Система поддержки принятия решений врача-кардиолога

Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются самые распространенные и опасные в современном мире [1]. Они являются причиной высокого числа летальных исходов, поэтому борьба с этими болезнями входит в число самых важных задач медицинской науки и здравоохранения. Люди, страдающие ССЗ или подвергающиеся высокому риску таких заболеваний (в связи с наличием одного или нескольких факторов риска, таких как повышенное кровяное давление, диабет или уже развившееся заболевание), нуждаются в раннем выявлении и оказании помощи путем консультирования и, при необходимости, приема лекарственных средств. Одним из наиболее широко распространенных и эффективных методов выявления признаков ССЭ является электрокардиография (ЭКГ). Однако, несмотря на распространённость метода все же есть проблемы с его использованием - метод содержит достаточно большой объем информации, который необходимо проанализировать, поэтому если в любой поликлинике Вам могут за несколько минут снять ЭКГ, то расшифровка записи является отдельной сложной задачей, которой должен заниматься медицинский персонал, имеющий достаточно высокую квалификацию и вот этот этап уже может занять достаточно большое количество времени.

Существует множество аппаратуры для снятия и анализа, ЭКГ. Следует отметить, что особенно эффективное использование медицинской аппаратуры на современном этапе стало возможно благодаря появлению микропроцессорной обработки данных, поскольку приборы на основе микро-ЭВМ производят сложную математическую обработку данных.

В реализуемой магистерской работе предложено программноаппаратное решение, позволяющее упростить обработку ЭКГ с целью диагностики желудочковой экстрасистолии. Новизна данной работы заключается в разработке системы поддержки принятия решений при диагностике желудочковой экстрасистолии с применением цифровой фильтрации сигнала (для облегчения работы программы при расчете и анализе параметров) и программы анализа ЭКГ на наличие признаков желудочковой экстрасистолии.

На рис. 1 показана структура электрокардиографа, в ней блок фильтров реализуется на базе операционных усилителей и как правило, такие фильтры имеют не очень высокий порядок, поэтому в записанном сигнале ЭКГ могут присутствовать не до конца отфильтрованные составляющие. Для того, чтобы организовать качественную фильтрацию сигнала в алгоритме обработки предлагается реализовать цифровые фильтры высокой и низкой частот 8 порядка, это решение также позволит работать с уже имеющимися записями сигналов ЭКГ с недостаточной степенью фильтрации.

Рисунок 1 - Обобщённая структура электрокардиографа на основе микроконтроллера с аналого-цифровым преобразователем

Основные ЭКГ признаки желудочковой экстрасистолии:

• -    преждевременное внеочередное появление на ЭКГ изменённого желудочкового комплекса QRS;

• -    отсутствие перед желудочковой экстрасистолой зубца Р;

• -    значительное расширение желудочковых комплексов более 0,12 с и деформация экстрасистолического комплекса QRS;

• -    расположение сегмента  RS -  T и зубца T  экстрасистолы

противоположно от основного зубца комплекса QRS;

• -    в большинстве случаев после желудочковой  экстрасистолы

регистрируется полная компенсаторная пауза (сумма интервалов от синусового комплекса до экстрасистолы и от экстрасистолы до следующего синусового комплекса равна двум интервалам R-R синусового ритма).

• -    продолжительность QRS более 0,11 сек.

Существует несколько вариантов обработки сигналов ЭКГ, как показал проведенный нами обзор [2-6], наиболее подходящим для микропроцессорной обработки с помощью микроконтроллеров среднего уровня является алгоритм Пана-Томпкинса который рассчитан на работу в реальном времени и основан на анализе ширины, наклона и амплитуды QRS-комплексов. Алгоритм состоит из последовательных фильтров и методов: фильтра нижних частот, фильтра верхних частот, оператора производной, возведение в квадрат, интегрирование, адаптивной пороговой процедуры и процедуры поиска.

На рис. 2 представлена разработанная блок-схема для реализации алгоритма.

Рисунок 1 - блок-схема для реализации алгоритма обработки.

В результате написания работы реализована система поддержки принятия решений при диагностике желудочковой экстрасистолии, которая является частью блока обработки кардиосигнала в электрокардиографе. Написана программа с использованием решающего правила Пана-Томпкинса [2], которая по вычисленным параметрам RR-интервала и коэффициента формы, классифицирует сегмент как нормальный комплекс либо комплекс желудочковой экстрасистолии.

Экспериментальные исследования на учебных фрагментах реальных ЭКГ показали, что программа классифицирует каждый сегмент верно и в каждом из отведений определяет комплекс с желудочковой экстрасистолией.