Обработка сигналов кардиограмм на основе нейронных сетей

   Данные статистики  утверждают, что одно из ведущих  мест среди причин смертности  больных в развитых странах  присуждено заболеваниям сердечно-сосудистой системы. Более того, с каждым годом эта цифра увеличивается. Достаточно часто среди людей, погибших в результате инфаркта миокарда, встречаются и молодые люди, не достигшие двадцатипятилетнего возраста. На первом месте с заболеваниями сердца находятся мужчины трудоспособного возраста. Однако, несмотря на это, от заболеваний сердца намного чаще умирают именно женщины. С этим нужно как-то бороться. Причем чем раньше, тем лучше. Одним из самых главных факторов борьбы с сердечными заболеваниями является точное знание того, какое именно заболевание беспокоит человека. Узнать есть у человека сердечное заболевание либо его и вовсе нет, поможет кардиограмма сердца.

      Электрокардиограмма – это запись сокращений сердца человека, которая осуществляется при помощи какого-либо инструментального способа  и  отражает биоэлектрическую работоспособность сердца. В момент возбуждения сердца с его внешней, а также внутренней стороны происходит разность потенциалов, которая постепенно меняет свою величину и направление. Эти изменения становятся результатом внедрения в возбуждение иных частей сердца. Во время сокращения сердце передвигается в пределах грудной клетки. Если говорить точнее, то оно вращается вокруг своей оси слева направо. Это приводит к тому, что оно плотнее прижимается к грудной стенке с внутренней стороны. Биоэлектрическая работоспособность различных частей сердца начинается поочередно, то есть один участок за другим из одного сердечного цикла возбуждения в другой. Появляющиеся в этот момент изменения зарядов с наружной части сердца способствуют появлению динамического электрического поля. Именно это поле регистрируется с поверхности тела в результате увеличения его силы, которая выражается в переменной разности потенциалов. Данную кривую принято считать электрокардиограммой или сокращенно ЭКГ. Прибор, который записывает эту кривую, именуется электрокардиографом.  Что касается обозначения зубцов ЭКГ, то они отмечаются следующими латинскими буквами - P, Q, R, S и T. Интервалы между зубцами принято обозначать - P-Q, S-T, Q-T. Именно за счет зубцов и интервалов ЭКГ можно выявить истинную работоспособность отдельных частей сердца. Первые подобные исследования проводились на животных. К примеру, ученые А. Келликер и Г. Мюллер в середине восемнадцатого века использовали для своих исследований лягушек. Примерно в это же время И. М. Сеченов изучал электрокардиограмму на сердце кролика. Среди ученых, изучающих кардиограмму, также числились – Морейм, Уоллер, Эйнтховен, А.Ф. Самойлов и многие другие. Многие из них описали работу сердца в момент проведения данного исследования в своих трудах.

   Данное исследование  дает информацию о состоянии  сердечного ритма человека, об  их частоте и регулярности. Любой  вид аритмии можно выявить  при помощи электрокардиограммы.  Именно поэтому она играет  достаточно важную роль в современной  кардиологии. На графическом изображении  исследования имеются различные  зубцы и интервалы. Именно они  являются указателями изменений  работы сердечной мышцы. Также  именно от них зависит результат  того, есть или нет у человека  изменений кровоснабжения сердца. По результатам амплитуды зубцов  можно говорить об имеющихся  утолщениях некоторых участков  сердца. Это может сигнализировать  о наличии у человека какого-либо заболевания, к примеру – гипертонии. Довольно часто врачи проводят электрокардиограмму с физической нагрузкой. Это делается для того, чтобы дать полную оценку работе сердца в периоды активной жизнедеятельности человека. Такой вид исследования именуется «Тредмил-тестом». Его проводят, как правило, за счет велоэргометра либо бегущей дорожки.

   Метод позволяет  оценить важнейшие функции сердца: автоматизм, возбудимость и проводимость.

   Для проведения  ЭКГ исследования не требуется  специальная подготовка. Человек  укладывается на кушетку. Кожу  предварительно обрабатывают физиологическим  раствором или обычным гелем.  Во время снятия кардиограммы  к телу человека прикрепляются  специальные электроды, благодаря  которым аппарат и получает  необходимые данные. Следует отметить, что эти электроды обладают  особыми принципами подключения.  Итак, всего двенадцать электродов  – три стандартных двухполюсных, которые должны отходить от  конечностей, три усиленных однополюсных, которые также прикрепляются  к конечностям. Остальные шесть  грудных однополюсных прикрепляются  к грудной клетке пациента. Используют  три разных отведения. Первое  – это связь между левой  и правой руками, второе отведение  - это связь между левой ногой  и правой рукой, а третье  отведение – это связь между  левой ногой и левой же рукой. 

