Оцінка ступеня негомогенності електричних процесів у шлуночках серця за даними магнітокардіографії
Розглянуто методи аналізу карт розподілу щільності струмів (РЩС), які січуть серце у фронтальній площині. На основі ступеня відмінності карт РЩС від нормальної квазідипольної карти визначають ступені негомогенності регіонального або глобального типів. Запропоновано метод оцінки ступеня анормальності...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Кибернетика и вычислительная техника |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України
2015
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86148 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оцінка ступеня негомогенності електричних процесів у шлуночках серця за даними магнітокардіографії / М. Наджафіан Тумаджані, М.М. Будник, О.С. Коваленко // Кибернетика и вычислительная техника. — 2015. — Вип. 179. — С. 70-80. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859556552542781440 |
|---|---|
| author | Наджафіан Тумаджані, М. Будник, М.М. Коваленко, О.С. |
| author_facet | Наджафіан Тумаджані, М. Будник, М.М. Коваленко, О.С. |
| citation_txt | Оцінка ступеня негомогенності електричних процесів у шлуночках серця за даними магнітокардіографії / М. Наджафіан Тумаджані, М.М. Будник, О.С. Коваленко // Кибернетика и вычислительная техника. — 2015. — Вип. 179. — С. 70-80. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Кибернетика и вычислительная техника |
| description | Розглянуто методи аналізу карт розподілу щільності струмів (РЩС), які січуть серце у фронтальній площині. На основі ступеня відмінності карт РЩС від нормальної квазідипольної карти визначають ступені негомогенності регіонального або глобального типів. Запропоновано метод оцінки ступеня анормальності РЩС, викликаної порушеннями електричних процесів у шлуночках серця.
Рассмотрены методы анализа карт распределения плотности токов (РПТ), секущих сердце во фронтальной плоскости. На основе степени отличия карт РПТ от нормальной квазидипольной карты определяют степени негомогенности регионального или глобального типов. Предложен метод оценки степени анормальности РПТ, вызванной нарушениями электрических процессов в желудочках сердца.
Methods for analysis of the current density distribution (CDD) maps as cross-sections of the human heart into the frontal plane were considered. Degrees of non-homogeneity of regional and global kinds are determined based on degree of difference between CDD maps and normal quasi-dipole map. Method for estimation of the abnormality degree of CDD maps caused by failures of electric processes into the heart ventricles has been proposed. Evaluation of regional and global inhomogeneity for each map is determined according to small, medium and large grades.
|
| first_indexed | 2025-11-26T12:49:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
70
Медицинская и биологическая
кибернетика
УДК 681.2.087.57.089
ОЦІНКА СТУПЕНЯ НЕГОМОГЕННОСТІ
ЕЛЕКТРИЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ШЛУНОЧКАХ СЕРЦЯ
ЗА ДАНИМИ МАГНИТОКАРДІОГРАФІЇ
М. Наджафіан Тумаджані1, М.М. Будник2, О.С. Коваленко1
1Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та
систем НАН України та МОН України
2Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
Рассмотрены методы анализа карт распределения
плотности токов (РПТ), секущих сердце во фронтальной плоскости. На
основе степени отличия карт РПТ от нормальной квазидипольной карты
определяют степени негомогенности регионального или глобального
типов. Предложен метод оценки степени анормальности РПТ, вызванной
нарушениями электрических процессов в желудочках сердца.
Ключевые слова: карта распределения плотности токов,
оценка региональной негомогенности, оценка глобальной
негомогенности.
Розглянуто методи аналізу карт розподілу щільності
струмів (РЩС), які січуть серце у фронтальній площині. На основі
ступеня відмінності карт РЩС від нормальної квазідипольної карти
визначають ступені негомогенності регіонального або глобального типів.
Запропоновано метод оцінки ступеня анормальності РЩС, викликаної
порушеннями електричних процесів у шлуночках серця.
Ключові слова: карта розподілу щільності струмів, оцінка
регіональної негомогенності, оцінка глобальної негомогенності.
ВСТУП
На сьогодні надійна діагностика багатьох кардіологічних захворювань
все ще є клінічно актуальною проблемою. Так, ЕКГ в стані спокою є
нормальною у 50% випадків [1], а зміни на ній недостатньо специфічні для
найбільш розповсюджених патологій, наприклад для ішемічної хвороби
серця (ІХС). З іншого боку, прогностична цінність велоергометрії з точки
зору виникнення значних серцево-судинних подій (інфаркт міокарду — ІМ,
інсульт, раптова серцева смерть тощо) теж не є достатньо високою. Методи
формування медичних зображень (комп'ютерна томографія — КТ, магнітно
резонансна томографія — МРТ, ультразвукова діагностика — УЗД) не дають
достатньої інформації про електрофізіологічні процеси у міокарді.
