Автореферат и диссертация по медицине (14.00.09) на тему:Врачебные алгоритмы автоматического анализа ЭКГ детей 3-15 лет

Министерство здравоохранения и медицинской промышленности Российской Федерации

Санкт-Петербургская государственная педиатрическая медицинская академия.

" Г П О Д На пРавах РУКОПИСИ

2 2 ЛПР 1996

Тарусинов Глеб Александрович

I

ВРАЧЕБНЫЕ АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО 1

АНАЛИЗА ЭКГ |

ДЕТЕЙ 3-15 ЛЕТ. |

I

14.00.09 - педиатрия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена на кафедре пропедевтики детских болезней и кафедре терапии №1 Санкт-Петербургской государственной педиатрической медицинской академии.

Научные руководители:

доктор медицинских наук, профессор В.В.Юрьев доктор медицинских наук, профессор Э.В.Земцовский

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор И.М.Воронцов доктор медицинских наук, профессор Ю.С.Титков

Ведущее учреждение - Санкт-Петербургская государственная медицинская академия последипломного образования Министерства здравоохранения и медицинской промышленности Российской Федерации.

Защита диссертации состоится . vi'i'iVf-; 1996года

в часов на заседании диссертационного совета

К.084.12.02 по защите диссертаций при Санкт-Петербургской государственной педиатрической медицинской академии.

(194100,СПб,улица Литовская, дом 2).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургской государственной педиатрической медицинской академии.

Автореферат разослан " №. " . 199 Л года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат медицинских наук,доцент А.Я.Трубина.

Актуальность темы. Актуальность проблемы

автоматической оценки ЭКГ с использованием компьютерной техники в настоящее время не вызывает сомнений. За 35 лет существования этой проблемы компьютерный анализ ЭКГ прочно вошел в клиническую практику за рубежом. Более 100 миллионов ЭКГ ежегодно в мире обрабатывается с применением компьютера /Macfarlane P.W., 1990./. В отечественной медицинской практике также все шире используется вычислительная техника для интерпретации ЭКГ. В нашей стране широко используется как аппаратура ведущих мировых фирм, выпускающих компьютерные системы обработки ЭКГ /IBM, Hewlett-Packard, Siemens и др./, так и отечественная аппаратура. В бывшем Советском Союзе исследовательские работы по применению вычислительных машин для анализа ЭКГ появились в середине 60-х годов /Куликов М.А. и др., 1962; Янушкевичус З.И. и др., 1966; Неймарк Ю.И. идр., 1968; Тартаковский М.Б. и др., 1968./.

Применение компьютеров для анализа ЭКГ позволяет значительно сократить временные затраты на обследование, делает возможным обследование больших групп пациентов, повышает качество и стабильность ЭКГ заключений, решает проблемы хранения и сравнения ЭКГ /Чирейкин Л.В. и др., 1977; Янушкевичус З.И., 1980; Дорофеева 3.3., 1986; Бории В.П. и др., 1991 и др./.

В то время, как компьютеры широко применяются при интерпретации ЭКГ взрослых, компьютерный анализ ЭКГ в педиатрии находится как в нашей стране, так и за рубежом в "младенческом возрасте" /Macfarlane P.W., 1990./. Лишь у незначительного количества серийно выпускаемых за рубежом систем автоматической обработки ЭКГ есть возможности педиатрического применения /IBM, Hewlett-Packard/. В отечественной литературе имеются единичные публикации /Омельченко В.П. и др. 19В8; Чевычелов С.С., 1988., Чернышов В.Н. и др., 1988; Васильева Т.Г., 1990./. Некоторые серийно выпускаемые и имеющиеся на Российском рынке системы компьютерной обработки ЭКГ предусматривают возможность применения для анализа детских ЭКГ, например, комплекс "Valenta", выпускаемый в Санкт-Петербурге НИИ "Биофизприбор" совместно с НИИ Кардиологии. Однако судя по рекламным проспектам этой системы, алгоритмы анализа ЭКГ в ней оставлены "взрослые", они лишь адаптированы к детским нормативам. Данные о диагностической эффективности таких алгоритмов при использовании их в педиатрической практике до сих пор не опубликованы.

