CC BY
198
БЯЛОВСКИЙ Ю.Ю., СУЧКОВА Ж.В., БУЛАТЕЦКИЙ СВ., ШУСТОВА С.А.
РязГМУ им. академика И.П. Павлова, Рязань, Россия
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА
В последнее время получают развитие новые технологии выявления состояний, предшествующих развитию болезни. В основе этих технологий лежит анализ биологических ритмов организма человека, выделяемых из электрокардиосигналов. Среди аппаратно-программных комплексов (АПК), рекомендованных Минздравом России в качестве стандартных средств для исследования вариабельности сердечного ритма в клинической практике и прикладной физиологии следует назвать «Варикард-1.41» и «Динамика-100».
Цель: проведение сравнительных испытаний информационных возможностей аппаратнопрограммных комплексов «Динамика-100» и «Варикард-1.41» в части математического анализа вариабельности сердечного ритма.
Объект: 74 практически здоровых ис пытуемых обоего пола в возрасте от 18 до 25 лет.
Методы: с помощью АПК «Динамика-100» и «Варикард-1.41» проводилась параллельная (в реальном масштабе времени) регистрация ритма сердца с последующим сопоставлением информационных возможностей в части математического анализа вариабельности сердечного ритма.
АПК «Варикард 1.41» создан Институтом Внедрения Новых Медицинских Технологий «РАМЕНА» (г. Рязань) в содружестве с Институтом Медико-Биологических Проблем (г. Москва) и Московской Медицинской Академией, а также с рядом других научноисследовательских учреждений. Данный аппаратно-программный комплекс рекомендован Минздравом России в качестве стандартного средства для исследования вариабельности сердечного ритма в клинической практике и прикладной физиологии. АПК «Варикард-1.41» обеспечивает:
- вывод на экран монитора в режиме реального времени одновременно двух графиков -электрокардиограммы (ЭКГ) и кардиоинтервалограммы (КИГ);
- автоматическое распознавание Я зубцов, артефактов, экстрасистол и аритмий;
- автоматизированную корректировку ошибок автоматического распознавания в графическом интерактивном режиме, аппроксимацию артефактов и экстрасистолических элементов ЭКГ;
- автоматическое формирование динамических (временных) рядов ЯЯ кардиоинтервалов по распознанным элементам;
- автоматический анализ временных рядов ЯЯ кардиоинтервалов статистическими, автокорреляционными и спектральными методами. Расчет показателей спектрального анализа проводится в четырех частотных диапазонах: высокочастотные колебания (ИБ) в диапазоне 0,5+0,15 Гц (2+7 сек); низкочастотные колебания (ЬБ) в диапазоне 0,15+0,05 Гц (7+20 сек); сверхнизкочастотные колебания (УЬБ) в диапазоне 0,05+0,015 Гц (20+70 сек); ультранизкочастотные колебания (иЬБ) в диапазоне 0,015+0,001 Гц (70+1000 сек);
- сохранение результатов анализа вариабельности сердечного ритма, а также исходных данных (сигналов ЭКГ и динамических рядов кардиоинтервалов) в банке данных с возможностью обращения к ним для более подробного анализа или сравнительной оценки;
- использование для обработки и анализа данных различных видов программных средств и возможность их развития и дополнения.
Цифровой анализатор биоритмов «Динамика-100» разработан Центром биомедицинских исследований «ДИНАМИКА» (г. Санкт-Петербург) и представляет собой аппаратнопрограммный комплекс, предназначенный для анализа биологических ритмов организма человека, выделяемых из электрокардиосигнала в широкой полосе частот. В основу метода положена новая информационная технология анализа биоритмологических процессов -«фрактальная нейродинамика». АПК «Динамика-100» одобрен Комитетом по новой медицинской технике МЗ РФ и ГВМУ МО. Система прошла клиническую апробацию в ведущих медицинских учреждениях и научно-исследовательских институтах Минздрава и Министерства Обороны Российской Федерации. При создании данной системы использованы последние достижения биологии, физиологии, генетики и клинической медицины, на основе которых разработаны новые высокоинформативные показатели для оценки функционального состояния организма.
АПК «Динамика-100» позволяет:
- в режима скрининга определять уровень и резервы сердечно-сосудистой, вегетативной и центральной регуляции, а также оценивать отклонения этих показателей от нормы:
- оценивать уровень скомпенсированное™ и энергетические ресурсы организма на различных уровнях регуляции;
- в режиме биологической обратной связи определять возможности саморегуляции, оценивать и прогнозировать психофизическое состояние человека;
- в режиме динамического наблюдения контролировать функциональное состояние пациента и оценивать эффективность различных методов терапии при проведении лечебнопрофилактических мероприятий;
- по результатам компьютерного анализа формировать комплексное медицинское заключение и выдавать необходимые рекомендации.
