способ обработки электрокардиосигнала в динамике для диагноза инфаркта миокарда

Формула изобретения

1. Способ обработки электрокардиосигнала в динамике для диагностики инфаркта миокарда, включающий автоматический съем сигнала электрокардиограммы пациента в трех стандартных, трех усиленных и шести грудных отведениях, его регистрацию, оцифровку и анализ цифровой электрокардиограммы, с формированием диагностического заключения, что при анализе цифровой электрокардиограммы формируют код снимаемых ее данных последовательно во всех отведениях путем построения исходного контурного графа с заданными параметрами его вершин и ребер, определяют набор параметров из них, который используют для комплексного контурного анализа электрокардиосигнала, осуществляют определение подграфов QRS-комплекса, P-комплекса, T-комплекса, ST-сегмента и PT-сегмента в каждом отведении, распознавание подграфов, соответствующих шумовым искажениям электрокардиосигнала, с последующей сглаживающей деформацией исходного контурного графа, определяют амплитудно-интервальные параметры элементов электрокардиосигнала с формированием контурного описания конфигурации элементов и их взаиморасположения, выявляют отклонения электрокардиосигнала, связанные с нарушением сердечного ритма, проводимости сердца и ишемическими изменеиями его работы, после чего осуществляют архивирование результатов всех обследований пациента в формате параметров контурных графов и динамический анализ изменений контура электрокардиограммы по данным двух обследований, который испльзуют для коррекции диагностического заключения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве набора параметров вершин и ребер исходного контурного графа выбирают их координаты, тип вершины контурного графа, определяемый типом участка монотонности кривой между парой вершин со стороны выпуклости и вогнутости фрагмента электрокардиограммы, и параметры, определяющие построение вершин, например, углы.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ребра исходного контурного графа устанавливают между двойственными выпуклыми и вогнутыми вершинами.

4 Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ребра исходного контурного графа устанавливают между вершинами, лежащими по одну сторону кривой электрокардиограммы, соответствующими соседним разграничительным точкам.

5. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ребра исходного контурного графа устанавливают между вершинами, описывающими последовательность опорных точек истинной нулевой линии.

6. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ребра исходного контурного графа устанавливают между вершинами, определяющими интервалы сердечного ритма.

7. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ребра исходного контурного графа устанавливают между граничными точками соседних комплексов, соответствующих сегментам.

8. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ребра исходного контурного графа устанавливают между соседними вершинами вогнутости.

9. Способ по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что распознавание разграничительных точек производят путем последовательных преобразований участка монотонности электрокардиограммы и выявления локальных экстремумов, а распознавание элементов электрокардиограммы производят путем анализа конфигурации и параметров исходного контурного графа.

10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что шумовые помехи электрокардиосигнала фильтруют путем преобразования распознавания подграфов, соответствующих шумовым искажениям электрокардиосигнала, а затем производят преобразование исходного контурного графа.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что отдельным подграфом, представляют истинную нулевую линию, а ее коррекцию осуществляют путем деформации указанного подграфа в процессе обработки и фильтрации шумовых помех электрокардиосигнала.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве подграфов, соответствующих шумовым искажениям электрокардиосигнала путем набора предикатов выявяляют подграфы пар ложных пиков малой амплитуды.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве подграфов, соответствующих шумовым искажениям электрокардиосигнала путем набора предикатов выявляют подграфы скачков.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве подграфов, соответствующих шумовым искажениям электрокардиосигнала путем набора предикатов выявляют подграфы высоких пиков (спайков).

15. Способ по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что комплексный контурный анализ электрокардиосигнала производят путем выявления отношений взаимного расположения исходного контурного графа, причем на этом этапе осуществляют формирование контурного описания элементов электрокардиограммы, включающее определение положения вершины подграфа элемента электрокардиограммы, соответствующей левой и правой разграничительной точке данного элемента относительно соседних элементов и истинной нулевой линии, построение формулы элемента по его подграфу, формирование описания формы элементов после обработки графа системой предикатов, включающее описание формы пика в целом в терминологии геометрических идеальных типовых кривых, определение положения оси пика относительно вертикали, наличие признаков симметричности форм проксимального и дистального колен пика, описание формы проксимального и дистального колен пика с описанием взаимного расположения колен и истинной нулевой линии, выявление соотношения амплитуд положительных и отрицательных пиков, а для пиков Р и Q - соотношения их амплитуд с нулем, определение положения вершин подграфа элемента электрокардиограммы, соответствующих правой разграничительной точке элемента.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области медицины и может быть использовано для дифференциальной диагностики инфаркта миокарда и его осложнений в автоматическом режиме по данным одного и нескольких электрокардиографических обследований пациента, а также в обучающем интерактивном режиме с демонстрацией указательных и реципрокных электрокардиографических признаков инфаркта миокарда различных стадий и локализации заболевания для студентов медицинских ВУЗов.

