Способ дифференциальной диагностики форм мерцательной аритмии

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ ФОРМ МЕРЦАТЕЛЬНОЙ АРИТМИИ(71) Заявитель Государственное учреждение Республиканский научнопрактический центр Кардиология Министерства здравоохранения Республики Беларусь(72) Авторы Мрочек Александр Геннадьевич Войтович Александр Павлович Фролов Александр Владимирович Войтикова Маргарита Васильевна Мельникова Ольга Петровна(73) Патентообладатель Государственное учреждение Республиканский научнопрактический центр Кардиология Министерства здравоохранения Республики Беларусь(57) Способ дифференциальной диагностики форм мерцательной аритмии, заключающийся в том, что в течение 10-20 с регистрируют электрокардиограмму больного в 12 стандартных отведениях в полосе частот 0,5-100 Гц, из полученного сигнала выделяют составляющую предсердной электрической активности, обрабатывают ее с помощью быстрого преобразования Фурье в диапазоне частот от 0 до 20 Гц, выделяют пик максимальной амплитуды , определяют наличие пиков в диапазоне от 3 до 8 Гц, амплитуда которых превышает значение 0,7 , и при наличии одного пика диагностируют трепетание предсердий, а при наличии двух или более пиков - фибрилляцию предсердий. Изобретение относится к области медицины, точнее к функциональной диагностике и используется для диагностики нарушений сердечного ритма, а именно мерцательной аритмии. Мерцательная аритмия является наиболее частой формой наджелудочковых нарушений сердечного ритма. Частота мерцательной аритмиипрогрессирует с возрастом, у лиц старше 75 лет она превышает 6 , 85 лет - 14 и 90 лет - уже 27 . А у лиц, госпитализируемых по поводу нарушений сердечного ритма,встречается в 1/3 случаев 1. Прив атриовентрикулярный узел от предсердий поступают частые нерегулярные серии импульсов. Часть из них блокируется, а другая часть достигает миокарда желудочков,вызывая аритмические сокращения до и более 200 мин-1. При этом некоординированная электрическая деятельность предсердий приводит к ухудшению их сократительной функции. Из-за отсутствия предсердной подпитки ослабевает сердечный выброс. 15348 1 2012.02.28 Под терминомобъединены две различные с патофизиологической точки зрения формы патологии мерцание или фибрилляция предсердий (ФП) и трепетание предсердий(ТП). Клиническая значимость дифференциальной диагностики ФП и ТП обусловлена тем, что для их коррекции требуются разные методы лечения фармакологические, электрофизиологические, интервенционные или хирургические. ФП представляет разновидность наджелудочковых аритмий, характеризующихся некоординированной электрической активностью предсердий с последующим ухудшением их сократительной функции. На электрокардиограмме (ЭКГ) характерным признаком ФП является замещение нормальныхзубцов быстрыми осцилляциями или волнами фибрилляции различных размеров и форм. Частота сердечных сокращений при этом может превышать 200 мин-1 2. При ТП циркуляция возбуждений идет по большому кругу -. Механизм при ТП был верифицирован . и . (1991) 3. ТП (флаттер предсердий) это более организованное нарушение ритма, чем ФП, и характеризуется наличием на ЭКГ-волн зубьев пилы. Особенно отчетливо -волны выражены во ,иотведениях ЭКГ. Частота сокращений предсердий варьируется от 240 до 320 мин-1. ТП обычно сочетается с -блокадой в соотношении 21, что приводит к сокращению желудочков сердца с частотой 120-160 мин-1. Для диагностики формиспользуют ЭКГ, эхокардиографию, холтеровское мониторирование, электрофизиологическое исследование (ЭФИ) для выяснения механизмов развития тахикардии и поиска участков аблации или блокады -проведения, картирование. Для дифференциальной диагностики ФП и ТП у больных срегистрируют электрокардиограмму в 12 стандартных отведениях. Анализируют сигналы ЭКГ в отведениях,ина предмет наличиязубцов. При отсутствиизубцов и наличии быстрых волн различных размеров и частоты выше 200 мин-1 выявляют ФП. Если же в этих же отведениях присутствуют более регулярные -волны типа зубьев пилы с частотой 240320 мин-1, выявляют ТП. Данный способ имеет ряд недостатков. Во-первых, предсердная и желудочковая электрические активности накладываются друг на друга во временной плоскости и их трудно разделить. Во-вторых, электрическая активность желудочков в несколько раз выше и поэтому маскирует активность предсердий. В-третьих, низкоамплитудная активность предсердий дополнительно маскируется в присутствии шумов, которые содержит практически любая запись ЭКГ. В-четвертых, по записям электрокардиограммы практически невозможно оценить частоту предсердной электрической активности. Все данные факторы в совокупности обуславливают низкую точность и низкую надежность дифференциальной диагностики ФП и ТП. Для дифференциальной диагностики ФП и ТП (флаттер) применяется ЭФИ с внутрисердечным картированием (мэппинг), которое применяется для дифференцирования различных типов предсердных аритмий и выявления механизмов их развития. При этом регистрируются многоканальные электрограммы контактным или бесконтактным способом. Далее, используя картезианский метод реконструкции, получают координаты точек виртуальной многоканальной электрограммы, по которым вычисляется длина флаттерной волны -, скорость ее проведения и, таким образом, ее частота. 