Різноманітні стрес-тести та інвазивні методи (коронарна ангіографія,
сцинтіграфія) пов’язані з певним ризиком для пацієнтів, а тому не можуть
проводитися так часто, як це потрібно [2]. Все це приводить до того, що
М. Наджафіан Тумаджані, М.М. Будник, О.С. Коваленко, 2015
ISSN 0452-9910. Кибернетика и вычисл. техника. 2015. Вып. 179
71
приблизно у 50% випадків гострого ІМ госпіталізація є першим контактом
хворого із кардіологом.
Серед методів діагностики найбільш перспективними є неінвазивні,
гуманні та безпечні методи, які не спричиняють негативних впливів на
людину, не мають протипоказань, а отже — можуть багатократно
повторюватися в різних клінічних ситуаціях, наприклад, для моніторингу
ефективності терапії чи хірургічного втручання. Магнітокардіографія (МКГ)
є повністю неінвазивним та безпечним методом, який, як показано у ряді
досліджень, надає додаткову інформацію порівняно з зазначеними методами
діагностики [3].
Аналіз МКГ на основі дипольної моделі не дозволяє виявити окремі
джерела збудження у міокарді, тому необхідно застосовувати більш складні
розподілені представлення наявних джерел збудження у вигляді карт
розподілу щільності струмів (РЩС) у фронтальній площині, яка січе серце на
глибині залягання диполя. Карта РЩС є векторним полем, де кожен вектор
відображає щільність струму у даній точці, а області карти, які мають
локальні максимуми і оточені векторами меншої амплітуди, відображають
окремі області електричної активності міокарду.
Перспективність використання методу МКГ для діагностики
захворювань серця полягає у тому, що ніякий інший метод не дозволяє
отримати напрямок та величину локальних струмів у міокарді. Розподіл
потенціалу збудження можна отримати за допомогою методу картування
потенціалів на поверхні тіла (ПКТ), однак реконструювати відповідний
розподіл струмових джерел неможливо. Причина полягає у тому, що на
розподіл електричних потенціалів на поверхні тіла впливає неоднорідність та
анізотропія електропровідності різних шарів тканин та органів тіла. Крім
того, розподіл електропровідності по об’єму міокарду точно не відомий,
індивідуально змінюється в нормальному фізіологічному стані людини і під
впливом патологій серця.
На противагу цьому, неінвазивний метод МКГ, який реєструє магнітне
поле, породжене струмами у серці, дозволяє безпосередньо реконструювати
розподіл щільності струмів у серці з огляду на те, що тіло людини практично
магнітно однорідне [4].
Мета: оцінити ступінь відхилень електричних процесів в шлуночках
серця на основі аналізу наборів РЩС на картах МКГ, використовуючи
шлуночковий комплекс QRSТ, провести розрахунок ступеня їх відмінності
від нормальної квазідипольної карти.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ
Відомо ряд методик, які ґрунтуються на властивості МКГ давати нову
корисну інформацію, яка може слугувати маркером наявності певних
порушень електрофізіологічних процесів у серці [5–9]. Так, у [5]
розглядається спосіб діагностики ІХС, при якому ІХС класифікується на 4
ступені важкості за наявністю змін вертикальної координати (глибини
залягання) ефективного диполя на протязі ST-сегменту. Патент [6] стосується
діагностики таких форм ІХС, при яких є порушення процесу реполяризації,
М. Наджафіан Тумаджані, М.М. Будник, О.С. Коваленко, 2015
ISSN 0452-9910. Кибернетика и вычисл. техника. 2015. Вып. 179
72
але форма хвилі Т на ЕКГ не змінюється, а інші зміни на ЕКГ неспецифічні.
З іншого боку, у [7] наведено спосіб виявлення анормальної гетерогенності
при протіканні процесів де- та реполяризації міокарду на основі виділення
двох під-інтервалів та визначенні відношення тривалості першого під-
інтервалу до тривалості всього інтервалу.
У [8] розглядається спосіб оцінки анормальності РЩС у серці, суть якого
полягає у проведенні аналізу карт РЩС та обчисленні кількості, напрямку,
координат, відносної інтенсивності окремих областей струму, а також
інтенсивність та геометричну форму вихорів струму. Знайдено, що у нормі
протягом хвилі Т карта має вигляд квазідипольного розподілу, струмовий
диполь направлений вліво-вниз (з точки зору пацієнта, на карті це відповідає
напрямку вправо-вниз), а два вихори струму майже симетричні та мають
правильну овальну форму. На основі ступеня відмінності вказаних
показників від таких у нормального розподілу роблять висновок про
можливість захворювань серця та їх тяжкість. Недолік — не приймаються до
уваги області зі зниженою щільністю струму. Крім того, карти порівнюють з
картою «еталонного дипольного розподілу», що є певним спрощенням тому,
що карти РЩС у нормі мають певні відмінності від ідеальної дипольної
моделі, а тому необхідно застосовувати поняття «нормальної квазідипольної
карти» РЩС.