Многочисленные известные методики автоматизированной обработки данных электрокардиограммы сводятся к выявлению на кривых характерных точек, измерению интервально-амплитудных параметров и отношений между выявленными точками. Затем кривую по ряду обучающих признаков относят к одному из известных классов кривых, поэтому данные измерений тестируют по установленным критериям с целью получения непротиворечивого заключения по электрокардиограмме (Л. В. Чирейкин, Д. Я. Шурыгин, В.К.Лабутин "Автоматический анализ электрокардиограмм", "Медицина" (Ленинград), 1977 г.). На сегодня универсальный набор таких критериев отсутствует (Е. Кондалакис, П. Траханиас "Применение компьютеров для исследования сердца", Сб. "Микрокомпьютеры в физиологии", "Мир" (Москва), 1990 г., стр. 214-239).

Решаемая задача относится к классу неустойчивых задач с неточными данными и с невозможностью получить полную информацию о происходящих в исследуемом объекте (человеке) процессах (О.М.Белоцерковский "Вычислительная механика. Современные проблемы и результаты", "Наука" (Москва), 1994 г., 183 стр. , Oleg M. Belotserkovsky "Mathematical modeling in informatics: numerical simulation in the mechanics of continuous media", Moscow, 1997, Proceeding of second int. UNESCO Congress Education and informatics). Вследствие этого наиболее устойчивой, диагностически значимой информацией является повторяемая в течение продолжительного периода съема общая конфигурация сигнала и отдельных его элементов. Интерпретируемые данные, рассматриваемые в качестве параметров традиционными системами, в ряде случаев содержат наведенные ошибки, вызванные механическими помехами электрокардиографа, недостаточной синхронизацией процессов, а также причинами, вызванными тем, что электрокардиография не является прямым (непосредственным) методом обследования сердца.

Вследствие указанных причин наборы диагностических правил, основанные на анализе только количественных данных одного исследования, до сих пор не позволяют в ряде случаев эффективно диагностировать инфаркт миокарда, определять возраст заболевания и его локализацию. Для предлагаемых же различными авторами ("Опознавание и описание линии", "Наука" (Москва), 1972, сборник "Математическая обработка медико-биологической информации", "Мир" (Москва), 1976 г. , 228 с., Щакин В.В. "Вычислительная электрокардиография", Москва, 1981 г. ) методов качественного структурного описания диагностически важных элементов электрокардиограммы не представлено формальной математической базы для реализации подобного описания в терминологии естественного языка, понятного пользователю-медику.

Таким образом, все традиционные подходы к решению задачи сводились к фильтрации сигнала с выявлением и сглаживанием различного рода шумов, выявлению тем или иным образом разграничительных точек процессов, определением опорных точек нулевой линии и определением интервалов между разграничительными точками и амплитуд пиков (Е.Кондалакис, П.Траханиас "Применение компьютеров для исследования сердца", Сб. "Микрокомпьютеры в физиологии", "Мир" (Москва), 1990 г., стр. 214-239).

Известен способ диагностики инфаркта миокарда (US, A, 3554187), включающий автоматический съем электрического сигнала - электрокардиограммы в трех стандартных, трех усиленных отведениях от конечностей и шести грудных отведениях, автоматический анализ полученных данных в виде определения набора параметров, таких как продолжительность самого длительного, самого короткого, усредненного кардиоцикла. Для представительного кардиоцикла определяют параметры элементов электрокардиограммы: вычисляют частоту сердечных сокращений, производят анализ на заболевания, связанные с нарушением сердечного ритма, вычисляют длительность и амплитуду положительных комплексов Р, R, Т, отрицательных комплексов (Р), Q, S, (Т), сегментов PQ, QT, ST, RR в каждом отведении; определяют значение направления электрической оси сердца. По данным измерений во всех отведениях формируют диагностическое заключение с использованием электрокардиологической и клинико-морфологической терминологии.

При этих известных способах контурный анализ электрокардиосигнала ограничивается определением положения электрической оси сердца.

Известные способы не обеспечивают:

1) контурного описания сигнала на естественном языке, используемом для пояснительных записей для представления указательных и реципрокных признаков изменения формы элементов электрокардиограммы в различных стадиях и разной локализации инфаркта миокарда;

2) формирования описания выраженных патологических изменений электрокардиограммы для пояснения диагностических заключений при работе в обучающем режиме;

3) архивирования данных каждого съема электрокардиограммы в формате, позволяющем производить анализ изменений формы элементов электрокардиограммы во времени (динамический анализ) с формированием отчета о динамике изменений в терминах естественного языка;

4) коррекции диагностического заключения с использованием данных архивов электрокардиограмм пациента путем применения набора правил диагностики по данным динамического анализа электрокардиограмм различных обследований.