Вдияние частотных характеристик выходного тракта электрокардиографа на амплитуду зубцов в записи ЭКГ хорошо изучено во взрослой практике. Известно, что аппараты, не регистрирующие высокие частоты, уменьшают амплитуду зубцов (2, К, Б, а электрокардиографы, не регистрирующие низкие частоты, искажают воспроизведение зубцов Р, Т, и /Бутченко Л.А. и др., 1980/. Влияют на амплитуду зубцов и конструктивные особенности пишущего устройства кардиографа. В педиатрии, в силу возрастных особенностей ЭКГ, особенно часто встречаются большие амплитуды зубцов. По амплитудным критериям часто выносятся заключения о гипертрофиях отделов сердца /Середа Г.Е., 1972./, а факт влияния характеристик выходного тракта электрокардиографа на амплитуду зубцов ЭКГ детей мало изучен и не принимается во внимание. Особенно важно учитывать этот факт лри выборе критериев и их пороговых значений для автоматической диагностики, так как от величины порога зависит заключение, выносимое компьютером.

При компьютерной обработке ЭКГ, из-за дискретного представления вычислительной машиной электрокардиосигнала /ЭКС/, плохо выявляются "зазубренности" зубца Б, "двугорбостъ" зубца Р, что отрицательно сказывается на качестве автоматического выявления часто встречающихся и у детей синдромов задержки возбуждения правого надже-лудочкового гребешка /ЗВПНГ/ и неполной блокады правой ножки /НБГ1Н/, а также важного синдрома - гипертрофии левого предсердия /ГЛП/. Необходим поиск новых подходов для улучшения качества автоматической диагностики этих синдромов.

Таким образом, малое количество исследований, посвященных разработке алгоритмов автоматического анализа детских ЭКГ, как в отечественной медицинской науке, так и за рубежом, отсутствие в литературе сведений о законченной практической реализации отечественных разработок по этой проблеме,- с одной стороны, и важность и перспективность использования автоматической диагностики ЭКГ в педиатрической практике,- с другой стороны, обусловливают актуальность выбранной темы исследования.

Цель исследования: создание врачебных алгоритмов анализа ЭКГ детей 3-15 лет, адаптированных к условиям применения в системах компьютерной обработки ЭКГ и исследование их диагностических возможностей.

Основные задачи исследования:

1. Изучить распространенность различных изменений ЭКГ в популяции здоровых детей и, на основании полученных данных,

провести классификацию ЭКГ-синдромов по их диагностической значимости.

2. Исследовать влияние характеристик выходного тракта электрокардиографа на амплитуду зубцов в записи ЭКГ с целью определения значимости амплитудных критериев в диагностике ЭКГ-синдромов.

3. Уточнить и дополнить диагностические ЭКГ-критерии синдромов НБПН и ГЛП для повышения надежности автоматического выявления /"зазубренностей" восходящего колена зубца Б и изменений формы - "дву-горбости" зубца РА Провести проверку диагностической эффективности разработанных критериев.

4. Разработать опросник, обеспечивающий ввод в компьютер необходимых сведений о пациенте при скриннинговых и диагностических ЭКГ-обследованиях.

5. Предложить врачебные алгоритмы автоматического анализа формы предсердно-желудочкового комплекса /РСЗИБТ/ у детей 3-15 лет.

6. Создать врачебные алгоритмы автоматической диагностики диеритмий и нарушений проведения у детей 3-15 лет.

7. Адаптировать примененные в алгоритмах пороговые значения длительностей зубцов и интервалов к условиям автоматического измерения.

8. Изучить показатели чувствительности и специфичности автоматической диагностики различных ЭКГ-синдромов при применении разработанных врачебных алгоритмов.

Научная новизна работы.

Разработаны методологические подходы к формированию алгоритмов автоматической диагностики ЭКГ-синдромов у детей, обеспечивающие высокие показатели диагностической эффективности.

Изучена структура изменений ЭКГ у здоровых детей. Клинически и статистически доказана малая диагностическая значимость для патологии, выявляемой при скриннинге, таких широко распространенных у здоровых детей ЭКГ-синдромов как повороты сердца вокруг продольной и поперечной оси, ЗВПНГ и НБПН, амплитудные критерии гипертрофии левого желудочка /ГЛЖ/, высокий вольтаж ЭКГ, электрическая альтернация желудочковых комплексов, синдром ранней реполяризации желудочков /СРРЖ/ , слабо выраженное снижение амплитуды зубцов Т, высокий вольтаж зубцов Т в отведениях VI-4, удлинение ОТ.