В [9] запропоновано спосіб діагностики, за яким обчислюється ступінь
відмінності кожної карти РЩС від нормальної квазідипольної карти РЩС,
потім розраховується середня величина ступенів відмінності для всіх карт з
послідовності. Але методика [9] стосується тільки реполяризації шлуноків, а
деполяризація не розглядається. Таким чином, на сьогодні відсутня загальна
методика класифікації карт РЩС і оцінки ступеня різних видів
негомогенності (регіональної, глобальної та загальної), яка може
застосовуватись також і для діагностики інших хвороб, крім ІХС.
МЕТОДИКА ОЦІНКИ НЕГОМОГЕННОСТІ
Суть методики полягає в обчисленні ступенів регіональної, глобальної та
загальної негомогенностей шляхом аналізу карт РЩС у фронтальній
площині. Регіональна негомогенність обраховується за допомогою
топологічних параметрів областей з підвищеною та зниженою щільністю
струмів — це характеристики геометричної форми та положення (локалізації)
згаданих областей, наприклад кількість, координати та відносна
інтенсивність, форма областей та вихорів, які їх оточують (видовження,
овальність (опуклість), незв’язність, дотикання до краю карти тощо) [5].
Глобальна негомогенність визначається на основі відношення амплітуд
найбільших векторів струму на вершинах зубців R і Т. Мінімальна
відмінність (різниця напрямків чи відношення амплітуд) між цими векторами
означає, що глобальна (основа-верхівка, епікард-ендокард) послідовність
реполяризації шлуночків у головних рисах повторює послідовність
деполяризації у зворотному напрямку, тобто, міоцити, які деполяризуються
останніми, реполяризуються першими. Помірна (велика) відмінність означає,
що відмінність у послідовності розповсюдження потенціалу дії між ре- та
М. Наджафіан Тумаджані, М.М. Будник, О.С. Коваленко, 2015
ISSN 0452-9910. Кибернетика и вычисл. техника. 2015. Вып. 179
73
деполяризацією є помірною (максимальною). Визначення глобальної
негомогенності засновано на відомій концепції шлуночкового градієнту
Вільсона [10].
Основна ідея полягає у тому, що на основі ступеня відмінності вказаних
показників від таких у дипольного розподілу формулюють висновок про
можливість чи ймовірність різних видів негомогенності електричних
процесів у шлуночках серця. Підґрунтя полягає у тому, що фізіологічною
причиною появи вказаних областей є наявність зон міокарду з різною
провідністю збудження, які можуть з’явитися внаслідок порушень
електрофізіологічних процесів у міокарді, наприклад, внаслідок ішемії,
запалення чи дистрофії серцевого м'язу.
Ступінь регіональної негомогенності визначають на основі відхилень
значень вказаних параметрів для областей з підвищеною та пониженою
щільністю струму від нормальних значень та/або ступеня відмінності даного
набору карт від нормальної квазідипольної карти. Ступінь глобальної
негомогенності визначають на основі відмінності амплітуд найбільших
векторів струму на вершинах зубців R і Т, а ступінь загальної негомогенності
— на основі суми величин ступенів регіональної та глобальної
негомогенностей [11].
Для досягнення достовірної класифікації карт ступені регіональної
(глобальної) негомогенності оцінюють за 3-значною шкалою (малий,
помірний, великий). Для більш детальної стратифікації пацієнтів ступінь
загальної негомогенності (анормальності) оцінюють вже по 5-значній шкалі:
низький (норма), нижче середнього (низька анормальність), середній
(середня анормальність), вище середнього (висока анормальність), високий
(дуже висока анормальність).
ОЦІНКА РЕГІОНАЛЬНОЇ НЕГОМОГЕННОСТІ
Спочатку визначається рівень регіональної негомогенності. Для кожної
карти вона визначається згідно 3-значної шкали — малий, помірний чи
великий ступені.
На Рис. 1а подана карта РЩС з малим ступенем регіональної
негомогенності.
Це означає, що карта має:
1) тільки одну область, де має місце максимум щільності струмів
(виділена темно-сірим кольором);
2) вказана область охоплюється системою векторів, що мають вигляд
двох близьких один до одного та симетричних вихорів струму;
3) вказана область розташована приблизно посередині карти;
4) наявні тільки дві області зі зниженою щільністю струму (виділені
світло-сірим кольором), але вони невеликі за площею, не видовжені,
прилягають до краю карти, а тому не вказують на регіональну негомогенність
міокарду.