В основу настоящего изобретения положена задача разработать способ обработки в динамике электрокардиосигнала для диагноза инфаркта миокарда, обеспечивающий комплексный контурный анализ электрокардиосигнала с выдачей диагностического заключения и пояснительной записки для специалистов-некардиологов о выявленных диагностически важных признаках изменений электрокардиограммы в терминах естественного языка, а также совокупный анализ различных по времени исследований пациента в автоматическом режиме с формированием отчета о динамике изменений электрокардиограммы и возможной коррекцией диагноза.

Поставленная задача решается тем, что в способе обработки электрокардиосигнала в динамике для диагностики инфаркта миокарда, включающем автоматический съем сигнала электрокардиограммы пациента в трех стандартных, трех усиленных и шести грудных отведениях, его регистрацию, оцифровку и анализ цифровой электрокардиограммы, с формированием диагностического заключения, согласно изобретению, что при анализе цифровой электрокардиограммы формируют код снимаемых ее данных последовательно во всех отведениях путем построения исходного контурного графа с заданными параметрами его вершин и ребер, определяют набор параметров из них, который используют для комплексного контура анализа электрокардиосигнала, осуществляют определение подграфов QRS-комплекса, P-комлекса, T-комплекса, ST-сегмента и PT-сегмента в каждом отведении, распознавание подграфов, соответствующих шумовым искажениям электрокардиосигнала, с последующей сглаживающей деформацией исходного контурного графа, определяют амплитудно-интервальные параметры элементов электрокардиосигнала с формированием контурного описания конфигурации элементов и их взаиморасположения, выявляют отклонения электрокардиосигнала, связанные с нарушением сердечного ритма, проводимости сердца и ишемическими изменениями его работы, после чего осуществляют архивирование результатов всех обследований пациента в формате параметров контурных графов и динамический анализ изменений контура электрокардиограммы по данным двух обследований, который используют для коррекции диагностического заключения.

В качестве набора параметров вершин и ребер исходного контурного графа выбирают их координаты, тип вершины контурного графа, определяемый типом участка монотонности кривой между парой вершин со стороны выпуклости и вогнутости фрагмента электрокардиограммы, и параметры, определяющие построение вершин, например, углы.

Ребра исходного контурного графа устанавливают между двойственными выпуклыми и вогнутыми вершинами.

Ребра исходного контурного графа устанавливают между вершинами, лежащими по одну сторону кривой электрокардиограммы, соответствующими соседним разграничительным точкам.

Ребра исходного контурного графа устанавливают между вершинами, описывающими последовательность опорных точек истинной нулевой линии.

Ребра исходного контурного графа устанавливают между вершинами, определяющими интервалы сердечного ритма.

Ребра исходного контурного графа устанавливают между граничными точками соседних комплексов, соответствующих сегментам, либо между соседними вершинами вогнутости.

Распознавание разграничительных точек производят путем последовательных преобразований участка монотонности электрокардиограммы и выявления локальных экстремумов, а распознавание элементов электрокардиограммы производят путем анализа конфигурации и параметров исходного контурного графа.

Шумовые помехи электрокардиосигнала фильтруют путем преобразования распознавания подграфов, соответствующих шумовым искажениям электрокардиосигнала, а затем производят преобразование исходного контурного графа.

Отдельным подграфом представляют истинную нулевую линию, а ее коррекцию осуществляют путем деформации указанного подграфа в процессе обработки и фильтрации шумовых помех электрокардиосигнала.

В качестве подграфов, соответствующих шумовым искажениям электрокардиосигнала, путем набора предикатов выявляют подграфы пар ложных пиков малой амплитуды, подграфы скачков или подграфы высоких пиков (спайков).

Комплексный контурный анализ электрокардиосигнала производят путем выявления отношений взаимного расположения элементов исходного контурного графа, причем на этом этапе осуществляют формирование контурного описания элементов электрокардиограммы, включающее определение положения вершины подграфа элемента электрокардиограммы, соответствующей левой и правой разграничительной точке данного элемента относительно соседних элементов и истинной нулевой линии, построение формулы элемента по его подграфу, формирование описания формы элементов после обработки графа системой набора предикатов, включающее описание формы пика в целом в терминологии геометрических идеальных типовых кривых, определение положения оси пика относительно вертикали, наличие признаков симметричности форм проксимального и дистального колен пика, описание формы проксимального и дистального колен пика с описанием взаимного расположения колен и истинной нулевой линии, выявление соотношения амплитуд положительных и отрицательных пиков, а для пиков P и Q - соотношения их амплитуд с нулем, определение положения вершин подграфа элемента электрокардиограммы, соответствующих правой разграничительной точке элемента.