Результаты: Оба исследуемых АПК имеют возможность проведения записи кардиосигналов с объемом выборки - 3-5 минут (Short-term Recordings). При этом реализуется анализ вариабельности сердечного ритма в системе оценок, рекомендуемых стандартами Европейского Кардиологического общества и Североамериканского общества электрофизиологии.
Как следует из таблицы 1, сравниваемые АПК реализуют анализ вариабельности сердечного ритма в системе оценок, рекомендуемых стандартами Европейского Кардиологического общества и Североамериканского общества электрофизиологии.
Вместе с тем, число экспертных оценок, осуществляемых АПК «Варикард-1.41» значительно превышает таковые у «Динамика-100», особенно в части спектрального анализа сердечного ритма. Так, если «Варикард-1.41» ведет оценку 10 показателей спектрального анализа, то «Динамика-100» - только 7.
Основные показатели вариабельности сердечного ритма, реализуемые аппаратнопрограммными комплексами «Динамика-100» и АПК «Варикард-1.41»
ПОКА- ЗАТЕЛИ НАИМЕНОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АПК «Вари- кард- 1.41» АПК «Дина- мика- 100»
Расчет основных параметров вариабельности
1 HR Частота пульса + +
2 SDNN Стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов + +
3 CV Коэффициент вариации полного массива карлиоинтервалов + +
Оценка показателей порядковой статистики
4 MxDMn (TINK*) Разность между максимальным и минимальным значениями карлиоинтервалов + +
5 Mo Мода + +
б АМо Амплитуда моды + +
Расчет основных кардиоинтервалометрических характеристик
7 Narr Число аритмичных сокращений + -
8 MxRMn Отношение максимального по длительности кардиоинтервала к минимальному + -
9 RMSSD Среднеквадратичная разносная характеристика + +
10 SDSD Стандартное отклонение значений разностных характеристик + +
NN50 count Число пар кардиоинтервалов с разностью более 50 мс. + +
12 pNN50 Число разностных характеристик, значения которых более 50 мс в % к общему числу кардиоинтервалов в массиве + +
13 SI Стресс индекс (индекс напряжения регуляторных систем) + -
Автокорреляционный анализ: оценка полно юй структуры и анализ периодических компонентов
14 CC1 Значение первого коэффициента автокорреляционной функции + X
15 CC0 Число сдвигов автокорреляционной функции до получения значения коэффициента корреляции меныне нуля + +
Оценка показателей спектрального анализа
16 HF, (%) Мощность спектра высокочастотного компонента вариабельности в % от суммарной мощности колебаний + +
17 LF, (.%) Мощность спектра низкочастотного компонента вариабельности в % от суммарной мощности колебаний + +
18 VLF, (%) Мощность спектра сверхнизкочастотного компонента вариабельности в % от суммарной мощности колебаний + +
19 TP Суммарная мощность спектра ВСР +
20 HFmx Максимум мощности спектра высокочастотного компонента ВСР в мс2 +
21 LFmx Максимум мощности спектра низкочастотного компонента ВСР в мс2 + +
22 VLFmx Максимум мощности спектра сверхнизкочастотного компонента ВСР в мс2 + +
23 Hfav Среднее значение мощности спектра высокочастотного компонента ВСР в мс2 + -
24 Lfav Среднее значение мощности спектра низкочастотного компонента ВСР в мс2 + -
25 VLFav Среднее значение мощности спектра сверхнизкочастотного компонента ВСР в мс2 + -
26 HFt Доминирующий период высокочастотного компонента спектра ВСР + -
27 LFt Доминирующий период низкочастотного компонента спектра ВСР + -
28 VLFt Доминирующий период сверхнизкочастотного компонента спектра ВСР + -
29 Шпогт Нормированное значение мощности спектра высокочастотного компонента ВСР в мс2 -
30 Lfnorm Нормированное значение мощности спектра низкочастотного компонента ВСР в мс2 + -
31 VLFnorm Нормированное значение мощности спектра сверхнизкочастотного компонента ВСР в мс2 + -
32 ULF % Мощность спектра ультранизкочастотного компонента ВСР в % от суммарной мощности колебаний + -
33 ULFmx Максимум мощности спектра ультранизкочастотного компонента вариабельности в мс2 + -
34 ULFav Среднее значение мощности спектра сверхнизкочастотного компонента вариабельности в мс + -
35 ULFt Доминирующий период сверхнизкочастотного компонента спектра вариабельности сердечного ритма + -
36 ULFnorm | Нормированное значение мощности спектра ультранизкочастотного | компонента вариабельности в мс2 -
Общая оценка состояния регуляторных систем
37 (LF/Н F)а V Отношение средних значений низкочастотного и высокочастотного компонента ВСР + +
38 ІС Индекс централизации + +
39 SNСА Индекс активности подкорковых нервных центров + +
40 ІЛЯ8 Показатель (индекс) активности эегуляторных систем - ПАРС + -4-
На основании анализа вариабельности сердечного ритма, оба АПК реализуют медикофизиологические заключения о состоянии системы вегетативной регуляции кровообращения и оценкой стрессорного эффекта воздействия на организм факторов окружающей среды (табл. 2).