М. Наджафіан Тумаджані, М.М. Будник, О.С. Коваленко, 2015
ISSN 0452-9910. Кибернетика и вычисл. техника. 2015. Вып. 179
74
а б в
Рис. 1. Карти РЩС малого (а), помірного (б), великого (в) ступеня регіональної
негомогенності.
Карти здорових волонтерів показують гомогенний (однорідний) РЩС,
при цьому карти характеризуються властивостями 1) – 4). Тобто, існує одна
основна область струму, яка охоплена симетричними векторами, знаходиться
приблизно в центрі, а області зі зниженою щільністю струму невеликі за
площею, не є видовженими та знаходяться тільки на краях карти.
З точки зору електрофізіології людини, це означає, що електричний
генератор серця при реполяризації є розподіленим джерелом, локалізованим
в межах зони, де наявне електричне збудження міокарду. Межа, що
відокремлює збуджені і незбуджені зони, є фронтом хвилі збудження. При
реполяризації шлуночків цей фронт у нормі направлений вліво-вниз.
В області збудження наявний градієнт трансмембранного потенціалу
(ТМП), що породжує так звані «первинні струми». Ця область знаходиться у
міокарді, який, з точки зору електродинаміки, є провідниковим середовищем.
Тому у частині міокарда за межами області первинних струмів з'являться
породжені ними пасивні об’ємні (так звані вторинні) струми. У нормі міокард
має досить однорідну електричну провідність. Первинні струми локалізовано
в одній області, що вказує на те, що основне джерело збудження в першому
наближенні є струмовим диполем. Тоді вторинні струми мають вигляд двох
вихорів струму, які є приблизно симетричними, тобто однаковими за
розміром та амплітудою (Рис. 1а).
Відхилення від карти з властивостями 1) – 5) спотворюють дипольну
картину порівняно з «ідеальною» (при незначних порушеннях) або приводять
до недипольної картини РЩС, тобто появи не менш, ніж одної додаткової
області струму з різними напрямками найбільших векторів та значних
видовжених зон з пониженою щільністю струму (при значних порушеннях).
Рис. 1 б–в демонструють різні типи відхилень у порядку збільшення
ступеня відмінності від «ідеальної» карти РЩС. Так, на Рис. 1б приведена
карта недипольної структури з двома зонами найбільших векторів різного
напрямку та двома видовженими зонами зниженої щільності струму,
розташованими посередині карти. На Рис. 1в наведена карта з більш
вираженою недипольною структурою — з декількома видовженими
областями зниженої щільності струму, які займають більшу частину площі
карти.
М. Наджафіан Тумаджані, М.М. Будник, О.С. Коваленко, 2015
ISSN 0452-9910. Кибернетика и вычисл. техника. 2015. Вып. 179
75
ОЦІНКА ГЛОБАЛЬНОЇ НЕГОМОГЕННОСТІ
На наступному етапі обчислюється ступінь негомогенності (IH). Рис. 2
демонструє карти різного ступеня глобальної негомогенності — карти РЩС
на вершинах зубців R (а) і Т (б), які відрізняються відношенням амплітуд
максимальних векторів на вершинах зубців R/Т. У даній реалізації прийнято,
що має місце мала відмінність, якщо значення відношення амплітуди на
вершині зубця R до амплітуди на вершині зубця Т знаходиться в діапазоні 4 <
R/T < 6. При цьому помірна чи велика відмінність має місце, якщо вказане
значення відношення амплітуд лежить в діапазоні, відповідно 6 < R/T < 8 чи
R/T > 8.
Насамкінець, на основі суми ступенів регіональної та глобальної
негомогенностей визначаються ступені загальної негомогенності
електричних процесів у шлуночках серця, а потім — ступені анормальності
вказаних процесів. Для цього застосовано 5-значну шкалу:
1 — IH ≥ R/Тmin — низький ступінь загальної негомогенності (норма);
2 — R/Тс ≥ IH ≥ R/Тmin — ступінь нижче середнього, мала
анормальність;
3 — IH = R/Тс — середній ступінь анормальності;
4 — R/Тс ≤ IH ≤ R/Тmax ступінь вище середнього, висока анормальність;
5 — IH ≥ R/Тmax — дуже високий ступінь анормальності.
Таблиця 1 пояснює спосіб утворення 5-значних віршувальних правил для
загальної негомогенності та анормальності на основі двох (регіональної та
глобальної) типів негомогенності, кожний із яких має три градації — малий
(1), помірний (2) чи великий ступінь (3).