Диагностически значимые изменения электрокардиосигнала выявляют путем установления в форме элемента электрокардиограммы указательных и реципрокных признаков инфаркта миокарда, и дополнительно проводят анализ параметров разграничительных точек процессов, при этом указательные и реципрокные признаки определяют путем выявления набора отношений взаимного расположения элементов графа.

Архивирование данных электрокардиосигнала производят в формате данных контурного графа представительного кардиоцикла.

При любом повторном исследовании данного пациента производят исследование динамики изменения электрокардиосигнала с использованием набора правил анализа динамики изменений электрокардиосигнала, по результатам которого осуществляют коррекцию диагностического заключения с использованием предикатных формул выявления диагностически значимых отношений взаимного расположения элементов графов двух обследований.

При работе в обучающем режиме производят показ диагностически значимых контурных конфигураций указательных и реципрокных признаков заболевания на участках электрокардиосигнала, а также показ динамики изменения конфигурации сигнала по данным любых двух обследований пациента.

Применение кода позволяет в отличие от известных способов:

- формировать контурное описание сигнала на естественном языке;

- архивировать кодированное представление полученной электрокардиограммы в специализированной базе данных конкретного пациента;

- производить анализ изменений формы элементов электрокардиограммы во времени по данным двух и более электрокардиограмм пациента - динамический анализ;

- производить коррекцию диагностического заключения на базе сформированного дополнительного набора правил по данным динамического анализа электрокардиограммы.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг. 1 изображает блок-схему обработки сигнала при каждом обследовании пациента;

фиг.2 - блок-схему обработки сигнала в каждом отведении;

фиг.3 - схему, иллюстрирующую метод "диагональ прямоугольника" для выявления точек или участков разграничения процессов;

фиг.4 - схему построения вершины исходного контурного графа;

фиг. 5 - схему определения подграфов отдельных элементов электрокардиограммы;

фиг.6 - блок-схему фильтрации помех;

фиг. 7 - блок-схему формирования контурного описания элементов электрокардиограммы;

фиг.8 - схему дрейфа изоэлектрической линии;

фиг. 9 - схему, иллюстрирующую метод "диагональ прямоугольника" для выявления точек или участков разграничения процессов.

Предлагаемый способ обработки электрокардиосигнала в динамике для диагностики инфаркта миокарда включает следующие операции, выполняемые в последовательности, как представлено на фиг.1:

1. Съем электрокардиосигнала.

2. Обработка сигнала в каждом отведении.

3. Интеграция данных всех отведений в непротиворечивое заключение.

4. Архивирование данных текущего обследования.

5. Проведение динамического анализа по данным двух электрокардиограмм пациента (по умолчанию - текущая и предыдущая).

6. Коррекция диагностического заключения с использованием данных динамического анализа электрокардиограммы.

7. Окончание сеанса работы кардиоанализатора, вывод данных.

При каждом обследовании пациента осуществляют автоматический съем электрокардиосигнала в стандартных трех основных I, II, III, трех усиленных AVL, AVR, AVF от конечностей и шести грудных отведениях VI, V2, V3, V4, V5, V6, после чего обработку сигнала в каждом отведении производят по схеме, представленной на фиг.2.

Построение исходного контурного графа производят поэтапно.

Основными промежуточными шагами являются:

1. Выявляют участки монотонности кривой по признаку возрастания/убывания.

2. На выявленных на первом шаге участках определяют участки монотонности по признаку выпуклости/вогнутости.

3. Используя метод "диагональ прямоугольника", схема которого представлена на фиг.3, определяют разграничительные точки элементов электрокардиограммы (включающие точки перегибов и точки сгибов).

4. Для выявленных участков монотонных процессов производят построение пары вершин исходного контурного графа по обе стороны от участка кривой.

Определяющими независимыми параметрами обеих вершин являются:

- координаты х, у;

- параметр типа вершины, обязательный набор возможных значений которого включает: а) вершины со стороны выпуклости фрагмента электрокардиограммы; б) вершины со стороны вогнутости фрагмента электрокардиограммы; в) опорные точки истинной нулевой линии; г) пары промежуточных вершин сглаживающего преобразования. Вершины типов а) и б) в дальнейшем называем двойственными вершинами выпуклости и вогнутости;

- параметр, определяющий тип "описываемого" парой двойственных вершин выпуклости/вогнутости участка монотонности кривой;

- "идентификатор" начальной точки участка монотонности, описываемого вершиной;

- параметры, определяющие алгоритм построения вершины, например, углы р1 и р2, под которыми видны из построенной вершины разграничительные точки участка монотонности (фиг.4).

