ-сигнала, полученный сигнал обрабатывают на основе вейвлет-методов, используя в качестве базисных функций негрубые ортогональные и биортогональные вейвлеты, исключают из ЭКГ-комплексы и Т-волны, ассоциированные с активностью желудочков сердца, после вычисляют плотность энергии непрерывного вейвлет-преобразования остаточного сигнала Е(а) и, если максимальное значение Е(а) соответствует частоте, меньшей 5,6 Гц, делают вывод о наличии пароксизмальной формы фибрилляции предсердий, а если большей 5,6 Гц - о наличии персистирующей формы фибрилляции. На фиг. 1 изображен 3-секундный фрагмент сигнала ЭКГ человека с постоянной фибрилляцией предсердий (фиг. 1, кривая 1) и ЭКГ другого пациента с пароксизмальной фибрилляцией, которая прекращается спонтанно через 2 мин (фиг. 1, кривая 2). Соответствующие вейвлет-коэффициенты С(а, в), по которым определяется положение-комплексов и Т-волн, ассоциированных с активностью желудочков сердца, показаны на фиг. 1 (кривые 3, 4, 5, 6). Сплошной линией указан порог обнаружения -комплекса. После определения положения (-комплексов и Т-волн, последние удаляются из сигнала ЭКГ, при этом остаточный сигнал содержит в качестве доминантной компоненты электрическую активность предсердий, в которых локализована фибрилляция (фиг. 1,кривые 7, 8). Положение на графике максимума зависимости плотности энергии Е(а) вейвлетпреобразования остаточного сигнала ЭКГ от масштаба а относительно порогового значения акрит (пунктир на фиг. 2) является характеристическим показателем, определяющим форму фибрилляции постоянную (фиг. 2, кривая 1) или пароксизмальную (фиг. 2, кривая 2 10241 1 2008.02.28 2), а также вероятность спонтанного прекращения пароксизмальной фибрилляции предсердий. Численное значение акрит для биортогонального вейвлета равно 39, что соответствует частоте 5,6 Гц. Сущность заявляемого изобретения состоит в следующем. Первоначально измеряется электрический потенциал с поверхности кожи человека (получение ЭКГ). Далее оцифрованный сигнал обрабатывается на основе вейвлет-методов. Вейвлет-преобразование представляет сигнал ЭКГ в базисе специальных функций, называемых вейвлетами. Вейвлеткоэффициенты определяются интегральным значением скалярного произведения сигнала на вейвлет-функцию заданного вида. В качестве базисных функций предлагается использовать негрубые ортогональные и биортогональные вейвлеты, поскольку именно такие функции адекватно передают локальные особенности сигнала ЭКГ. Одна из основных идей дискретного вейвлет-преобразования заключается в разложении сигнала на аппроксимирующие и детализирующие составляющие с последующим восстановлением сигнала в интересующих частотных диапазонах. Для выявления особенностей динамики мерцательной аритмии такой частотный диапазон составляет 4,0-10,0 Гц. Проводя вейвлет-преобразование ЭКГ человека, страдающего мерцательной аритмией(фиг. 1, кривые 1, 2), можно получить данные для идентификации формы фибрилляции и определить вероятность самопроизвольного завершения пароксизмальной фибрилляции. Первоначально проводится фильтрация сигнала ЭКГ в диапазоне частот 4,0-10,0 Гц, затем выделяется электрическая активность желудочков сердца при помощи вейвлеткоэффициентов сигнала ЭКГ (фиг. 1, кривые 3-6). Удаление составляющей комплекса и Т-волны из ЭКГ осуществляется за счет зануления соответствующих вейвлет-коэффициентов (фиг. 1, кривые 3-6). Оставшаяся после вычитания часть сигнала ЭКГ связана с -волной, ассоциированной с активностью предсердий (фиг. 1, кривые 7, 8). Частотная доминанта, которую необходимо определить в остаточном сигнале, является маркером формы фибрилляции предсердий и вероятности самопроизвольного прекращения пароксизмальной фибрилляции. Для вейвлет-функций характерно обратно пропорциональное соотношение центральной частоты вейвлета и масштабного параметра а. Автором предлагается выполнить непрерывное вейвлет-пробразование остаточного сигнала ЭКГ с последующим усреднением во времени (от 10 до 60 с) модуля вейвлет-коэффициентов, определяя так называемую функцию плотности энергии вейвлет-преобразования, обозначенную здесь как Е(а). Положение максимума зависимости Е(а) от масштабного параметра а является диагностическим критерием формы фибрилляции предсердий и вероятности спонтанного прекращения приступа. Таким образом определяется частотная доминанта остаточного сигнала если максимум плотности энергии приходится на величину а меньше порогового значения акрит, фибрилляция предсердий является постоянной, которая не завершится по крайней мере в течение часа (фиг. 2, кривая 1, порог отмечен пунктиром). Если максимум плотности энергии вейвлет-преобразования приходится на величину параметра а больше порогового значения акрит (соответствующего частоте 5,6 Гц), фибрилляция предсердий является пароксизмальной, которая спонтанно завершится в течение 1-2 мин (фиг. 2, кривая 2, порог отмечен пунктиром). В первом случае требуется неотложная фармакологическая и/или электрошоковая терапия для стимуляции прекращения фибрилляции предсердий. Таким образом, описанный выше способ диагностики фибрилляции предсердий (мерцательной аритмии), заключающийся в получении сигнала ЭКГ и его обработке с помощью вейвлет-преобразования, позволяет в реальном времени определить форму фибрилляции и вероятность спонтанного прекращения приступа фибрилляции с высокой достоверностью (более 96 ). На основе данного изобретения могут быть даны рекомендации о целесообразности применения неотложной фармакологической и электрошоковой стимуляции для прекращения фибрилляции. 3 10241 1 2008.02.28 Источники информации 1. Татарский Б.И. Бессимптомная форма фибрилляции предсердий // Сердечная недостаточность. - Т. 2. -5. - 2001. - С. 20-28. 2. Фомина И.Г., Ветлужский А.В. Некоторые вопросы классификации, диагностики и лечения мерцательной аритмии (по рекомендациям Европейского общества кардиологов // Сердечная недостаточность. - Т. 2. -5. - 2001. - С. 48-51. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4