Правило визначення ступеня загальної негомогенності полягає в
наступному: загальна негомогенність електричних процесів у шлуночках
серця має низький чи високий ступінь, якщо регіональна та глобальна
негомогенності мають відповідно малий чи великий ступені. У разі, якщо
наявна регіональна негомогенність малого ступеню, а глобальна —
помірного чи навпаки, діагностують ступінь загальної негомогенності нижче
середнього. У разі, якщо наявна регіональна негомогенність великого
ступеню, а глобальна — помірного чи навпаки, діагностують ступінь
загальної негомогенності вище середнього. У разі, якщо наявна регіональна
негомогенність великого ступеню, а глобальна — малого чи навпаки, чи коли
обидва типи негомогенності мають помірний ступінь — діагностують
середній ступінь загальної негомогенності.
X1=Xmin, X2=0,4Xmax, X3=0,6Xmax, X4=0,8Xmax, X5=Xmax
М. Наджафіан Тумаджані, М.М. Будник, О.С. Коваленко, 2015
ISSN 0452-9910. Кибернетика и вычисл. техника. 2015. Вып. 179
76
a б в
Рис. 2. Карти РЩС з малим (а), помірним (б) та великим (в) ступенем
глобальної негомогенності
Таблиця 1.
Правило для визначення загальної негомогенності електричних процесів
Ступінь регіональної негомогенності Ступінь глобальної
негомогенності 1 2 3
1 1 2 3
2 2 3 4
3 3 4 5
Також пропонується правило визначення ступеня анормальності
електричних процесів у шлуночках серця: 0 — анормальність відсутня
(норма) чи має дуже високий ступінь, якщо регіональна та глобальна
негомогенності мають відповідно малий чи великий ступені. У разі, якщо
регіональна негомогенність має малий ступінь, а глобальна — помірний чи
навпаки, діагностують низький ступінь анормальності. У разі, якщо наявна
регіональна негомогенність великого ступеню, а глобальна — помірного чи
навпаки, діагностують високий ступінь анормальності. У разі, якщо наявна
регіональна негомогенність великого ступеню, а глобальна — малого чи
навпаки, чи коли обидва типи негомогенності мають помірний ступінь —
діагностують середній ступінь анормальності.
При цьому кожному якісному ступеню регіональної чи глобальної
негомогенності поставлено у відповідність кількісний бал —від 1 до 3, а
ступеням анормальності поставлено у відповідність бали в діапазоні 0–4, де
бал 0 означає відсутність анормальності, тобто норму. Наприклад,
М. Наджафіан Тумаджані, М.М. Будник, О.С. Коваленко, 2015
ISSN 0452-9910. Кибернетика и вычисл. техника. 2015. Вып. 179
77
середньому ступеню анормальності (бальна оцінка 2) відповідають 3 варіанти
доданків, тобто балів ступенів неоднорідності, а саме — 0 + 2, 1 + 1 чи 2 + 0.
X0=Xmin, X1=0,25Xmax, X2=0,5Xmax, X3=0,75Xmax, X4=Xmax
Це дозволяє спростити визначення ступеня анормальності за допомогою
простого сумування балів ступенів відповідних типів негомогенності замість
застосування правил виводу на основі логічних виразів.
У даному підході застосовано магнітокардіографічне картування за
4-ма каналами, що дозволяє виконувати обстеження в умовах звичайного
приміщення без використання магнітоекранованої кімнати, що значно
спрощує та здешевлює впровадження МКГ технології у клінічну практику.
Таким чином, запропонована методика оцінки ступеня анормальності
електричних процесів у шлуночках серця базується на проведенні МКГ
картування аналізу наборів карт РЩС від початку комплексу QRS до кінця
зубця Т. За цією методикою визначають ступені відмінності цих наборів карт
від нормальної квазідипольної карти та приймаються до уваги області зі
зниженою щільностю струму і на цій основі визначають ступінь регіональної
негомогенності (РНГ) за 3-значною шкалою, потім формулюють висновок
про ступінь анормальності за 5-значною шкалою.
Методика реалізована програмно, зазначені дії виконують на комп’ютері
з відображення результатів аналізу на дисплеї та їх роздруківкою на принтері.
ВИСНОВКИ
В роботі запропоновано методику оцінки негомогенності та
анормальності електричних процесів у шлуночках серця шляхом проведення
МКГ картування, аналізу наборів карт РЩС від початку комплексу QRS до
кінця зубця Т, обчисленням ступенів їх відмінності від нормальної
квазідипольної карти.
Перевага методу полягає в тому, що можна оцінити ступінь загальної
негомогенності міокарду, і на цій основі — ступінь анормальності
електричних процесів у шлуночках. Для цього використовують таку бальну
шкалу ступенів регіональної та глобальної негомогенності: малий — 1,
помірний — 2, великий — 3. Тоді ступеням загальної негомогенності
(анормальності) можна приписати такі бали згідно 5-ти значної шкали: 0 —
низький (норма), 1 — нижче середнього (мала анормальність), 2 — середній
(середня анормальність), 3 — вище середнього (велика анормальність), 4 —
високий (дуже висока анормальність).