Алгоритмы построения самих вершин могут использоваться различные, существенным является то, что вершины строятся по обе стороны от участка кривой и расположение обеих вершин определяется только формой участка монотонности и расположением всех его точек.

Набор параметров может включать также зависимые компоненты, такие как значения угловых коэффициентов ребер, соединяющих пары вершин и другие.

Далее производят построение ребер исходного контурного графа. Ребра исходного контурного графа устанавливают между:

а) двойственными выпуклыми и вогнутыми вершинами;

б) между вершинами, лежащими по одну сторону электрокардиографической кривой, соответствующими соседним разграничительным точкам;

в) между вершинами, описывающими последовательность опорных точек истинной нулевой линии;

г) между вершинами, определяющими интервалы сердечного ритма;

д) граничными точками соседних комплексов, соответствующих сегментам;

е) между соседними вершинами вогнутости.

Соответственно, ребра определяют набором параметров:

S={i, j, tips, N1, N2, L}, (1)

где i, j - номера соединяемых ребром вершин;

tips - параметр, определяющий тип ребра;

tips=1 для случая а);

tips=2 для случая б);

tips=3 для случая в);

tips=4 для RR-интервалов;

tips=5 для РР-интервалов;

tips=6 для PR-интервалов;

tips=7 для ребер д);

tips=8 для ребер е);

N1 - параметр, определяющий адрес в таблице ребер;

N2 - параметр, определяющий номер ребра в последовательности ребер данного типа;

L - параметр, определяющий длину ребра.

Характер взаимного расположения, наложения и пересечения ребер графовой структуры служит основой для формализации обучающих графических шаблонов при диагностике инфаркта миокарда различной стадии развития и локализации, а также при определении нарушений сердечного ритма и проводимости, классификации QRS-комплексов. Часть ребер графовой структуры достраивают после этапа распознавания образов.

Последовательность распознавания подграфов различных элементов электрокардиограммы представлена на фиг.5.

Выявление подграфов элементов ЭКГ производят с использованием распознавательных признаков, основанных на анализе конфигурации и параметров четырехугольных подграфов смежных участков монотонности, образованных ребрами графа с tips=1 (2 ребра) и с tips=2 (2 ребра). Выявление подграфов производят последовательно:

3.1. Выявляют подграф QRS-комплекса. Определяющим критерием для выявления подграфов проксимальных и дистальных звеньев комплексов Q, R и S является (min площадь четырехугольника)*(мах длины его диагонали) на всем промежутке съема сигнала. Дополнительным критерием подтверждения распознавания служит сравнительная угловая оценка вертикальности диагонали четырехугольника. Выбор диагонали осуществляют после анализа последовательности следования участков возрастания/убывания кривой, примыкающих к рассматриваемому.

3.2. Подграф Р-комплекса выбирают как левый соседний подграф для QRS-комплекса. Разграничивается слева участком истинной нулевой линии, определяемым по критерию (min значение углового параметра диагонали)*(>>0 длина его диагонали)*(min площадь четырехугольника).

3.3. Подграф Т-комплекса является левым соседним подграфом для участка истинной нулевой линии, выявленного как разграничивающего для Р-комплекса на предыдущем шаге распознавания. На шаге подтверждения распознавания правая разграничительная точка Т-комплекса выявляется на дистальном звене ST-T-сегмента смежного кардиоцикла на шаге распознавания ST-T-сегментов. Левая разграничительная точка Т-комплекса выявляется в одном случае как правое разграничение смежного слева сегмента истинной нулевой линии (определенного по критерию (>0 длина его диагонали)*(min значение углового параметра диагонали). При отсутствии левого смежного сегмента истинной нулевой линии находят правое разграничение QRS (ближайшего выявленного) и формируют суждение о совпадении S-разграничения с Т-разграничением. Подграфы проксимальных и дистальных звеньев Т-комплекса проходят подтверждающую проверку по критериям (мах площади четырехугольника)*(мах длины его диагонали).

3.4. Контурные определения о разграничительных точках ST-сегмента, выявленные на первом и третьем шагах распознавания, подтверждаются по набору критериев, отслеживающих:

а) повторяемость формул подграфов кардиоциклов;

б) наличие повторяемых шумовых помех на подграфах электрокардиосигнала в целом;

в) конфигурацию разграничительных точек участков истинной нулевой линии.