Доказано существенное влияние характеристик выходного тракта

электрокардиографа на амплитуду зубцов в записи ЭКГ, доказана низкая диагностическая ценность амплитудных критериев гипертрофий желудочков.

Предложены новые критерии диагностики сицдромов ЗВПНГ, НБПН, ГЛП, обеспечивающие существенное повышение чувствительности и специфичности автоматического выявления названных синдромов.

Практическая значимость работы.

Созданы врачебные алгоритмы интерпретации ЭКГ детей 3-15 лет, предназначенные для реализации в системах автоматического анализа ЭКГ. Система компьютерной обработки ЭКГ "Кардиометр-МТ" с разработанной нами педиатрической программой может быть использована в детской практике для скриннингового ЭКГ-обследования и для диагностического исследования в условиях неспециализированной /не кардиологической/ педиатрической клиники.

Созданные алгоритмы могут использоваться также для обучения студентов медицинских институтов и врачей кабинетов функциональной диагностики анализу детских ЭКГ.

Реализация результатов работы:

Созданные алгоритмы автоматической интерпретации детских ЭКГ программно реализованы в серийно выпускаемой системе компьютерного анализа ЭКГ "Кардиометр-МТ".

По материалам диссертации опубликовано 2 работы.

Разработанные врачебные алгоритмы внедрены в практику работы кабинета функциональной диагностики и детскою отделения Ленинградской Областной детской клинической больницы.

Положения, выносимые на защиту:

1. Только у 20,9% здоровых детей отсутствуют какие-либо изменения на ЭКГ. Ряд ЭКГ-синдромов, часто встречающихся в педиатрической практике, в том числе и у здоровых детей, следует расценивать при скриннинге как непатологические. К таким синдромам нужно относить: повороты сердца вокруг продольной и поперечной оси, ЗВПНГ и НБПН, амплитудные критерии ГЛЖ, высокий вольтаж ЭКГ, электрическую альтернацию желудочковых комплексов, СРРЖ, слабо выраженное снижение амплитуд зубцов Т /отношение R/T больше нормы, но меньше 10 у детей 7-15 лет и меньше 8 у детей 3-6 лет/, высокий вольтаж зубцов Т в отведениях V1-4, удлинение QT. Также непатологическим является сочетание выше указанных синдромов в количестве не более 3 у одного ребенка.

2. Ценность амплитудных критериев в диагностике ГЛЖ низка из-за воздействия на амплитуды зубцов в записи ЭКГ большого числа трудно учитываемых факторов. Существенное влияние на амплитуды зубцов комплекса оказывают характеристики выходных трактов применяемых электрокардиографов, причем, чем выше амплитуды зубцов, тем более выражено это влияние.

3. Уменьшение в правых грудных отведениях отношения длительности зубца 8 к величине "наружного отклонения" этого зубца больше 2,0 является ценным критерием автоматической диагностики неполных нарушений проведения по правой ножке пучка Гиса. Отношение "времени внутреннего отклонения" зубца Р к его длительности является, при уширенном Р, важным критерием для дифференциальной диагностики между синдромами внутрипредсердной блокады /ВПБ/ и ГЛП. Его увеличение более 0,78 свидетельствует в пользу ГЛП.

4. В основу языка заключений и алгоритмов автоматической интерпретации ЭКГ детей должны быть положены синдромный электрофизиологический подход, "дстершшистская" логика, использующая как общепринятые, так и оригинальные диагностические критерии, учитывающая конкретные клинические условия и задачи ЭКГ обследования. При применении в системе компьютерной обработки ЭКГ эти алгоритмы обладают чувствительностью диагностики различных ЭКГ-синдромов 66,7% - 100%, специфичностью - 84,8% - 100%.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, 10 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, библиографического указателя, включающего 47 отечественных и 85 зарубежных источников литературы и двух приложений. Работа изложена на 221 странице машинописного текста, содержит 77 таблиц, 4 диаграммы, 5 рисунков.