Оцінка негомогенності призначена, в першу чергу, для наукових
досліджень з метою виявлення електрофізіологічні відмінності в міокарді
певної людини. Оцінка анормальності призначена для медичної діагностики.
До переваг даного підходу відноситься також те, що він орієнтований на
застосування відносно дешевого малоканального магніто кардіографа, який
дозволяє виконувати обстеження в умовах звичайного приміщення без
використання магнітоекранованої кімнати, що значно спрощує та здешевлює
впровадження МКГ технології у клінічну практику.
М. Наджафіан Тумаджані, М.М. Будник, О.С. Коваленко, 2015
ISSN 0452-9910. Кибернетика и вычисл. техника. 2015. Вып. 179
78
Даний метод можна застосувати до аналізу не лише карт РЩС, а й карт
магнітного поля. У цьому випадку не потрібно вирішувати обернену задачу, а
замість областей струму аналізуються області екстремумів магнітного поля.
Проте магнітне поле дає досить опосередковану картину розподілу
збудження міокарду, тому його інформативність для медичного аналізу
значно нижча.
1. Connolly D.C., Elveback L.R., Oxman H.A. Coronary heart disease in residents of
Rochester, Minnesota: Prognostic value of the resting electrocardiogram at the time of initial
diagnosis of angina pectoris / Mayo Clin. Proc. 1984; Vol. 59. — P. 247–50.
2. Виноградова Т.С., Инструментальные методы исследования сердечно-сосудистой
системы Виноградова Т.С., Акулова Ф.Д., Белоцерковский З.Б. и др., — М.:Медицина,
1986. — 416 с.
3. Complementary Nature of Electrocardiografic and Magnetocardiografic Data in Patients with
Ischemic Heart Disease / J. Lant, G. Stroink, B. Voorde et al. // J. Electrocardiology. —
1990. — V.23. — P.315–322.
4. Будник М.М. Діагностичні критерії хронічної ішемічної хвороби серця на основі
реєстрації та аналізу магнітокардіограм / М.М. Будник, І.Д.Войтович, В.І. Козловський
та ін. // Препринт 2002-5, НАН України. Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова; —
2002. № 5. — 49 c.
5. Int. Patent Application WO 0217769, Ischemia identification, quantification and partial
localization in MCG, A. Bakharev, Cardiomag Imaging Inc., USA, 2002.
6. Патент UA 74466. Спосіб діагностики ішемічної хвороби серця, Козловський В.,
Будник М., Стаднюк Л., Риженко Т., заявка № a 2004 021170, опубл. 15.12.2005,
Бюл. №12.
7. Патент UA 13427. Спосіб оцінки гетерогенності процесів електричного збудження та
відновлення у серці, Захрабова О., Будник М., Стаднюк Л. та ін., заявка № u 2006
01007, опубл. 15.03.2006, Бюл. №3.
8. Патент UA 83050. Спосіб оцінки анормальності розподілу струмів у серці,
Чайковський І., Будник М., заявка № а 2006 00584, опубл. 10.06. 2008, Бюл. №11.
9. Патент UA 83061. Спосіб оцінки анормальності процесу реполяризації шлуночків
серця. Чайковський І., Будник М., заявка № а 2006 02821, опубл. 10.06.2008, Бюл. №11.
10. Wilson at al. The T deflection of the electrocardiogram. Trans. Assoc. Am. Physicians —
vol. 46 — No. 2, — p. 19–31.
11. Патент UA 90701. Спосіб оцінки ступеня анормальності електричних процесів у
шлуночках серця, Чайковський І.А., Будник М.М., Васецький Ю.М., Наджафіан М.А.,
заявка № а 2007 08616, опубл. 25.05.2010, Бюл. №10.
М. Наджафіан Тумаджані, М.М. Будник, О.С. Коваленко, 2015
ISSN 0452-9910. Кибернетика и вычисл. техника. 2015. Вып. 179
79
UDC: 681.2.087.57.089
EVALUATION OF INHOMOGENEITY DEGREE OF
ELECTRICAL PROCESSES INTO THE HEART
VENTRICLES BASED ON MAGNETOCARDIOGRAPHY
M. Najafian Toomajani1, M.M. Budnyk2, O.S. Kovalenko1
1International Research and Training Center for Information Technologies and
Systems of the National Academy of Sciences of Ukraine and Ministry of Education
and Science of Ukraine
2Glushkov Institute of Cybernetics of the National Academy of Sciences of Ukraine
Introduction. Methods for analysis of the current density distribution (CDD)
maps as cross-sections of the human heart into the frontal plane were considered.