3.5. РТ-сегмент. Для разграничительных точек, выявленных для Р- и Т-комплексов на предыдущих шагах распознавания, а также выявленных разграничительных точек участков истинной нулевой линии формируют конфигурацию опорных точек подграфа истинной нулевой линии, соединяемых ребрами с tips=400. Подграф включает вершину, координатно совпадающую с левым разграничением Р-комплекса и правыми разграничениями Т-комплекса на всем промежутке съема элекрокардиосигнала.

Отдельным набором алгоритмов фиксируют повторяемость следования подграфов истинной нулевой линии, определяют дрейф отдельных участков. Производят деформацию графа электрокардиосигнала по алгоритмам сглаживания угловых невязок ребер подграфа истинной нулевой линии с последующим сдвигом и поворотом подграфа электрокардиосигнала.

4. Выявление подграфа представительного кардиоцикла производят по критерию близости к средней продолжительности сегмента РР на всем промежутке съема электрокардиосигнала. В каждом отведении производится кодирование формулы электрокардиосигнала по выявленным элементам на всем промежутке съема в аббревиатуре - Р-QRS-ST-Т-I-(U+)-(U-)-,

где: I -подграф истинной нулевой линии;

(U+) - подграф нераспознанных внеочередного положительного пика;

(U-) - подграф нераспознанных внеочередного отрицательного пика.

После этого определяют нарушения цикличности электрокардиосигнала по невязке формул кардиоциклов; по формулам кардиоциклов и выявленным на предыдущем шаге отклонениям формируют конструкцию заключения о нарушениях сердечного ритма.

5. После окончания этапа распознавания элементов ЭКГ выполняют этап деформации графовой структуры для компенсации шумовых помех электрокардиосигнала, как показано на фиг.6.

1.1 Подграфы пар ложных пиков малой амплитуды выявляют по формульной расшифровке подграфа представительного кардиоцикла с использованием алгоритмов отслеживания и защиты от деформирования Р и Q комплексов малой амплитуды.

3 и 5. Подграфы скачков и спайков выявляют по формульной расшифровке подграфа представительного кардиоцикла.

2; 4; 6. Сглаживающее преобразование производят по набору алгоритмов фильтрации сигнальных помех с выявлением пары (пар) промежуточных вершин сглаживающего преобразования.

Кроме того, производят также параллельный перенос части подграфа представительного кардиоцикла.

Пару промежуточных вершин сглаживающего преобразования строят по обе стороны от участка кривой, монотонность которого нарушена шумовой помехой электрокардиосигнала.

В качестве пары вершин в случае 2 выбирают пару соседних вершин выпуклости (для каждого из пиков малой амплитуды).

Алгоритм нахождения координат пары промежуточных вершин может быть различен. Их положение определяется вершинами исходного контурного графа неотфильтрованного сигнала и показывают исходные отклонения сигнала в обе стороны выпуклости/вогнутости, однако при построении графа конечного представительного кардиоцикла они не соединяются ребрами с вершинами смежных участков монотонности и не включаются в последовательность участков смежности. Таким образом, соединения с tips=2 образуются между соседними (с парой промежуточных вершин), слева и справа, вершинами по ту и другую сторону кривой.

6. После распознавания элементов электрокардиограммы производят коррекцию подграфа истинной нулевой линии. В основе коррекции положения опорных точек истинной нулевой линии лежат алгоритмы выявления углов поворота ТР- и PR-сегментов в различных циклах электрокардиограммы (для компенсации дрейфа нулевой линии) и формирования промежуточных дополнительных опорных точек на каждом ST-сегменте для формирования подграфа и выявления качественных и количественных оценок по электрокардиограммам.

7. Вторичное распознавание элементов представительного кардиоцикла сопровождается формированием контурного описания элементов электрокардиограммы в последовательности, представленной на фиг.7.

Контурное описание включает:

а) определение положения вершины подграфа элемента электрокардиограммы, соответствующей левой разграничительной точке элемента;

б) определение положения вершины подграфа элемента электрокардиограммы, соответствующей правой разграничительной точке элемента. Положение определяется относительно соседних элементов и истинной нулевой линии;

в) определение формулы элемента по его подграфу (как формулы пиков (+; -);

г) формирование описания формы элементов после обработки графа программой, реализующей систему предикатов;

д) выявление соотношения амплитуд положительных и отрицательных пиков, а для пиков Р и Q - соотношения их амплитуд с О.