Группы обследованных. Материалы и методы исследования.

Выборка для оценки диагностической эффективности созданных алгоритмов анализа формы предсердно-желудочкового комплекса состояла из 474 ЭКГ здоровых и больных детей 3-15 лет обоих полов. Такой объем выборки соответствует нормам, принятым для проверки точности систем автоматического анализа ЭКГ /Блужас Ю. и др., 1986/. Заключения по ЭКГ формулировались в рамках синдромального электрофизиологического подхода. Верификация заключений проводилась коллегиально, минимум 2 врачами, с учетом конкретных клинических условий. Специфика поставленных задач обусловила разделение выборки

на 2 группы: -основная - 407 ЭКГ детей, всесторонне обследованных 9 высококвалифицированными специалистами по системе профилактических массовых осмотров детского населения "Sanus" с привлечением лабораторно-инструментальных методов обследования /клинические анализы крови и мочи, иммунологические тесты 1 уровня, ФГДС, УЗИ/ и отнесенных к первой или второй группам здоровья по Громбаху М.С. Л 981/. Все эти дети не имели грубой патологии сердечно-сосудистой и других систем, могущей привести к выраженным изменениям на ЭКГ. Эта группа была использована для изучения структуры ЭКГ-изменений у здоровых детей, уточнения нормативов длительностей зубца Р и комплекса QRS, разработки критериев диагностики неполных нарушений проведения по правой ножке пучка Гиса и в качестве контрольной при определении пороговых значений критериев диагностики гипертрофии левого предсердия. Кроме того, как уже говорилось, она входила в состав выборки для оценки эффективности созданных алгоритмов. -Обучающая -67 ЭКГ детей, страдающих патологией сердечно-сосудистой системы /пороки сердца - 23, кардиты -11, кардиосклероз 3, дистрофия миокарда -6, хроническое легочное сердце 12, декстрокардия - 1, артериальная ги-пертензия - 5, WPW-синдром - 61. Все диагнозы были верифицированы путем комплексного кшняко-пнегрументального исследования в условиях Ленинградской областной клинической больницы с привлечением современных методов обследования /цветная допплерография - 25, коронарография - 1, зондирование полостей сердца - 3, электрофизиологическое исследование - 61 и ведущих специалистов кардиологических клиник города Санкт-Петербурга. Эта группа использовалась для разработки критериев дифференциальной диагностики между синдромами ВПБ и ГЛП, проверки специфичности пороговых значений длительностей зубца Р и комплекса QRS и входила в состав выборки для оценки эффективности работы созданных алгоритмов.

Для оценки работоспособности некоторых алгоритмов анализа формы PQRST /"Патологический зубец Q, исключить очаговые изменения, аномалию отхождения коронарных артерий, гипертрофическую кардиомиопатию" и "Техническая ошибка, исключить декстрокардию"/ использовались дополнительные выборки по 10 ЭКГ в каждой. Для проверки первого алгоритма были взяты ЭКГ взрослых с очаговыми изменениями /инфарктом миокарда/ разных стадий и различных локализаций. Во втором случае это были ЭКГ детей, отснятые с умышленно неверно наложенных электродов.

Для оценки показателей эффективности созданных алгоритмов анализа ритма и его нарушений использовалась выборка ЭКГ взрослых /946 ЭКГ из архива ТОО "Микард"/ и детей /474 ЭКГ/,- всего 1420 ЭКГ с правильным синусовым ритмом и с синдромами нарушений ритма или проведения.

Основным аппаратом для записи ЭКГ был выбран комплекс автоматизированной обработки ЭКГ "Кардиометр-МТ", серийно выпускаемый в Санкт-Петербурге ТОО "Микард". Этот комплекс не имел программы автоматической обработки ЭКГ детей, но позволял регистрировать ЭКГ у детей одновременно в 12 отведениях в течение 24 секунд, хранить записи в электронном архиве, обеспечивал автоматическое выделение и измерение зубцов и интервалов. В этом же комплексе и были программно реализованы созданные алгоритмы. "Кардиометр-МТ" был выбран потому, что это единственная на сегодняшний день серийно выпускаемая отечественная система компьютерной обработки ЭКГ, прошедшая все необходимые клинические и технические испытания и имеющая сертификат Министерства Здравоохранения и Медицинской промышленности России.