Degrees of non-homogeneity of regional and global kinds are determined based on
degree of difference between CDD maps and normal quasi-dipole map. Method for
estimation of the abnormality degree of CDD maps caused by failures of electric
processes into the heart ventricles has been proposed. Evaluation of regional and
global inhomogeneity for each map is determined according to small, medium and
large grades.
Purpose. Аssess the degree of abnormality of electrical processes in the
ventricles of the heart through the MCG mapping, analysis of sets of CDD maps
beginning of the QRS complex to the end of the T wave, the calculation of the
degree of their differences from normal quasi-dipole map.
Methods. Method of assessing the degree of abnormality of the CDD maps.
Results. In order to achieve reliable classification of the degree of regional
(global) maps inhomogeneity is assessed by a 3-point scale (small, medium, large),
For a more detailed stratification of patients a total degree of inhomogeneity
(abnormality) has developed on a 5-value scale: low (normal), below average
(small abnormality), the average (intermediate abnormality), above average (mild
abnormality), large (severe abnormality).
First determine the level of regional inhomogeneity. For each map, it is
determined according to the 3-value scale - small, mild and severe degree.
Conclusion. This method can be applied to the analysis of not only CDD
maps, but also for the magnetic field maps. In this case, it is needed to solve the
inverse problem, and instead of the current areas, area of the extreme of the
magnetic field were analysed. However, the magnetic field gives a fairly indirect
distribution pattern of excitation into the myocardium, so informative value is
much lower for medical analysis.
In addition, method is preferable for using relatively cheap device, which
allow make examination under normal condition without magnetically shielded
room. Above factor greatly simplifies and reduces the cost of implementation of
the MCG technology into clinical practice.
Keywords: current density distribution (CDD) map, estimation of regional
inhomogeneity, estimation of global inhomogeneity.
1. Connolly D.C., Elveback L.R., Oxman H.A. Coronary heart disease in residents of
Rochester, Minnesota: Prognostic value of the resting electrocardiogram at the time of
М. Наджафіан Тумаджані, М.М. Будник, О.С. Коваленко, 2015
ISSN 0452-9910. Кибернетика и вычисл. техника. 2015. Вып. 179
80
initial diagnosis of angina pectoris. MayoClin. Proc. 1984; Vol. 59, p. 247–50.
2. Vinogradova T.S. Akulova F.D., Belotserkovskiy Z.B. et al., Instrumental methods for
studing the cardiovascular system. Moscow: Medicine, 1986. 416 p. (in Russian).
3. Lant J., Stroink G., Voorde B. et al. Complementary Nature of Electrocardiografic and
Magnetocardiografic Data in Patients with Ischemic Heart Disease. J. Electrocardiology.
1990. V.23, p.315–322.
4. Budnyk M.M., Voytovych I.D., Kozlovsky V.I et al. Diagnostic criteria for chronic ischemic
heart disease based on registration and analysis magnitokardiogram. Preprint 2002-5, NAS
of Ukraine. Institute of Cybernetics named by V.M. Glushkov. 2002, № 5. 49 p.
(in Ukrainian).
5. Bakharev A. Ischemia identification, quantification and partial localization in MCG. Int.
Patent Application WO 0217769. Cardiomag Imaging Inc., USA, 2002.
6. Kozlovsky V., M. Budnyk, Stadnyuk L., Ryzhenko T. Method of diagnosis of ischemic heart
disease. Patent UA 74466. Application No. a 2004 021 170, published 15.12.2005, Bulletin
No. 12 (in Ukrainian).
7. Zahrabova A., Budnyk M., Stadnyuk L. et al. Method of estimation of processes of the heart
electrical excitation and recovery. Patent UA 13427. Application No. u2006 01007,
published 15.03.2006, Bull. No. 3 (in Ukrainian).
8. Chaikovsky I., Budnyk M. Method for estinating abnormality of currents distribution into
the heart. Patent UA 83050. Application No. a2006 00 584, published 10.06. 2008,
Bulletin No. 11 (in Ukrainian).
9. Chaikovsky I., Budnyk M. Method for estinating abnormality process of ventricular
repolarization. Patent UA 83061. Application No. a2006 02821, published 10.06.2008, Bull.
No. 11 (in Ukrainian).
10. Wilson at al. The T deflection of the electrocardiogram. Trans. Assoc. Am. Physicians,
vol. 46; No. 2, – p. 19–31.
11. Chaikovsky I., Budnyk M., Vasetsky Yu., Najafian M. Method of estimation of the degree of
abnormality of electrical processes into the heart ventricles, Patent UA 90701. Application
No. a 2007 08 616, published 25.05.2010, Bulletin No. 10 (in Ukrainian).