8. Обработку электрокардиосигнала в каждом отведении заканчивают установлением указательных и реципрокных признаков заболевания по контурному анализу элементов электрокардиограммы. Определение наличия указательных и реципрокных признаков различных заболеваний производят путем выявления в описании формы и параметров элементов электрокардиограммы, выявляемых по достижении истинности одного из предикатов описания формы, конфигураций, обозначающих наличие указательных или реципрокных признаков для конкретного заболевания. Признаки определены для каждого отведения разные.

Определяют (и устанавливают соответствующие ребра интервалов) сердечный ритм и выявляют все возможные его отклонения. Производят классификацию QRS-комплексов и выявляют все нарушения проводимости сердца. Выявляют ишемические изменения работы сердца. Наглядные геометрические шаблоны выявляемых характерных изменений формы элементов ЭКГ в различных стадиях течения заболевания для переднего и нижнего инфаркта миокарда приведены в таблицах 1 и 2.

9. Обработку сигнала в каждом отведении заканчивают установлением указательных и реципрокных признаков заболевания по контурному анализу элементов ЭКГ. Определение наличия указательных и реципрокных признаков различных заболеваний производят путем выявления в описании формы и параметров элементов ЭКГ, выявляемых по достижении истинности одного из предикатов описания формы, конфигураций, обозначающих наличие указательных или реципрокных признаков для конкретного заболевания. Признаки определены для каждого отведения разные.

Определяют (и устанавливают соответствующие ребра интервалов) сердечный ритм и выявляют все возможные его отклонения. Производят классификацию QRS-комплексов и выявляют все нарушения проводимости сердца. Выявляют ишемические изменения работы сердца. Наглядные геометрические шаблоны выявляемых характерных изменений формы элементов ЭКГ в различных стадиях течения заболевания для переднего и нижнего инфаркта миокарда приведены в таблицах 1 и 2.

Соответственные конфигурации подграфов, по которым производится классификация кривых, приведены в таблицах 3 и 4.

При этом последовательно обрабатывают кривые всех отведений электрокардиограммы, причем правила классификации состояния для различных отведений различны. Анализируют общую картину по совокупности информации, полученной по всем отведениям электрокардиограммы. Выполняют измерения интервалов между разграничительными точками, полученными при первичной обработке кривых, идентифицированными на этапе распознавания элементов ЭКГ. Вычисляют амплитуды истинных пиков относительно подграфа местной нулевой линии. Полученные таблицы числовых значений дополняют анализ. После этого производят программное формирование текста описания указательных и реципрокных признаков диагноза по отведениям (определяемых по структурам, отраженным в таблицах 3 и 4 на естественном языке).

Пример выявления соответствующих признаков инфаркта миокарда различной локализации в различных стадиях заболевания приведен в таблицах 5 и 6.

Варианты изменений электрокардиограммы в различных стадиях переднего и нижнего ИМ в отведених V₂-V₃ даны в таблице 5.

Варианты изменений электрокардиограммы в различных стадиях переднего и нижнего ИМ в отведениях I, AVL даны в таблице 6.

10. На этапе динамического анализа производят выявление изменения формы отдельных элементов представительного кардиоцикла и электрокардиосигнала в целом с использованием геометрических примитивов, представленных в таблице 7, где приведены основные элементы произвольного пика ABC, а также с использованием комплексных шаблонов описания изменения формы с использованием примитивов описания, базовый набор элементарных форм пиков и колен пиков приводится в таблице 8.

Отношения и свойства, приводимые при анализе динамики изменений электрокардиограммы, отражены в таблице 9.

В каждом случае определяется направление отклонения. Определены отношения выше, ниже, образуемые относительно истинной нулевой линии, а также отношения: повышенный, пониженный, положительный, отрицательный, возрастающий, убывающий, горизонтальный.

11. Интеграция данных всех отведений в непротиворечивое диагностическое заключение производят путем выявления по отведениям совокупного наличия указательных и реципрокных изменений формы электрокардиограммы, представленных в таблице 10.

Комплекс QRS при этих инфарктах не изменяется, зубец Q не появляется. При них изменяется только ST-T.

При выявлении данных, противоречащих представленной в таблице логике, производят дополнительное обследование с указанием полных результатов анализа и отметкой о выявленной диагностической неопределенности.

12. Архивирование данных электрокардиограмм конкретного пациента производят с использованием стандартных программных продуктов управления базами данных. Сами данные хранятся в формате внутреннего представления, определенного выше.

13. Проведение динамического анализа по данным пары электрокардиограмм пациента производят путем выявления изменения описания формы и изменения параметров расположения разграничительных точек, а также взаимного расположения элементов графовой структуры. Формально это осуществляют путем анализа истинности набора предикатных шаблонных отношений, определяемых на множествах элементов (вершин и ребер) подграфов описаний элементов электрокардиограммы. Иллюстрация набора шаблонов описаний выявляемых отношений динамического анализа представлена в таблице 9.

