Компьютерный анализатор волн кардиоритма «Кардиоокно» и его приложения

МИС-98

II. Аппаратные и программные средства медицинской диагностики и терапии

Медицина создала основу для классификации клеток крови по внешнему виду, а также установила связи между заболеваниями и морфологическими изменениями клеток и состава крови. Однако использование этого потенциала в автоматической системе еще предстоит довести необходимого уровня. Настоящая работа имеет целью поиск эффективных решений для дифференцированного распознавания лейкоцитов.

Основа системы - классификатор, позволяющего с достаточной точностью перейти от словесного описания (пример: гранулоциты - клетки, в цитоплазме которых обнаруживается зернистость, специфическая для определенного вида клеток.) к формальному количественному описанию на языке признаков, получаемых путем обработки изображений. Большое значение имеет нормализализация изображений по яркости и цвету с компенсацией неравномерности поля освещения. Исследование гистограммы в цветовом пространстве HSV позволяет получить опорные координаты для основных объектов. Процедура распознавания носит последовательный характер. На первом шаге с использованием цветовых признаков выделяются ядра клеток. Затем исследуется форма ядер с использованием структурных признаков. На следующем шаге делаются измерения характеристик цитоплазмы. Результат работы - заключение о принадлежности клетк перечисленным выше типам.

Описанная система была реализована и прошла тестирование. В 92% случаев результат классификации был точным. Для достижения лучших результатов необходимо в первую очередь повысить качество вводимых изображений.

УДК.612.13

КОМПЬЮТЕРНЫЙ АНАЛИЗАТОР ВОЛН КАРДИОРИТМА -«КАРДИООКНО» И ЕГО ПРИЛОЖЕНИЯ

А.Ф.Зубарев, М.К.Чернышев, В.Ю.Щебланов

ВЦМК «ЗАЩИТА» МЗ РФ и ОООМБУ НИИ «БИНАР», г. Москва

Феномен спонтанной вариабельности ритма сердца включает, по крайней мере, восемь колебательных компонент (без учета циркадной компоненты), начиная с дыхательных волн и до многоминутных и часовых волн, несущих чрезвычайно важную информацию о механизмах регуляции, а точнее о согласовании (координации) управлений в целостном организме [Чернышев, Гаджиев, 1983]. В связи с этим «КАРДИООКНО» предназначено для проникновения через волновые структуры ритма сердца в механизмы многоуровневой регуляции в организме.

Однако, анализ непериодических, с одной стороны, и неслучайных, с другой стороны, автоколебательных компонент кардиоритма, как правило, релаксационного типа с «плавающими» параметрами в нестационарном процессе представляет не простую проблему. Неслучайно, как показывают публикации и международные выставки последних лет, ни одна из многочисленных отечественных либо зарубежных компьютерных систем не обеспечивает синхронного анализа иерархии волн в ритме сердца. Несмотря на огромную практическую значимость параметров указанных волн, анализ ограничивается грубой оценкой мощностей только первых двух волн. Действительно, в последние годы за рубежом появились сотни работ по изучению взаимоотношений между дыхательной (HF) компонентой, приблизительно десятисекундной (MF) компонентой и общей низкочастотной (LF) компонентой, грубая оценка мощностей которых используется для определения баланса между симпатической и парасимпатической системами организма и, как следствие, для решения достаточно широкого круга задач [Hayano and etc.,1993]. Анализ более

Известия ТРТУ

медленных, чем десятисекундные волны остается практически недоступным, что сдерживает поток исследований по изучению их взаимоотношений.

В связи с этим была разработана новая компьютерная технология исследований - вычислительная ритмография. Современное аппаратное обеспечение регистрации сердечного ритма развито достаточно хорошо, в различных модификациях и позволяет осуществлять как его оперативную регистрацию на ограниченных интервалах времени, так и длительную регистрацию вплоть до непрерывных суточных записей, поэтому в работе основное внимание обращено на математическое обеспечение и его приложения.

Основные процедуры вычислительной ритмографии включают: последовательный послойный многомасштабный анализ временного ряда (в отличие от параллельного анализа при широко распространенных различных спектральных методах); анализ непериодических колебательных компонент с использованием резонансно-поисковых методов, методов нелинейной регрессии и др. в выделенных частотных составляющих (полосах) сигнала; реконструкцию достаточно точных моделей колебаний с переменными существенно «плавающими» параметрами, их синхронное графическое отображение и интерпретацию с использованием координационных математических моделей. Большая точность моделей непериодических колебаний позволяет анализировать их по отдельности и удалять одно за другим, начиная с более высокочастотного и до самого низкочастотного, практически без потери информации. Оставшаяся чисто случайная компонента, достаточно близкая к «белому» шуму, анализируется классическими статистическими методами. Приведенная технология вычислительной ритмографии реализована в виде двух версий автономных программных модулей (п.м.): SLIWE5 и LOWAVE4.