Получено 04.07.2014
М. Наджафіан Тумаджані, М.М. Будник, О.С. Коваленко, 2015
ISSN 0452-9910. Кибернетика и вычисл. техника. 2015. Вып. 179
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-86148 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0452-9910 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-26T12:49:11Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Наджафіан Тумаджані, М. Будник, М.М. Коваленко, О.С. 2015-09-08T12:48:23Z 2015-09-08T12:48:23Z 2015 Оцінка ступеня негомогенності електричних процесів у шлуночках серця за даними магнітокардіографії / М. Наджафіан Тумаджані, М.М. Будник, О.С. Коваленко // Кибернетика и вычислительная техника. — 2015. — Вип. 179. — С. 70-80. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 0452-9910 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86148 681.2.087.57.089 Розглянуто методи аналізу карт розподілу щільності струмів (РЩС), які січуть серце у фронтальній площині. На основі ступеня відмінності карт РЩС від нормальної квазідипольної карти визначають ступені негомогенності регіонального або глобального типів. Запропоновано метод оцінки ступеня анормальності РЩС, викликаної порушеннями електричних процесів у шлуночках серця. Рассмотрены методы анализа карт распределения плотности токов (РПТ), секущих сердце во фронтальной плоскости. На основе степени отличия карт РПТ от нормальной квазидипольной карты определяют степени негомогенности регионального или глобального типов. Предложен метод оценки степени анормальности РПТ, вызванной нарушениями электрических процессов в желудочках сердца. Methods for analysis of the current density distribution (CDD) maps as cross-sections of the human heart into the frontal plane were considered. Degrees of non-homogeneity of regional and global kinds are determined based on degree of difference between CDD maps and normal quasi-dipole map. Method for estimation of the abnormality degree of CDD maps caused by failures of electric processes into the heart ventricles has been proposed. Evaluation of regional and global inhomogeneity for each map is determined according to small, medium and large grades. uk Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України Кибернетика и вычислительная техника Медицинская и биологическая кибернетика Оцінка ступеня негомогенності електричних процесів у шлуночках серця за даними магнітокардіографії Оценка степени негомогенности электрических процессов в желудочках сердца по данным магнитокардиографии Evaluation Degree of Inhomogeniety Electrical Processes in the Heart Ventricles According Magnetocardiografy Article published earlier |
| spellingShingle | Оцінка ступеня негомогенності електричних процесів у шлуночках серця за даними магнітокардіографії Наджафіан Тумаджані, М. Будник, М.М. Коваленко, О.С. Медицинская и биологическая кибернетика |
| title | Оцінка ступеня негомогенності електричних процесів у шлуночках серця за даними магнітокардіографії |
| title_alt | Оценка степени негомогенности электрических процессов в желудочках сердца по данным магнитокардиографии Evaluation Degree of Inhomogeniety Electrical Processes in the Heart Ventricles According Magnetocardiografy |
| title_full | Оцінка ступеня негомогенності електричних процесів у шлуночках серця за даними магнітокардіографії |
| title_fullStr | Оцінка ступеня негомогенності електричних процесів у шлуночках серця за даними магнітокардіографії |
| title_full_unstemmed | Оцінка ступеня негомогенності електричних процесів у шлуночках серця за даними магнітокардіографії |
| title_short | Оцінка ступеня негомогенності електричних процесів у шлуночках серця за даними магнітокардіографії |
| title_sort | оцінка ступеня негомогенності електричних процесів у шлуночках серця за даними магнітокардіографії |
| topic | Медицинская и биологическая кибернетика |
| topic_facet | Медицинская и биологическая кибернетика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86148 |
| work_keys_str_mv | AT nadžafíantumadžaním ocínkastupenânegomogennostíelektričnihprocesívušlunočkahsercâzadanimimagnítokardíografíí AT budnikmm ocínkastupenânegomogennostíelektričnihprocesívušlunočkahsercâzadanimimagnítokardíografíí AT kovalenkoos ocínkastupenânegomogennostíelektričnihprocesívušlunočkahsercâzadanimimagnítokardíografíí AT nadžafíantumadžaním ocenkastepeninegomogennostiélektričeskihprocessovvželudočkahserdcapodannymmagnitokardiografii AT budnikmm ocenkastepeninegomogennostiélektričeskihprocessovvželudočkahserdcapodannymmagnitokardiografii AT kovalenkoos ocenkastepeninegomogennostiélektričeskihprocessovvželudočkahserdcapodannymmagnitokardiografii AT nadžafíantumadžaním evaluationdegreeofinhomogenietyelectricalprocessesintheheartventriclesaccordingmagnetocardiografy AT budnikmm evaluationdegreeofinhomogenietyelectricalprocessesintheheartventriclesaccordingmagnetocardiografy AT kovalenkoos evaluationdegreeofinhomogenietyelectricalprocessesintheheartventriclesaccordingmagnetocardiografy |