Таблица2
Медико-физиологические заключения о состоянии системы вегетативной регуляции кровообращения и оценки стрессорного эффекта воздействия на организм факторов
окружающей среды
Медико-физиологические заключения о состоянии системы вегетативной регуляции кровообращения и оценки стрессорного эффекта воздействия на организм факторов окружающей среды Характеристики систем вегетативной регуляции кровообращения и виды диагностических заключении АПК «Варикард- 1.41» АПК «Динамика- 100»
А. Суммарный эффект регуляции
Выраженная тахикардия + +
Умеренная тахикар лия + +
Ноимокашия + +
Умеренная брадикардия + +
Выраженная брадикардия + +
Б. Функции автоматизма
Стабильный ритм + -
Умеренная стабильность сердечного ритма + -
Нарушений ритма не выявлено + -
Умеренная аритмия -г -
Выраженная аритмия + -
В. Вегетативный гомеостаз
Выпаженное преобладание симпатической нервной системы + +
Умеренное преобладание симпатической нервной системы + +
Разновесие симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы +
Умеренное преобладание парасимпатической нервной системы + +
Выраженное преобладание парасимпатической нсрвной системы + +
Г. Устойчивость регуляции
Наблюдаемая нестабильность ритма сердца связана с переходными процессами + -
Д. Активность подкорковых нервных центров
Д1. Вазомоторный (сосудистый) центр
Выраженное усиление активности вазомоторного центра, регулирующего сосудистый тонус + -
Умеренное усиление активности вазомоторного центра, регулирующего сосудистый тонус + -
Нормальная активность подкоркового сердечно-сосудистого центра + -
Умеренное ослабление активности вазомоторного центра, регулирующего сосудистый тонус + -
Выраженное ослабление активности вазомоторного центра, регулирующего сосудистый тонус + -
Д2. Симпатический сердечно-сосудистый подкорковый нервный центр
Выраженное усиление активности симпатического сердечно-сосудистого центра + +
Умеренное усиление активности симпатического сердечно-сосудистого центра + +
Нормальная активность подкоркового сердечно-сосудистого центра + +
Умеренное ослабление активности симпатического сердечнососудистого центра + +
Выраженное ослабление активности симпатического сердечнососудистого центра + +
При анализе дополнительных возможностей сравниваемых АПК следует отметить, что «Динамика-100» позволяет осуществлять нейрофрактальный анализ биологических ритмов. Сопоставление характеристик этого анализа необходимо осуществлять с аппаратными средствами для исследования биоритмов (например, с электроэнцефалографическими регистраторами).
Заключение:
Оба исследуемых АПК имеют возможность проведения записи кардиосигналов с объемом выборки - 3-5 минут (Short-term Recordings). При этом реализуется анализ вариабельности сердечного ритма в системе оценок, рекомендуемых стандартами Европейского Кардиологического общества и Североамериканского общества электрофизиологии.
При опенке результатов анализг вариабельности сердечного ритма, значимых расхождений сравниваемых аппаратных средств не выявлено (р>0.05). Вместе с тем, отмечено существенно меньшее количество экспертных оценок по вариабельности сердечного ритма и медико-физиологического заключения о состоянии системы вегетативной регуляции кровообращения и оценки стрессорного эффекта воздействия на организм факторов окружающей среды у АПК «Динамика-100» по сравнению с «Варикард-1.41».
Нами выявлена большая помехоустойчивость у АПК «Варикард-1.41» по сравнению с АПК «Динамика-100». В связи с существованием инфракрасной развязки блока ввода кардиосигналов, АПК «Динамика-100;> весьма чувствителен к тепловым помехам и расстоянию между передатчиком сигнала и приемником. В АПК «Варикард-1.41» имеется, во-первых, возможность выбора временного интервала записи кардиоритма и, во-вторых, возможность математического анализа любого выделенного участка кардиоинтервалограммы. В АПК «Дичамика-100» осуществляется запись и обработка кардиоинтервалограммы длительностью только в 100 или 300 RR интервалов. Кроме того, к пользовательским недостаткам данного АПК следует отнести сложность в осуществлении экспортно-импортных операций с базой данных, отсутствие в выходных данных соотношения (динамики) исследуемых показателей при функциональных пробах, а также определенные неудобства при ручном редактировании кардиосигналов. Так же желательно использование для обработки и анализг данных различных видов программных средств и возможность их развития и дополнения.
К преимуществам АПК «Динамика-100» следует отнести мониторирование и динамическое наблюдение за изменениями показателей функционального состояния в реальном времени, оценку энергетического баланса организма и возможность суточного прогноза психофизиологической активности в режиме «биологические часы».