П.м. SLIDE WAVE (короче SLIWE), основанный на использовании динамики «мгновенных» снимков волн, является модулем оперативного анализа. Он включает анализ до пяти первых волн ритма сердца и случайного высокочастотного остатка.

П.м. LOW WAVE (короче LOWAVE) предназначен для стратегического анализа четырех многоминутных и часовых волн, а также низкочастотного случайного остатка, которые связаны с гуморально-гормональной регуляцией.

Помимо необходимой точности, чувствительности и надежности, а также математической корректности количественного анализа ряда кардиоинтервалов оба п.м. обеспечивают выделение всех колебательных компонент с учетом их формы, что имеет особую ценность. Их работа иллюстрируется синхронным отображением форм (до сих пор неизвестных) восьми колебательных компонент кардиоритма в различных комбинациях.

Технология вычислительной ритмографии с успехом была использована при решении широкого круга задач по прогнозированию утомления человека-оператора, состояний организма при экстремальных воздействиях, ранней диагностики гипертонических кризов, развития сахарного диабета и др. В настоящей работе в качестве иллюстрации более подробно рассматривается пример ее применения при выявлении механизма действия электростимулятора нового типа - электронной таблетки (ЭТ) АЭС ЖКТ и СО.

Эксперименты проводились с участием моряков-подводников и обычных служащих. Регистрация кардиоинтервалограмм проводилась до и после принятия электронной таблетки (ЭТ) как по группе испытуемых, так и для отдельных испытуемых в динамике с длительностью регистрации от 400 до 2000 кардиоинтервалов.

В процессе исследований здоровых лиц - группы моряков-подводников (10 человек) были выполнены небольшие по длительности регистрации порядка 400 RR-интервалов до и на следующие сутки после приема ЭТ.В результате анализа

МИС-98

II. Аппаратные и программные средства медицинской диагностики и терапии зарегистрированных кардиоинтервалограмм было показано, что на следующие сутки после принятия ЭТ либо сохраняется некоторое напряжение функциональных систем организма с возрастанием индекса напряжения и уменьшением амплитуд дыхательных волн, либо оно полностью проходит с некоторым улучшением нормализации систем организма. Одновременно установлено, что среднеквадратические отклонения (СКО) приблизительно десяти секундных, двадцати пяти секундных и около минутных волн находятся, как правило, в своих фоновых диапазонах, в то время, как СКО около трехминутных или около двадцати пяти минутных волн (пятого и шестого порядка) возрастают в среднем в 1.5 раза. Следовательно, несмотря на ограниченность длительности регистрации кардиоинтервалограмм, надежно проявляется феномен усиления волн пятого и шестого порядка.

Для более детального исследования установленных фактов было проведено длительное исследование для нескольких лиц здоровых, с напряжением функциональных систем организма и больного в динамике в течение нескольких недель с длительностью регистрации приблизительно 2000 кардиоинтервалов.

В результате показано, что у здоровых лиц на следующие сутки после приема ЭТ происходит увеличение СКО около трехминутных и около двадцати пяти минутных волн ритма сердца в 1.5^2 раза, которое стабильно сохраняется длительное время, по крайней мере, до конца эксперимента в течение трех недель. У пожилого больного возникающее временами подобное усиление указанных волн не удерживается сколько-нибудь стабильно и достаточно быстро пропадает.

Таким образом, ЭТ без сомнения вносящая возмущение во внутреннюю гормональную среду организма, вызывает возрастающий поток информации по гормональной петле регуляции, который поступает в гипофиз и через нейроэндокринные клетки передается в гипоталамус. Этот поток информации вызывает ответный усиленный поток реакций гипоталамо-гипофизарной системы, а следовательно, увеличение амплитуд около трехминутных и около двадцати пяти минутных волн ритма сердца, связанных с его оперативной регуляцией.

Вышеприведенные факты позволяют сделать следующие выводы:

прием ЭТ вызывает в организме человека активизацию гипоталамо-гипофизарной системы, контролирующей все регуляторные системы организма и способствующей улучшению их деятельности, на чем основан неспецифический эффект нормализации работы функциональных систем организма;

контроль за параметрами около трехминутных и около двадцати пяти минутных волн ритма сердца обеспечивает оперативную количественную индикацию активности функционирования нейроэндокринных систем аналогично тому, как дыхательные и приблизительно десяти секундные волны являются индикаторами баланса между парасимпатической и симпатической системами организма.

В заключение следует подчеркнуть, что применение подобных компьютерных анализаторов волновых структур физиологических процессов вообще только начинается и имеет очень большие перспективы.

АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ХОЛТЕРОВСКОГО

МОНИТОРИРОВАНИЯ

Лященко С. Л., Леонов Д. В.

Структура кардиологического аппаратно-программного комплекса предлагаемого сегодня, базируется на достижениях электронной промышленности, в области создания электронных дисков большей емкости при малых размерах и с