Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Методы математического анализа сердечного ритма и исследование функционального состояния сердечно-сосудистой системы

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Методы математического анализа сердечного ритма и исследование функционального состояния сердечно-сосудистой системы"

V -V -

)СУ п ' *"''Ч " ;:*. ■■ л-ч

Ж ■

-V4 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

^¿Г ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

^ ИНСТИТУТ АВТОМАТИКИ И ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ %

На правах рукописи

КРЫСАНОВ Виктор Владимирович

МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СЕРДЕЧНОГО РИТМА И ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ

03.00.02 - Биофизика

Авторе фе т диссертации на соискание ученой степени кандидата фшико-матемашчеехза наук

Владивосток 1954

Работа выполнена в Научно-исследовательском физико-техническом институте при Дальневосточном государственном университете.

Научные руководители:

кандидат технических наук, доцент ЕЛ. Кулешов

доктор-медишшсг;их наук, профессор Б.И. Гельцер

Официальные оппонента:

доктор физико-математических наук,

профессор

Д-И. Абакумов

кандидат физико-математических наук, доцент ' В.И. Сафин

Ведущая организация:

ДальневосгочнийгосударстЕенный ■технический университет

Защита состоится ■" (Ь" ¡¿лкру 1994 г. в ^ ч:&. на заседании специализированного совета К 00330.03 в Инсппуге автоматики и процессов управления ДВО РАН по адресу: 690032, г. Владивосток, ул. Радио, 5.

С диссертацией: можно ознакомиться в • библиотеке Института автоматики и процессов управления ДВО РАН. ,

«

Автореферат разослан "(О * \4п<3пп$ 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор медицинских наук

М.Ю. Черняховская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АыЗЙШШЕЕЬ-ЛЙЙЁКНЬи 'Прсбяема исследования функционального состояния сердечно-сосудистой системы челсмка является одной из актуальных проблем современной физиологии и медицины. Описание функционального состояния сердечко-сосудистой системы в целом достаточно сложно, требует углубленного обследования многих функций и систем организма я далеко из веда» может быть прззедено в паяном объеме. Математически анализ сердансго ритма, яштяксь относительно просты?,« и-ебьгкзквным методе?.! исследования,, Еозжшггт получать количественные хяражггрхгепая!, дякпщЕе йредаташкяие как о состоянии регуляторных механизмов, так и сб «бэта- реакциях: офдвчночаосудиетой системы иа предъявляемые воздействия. Как 'похазывгхя шогачяеяегтые исследования, результаты математического' анализа' сердечного ''ритма' отражают фушщиеиашдае состояние важнейших фязяояопксских функций и систем организма человека.

К 'настоящему моменту оггуйтахшгко большое количество работ, в которых .рассматривается возможность оценки функционального состошшя сердца, регулирующих сто '-. деятельность ■систем, сердечно-сосудистой саяа« в целом. Ilcejreaosiascb возможность сценки • функционального состояния организма да> результатам иетематгнсского анализа сердечного ршма (Еафгаа АД, 1587, 1S35). Прэдтозкк раз мвдвей* распознавания фухп^тоиалшого сосгеашш еерддо,. системы , ^гуляуки сердечного ритма, вегетативной ксрзноЯ шеями (Жемайтнгв Д.Й., '1972, I9S7; Баерский P.M., 1984; Pifeirnci АД,, 1591); оякезкн ссотзетствуюиом методы матемзгсг'сской .обработки, шгзалякгаие ' вмучйь' неейетдшые количественные характеристики сердечного pirnia (Кдеехгер ИГ, 1958, 1923; Борисов В.И., 1992). В пятерых работах••(Геацф Б.Й., 1937; BetgfeM B.L et а)., 1987; ДсмСо А.Г., Зевдозский Э.В., IS89) ггртедглаг глхсриши классификаций, позволяющие соогаоскть результаты. игтематетесхой обработки сердечного ритма с тем »ин иным.' фугаадгоизльнки классом капаемогообъекта -серди, вегетативной нервной сасгеш* к та . '

МетематнческнД анализ сердг-дазга ргяка с успехом применяется з разлзпншх медошшехих исспжжякшка*.-' В тесте признанных и наиболее перспективных канроялениЯ яспаогьзоглкня йетодов математического анализа ритмической .деятаяыкюга ;сердца можно 'назвать космическую медицину, cnoprartiyro медицину, ыассоше огсиеыиологические осмотры населения, а также различные клинические • врглстаод, та»» как: выбор врачебной ratcnnai, оценка фармакшогоческого : еоздействия и т.п. Математический аашпо. ©sp печного ритм» является едяа ли не еяиксгоекным

инярументалышм методом изучения функции • вегетативной нервной системы.

Огедует однако отметить, что несмотря на всесторонние исследования рассматриваемого вопроса с гошвдай фшислопш, медицины и математики, анализ сердечного ритма сегодня нгдьзя считать распространенным методом функциональной диагностики. Основные причины сложившейся ситуации состоят в следующем. Прежде всего, отсутствует физиологически и математически обоснованная методика .проведения исследования на основе анализа ритмической деятельности сердца. ■ Неадаптированные методы математической обработки биосиги зла имеют большую среднеквадратичгскую ошибку получаемых характеристик, что объясняет плохую повторяемость результате» и затрудняет их интерпретацию. По многим позициям ошюснкя фукшюлгльизго состояния сгрдечно-сосуддатой системы отсутствует сСошошме числовых характеристик сердечного ритма. Игхокгц, существующие диашослнеские комплексы для анализа сердечного рщш не соотаетстсук>т с&зрсмскным представлениям о физиологии рассматрнЕвшсго процесса.

В связи с згам иесяедозаши, направленные на изучение подходов и методов математического ш<шш серданого ритма с целью практического приложения этого' истоде фзаг^»шаыгой днагассгахи дда медицинской практики, являются екгуаяькыми.

Цель работы - разработать метоп; исследопашш функционального состояния сердечно-сосудистой с5;стсмы человека на основе математаческого • аиаяиза сердечного риша.'-. -

Исхода из' этого необходимо было решить следующие задачи: ' 1. Разработать методы исследования рнгаичсской деятгльности сердца, соответствующие современным физиологическим' .представлениям о функционировании сердачпо-сссуджяой системы.

2. Исследовать возможность идентифнхацш функционального состояния сердечно-сосудистой системы по результатам математического анализа сердечного риша.

3. Разработать математические метода анализа сердечного риша, позволяющие возможно более полно описывать функциональное состояние сердечно-сосудистой системы, и алгоритмы расчета необходимых числовых показателей, отвечающие требованиям анализа случайных данных в условиях априорной неопределенности.

4.»Изучить возможность использования предложенных методов анализа, ритмической деятельности сердца для медицинской практики.

Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов состоит в следующем:

1. Впервые разработана базовая мстодапся исследования функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе математического виаяиза сердечного ритма.

2. Разработан метод представления дммия изменения длительности кгрдиошггервалов по врсмешгой области. Введено понятие "поток кардиошггерваяоа".

3. Впервые введено понятие "квазипериодическая структура сердечного ритма". Разработай быстрый алгоритм декомпозиции потока кардиоинтерваяов на его аддитивные квазипёриодические составляющие.

4. Предложен новый метод анализа переходных процессов. Впервые изучена возможность описания тонуса периферических сосудов нижних конечностей. Введены количественные показатели дня описания сосудистого тонуса,' получено экспериментальное подтверждение гас информативности.

5. Разработай алгоритм распознавания функционального состояния сердечно-сосудистой системы. Экспериментально подтвер;эденз корректность работы алгоритма по основным позициям определения функционального состояния.

Прзетнческая неипость получегагых в диссертации результатов состоит в следующем:

1. Создан функцнонзльно-дигхностнческий кокяглекс для исследования . сердечно-сосудистой системы.

2. Разработаны рекомендация по использованию указанного комплекса.

3. Созданные при выполнении диссертационной рзбага программно-аппаратные средства быки использованы з прагсгачгской работе. В 1991 году первая модификация гэтомзтизировашгого комплекса оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы была внедрена в Городской ювтической батпят №2 г.Влядивосгока и в Главном госпитале Тихоокеанского флота. За время эксплуатгцин Проведено более 1500 автоматизированных исследований, материал которых послужи саговой для разработки агорой модификации комтаексг. Вторая кодификация мвдрсиа в 1993 году з Институте физиолепм и петелоп:;г дшашк (ИФПД) СО РАМН (г.Блйговсщенск), п клинике Приморского филиала ИФПД СО РАМН (г. Влшгвсск«), на кафедре акукер-гтва и гинекологии Вяалигосгокского государственного медицинского. югеппута. За время1 экегиуггаиин второй модификации проведено около 400 исследований; Обследовались липа различного пела ' и созряста, разных социальных' слоев. Со время исслсдовгння из основе пркшшпов и методик, использованных в алгоритме распознавания, осуществлялось вилатенис патологических состояний.

4. Предложенные в работе подхода и метода матгматичсского анализа могут применяться дяя обработки различных физиологических (биологических) ритмов.

Основные положения, выносимые на залптгу:

1. Разработанная методика исследования сердечно-сосудистой системы

- 4-х этапная активная ортостатическая про5а с одновременной регистрацией сердечного р;гшя, дополненная комплексом фармакологических теегшв -соответствует современным фжиодопкгежм представлениям и позволяет оценить функциональное состоянко сердечно-сосудистой системы,

2. Квазипериодичесхая структура потока хардлсшггергалоз отраякгт особенности ретудягориых шекишй на сгшусоякй уггл.

3. Разработанный метод анализа сердечного ритма во время сргосгасачсасого всадсйствяя на орпшш обследуемого - переходного процесса - соогьэтсгьуст фкзиаяогш £ассштркоасиого процесса. В раскех метода предстаишггог возиохныц подунхгь шяячздгвешй» описание тонуса периферических сосудов №шшх конечностей.

4. Рвз^отаяашй шерп» раетозиаэашй функционального состояния ссрцечно-сосудЕдай системы .-"•позваяаяг получать корректно» оиисшие состояния состгетсгБуювси функций н систем организма.

Дщ>а§2Ш& ■ Одайзныз ■ яаяозейг» и результаты дасссртациошшй рсботы обсужалпс:» ;г

- на Всгроссо&свой коифгрящнп с ксздЗтароЗшш иредемдаяшш-"Акупунктура и чададаовят кедаста" (г.-Вяаяивсскж, 1992 г.);

- на 111 Нагзюиаяшам ко;п-россе по бояез.чям органов дакшшя (г. Сазах-Петербург, 1992 г.);

- иа региональной шуч'лэ-Гфактпесйай "конференции "Здоровье и болезни человека щ Дальнем Восго;»* (г.Ецадшюстск, 1993 г.); ..•'

- на региональной научней : кокфереиаш" "Проблемы хжпшческой, проф'.иакпмеской и экшгршешалшой цгдккшщ та. Дальнем Востоке" (г. Владивосток, Ш4 г.);

- на Всероссийской научно-технической конференции "Аппаратно-программные средства диагностика и лечешы сердечно-сосудистых заболеваний" (г. Самара, 1934 г.);

- на 45 арктической международной научной конференции {г. Владивосток, 1994 г.);

- на с мширах лаборатории электронной шифоскогавх и обработки изображений Научио-исследозательского фюшсо-техншеского института при Дальневосточном государственном университете (1992-1994 г.г.), кафедры поликлинической терапии Владивостокского государственного медицинского институт л (1992 г.), Приморского филиала Института

физиологки и патологии дыхания СО РАМН (г. Владивосток, 1993 г.), лаборатории математического моделирования экологических систем Института азтсматахи и процессов управления ДВО ¡'АН (19:4 г).

1йпШКШКИ- fío результатам исследований олубямакмко 11 печатных работ. Научные результаты диссертации, нт'нсспмые иа защиту, получены лично автором. Результаты друля авторов и полученные в соавторстве, оговорены соответствующими ссылками в тексте диссертации. Вся алгоритмы обработки и анализа бисшгиала, а также соответствующее программное обеспечение диагностического комплекса разработаны лично автором.

Структур;*, и оЭтем лкссертрцин. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (139 наименований) и щшожешш. Объем дисгсрташм (с приложения,tu) составляет 129 страниц, Екякт.1 13 рксушгоз и б таблиц. Б приложении представлены 3 акта внедрения разработанного комплекса в различные медгашнекпе учреждения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Й2_йй1ДйШй рассмотрена ияуалъкоегь темы диссертационной рвбеты, определены цель к задачи ис&тегэкгипм, тумкая повили и практическая ценность пияучсшпос результатов Кроме того, сфсрмуянроодга основные положения, выносимые иа защиту, а тега» представлены данные об апробации работы л основикз лубяякавям no та» исследования.

Перпзч глава содержат обг-ср проблем, сбяззгшшс с математическим анализом сердечного рятма. Отражены сарремсшты$ пр?..~ставлетгя о физиолсгннесягк механизм« . рипписской деятельности с.рдца. Рассматривается вопрос иссяздеъаина сердечного рстма. Подчеркнута гулкость оценки «¡астото-гргмгякой организации колебаний дпигельност ккрлиотпервзлов. Описаны ваяпейсше пгриодичкосш з улътргдзштых »вменениях частоты сердзшзых ««радений. Скатан ойзор шгематич«с»к методоз, наиболее часто используены;: в н*стоящ*е ьртя при обработке дппних сердечного рпткз;. отмечены достстагсгза и недостатки каждого из методов. Рассматривается проблема.- ксслгдораикя фунщргеюяшого состояния екгго/ы регуляции сердечного pirma, тшпяние подходы к ее решению. В чг.стшст!!, сояоси'кизпятет пояходтл интегральней опенки и :-f:ic."cy;;or.¡rcr:?ro ош;сжчл. Сделка, вывод о целесообразности кшогоуротавого отх анад фушазшнал&кдо ссобеккссгсй системы регуляции сердоисго ркога. Предстшдекы общепринятые уровни и OCH02IK.K градации елглеглця функционального соксякяя. В конце первой главы ocyuiecr&Tsria вогтзназ« задачи вдентифгжшш функционального состояния сердечно-сосудистой системы, которая заключайся в еяелуюшем:

■ -в-.

1. Оценить исходное (без предъявлены.-; воздействий на организм обследуемого) функциональное состояние системы регуляции сердечного ритма.

2. II роаиалнзироыпь особенности переходного процесса - рсакида сердечного ритш на некоторое возмущающее воздействие - и оценить регуляториую активность фшиолдагичсскнх систем организма, в наибольшей степени ответственных за характер этой реакции.

3. Провести сравнительный анализ сердечного ритма в походном состоянии и на этапе, соответстсую.'асм по врвмеш физиолог: (чсским представлениям о воссшшаяегаш после дишого воздействия. Оценить устойчивость функционального состояния физиологически систем, участв>тащих в управлении процессом ииицккровагшя etрдечных сокращений.

4. Сформулировать окс:тт«лыи5с зажаэтешв о функциональном состоянии сердечно-сосущ-стой системы по всем позициям огаюшия.фунюдаодохьнш. особенностей сердечного ритма.

Втораз игаза пссвящша разработке методики исследования функционального состояния ссрдечне-созудизтой системы на основе математического игалтаа сердечного ряша. В 2.1 приведено общее описание зкенеримеоталыхой установки, едстхмцдей из аппаратной и программной частей. Параграф 2.2 содоршт краткие описание аппаратной части комплекса, доючтией в себя персональный компьютер, шперфейс дал ввода ьшформашш в ' ПЭВМ, 1ш£рахрашый канал связи, устройство регистрации зубца • R ' эша^з®рдаюгра1рш и датчики для снятия биопотенциалов пациента. В- 2.3 рассмотрены 'основные, модули программного обеспечения устаиопсп модуль системных .подпрограмм дал ввода кардкоинтервалов, система упраглеггий потоками данных, система пользовательского интерфейса, система управления базой данных, пакет программ для статистического анализа ригамграмшл, модуль оцени! частотно-временной организации сердечного ритма и программа анализа переходного процесса (реакции сердечного ритма на ортсггатшесксе йоздейсгвие). В параграфе 2.4 представлена Сйзоезя методика исследования, дано ее физиологическое обоснование. Основные этапы разработанной методики:

1а этап (предварительный). Пациент находится в вертикальном ' положении (стоит) без выраженных предъявляемых внешних или внутренних воздействий в течение 10 минут. Сердечный ритм не регистрируется. 1 этап. "Фон в вертикальном положении"., Пациент находится в вертикальном положении (стоит); сердечный ритм регистрируется в течение 3-х минут.

2а этап (предвгркгелышн). Пациент ложится и находится в состоянии относительного фтииолопиесхсого покоя з течение 10 минут. Сердечный ритм не регистрируется.

2 зтш. "Фон в горизонтальном положении*. Пациент находится в горизс!ггалы?ом положении (лгжит); сердечкнй ритм регистрируется в течение 3-х минут.

3-4 зтапн. "Акпшняя ортостаткческая проб»". Пациент встает и находится в вертикальном положении. Сердечный ритм рггистрнругтея в течение. 5 минут. (3-й этап - переходной процесс - следует сразу за 2-м, регистрация сердечного ритма не преривгегся. 4-й зтгп начитается после окевдшия медгеппой фазы переходного процесса и определяется в процессе математической обработки посредством сравнения кваз« [периодической структуры сердечного ритма на 1 И 3-4 этапах ксстедсвяняя).

Введены и обоснованы поняли 'fecrpoiT и "медленной* фаз нерегдацного процесса. Начало быстрой фазы соответствует моменту ортосгатического воздействия, конец - точке максимального урехения пульса после первоначального учащения. Отрезок ритаограммы сразу после быстрой фазы - до точки относительной стабиюшщш сердечного ритма -медленная фаза переходного процесса.

Определены качественны« особенности отрезков рнтмограммы на различных этапах исследования,. предстсаяяюасте интерес с 'позгашй описания функционального. -сояшшщ сердечно-сосудистой системн. Выдвигается предположение о .возможности*, «шшя ■ тонуса периферических сосудов пгсяхих конечностей по результатам анализа реакции' сердечного ритма на активную оргосгатечесхузо пробу. Краткое описание методов фармакологических фозюейсгвпй з рпюх рззрабстаннсй методики исследования црсжстгаясяо в 2.5.

Б_третьей тяавг. рассматривается задача идентификации

функционального состоянтгя сердечяонсс-еуянгтой- системы. Пграграф 3.1 содержит ошгеание модели механизма регужгщт сердечного ритма. Отмечена цеяесосбразностт» исследования еегетштазой ретудяшз* сердечно-сосудистой системы с позиций матекатпческого анализа' сердечного ритма. В качестве рабочей модели рассматривается лвухкотпурият модель механизма регуляция (Басвский P.M., 1984; Ркфтин А.Д., 193!), незначительно дополненная в соответствии с современными физиологическими рреястааяяйсгмя.

Параграф 3.2 посвящен вопросам подготовки исходных аашт. Ятя выявления cayireB.'аритмий и других помех с псеяедуштм испраштекием соотаетствуюших кардкошперваясв предложен алгоритм, оагову которого составляет метод скоперогрзфки. В качества . объекта анализа при исследовании зашумленности выборки предлагается использовать массив

отношекий длительностей смежных кврдонмипсрв'а аов, а также масона кардиокнтервгдов, порИйрозг»а1ых на "среднее" для данной выборки. Экспериментально показало, что использование предложенного алгоритма имеет смысл, earn количество срте4>летов (исключая зкжтрасистоды) не превышает 5-77ь от размера ькборки.

Для анализа колебаний; доягезькосгн кардиошггерБалоа во временной обмят целесообразна кехсриуз?. посагдозаттноеть кардшщшедов рассматривать как фукхшдо времши- г(() - поток кардиошгтервалоа, заданную своими даскрепшма исрегаоотсиншщмй значениями r(t¡), где индекс 1 соогдахтаует номеру отсчета с момента начала регистрах«!/. В промежутке между иабяадаешлми ординатами г(?() к r(tM):

= i-

здесь I е{/(,'ыЗ> При этом, средкадиучмтмюжгя ошибкл

приближения "«*(/) <0.4D¡, где В -дисперсия ■ цетрировгнной выиорт хардиоштрааяоа. • •

Дня ОШ10ПКЯ ссоботнссгсй квшшзш регушосн сгрдечного 'ритма в рамках принятоймедзян ■ в&адско покятке "ксазиясрмоАИзесхгя структура сердечного pimía", Понятие "каадакриаджская состашшэшЕй" соответствует некоторой груше казг&ййй «¡щШикзя кзрдаошгеероалоз, имеющих примерно одюшюгцй период к определяющих лырЬгшшый максимум сдезифолйзсй • оценки • сердгадого pjmis. Определив квазипермодичесгсухэ сгруюуру потеха кардаяшэтергалоэ* - коядаеотао соегавляхнзак, их период н сгеяйаь шргжешюсга,_ можно судь-гь об актаяоета «юхветъугмцкх .у^раашэдпх систем.- При этом, кагадую квазапериодкчсскую -сссгаЕЖШсагую (дояодешу) сгрягчного рйтиа удобно рассматривать а качество саьюсгкшелшой временно й последовательности.

В параграфе 3.3 рдоздараггетса вопрог выборе вектора признаков для . идентификации функционального состояния сиетемы регуляции сердечного ритма. Сделан вывод о целесообразности оценки саевдгащих особенностей бзюсигиалв. Для треззеоэ рнтмофамыы, соотегтствухощих состсяшпо относительного функционального покоя (1-2 этапы исследования): значение средней частоты ссрдечных сокращений, шпетральнаа оценка "мощности" колейаи,П1 частоты сердечных сокращений в пределах рассматриваемой выборки, а также некоторый набор спектральных оценок, характеризующих квазилериодтгческую структуру сердечного риыта. На отрезке ритмограммы, соответствующем реакции ссрдечкс-сосудистой системы на сртостапмеское

воадействие (3-4 этапы исследования) выделяют: амплитуду и время учащения пульса, амплитуду и гре.-'я перинного уреженич частоты сердечных сокращений, время стабилшатг! сердечного pimía (доггельность переходного процесса), отношение средней дгаггельнестн кардиожптрвала до и посте активной оргастической пробы, амплитуду и длительность гшпш перерегулирования. Подчеркнута важность разработки математических методов а алгоритмов 'оценки перечисленных качеств сердечного ритма, удовлетворяющих требовании анализа случайных данных в условиях априорной неопределенности. .

3 параграфе 3.4 описана рабочая модель распознавать функционального состояния сердечно-согуднсгсй системы по результатам магематтиеского анализа сердечного .ротш. Сфортлулнрованы и обоснованы ослоенЫ« отличия разработанной модели от йсдальзэвавтпхс:* ранее. Представлены' позиции оценки функционального оосгсяёшяГ~В частяости. nonav.Ka, что по данным исследования гозмо:-шо описывать: интегрглшую сценку регулшии (градации описания - тахикардия, корыокгрдкя, брадикардия); фуияцпо шяоштязма (синусовая аритмия,стябкаышй ритм, нарушение футдаяш автоматизма); вегетативный тонус (сикпатнчгский, пграеюдаапкесккй, смешанный, одновременное усиление акпшиссти скмкзтического и парасимпатического отделов вегетативной нервной снст.-мы, стксегохе симпатической регулярен);. вяхтагавясе обеспечение ' деятельности (недостаточное, в пределах -условной пор'Ш, избыточнее); вегетативную' реактивность (повышенная, нормальная, сияххшш); степень напряжения ц í г пралы?кх рsгудлтор!пк систем, (отшшаямшя, значительная, перенапряжение); устойчивость регуляция ' (устойгасгя регуляция, жгетзпяшяя дасре!уш1ция, дачяяуяяшш нейтрального типа); функциональный (гронатрстпяк) pszíps мисхгряа (г«сохкй, достаточный, сниженный); тонус периферических сосудоа шсяшх конечностей (повыишшый, з пределах условной нормы, .снижениий).

Чегааптал пмяя содержит сяксага». жтемгтичгстзи угтодс» и основных 'алгоритмов, используемых при обработке 'двшшх исследования. В го^шрафе 4.1 рассматривается проблема оценки среднего значения частоты сердеишх сокраздешгй. Теоретически • обоснована необходимость рассмотрения нескольких cuchos иеитра плотности распределения версяткостей кардасигггерсглоа з угяогяях рехлшого исследования. Дня характеристики средней частоты сердечных сокращений предложено использовать оценку x¡ - велич1шу, опредедяс»{ук> медианой гаркзщгаиного р.ги из ~х\хт,хй,х,,хц\ здесь х - среднее арифмстичесхое ряда хардиоинтервалов, ха - мода, х1 - центр сгибов (средний ккдргель), х, -

цсмтр размаха распределения .кардаюШггерБалов, хл - среднее арифметическое усеченного на 25 f¿ с обоих копит вариационного ряда, кардиошггервалов. Предсгавдени результаты сопоставления дисперсий оценок x,x„,xq,x,,x¡¡ с юкпрракп оценки' x¡, "полученные в результате обработай более 1000 ритмограш.; функционального класса "нормокардия" фиксировзшюй длиш. Показана нредиотгительность использования оцеккн Xj в условиях реального исследования. •

Вопрос оценивания "мощности" кодебашгй дянгагьиосш кардиошпервадов рассматривается в параграфе 4.2. Для количественного описания указанного свойства ошш X предлагается использовать ЙК(Х) - опенку энтропии, нормированную на logiV, N - размер выборки. Показана предпочтительность ксястаоштя этой оценки перед дисперсией; представлен' алгоритм' es расчета. Особос внимание уделяется проблеме построения шстогралгмы . карякошггерьалоз. Произвольное назначение ш'иршш. ■гопсрв2ла''грушв^аанни, равно- как и любое физиологическое обосноаднш количества разрядов : гистограммы: сопряжена с большей ошибкой нря ; СЦ4Ж5 плотнеет распределения вероятностей кардиокшерсалоа. Это, в свою сеггрсдь, может оказывать существенное влияние на чуг:тгв-1гтс,11л!<>сть и- точность энтропийной оценки. В соответствии с данными современных нееяедоаашй ухазаной щюйземы, определена сЗласть- допуспаоьк значений т - количества интервалов группирования при построении гистограммы иардиоингераадав: Wbu -0.42W0-4 и' rnm¿ =1.25'JVM. В' алгоритме вычисления шщгаиииной . оценки HN{X) рскоиендусгся использовать Ъис&аЯшм к верхней границе отрезка [«„¡„¡Kj^,] нечеткое значение м.

В параграфе 4.3 исследуются вопроси анализа .частотно-временной организации'сердечного ритма. Сформулированы обшие принципы. анализа физиологических 'ркшов. Сдеяаи еыеод о нецелесообразности применения традиционных спясградышх оценок сердечного ритма вскедствиг кх большой ■ерздцгкыдргогкекой ошИбш при построешяг систем автоматической (автоматизированной) диагностики. Для сценки квамтершдкческой структуры серкгчного pimía предложено использовать метод фияьтращи матсыатическо'о ожидания нестационарного случайного процесса (Кулешов ЕЛ., 19S6, 1952).

. В • 4.4 patcM&ipimsérót теоретический аспект задач?! фильтрации среднего нестационарного процесса x(t) = é\t) + ф) (здесь 4Ú) детерминированная' функция, определяющая математическое ожидание процесса х{(}) в уеяеккх спрнорной, неопределенности. ИспсяЬзустся

оценка Ь)(') = £(/) где £(/) = |/|(/,т).т(г)й?г - традиционная

оценка; Ь3(/) = Щ - г)4(г)Л. 'Похаззно,. что существует достаточно

нигрский интервал значений 'параметра X, при которых оценка £,(/) является оптимальной сценкой ф) б смысле' минимума среднеквадратичеасой ошибки. Рассматршг.ется процедура вычисления £а(/) оптимальней оценки м&темагичесхого ожидания процесса х(г).

Быстрый алгоритм фильтрации потока кардткиштерзалов, реализующий подход, описанный в 4.4, представлен в параграфе 4.5. На рис.1 показан прш.;ер работы алгоритма.

й!1

Рис.1. Пример декомпозиции потока тжрдаюиктерваясз r{t) на его аддитивные гаазипериоотческие сосгаалязовате sl(t), s7[t), s3(i) и í4(/); n(t) - остаток.

Для характеристики периода колебаний в пред-мал каждой вадкяеиной компоненты сердечного pimía используется сценка взвешенного среднего

Г, = ^ rc(r) здесь с(г) - функция, определяющая оценку

craaxemioft спеетральной плотности выделенной компоненты сердечного ритма, х - время. Пользуясь общепринятой терминологией, выделенные квазшериодшескне составляющие- потока- хардиошггергалоэ можно интерпретировать следующим образом: sl(/) - низкочастотный тренд (неинформативная составляющая); s2(t) - медленные сплин 2-го порядка,

Гз2 = 33с; 53(0 - медленные волны 1-го порядка, Т,г = 11с; ¿4(/) -дыхательные еолш, = Зс. Для оценки степени выраженности' ("мощности") колебаний в пределах выделенной квазипсриодической составляющей можно использовать характеристику нормированной энтропии.

В параграфе 4.5 тшожеаы основные вопросы анализа переходного процесса. Используется допущение о том, что характер сердечного .ритма в ортсстаае обусловлен шнкнкем, прежде г.сего, центральных механизмов регуляции. В связи с этим, на первом этапе обработки переходного процесса осуществляется выделение его недкхателыюй составляющей - из соответствующего потока кгрдиошггервшюв посредством фильтрации удаляются колебания с периодом Г й Юс, На втором этапе расчитывается ряд числовых характеристик недкхатсльной составляющей, часть кз которых соответствует традиционным оценкам переходного процесса, а другая часть взсаен& влергыг. В .часпмсш, предложены следующие характеристики.

*7 ~ "м!.- где V, =—'--,

/ ^

с - средняя длительность кардкошгл-рагла на 1 этапе исследования, г(/) -

поток кг.рляолюсрьаяов, соответствующий 3-4 этапам иссаедовашш,

' = {ЧА + д/.....*ч ~ »знало переходного процесса, Т

- обмге врс.-.и 3-<1 этапов иссзеДсшашм, Д/ - шаг квантоьашьч, Л.' - 1с. Интервал затухания переходного процесса:

то - ГГГТ '

здесь у - 5у* \Ыч] у - | ' Смысл параметра к сосгоет в тек,

что амплитуда колебаний длительности . кардиоштгервалоа недыхатсльной сосгсвляющсй переходного пронесся уменьшается и к раа спустя время г0 относительно момента начала ортостатического воздействия (0. В экспериментальных исследованиях С;.п:о использовано значение к = 3. И ндс кс «даптаиии 1А~Цй, где Ь - длительность минимального кчрдиоинтерзала сразу после ортоетатичсского воздействия, ё - средняя длительность кардиоинтераалд «а 4 этапе исследования (после окончания чглленкой фазы переходного процесса). Амплитуда волны

. . с-е

перерегулирования А = , здесь с - дютельнссть макашзльного

кардиотггерпала вашш перерегулирования. Приводится физиологическое обоснование перечисленных показателей.

й пятой гл^ее обсуждаются вопросы экспериментального исследования функционального состояния сердечно-сосудистой системц согласно разрабогашгсй методики. В параграфе 5.1 дано описание алгоритма распознавания футжшгспального состояпзм. Представлены результаты эксперимента, подтверздаюздие корректность работы алгоритма по основным позициям списания. Возможность' исследования тонуса периферических сосудов нижних конечностей рассматривается в параграфе 5.2. Результаты сопоставления характеристик переходного процесса с данными периферической реовазогргфии показали, -что—статаспигски достоверная связь между оцкшаш тонуса крупных согудав, тснуга мелких артерий вшв конеяносгей и «шёловымп гажватаипгя • переходного прокгсса отсугсгез'ет. Напротив, показатель вмгсппуды второй патокпш" быстрой фазы - переходного процесса,- индекс ортоетаписехей прг>бы (отношение среднего кардиошттервалз после окопчаниа переходного процесса к среднему кардиошггерзалу На 2 стане ксстсдовзшга), индекс .аятапотш и показатель амггапуды вояни- перерггулировзши позволяет 01'сНтггь тонус венозных сосудов тзаня конечностей, На основакш зк.старгоииилышх даши-к разработан алгоеттгм сцг:жи тонуса венозных еосуяоз. В параграфе 5.3 кратко сформулированы рекомендашш по испеяъзозакшз разработанного метода фушавгонадьней гныностихи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В дяссертацксшгсй работ« на основе тесретагаскюго исследования штештпзеекдо методов пиаядаа ¿иттнчесхой лгяяяыюсги-сердца и данных эксперимента решен рад проблем, сагзакйых с оцешеойфунвднояального 'состояния сердечно-сосудистой систем».'; Сйаягя" ЮТжя в развитие методов иследозанкя сердечного рлтш, штсмаптаекой сСработхп рпмофгмм.

Осио^инсрезуяютш дассертмятрнясЯ'-рзЗогы «»стоят в скедухгавм:

1. Разработана базовая методика исследования сердачгга-сосудкстой системы человека на осном математического аиалж!' сердечного рэтна. Определен набор физических и фармгкояоппескюс. тестсз для расширения диагностических возможностей метода иеследовагает.,- УгЛотл возможные области применения предложенного исследования.

2. Сформулирована задача идентификации функционального состояния системы управления ритмической деятельностью сердца. Определен вектор

признаков дня описания особенностей механизма регуляции по результатам математического анализа сердечного .ритма. Предложены и обоснованы соответствующие количественные характеристики, удовлетворяющие требованиям анализа случайный данных в условиях априорной неопределенности.

3. Разработан метод представления динамики изменений длительности кардиоинтервалов во .временной- области. Введены понятия "квазипериодическая структура сердечного ритма", "поток кардкоинтервалов". Предложен новый подход к оценке квазипериодической структуры сердечного ритма посредством фильтрации математического охзщашш нестационарного^случайного процесса. Разработан быстрый алгоритм декомпозиции потока; кардиошпервалов на его аддитивные составляющие.

4. Предложен новый подход к анализу переходных процессов. Впервые рассмотрена возможность описания тонуса периферических сосудов нижих конечностей по результатам активной оргостатической пробы с одновременной регистрацией сердечного римта. Введены количественные показатели -дтя описания сосудистого тонуса, получено экспериментальное подтверждение' их информативности.

5. Дополнено существующее определение функционального состояния сердечно-сосудистой системы на освоес математического анализа сердечного ритма. Разработан .Алгоритм распознавания функционального состояния сердечно-сосудистой системы. Получено экспериментальное подтверждение корректности работы . алгоритма по ключевым позициям описания функционального состояния.

. Осноыше положешк диссертационной работы нашли воплощение в про'грамшю-гшмратном комплексе для исследования функционального состояния .'сердешю-сосуддааЗ системы и используются в практической медкщи'е.' ;

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Крмсаиов В.В., Гельцер Б.И., Булгаков А.С., Кулешов ЕЛ. Аппаратно-программный комплекс дая. иссягдозания функционального состояния вегетативной нервной системы// Тез. докл. Вссросс. конф. с междунар. предст. "Акупунктура и традиционная медицина" -ВГМИ, Владивосток, 1992. -С. 80-81.

2. Крнсано« D.B., Гельцер Б.И. Применение анализа квазипериодических состаг-лиюшич ритма сердца в пульмонологии// Пульмонология, приложение

Nä 4.92 -Труды 3-го иашгонадьиргс)-конгресса по болезням органов дыхания: Санкт-Петербург, 1992. -С.507. '

3. Булгаков A.C., Крысанов В.В. Система управлеиияя базой меддаинсхих знаний// "Здоровье и болезни человека на Дальнем Востоке" - тез. докл. научн.-практ. конф. -ВГМИ, Владивосток, 1993. -С.83.

4. Крысанов В.В., Гельцер В.И. Аппаратно-программный комплекс для исследования сердечнососудистой системы "ВОСТОК"// Сб. трудов мехдунар* конф. "Экологические и медико-гигиенические аспекты аггтропогенных аварий и защита человека" -Москва, 1993.

5. Крысанов В.В., Кулешов ЕЛ. Метод иаешификгции физиологических pirtMOB// "Здоровье и болезни человека на Дальнем Востоке"- - тез. докл. иаучн.-пракг. конф. -ВГМИ, Владивосток, 1593. -С.89.

6. Крысанов В.В. Алпарашо-програю.шый комплекс для исслгдскашгя сердечно-сосудистойсистемы// Сб. трудов Всеросс. и.-т. конф. "Аппаратно-программные средства диагностики й , лечения ссредчно-сосуднстых ззболеьашп'Г -Самара, ÍS94. -С.31. ''

7. Крысанов В.В. Метод исслЁдоЕанкя функционального состояния еердечно-ссгсудкстой системы// Тез. семинара "Ф>та:аментальшде основы дшшостшш состояния человека" -СПГУ, С.-Петербург, 1994. -С.76.

8. Бондзренко В.В., Крысанов В.В; Структура сгрдечиЬго ритма у больных с синдромом артериальной гипертензии//. Tas. докл. научной конф. "Проблемы клинической, профилактической и зкеперимегггаяьной медицины на Дальнем Востоке" -ВГМИ, Владивосток, 1954. С.136.

9. Бондаргнко В.В., Крысанов В.В/Оссбснпости изменения вегетативной регулянш ритмической деятельности сердца в течение светового дня у беременных с синдромом ' артериальной гипертензии// Тез. докл. II ыеждунзр. симпоз. фонда медицинского обмена Япошш, России и стран Северо-Восточной Азии. -Владивосток, 1994. -С. 195.

10. Могашша М.В., Крысанов В.В., Гельцер Б.И., Евтушевская Е.В. Метод оценки функционального состояния миокарда и сосудистого тонуса// Тез. докл. II междунар. симпоз. фонда медицинского обмена Японии, России и стран СеЕеро-Восточной Азии.-Етадизосток, 1994.-С.293.

11. Krysanov V.V., Gekser B.I. Functional-diagnostic:*! complex "VOSTOK" for adaptation's reserve of the organism examinations// 45th Arctic science conference. Abstracts, bock 1. -Vladivostok: Dalnauka, 1994. -P.275.

Крысанов Виктор Владимирович

методы МАТЕМАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СЕРДЕЧНОГО ГИТМАII ИССЙЦЦОВА1ШЕ-ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ

Автореферат

Подписано, к печати 03.11.94 т. Усл.пл. 0.85. Уч.-изйл. 0.7. Формат 60x84/17. Тирах 100. Заказ 56 3

Издано в. ИАПУ ДВО РАН. Владивосток, ул. Радио, 5 Отпечатано участком оперативной печати ИАПУ ДВО РАН . Владивосток, ул. Радио, 5