14. Коррекцию диагностического заключения с использованием данных динамического анализа электрокардиограммы производят путем перечисления выявленных изменений контура электрокардиограммы по данным двух обследований с указанием изменения стадийных признаков заболевания в терминах описания динамики изменения электрокардиограммы, представленных в таблице 9, соответствующие по отведениям изменениям контуров электрокардиограммы, отраженных в таблицах 3 и 4.

15. Вывод данных производят на экран монитора и на бумажный носитель. Отличительной особенностью представленного способа является то, что выводимые данные обследования содержат контурное описание сигнала по отведениям на языке пользователя с использованием электрокардиологической терминологии в описании выявленных указательных и реципрокных признаков изменения формы элементов электрокардиограммы. Также выводят выявленные динамические изменения формы сигнала в исследуемой электрокардиограмме по отношению к данным предыдущих электрокардиограмм, снятых в разное время, хранящихся в специализированной базе данных пациента. Дополнительные данные измерений параметров элементов электрокардиограмм, используемых традиционными методами во всех отведениях, эти данные служат обоснованием для формируемого диагностического заключения с использованием электрокардиографической и клинико-морфологической терминологии.

Ниже приведены примеры, поясняющие предлагаемый способ.

1. Пример дрейфа изоэлектрической линии, выявляющегося в том, что в нескольких последовательно стоящих кардиоциклах I, II, III (фиг.8) истинная нулевая линия не только не горизонтальна, но совпадает то с возрастающими, то с убывающими участками сигнала. На фиг.8 показано, каким образом деформируются прямоугольники монотонности, разбившись в общем случае на варианты а), b), с).

Идентификацию и распознавание элементов электрокардиограммы во всех разнообразных их проявлениях с учетом дрейфа истинной нулевой линии решается следующим образом.

Применим метод "диагональ прямоугольника" к варианту с) (пример представлен на фиг. 8). Последовательность геометрических интерпретаций шагов алгоритма показана на фиг.3: отклонения участков кривой: ас; de, eb, а также cf; fg; gd от соединяющих их концы отрезков меньше фиксированной величины eps. Вследствие этого внутри них других разграничительных точек не выявляется. В результате выявлены разграничительные точки и участки: cf; gd; e.

Возможна иная ситуационная деформация указанного фрагмента в применении к схеме "диагональ прямоугольника" в зависимости от положения разграничительных точек, выявляемых при работе схемы "диагональ прямоугольника" (фиг. 9а; фиг.9б; фиг.9в; фиг.9г; фиг.9д; фиг.9е).

Примеры геометрических примитивов, соответствующих им графовых конструкций и предикатных формул, по которым выявляют графические шаблоны, приведены в таблицах 11 и 12.

Предлагаемый способ позволяет в автоматическом режиме:

- эффективно диагностировать инфаркт миокарда при различной локализации в различных стадиях заболевания;

- осуществлять полный контурный анализ электрокардиосигнала с описанием диагностически важных изменений элементов электрокардиограммы на естественном языке;

- формировать заключение по динамике контурных изменений электрокардиосигналов, снятых в различное время и хранящихся в специализированной базе данных;

- работать в обучающем интерактивном режиме с демонстрацией указательных и реципрокных признаков изменения формы электрокардиограммы для студентов медицинских ВУЗов.

В отличие от известных способов предлагаемый способ осуществляет полное описание контура сигнала ЭКГ на естественном языке и не требует дополнительных пояснительных записей врача, экономя его рабочее время.

Разработанные методы формального описания цифровых кривых заключаются в автоматическом построении вокруг произвольной функциональной кривой (в том числе ЭКГ) специализированной графовой структуры. На элементах этой структуры определена система предикатных формул распознавания элементов ЭКГ. По конфигурации отдельных подграфов определяется форма элементов, их взаимное расположение, а также конфигурация сигнала в целом. В результате появляется возможность отнести по описательным признакам каждую рассматриваемую кривую к одному из классов и установить соответствующее заболевание.

Сформирован код описания электрокардиосигнала, отличающийся от традиционных, позволяющий реализовать набор правил дифференциальной диагностики инфаркта миокарда и его осложнений, правил, базирующихся на структурном описании формы элементов ЭКГ и сигнала в целом.

Реализован набор правил анализа динамики контура ЭКГ в специализированной базе данных пациентов и соответствующей коррекции диагностического заключения. Обеспечивается удобство управления работой в диалоговом режиме, разнообразное представление промежуточных и итоговых данных анализа ЭКГ, быстрый поиск необходимой информации, поддержка архивов и иные сервисные функции.