4, 5, 6. На экран монитора или на принтер выводятся волны возбуждения, по формам которых можно локализовать эктопические участки возбуждения. Однако данный способ имеет ограниченное применение, так как используется только при открытом сердце. Для повышения разрешающей способности способа необходимо увеличивать количество электродов и количество каналов электрокардиографа (до 60), что в значительной степени усложняет и удорожает аппаратуру. Кроме того, дифференциальная диагностика ФП и ТП по волнам возбуждения затруднительна, так как в них отсутствует информация о характере частотной активности предсердий. 2 15348 1 2012.02.28 Наиболее близким к заявляемому по совокупности признаков и достигаемому результату является способ выделения предсердной составляющей электрокардиограммы путем слепого разделения источников и анализа ее частотного спектра 7. Способ заключается в регистрации ЭКГ в 12 стандартных отведениях в полосе частот 0,5-60 Гц, режекторной фильтрации сетевой помехи, выделении предсердной электрической активности методом слепого разделения источников , быстром преобразовании Фурье сигнала предсердной активности, вычислении параметров спектра в диапазоне 0-30 Гц, а именно пиков спектраи их уровней . При наличии не менее двух пиков в спектре диагностируют ФП, при наличии одного основного пика в спектре диагностируют ТП. Однако точность и надежность данного способа низкая, так как в анализируемом диапазоне частот 0-30 Гц кроме предсердной активности могут присутствовать пик, соответствующий частоте сердечных сокращений, и его высшие гармоники, высшие гармоники предсердной активности, а также компоненты спектра, присутствие которых связано с ограниченной 10 с длительностью ЭКГ сигнала. Задачей изобретения является создание точного и надежного способа дифференциальной диагностики форм мерцательной аритмии, который позволил бы выбирать наиболее адекватное лечение. Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения,заключается в повышении точности диагностики фибрилляции и трепетания предсердий за счет количественного анализа спектра предсердной электрической активности. Точная дифференциальная диагностика форм мерцательной аритмии позволяет назначать больным с мерцательной аритмией наиболее адекватное лечение фармакологическое, электрофизиологическое, интервенционное либо хирургическое. В связи с широкой распространенностью мерцательной аритмии среди больных кардиологического профиля клиническая значимость предлагаемого способа очевидна. Технический результат изобретения достигается тем, что в способе дифференциальной диагностики форм мерцательной аритмии, согласно изобретению, в течение 10-20 с регистрируют электрокардиограмму больного в 12 стандартных отведениях в полосе частот 0,5-100 Гц, из полученного сигнала выделяют составляющую предсердной электрической активности, обрабатывают ее с помощью преобразования Фурье в диапазоне частот от 0 до 20 Гц, выделяют пик максимальной амплитуды , определяют наличие пиков в диапазоне от 3 до 8 Гц, амплитуда которых превышает значение 0,7 , и при наличии двух или более пиков - фибрилляцию предсердий. Способ осуществляют следующим образом. Используют 12-канальный цифровой электрокардиограф Интекард, выпускаемый по техническим условиям ТУ 100050381.001-2005, который позволяет регистрировать ЭКГ в 12 стандартных отведениях в цифровой форме с частотой квантования 1000 Гц. Используется программа Интекард, позволяющая регистрировать и обрабатывать электрокардиограмму и математический пакет , версия 7. У больного срегистрируют ЭКГ длительностью 10-20 с. Программно, с помощью режекторного фильтра 50 Гц, отфильтровывают из сигнала ЭКГ сетевую помеху. Очищенный сигнал заносят в память компьютера в форме цифровых отсчетов, количество которых равно 1000 или 2000. Далее полученные ЭКГ данные передают в пакет математических программ . Используют метод слепого разделения источников, входящий в пакет .