Для статистической обработки полученных данных на персональном компьютере типа IBM PC/AT/486 "Toshiba" использовались следующие средства: программа dBase3+ версии 1.1, Ashton-Tate, USA, 1987. С ее помощью сформирована база данных для их последующей статистической обработки /Машбиц Е.И. и др., 1991./; пакет прикладных программ Statgraphics 3.0 Manugistics Inc., USA, 1988. Корреляционный анализ использовался для выявления взаимосвязи количественных признаков /Григорьев С.Г., 1992/; электронные таблицы Excel версии 4.0, программа Microsoft Excel for Windows 4.0a, Copyright 1985 - 1993, Microsoft Corporation. Эта программа использовалась для расчетов по элементарной статистике/М±т, достоверность разницы средних величин с вычислением критерия Стъюдента/.

Диагностическая эффективность созданных алгоритмов оценивалась путем сравнения верифицированных заключений по ЭКГ с заключениями, вынесенными компьютером при анализе тех же ЭКГ после программной реализации созданных алгоритмов. Для каждого ЭКГ-синдрома вычислялись показатели чувствительности и специфичности его автоматической диагностики:

Чувствительность - это отношение количества правильно автоматически опознанных конкретных ЭКГ-синдромов к общему количеству этих синдромов во всей выборке верифицированных ЭКГ, выраженное в процентах.

Специфичность - это отношение количества случаев правильно диагностированного компьютером отсутствия конкретного ЭКГ синдрома к общему числу выборки без этого синдрома, выраженное в процентах.

Структура ЭКГ-изменений у здоровых детей основной группы.

При анализе верифицированных заключений по форме РС>К8Т ЭКГ детей основной группы выявлено, что только у 20,9% здоровых детей отсутствуют какие-либо изменения на ЭКГ. У остальных 79,1% обследованных встречались различные ЭКГ-синдромы: у 40% - один синдром, у 26,8% - 2 синдрома, у 7,9% - 3 и у 4,4% - более 3 синдромов.

В условиях скриннинга важно иметь общее заключение по ЭКГ для выявления групп детей, нуждающихся в углубленном обследовании. Величина этих групп будет зависеть от специфичности выделения нормы. Общепринятый минимальный достоверный доверительный интервал соответствует 95% распределения. Поэтому нами был установлен порог специфичности диагностики нормы при массовом ЭКГ-обследовании равный 95%. Из этого следует, что ЭКГ-синдромы, встречающиеся у здоровых детей с частотой более 5%, должны быть условно отнесены к норме. С частотой более 5% встречались следующие ЭКГ-изменения: повороты сердца по продольной оси - 15,5%, по поперечной оси - 13,5%, синдромы ЗВПНГ и НБПН - 31,7%, амплитудные критерии ГЛЖ - 33,9%, высокий вольтаж ЭКГ - 8,4%, электрическая дыхательная альтернация желудочковых комплексов - 11,5%, слабо выраженные снижения амплитуд зубцов Т - 5,7%, СРРЖ - 28,7%>, высокий вольтаж зубцов Т в отведениях УГ-4 - 6,6%, удлинение интервала (^Т - 6,9%. С частотой менее 5% встретились следующие изменения: отклонения электрической оси сердца вправо /а>90°/ - 2,9%, влево /а<0°/ - 1%, блокада переднего разветвления левой ножки /БПРЛН/ - 0,7%, неполная блокада левой ножки /НБЛН/ -0,1%.

Нами в алгоритмах использованы четыре градации: 1,- форма Р<2В:8Т - "вариант нормы" /т.е. отсутствуют какие-либо синдромы/ - 20,9%; 2,-"форма РС£К8Т практически нормальная" /т.е. имеются синдромы, встречающиеся с частотой более 5% у здоровых детей/; 3,- "в форме РСЛ^Т имеются отклонения от нормы" /т.е. выявлены синдромы, встречающиеся с частотой менее 5% у здоровых детей, либо количество синдромов, диагностированных у одного ребенка, превышает 3, так как это также встречается с частотой менее 5%>/. В эту группу также будут отнесены ЭКГ с некоторыми не встретившимися у здоровых детей в нашем исследовании синдромами и патологическими синдромами, диаг-

иостическое решение по которым вынесено с низкой вероятностью /напр. "возможна гипертрофия правого желудочка /ГПЖ/"/. Отклонения электрической оси влево и вправо сами по себе не могут являться патологическими синдромами и, поэтому, хоть они и встречаются с частотой менее 5%, их выявление обусловливает заключение "форма PQRST -практически нормальная". 4,- "Форма PQRST - патологическая". Это группа ЭКГ с явными патологическими синдромами. Естественно, что при обследовании здоровых детей они нам не встретились.