   Ученый Эйнтховен  первый определил, какие зубцы  должны быть в норме на кардиограмме  в этих трех отведениях. Так,  у здорового человека, величина  зубцов второго отведения должна  быть равна сумме величин зубцов  третьего и первого отведений.  Величина или амплитуда зубцов  – это один из основных показателей,  использующихся при расшифровке  электрокардиограммы. Вид зубцов  и промежутков между ними зависит  от того, как чередуются фазы  возбуждения и расслабления в  сердечной мышце. Зубцы появляются  и растут в те моменты, когда  определенные участки миокарда  действуют, а другие находятся  в покое. Для того чтобы обозначить  эти разные части тела зубцам  дали буквенные обозначения. Так,  зубец Р показывает работу предсердий и потому именуется предсердным. В тот момент, когда действуют два предсердия, начинается промежуток под названием PQ. А действие желудочков обозначается как QRS. Это три зубца, каждый из которых называется определенной буквой. Зубец Q показывает, что верхние доли сердца активны, зубец R показывает активность нижней части сердца, а также наружной части желудочков. В момент, когда два желудочка активны, появляется сегмент ST, в котором зубец Т указывает на то, что клетки сердечной мышцы приходят в нормальное состояние. Именно зубец Т чаще всего показывает на различные нарушения в состоянии сердечной мышцы. Разрыв между зубцами Р и Q показывает скорость передачи активности от предсердия к желудочку. У здорового человека этот показатель должен составлять от 0,12 до 0,1 секунды. При этом все зубцы QRS должны проходить за 0,06 – 0,1 секунды. Если соединить два зубца, которые показывают наибольшую разность в потенциалах, то получится так называемая электрическая ось сердца. Расшифровка кардиограммы дает возможность увидеть и скорость сердечных сокращений. У здорового человека это от шестидесяти до восьмидесяти ударов в минуту. Для пациентов в период полового созревания характерно состояние под названием дыхательная аритмия. Кардиограмма дает возможность обнаружить и экстрасистолу. Экстрасистола – это сокращение миокарда, которое происходит между нормальными по времени сокращениями. Кроме этого, кардиограмма дает возможность обнаружить такие нарушения в сердечной деятельности как трепетание, а также мерцание. Так, при трепетании частота сердечного ритма достигает четырехсот ударов в минуту, а при мерцании до шестисот ударов в минуту. Найти на теле человека место с непрерывным электрическим потенциалом практически невозможно. Именно поэтому врачи самопроизвольно получают условный электрод, который используется ими для регистрации однополюсных отведений.

   Манипуляция абсолютно  безболезненная. От пациента требуется  неподвижно полежать в течение  1-2 минут.Результатом исследования является бумажная лента, на которой вычерчивается кривая — запись электрофизиологической активности сердца.

   Большое значение имеет ЭКГ как метод отслеживания динамики сердечного заболевания. По величине и форме зубцов, образуемых на ЭКГ можно судить об эффективности проводимого лечения.

   При проведении ЭКГ желательно информировать врача о тех лекарственных препаратах, которые вы принимаете в настоящий момент, так как некоторые медикаменты оказывают влияние на работу сердца, что может отразиться на кардиограмме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обработка сигналов кардиограмм на основе нейронных  сетей:

 

Суть обработки сигналов данного исследования заключается  в том, чтобы диагностировать  имеющиеся проблемы в работе сердечных  мышц, используя при этом различные  аналитические методы. Чтобы диагноз  был правильным, прежде всего, необходимо точно установить все особые участки  электрокардиограммы в лице зубцов. Что касается зубцов, то здесь в  первую очередь важны точная точка  их начала и конца. Благодаря этим данным можно вычислить точную ширину, а также амплитуду этих самых  зубцов. Именно эти данные чрезвычайно  важны для функционального анализа  данного исследования. Самой главной  проблемой в анализе кардиограммы является то, что все зубцы на ней имеют разную форму, ширину и  амплитуду. Довольно часто на некоторых  участках кардиограммы зубцов вообще нет. Именно поэтому в анализе  на первом месте стоит интеллект. Именно он помогает врачу-специалисту  сделать правильный вывод и поставить  точный диагноз. Так что же это? Под  интеллектом подразумевается нейронная  сеть. Нейросеть обрабатывает каждый фрагмент исследования постепенно, выдавая  в конце точные данные относительно зубцов.

   Существует всего  два вида обработки сигналов  кариограммы нейронными сетями. Первый вид предполагает анализ  по частям. Другой вид может  делать анализ всей кардиограммы  полностью. Конечно же, второй  вид нейронных сетей намного  лучше, однако он требует довольно  длительного времени для полного  анализа. Имеется и третий вид  нейронных сетей. Он основан  лишь на том, чтобы выявлять  конкретное отклонение в работе  сердечных мышц человека.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Применение  ЭКГ:

• Определение частоты и регулярности сердечных сокращений

• Показывает острое или хроническое повреждение миокарда

• Может быть использована для выявления нарушений обмена калия, кальция, магния и других электролитов

• Выявление нарушений внутрисердечной проводимости

• Метод скрининга при ишемической болезни сердца, в том числе и при нагрузочных пробах

• Может дать информацию о внесердечных заболеваниях, таких как тромбоэмболия легочной артерии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормальная ЭКГ: