особенности определения фаз дыхания при одновременной

ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗ ДЫХАНИЯ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОЙ
РЕГИСТРАЦИИ СИГНАЛОВ РЕОЭНЦЕФАЛОГРАММЫ И
РЕОКАРДИОГРАММЫ
А.И. Дьяченко1, Ю.С. Семенов1, П.В. Лужнов2, Т.О. Пика2
1 - ИМБП
2 - МГТУ им.Н.Э.Баумана
peterl@hotmail.ru
Аннотация.
Для анализа точности выделения фаз дыхания по реографическому сигналу проведено
совместное исследование сигналов реоэнцефалограммы, электрокардиограммы, реокардиограммы и
ротового давления, зарегистрированных у здоровых добровольцев при спокойном дыхании и дыхании
через дополнительное сопротивление. Сравнение получаемых по реографическим сигналам трендов
дыхания с сигналом ротового давления подтвердило качество определения фаз дыхания. Точное
определение фаз дыхания на реографических сигналах существенно повышает достоверность
определения преобладающего у пациента типа сосудистого тонуса, что используется как в
диагностике, так и в задаче выбора последующей терапии.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования неинвазивных методов исследования сердечно-сосудистой системы
(ССС) связана с ростом числа сосудистых заболеваний, в том числе сосудов головного мозга. Нарушения
мозгового кровообращения классифицируются на начальные (ранние) признаки недостаточности мозгового
кровообращения, острые нарушения мозгового кровообращения (ОНМК), медленно прогрессирующие
нарушения кровоснабжения мозга и последствия ранее перенесенного инсульта. К ОНМК относятся:
преходящие нарушения мозгового кровообращения, острая гипертоническая энцефалопатия и инсульты.
Среди общей смертности в России сердечно-сосудистые заболевания составляют 57 %, происходит около
400 тысяч инсультов в год. По данным службы скорой помощи, в Москве за последние годы регистрируется
от 70 до 100 инсультов в день.
Важной задачей в данной области представляется применение многоканальных систем,
расширяющих возможности исследования регионарного церебрального кровообращения, позволяющих
исследовать перераспределение крови между бассейнами внутренней сонной, наружной сонной и
позвоночной артерий, оценивать показатели их сосудистого тонуса, сравнивать гемодинамические сдвиги,
происходящие в одно и то же время в нескольких областях мозга. Исследование гемодинамики головного
мозга является одним из методов функциональной диагностики, к которым также относятся исследования
электрической активности головного мозга и спектрофотометрические методы. Совместное использование
этих методов для оценки параметров головного мозга позволяет выявить зависимость между уровнем
кровоснабжения головного мозга и его функциональным состоянием и оценить компенсаторные
возможности сосудистой системы мозга.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
На практике в ряде случаев требуется проведение дополнительных исследований гемодинамики
головного мозга. В качестве подобных методов исследований применяют ультразвуковую допплерографию
и реоэнцефалографию (РЭГ). В отличие от метода реоэнцефалографии, недостатками ультразвуковой
допплерографии являются невозможность ее применения в качестве многоканального и мониторного
метода. Методика РЭГ основана на регистрации импеданса тканей головного мозга при пропускании через
них тока амплитуды 1-3 мА частоты 30-150 кГц и подразумевает оценку параметров гемодинамики трех
парных артерий головного мозга: внутренней и внешней сонных и позвоночной, – которые образуют
артериальный круг большого мозга (виллизиев круг).
В работах [1, 2] отмечено, что классификация реографических циклов согласуется с состоянием
сосудистого тонуса. Показано, что важным информативным показателем оценки сосудистого тонуса
периферических артерий является количество переходов между различными типами сигналов реограммы. В
работе [3] было определено, что регистрация гемодинамических параметров в клинической практике,
применяющаяся по тетраполярной методике регистрации реограмм с последующим контурным анализом
формы сигнала, является эффективным методом выявления нарушений кровотока головного мозга как при
уже развитой патологии, так и на начальном этапе, когда развитие болезни можно предотвратить. Поэтому в
работе для оценки гемодинамики головного мозга предлагается проводить контурный анализ сигналов РЭГ,
расчет информативных диагностических показателей гемодинамики и количества встречающихся переходов
форм РЭГ-циклов на регистрируемых сигналах.
Для автоматизированного анализа сигнала при многоканальном исследовании кровотока головного
мозга необходимо определять, на какую фазу дыхания (вдох или выдох) приходится текущий
реографический цикл (см. рис.1). Из проведенных ранее работ [3] известно, что определение фаз дыхания
существенно корректирует определение типа сосудистого тонуса, а также количества переходов между
типами сосудистого тонуса на реографических сигналах. В качестве примера на рис.1 обозначены:
изолиния, построенная по полученному тренду дыхания (1), экстремумы тренда дыхания (2 и 3),
характерные ближайшие к экстремумам кардиоинтервалы на реографическом сигнале (4). Для выявления
особенностей проявления дыхательных волн на сигнале РЭГ, а также для последующего формирования
требований к автоматизированному алгоритму выделения фаз дыхания на сигналах РЭГ в данной работе
было проведено совместное исследование сигналов РЭГ, ЭКГ, центральной гемодинамики и дыхания на
здоровых добровольцах при свободном (спокойном) и форсированном дыхании. Регистрация проводилась в
двух различных положениях - сидя и лежа, длительность регистрации в каждом исследовании составляла от
20 до 35 минут. В ходе проведения исследований сигнал РЭГ регистрировался в одном из основных
используемых в клинической практике реоэнцефалографических отведений – фронто-мастоидальном
отведении.
Рис. 1
Пример выделения различных фаз дыхания на реографическом сигнале
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Для проведения автоматического анализа многоканальных РЭГ с помощью предложенных
параметров в программном обеспечении был разработан и реализован алгоритм построения тренда дыхания
на сигналах реоэнцефалограммы и реокардиограммы. Для этого по сигналу реограммы с использованием
фильтра нижних частот выделяются дыхательные волны, затем определяются точки экстремумов,
соответствующие точкам начала вдоха и выдоха, после чего отсеиваются элементы подвздохов и
идентифицируются кардиоинтервалы, располагающиеся отдельно на вдохе и на выдохе. Примеры
зарегистрированных сигналов с выделенными на них дыхательными волнами представлены соответственно
на рис. 2 и 3.
Рис. 2
Пример выделения тренда дыхания на реоэнцефалографическом сигнале
Рис. 3
Пример выделения тренда дыхания на реокардиографическом сигнале
Использование в разработанном алгоритме сигнала РКГ позволяет повысить точность определения
фаз дыхания, что также подтверждается проведенным сравнением получаемых трендов с сигналом ротового
давления. Таким образом, разработанное программно-алгоритмическое обеспечение позволяет повысить
точность определения различных фаз дыхания при одновременной регистрации сигналов
реоэнцефалограммы и реокардиограммы, что необходимо для определения показателей стабильности
сосудистого тонуса по каждому каналу.
Литература
1.
2.
3.
Лужнов П.В. и др. Вопросы ритмики сосудистого тонуса в задачах оценки эффективности
терапевтических воздействий //Биомедицинские технологии и радиоэлектроника,2002, №9,С.31-35.
Астапенко Е.М. и др. Исследование параметров гемодинамики головного мозга с помощью
многоканальной реоэнцефалографии // Биомедицинская радиоэлектроника, 2011, №10, С. 33-38.
Лужнов П.В. и др. Метод анализа многоканальных реоэнцефалографических сигналов // Биомедицинская
радиоэлектроника, 2012, №5, С. 9-14.