выходе программы, реализующей метод слепого разделения источников, получают сигнал, соответствующий электрической активности предсердий. При этом компоненты ЭКГ сигнала, соответствующие электрической активности желудочков, подавляются. Далее полученные данные обрабатывают программой , реализующей метод дискретного быстрого преобразования Фурье в диапазоне частот от 0 до 20 Гц. В результате работы программы строится спектр электри 3 15348 1 2012.02.28 ческой активности предсердий в виде графика в координатах амплитуда спектра в мВ 2 и частота в Гц. Анализируют спектр только в диапазоне от 3 до 8 Гц. В данном частотном диапазоне выявляют все пикии соответствующие им частоты . Находят среди них максимальный пики соответствующую ему частоту . Устанавливают порог,равный 0,7 от амплитуды максимального пика . Подсчитывают количество пиков в спектре от 3 до 8 Гц, амплитуда которых превышает установленный порог. Выявленные пики спектра соответствуют фибрилляционной активности предсердий. Ложные пики, соответствующие активности желудочков, и высшие гармоники, появление которых связано с ограниченной временной записью сигнала ЭКГ, отбраковываются. Тем самым повышается точность и надежность способа. В случае обнаружения не менее двух пиков устанавливают фибрилляцию предсердий. В данном случае активизировано несколько эктопических очагов -, обуславливающих дезорганизованную деятельность предсердий. Степень хаотичности зависит от количества эктопических зон, их взаиморасположения. При обнаружении одного пика в спектре диагностируют трепетание предсердий. В данном случае циркуляция возбуждений идет по одному большому кругу -. Кроме дифференциальной диагностики ФП и ТП по данным частотыможно оценить вероятность спонтанного прекращения фибрилляции и трепетания, как это было показано в работе 8. Для этого частотув Гц следует перевести в число фибрилляций в минуту (ф/мин), то есть умножить на 60. Как показано в работе 8, чем выше частота фибрилляции, тем ниже вероятность спонтанного прекращения, и наоборот. На фиг. 1 представлена электрокардиограмма в 12 стандартных отведениях больного Б. с фибрилляцией предсердий на фиг. 2 - электрокардиограмма воотведении больного Б. с фибрилляцией предсердий (масштаб изменен в сравнении с фиг. 1) на фиг. 3 - электрическая активность предсердий больного Б. с фибрилляцией предсердий, выделенная методом слепого разделения источников на фиг. 4 - спектр Фурье электрической активности предсердий больного Б. с фибрилляцией предсердий на фиг. 5 -электрокардиограмма в 12 стандартных отведениях больного С. с трепетанием предсердий на фиг. 6 электрокардиограмма воотведении больного С. с трепетанием предсердий (масштаб изменен в сравнении с фиг. 5) на фиг. 7 - электрическая активность предсердий больного С. с трепетанием предсердий, выделенная методом слепого разделения источников на фиг. 8 - спектр Фурье электрической активности предсердий больного С. с трепетанием предсердий. Примеры осуществления способа. Пример 1. Больной Б. с фибрилляцией предсердий. У больного Б. зарегистрировали ЭКГ в 12 стандартных отведениях с помощью 12-канального цифрового электрокардиографа Интекард (фиг. 1). Все 12 отведений электрокардиограммы были предварительно очищены от сетевой помехи 50 Гц. Далее для анализа выбираетсяотведение, наиболее репрезентативно отражающее предсердную активность у данного пациента (можно было также использовать отведения , , 2). На фиг. 2 представлена ЭКГ воотведении больного Б. с фибрилляцией предсердий, используемая для дальнейшего анализа (масштаб в сравнении с фиг. 1 изменен). Цифровые отсчеты электрокардиограммы воотведении передаются в пакет математических программ , который содержит множество математических методик цифровой обработки сигналов. Используется программа, реализующая метод слепого разделения источников . Данный метод применяется для анализа сложных сигналов, имеющих пространственную структуру и представляющих смесь независимых источников. Он применим для анализа электрокардиограммы. Отведения ЭКГ отражают различные проекции электрического диполя сердца. Прив электрокардио 4 15348 1 2012.02.28 грамме содержится смесь независимых источников, таких как синусовый узел, эктопические очаги возбуждения -. На фиг. 3 изображена выделенная методом слепого разделения источников электрическая предсердная активность у больного Б. Выделенная предсердная активность обрабатывается программой быстрого преобразования Фурье, входящей в состав используемого пакета .