Результаты сравнительное изучения влияния характеристик выходных трактов электрокардиографов на амплитудные нормативы ЭКГ.

Одним и тем же пациентам последовательно с одних и тех же электродов без переналожения снималась ЭКГ двумя тепловыми электрокардиографами с различными частотными диапазонами: 0,5 - 75 Гц /ЭК1Т "Салют"/ и 0,05 - 100 Гц /"Cardiofax" - производства Японии/. Оба кардиографа были исправны. В обоих случаях использовалось одинаковое усиление ЭКС - 10мм = 1 mV. Центрирование изолинии проводилось так, чтобы от вершины измеряемого зубца до края бумаги оставалось расстояние не менее 5 мм.

В полученных записях измерялась амплитуда зубцов R и S как наиболее изменчивых. Измерения проводились "вручную". Для того, чтобы нивелировать возможное влияние электрической альтернации зубцов на результаты измерений, измерялись одноименные зубцы в 5 последовательных кардиокомплексах в каждом отведении. Затем вычислялись средняя арифметическая и средняя ошибка для интервала с доверительной вероятностью 99% /Р=0.01, t=4.03 для 5 измерений/. Результаты были сгруппированы в базу данных, которая обсчитана с помощью электронных таблиц Excel 4.0. Вычислялась разница средних амплитуд одноименных зубцов ЭКГ, снятых на одном и другом аппарате и достоверность этой разницы.

При анализе результатов выявлена зависимость величины и достоверности разницы амплитуд зубцов в записях ЭКГ, сделанных разными кардиографами, от величины самих амплитуд. При малых амплитудах зубцов /меньше 7,5 мм/ эта разница недостоверна. При амплитудах зубцов в записи ЭКГ, сделанной аппаратом с большим частотным диапазоном более 21,5 мм, на ЭКГ, записанной кардиографом с меньшим частотным диапазоном всегда регистрировались зубцы значимо меньшей амплитуды, причем разница достигала 27% от большей амплитуды /Mi±mi=29,0±l ,27; M2±im=20,2±0,75; Mi- М2=8,8 t=5,97 Р<0,001/. В промежутке амплитуд между 7,5 и 21,5 иногда наблюдались статисти-

чески значимые различия. При использовании для экспертной оценки аппарата "Кардиометр-МТ" с частотным диапазоном 0,05 - 150 Гц, указанные закономерности подтвердились.

Полученные результаты говорят о значимом влиянии характеристик выходного тракта электрокардиографа на амплитуду зубцов в записи ЭКГ. Это влияние особенно выражено при высоких абсолютных значениях амплитуд. Из этого следует вывод о низкой диагностической значимости амплитудных критериев ГЛЖ, основанных на больших значениях амплитуд зубцов И и Б. Ведь каждый автор, выводя амплитудные пороговые критерии гипертрофии, пользуется определенным электрокардиографом с конкретными особенностями выходного тракта. При использовании другого кардиографа, полученные критерии могут не воспроизводиться.

Критерии диагностики синдромов ЗВ1ШГ, НБПН, ГЛП.

