Корреляция спектральных и статистических характеристик пульсового сигнала при заболеваниях сердца

Существенная диагностическая значимость спектральных характеристик пульсового сигнала лучевой артерии обусловлена тем, что сигнал периферического пульса, в частности лучевой артерии, содержит информацию о многих физиологических процессах, протекающих в организме. В пульсо- вом сигнале лучевой артерии находят свое отражение, как процессы высших уровней регуляции, так и многие гемодинамические показатели сердечно-сосудистой системы [1], что создает предпосылки для выявления корреляций между заболеваниями сердца (артериальная гипертензия, гипертония, ишемическая болезнь (ИБС)) и значениями спектральных и статистических характеристик пульсовой волны лучевой артерии.

Исследовались сигналы условно-здорового человека, больных гипертонией и ИБС, типичные пульсовые сигналы которых представлены на рис. а. Проведенный анализ спектров показал более гладкие кривые у больных (рис. б), что объясняется большей вариабельностью R-R интервала у здоровых людей (рис. в). Вейвлет-анализ пульсовых сигналов показал, что вейвлет-образ пульсовой волны здорового человека по виду отличается от вейвлет-образа при заболевании (рис. г). Тем не менее, установить различия обычными способами, кроме визуального сравнения, сложно. Предложенный критерий – коэффициент вариации вейвлет-коэффициентов – позволяет выявить наличие заболеваний сердечно-сосудистой системы (ССС), но не дифференцирует их. При этом его величина на масштабе 30 миллисекунд в диастолической части пульсового сигнала варьирует в пределах 0.2÷0.4 (рис. д) [2].

а)

Здоровый

10W,В

1.5      2 t,с. 2.5

-50     0.5

20W,В2

б)

ЭК=556

8 f,Гц. 10

в)

5    10   15   20   25 N 30

5    10   15   20   25 N 30

a,с.

г)

д)

0.8

0.6

0.4

10-2

0     0.5

1.5      2 t,с. 2.5

lllTl;

1.5      2 t,с. 2.5

0.2

0 a,с.

10-2

0.5      1      1.5      2 t,с. 2.5

10-2

0.5      1      1.5      2 t с. 2.5

КВ                                             ^{, .}

Рис. Пульсовые волны условно-здорового человека и больных гипертонией и ИБС (а); спектральные плотности мощности (б); RR-интервалы (в); вейвлет-образы (г); коэффициенты вариации вейвлет-коэффициентов на масштабе 30 миллисекунд (д).

В.В. Бороноев, В.Д. Омпоков, А.Е. Павлов. Спектральный анализ вариабельности сердечного ритма по пульсовой волне при нагрузочных пробах

Для дифференцирования заболеваний ССС предложено дополнительно использовать энергетический коэффициент спектра (ЭК) равный отношению суммарной спектральной мощности в диапазоне частот от 0.6 до 10 Гц. к соответственной величине в диапазоне от 10 до 48 Гц. Исследования показали, что значения параметра ЭК при гипертонии статистически достоверно отличается от аналогичных значений при ишемической болезни сердца, их средние значения равны 430 и 1060 соответственно (рис. 1б). Различие в абсолютных значениях параметра ЭК связанно с перераспределением спектральной мощности пульсовой волны из высокочастотной части спектра (10-48 Гц) в низкочастотную (0,6-10 Гц) при ИБС и обратным явлением при гипертонии.

Выводы

Таким образом, была установлена корреляция между значениями энергетического коэффициента ЭК спектра и коэффициента вариации КВ вейвлет-коэффициентов с состоянием сердечно-сосудистой системы человека (здоровое состояние, заболевание гипертонией, заболевание ИБС). На основе данной корреляции можно создать систему поддержки принятия решений для автоматизации оценки состояний сердечно-сосудистой системы, пригодной для экспресс-диагностики.