фиг. 4 изображен спектр электрической активности предсердий больного Б. с фибрилляцией предсердий. По оси ординат - амплитуда компонентов спектра, по оси абсцисс - частота от 0 до 20 Гц. Как видно, данный спектр содержит несколько пиков. Для повышения точности и надежности способа дифференциальной диагностики ФП и ТП исследуется область спектра от 3 до 8 Гц, так как именно в ней отражена активность фибрилляционных волн. Компоненты спектра вне данной зоны могут отражать частоту сердечных сокращений, высшие гармоники и другие неинформативные компоненты, не относящиеся к электрической активности предсердий. Находим амплитуду максимального пика , которая в данном случае составляет примерно 0,3. Для повышения надежности способа устанавливаем порог, равный 0,7 от . В данном случае порог составляет 0,21 (уровень 0,7 принят в радиотехнике для фильтрации помех). В выделенном окне спектра подсчитываем количество пиков, которое в данном случае составило 4. Следовательно, предсердная активность представляет собой смесь из 4-х независимых источников. Можно утверждать, что в предсердиях имеются несколько эктопических очагов -, обуславливающих возникновение фибрилляционных волн разной амплитуды и частоты. Таким образом, при проведенном исследовании у пациента Б. была выявлена фибрилляция предсердий (ФП). Пример 2. Больной С. с трепетанием предсердий. У больного С. зарегистрировали ЭКГ в 12 стандартных отведениях с помощью 12-канального цифрового электрокардиографа Интекард (фиг. 5). Данные выводятся на экран монитора или на принтер. Все 12 отведений электрокардиограммы предварительно очищаются от сетевой помехи 50 Гц для дальнейшего анализа. Применяемый в программе Интекард адаптивный цифровой режекторный фильтр 50 Гц позволяет избавляться от сетевой помехи без искажения полезных структурных элементов электрокардиограммы. Далее для анализа выбираетсяотведение ЭКГ, наиболее репрезентативно отражающее предсердную активность у пациента С. (можно было также использовать отведения, , 2). На фиг. 6 представлена электрокардиограмма воотведении больного С. с трепетанием предсердий, используемая для дальнейшего анализа (масштаб в сравнении с фиг. 5 изменен). Цифровые отсчеты электрокардиограммы воотведении передаются в пакет математических программ . Как и в примере 1, используется программа, реализующая метод слепого разделения источников . На фиг. 7 изображена выделенная методом слепого разделения источников электрическая предсердная активность у больного С. Выделенная предсердная активность обрабатывается программой быстрого преобразования Фурье. На фиг. 7 изображен спектр электрической активности предсердий больного С. с трепетанием предсердий. По оси ординат - амплитуда компонентов спектра, по оси абсцисс - частота от 0 до 20 Гц. Как видно, данный спектр содержит один основной пик. Для повышения точности и надежности способа дифференциальной диагностики ФП и ТП исследуем область спектра, ограниченную 3 и 8 Гц, так как именно в ней сосредоточена электрическая активность предсердных волн. Компоненты спектра вне данной зоны не относятся к электрической активности предсердий и в данном случае являются помехами. 15348 1 2012.02.28 Находим амплитуду максимального пика , которая в данном случае составляет примерно 0,48. Для повышения надежности устанавливаем порог, равный 0,7 от амплитуды максимального пика . В данном случае порог составляет 0,34. В выделенном окне спектра находим единственный пик, который соответствует циркуляции возбуждения в предсердиях по большому кругу -, что соответствует современному определению трепетания или флаттера предсердий. Частотав данном случае равна 6,5 Гц, что соответствует 390 фибрилляций в минуту. В соответствии с данными работы 8, вероятность спонтанного прекращения трепетания в данном случае маловероятна. Таким образом, предложенный способ позволяет с высокой точностью и надежностью дифференцировать наиболее частые формы мерцательной аритмии, а именно фибрилляцию предсердий и трепетание предсердий. Достигнутый результат позволяет подобрать больному наиболее адекватное лечение из широкого арсенала терапевтических, интервенционных и хирургических методов лечения. Способ может быть использован в клинической медицине для дифференциальной диагностики нарушений сердечного ритма. Источники информации 1. Сыркин А.П., Добровольский А.В. Тактика лечения больных с постоянной формой мерцательной аритмии Современное состояние проблемы //. - 2001. Т. 1.- 10. 2.///, 2006. 3..,., 1991. 4. Ройтберг Г.Е., Струтынский А.В. Внутренние болезни. Сердечно-сосудистая система. - М. Бином. - 2007. - 856 с. 5. Недоступ А.В., Благова О.В., Богданова Э.А., Платонова А.А. Неинвазивный анализ ритма предсердий и желудочков при мерцательной аритмии прошлое, настоящее и будущее метода в клинической практике. - М. Медиосфера, 2005. 6..,.,.// . - 1994. - . 89. - . 1665-1680. 7. - .,.,.-//. - 2002. - . 29. . 605-608 (прототип). 8..,.,.//. - 2004. - .4 (3). - . 122-136. Фиг. 8 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7