Проверка эффективности количественных критериев диагностики синдромов ЗВПНГ и НБПН - увеличения времени внутреннего отклонения ®ВО/ в правых грудных отведениях - показала, что их использование обеспечивает чувствительность автоматической диагностики этих синдромов равную лишь 35%. Количественный критерий увеличения длительности зубца Р не позволяет дифференцировать синдром ГЛП от синдрома ВПБ. Как показали наши данные, качественные критерии диагностики этих синдромов /"зазубренности" восходящего колена зубца В для ЗВПНГ и НБПН и "двугорбость" зубца Р для ГЛП/ автоматически выявить не удается. Для замены этих качественных критериев нами были предложены количественные признаки и определены их пороговые значения. Для диагностики ЗВПНГ и НБПН нами использовался, в дополнение к критерию ВВО, критерий отношения длительности зубца Б /Ий/ к "времени наружного отклонения" зубца Б, определенного как расстояние от начала зубца Б до последнего отрицательного его пика. (ЗсНВНОи). При отсутствии указанных синдромов его значение было меньше 2,0, при наличии - больше этой величины. Вместе с ВВО этот критерий обеспечивает чувствительность диагностики ЗВПНГ и НБПН равную 90,7%, специфичность - 95,7%. Для дифференциальной диагностики ГЛП и ВПБ при уширенном зубце Р предложен критерий отношения "времени внутреннего отклонения" зубца Р, определяемого как расстояние от начала Р до вершины его последней положительной волны, к длительности Р (ВВОр/Рф. При пороговом значении более 0,78 он позволяет в 75% случаев отличить ГЛП от ВПБ со 100% специфичностью.

Опросник.

Для ввода в компьютер необходимых сведений о пациенте нами было разработано 2 варианта опросника: первый - краткий, для скрин-нинговых обследований и второй, учитывающий конкретные клинические условия и задачи поставленные врачом перед ЭКГ-обследованием и формирующий из них дополнительные диагностические критерии, использованные в алгоритмах. Применение расширенного опросника позволило повысить эффективность автоматической диагностики.

Алгоритмы автоматического анализа ЭКГ.

В основу разработанных алгоритмов был положен синдромальный электрофизиологический подход к формулировке заключений /Земцовский Э.В.,1979/. Алгоритмы были созданы по принципу "детерминистской логики" с элементами статистически определенных "априорных вероятностей" /общее заключение, клинические критерии из опросника/. Алгоритмы анализа формы РС^И-БТ имели вид решающих правил, преобразованных затем в таблицы решений. Алгоритм анализа нарушений ритма и проведения был представлен в виде диагностического дерева решений. При разработке критериев диагностики конкретных синдромов были использованы литературные данные ДлеЬтап ]. й а1., 1982; Кубергер М.Б., 1983 и др./, дополненные описанными выше признаками. В качестве нормативов длительностей зубцов и интервалов использовались формулы их зависимости от частоты сердечных сокращений /ЧСС/, полученные сотрудниками кафедры пропедевтики детских болезней СПбГПМА /Юрьев В.В., Дьяченко Т.Ф. и др./ при анализе 3398 ЭКГ детей 3-14 лет: Р<1=(0.08-0.00015п)+0.018, гдеп=ЧСС, 1.5ст=0.018 (ф. 1.) <ЗК.8с1=(0.081 -0.0002п)+0.014, где п=ЧСС, 1.5ст=0.014 (ф. 2.) РС£с1=(0.155-0.0003п)+0.049, гдеп=ЧСС, 1.5с=0.049 (ф. 3.) (}Тс1=(0.425-0.0012п)±0.054, гдеп=ЧСС, 1.5<т=0.054 (ф. 4.)

Как показали проведенные нами проверки, особенности использованных для автоматического выделения реперных точек математических процедур приводят к постоянному завышению показателей Р(1 и <3118с1. Это обусловило значительное снижение специфичности распознавания ГЛП, ВПБ и полных блокад ножек пучка Гиса. На материале 100 ЭКГ из основной группы нами были вычислены новые коэффициенты для уравнений линейной регрессии, обеспечивающих расчет этих показателей. Измененные уравнения приведены в практических рекомендациях. Ниже приводятся блок-схемы алгоритмов.

техшческие ошибки, декстрокардия! Да ВЫХ0Д из ajiroPHTMa> нет|

Положение электрической оси

Поворотысердца

^блокируется

Нарушения деполяризации предсерд.I

Патологический зубец Q

Ж

нет)

Гипертрофии правого желудочка

Ж

Гипертрофии левого желудочка

Ж.

нег|

Блокады ножек пучка Гиса

Другие нарум. деполяриз. желудоч.|^продолжение

Нарушения процессов реполяризаЦииК

продолжение

Подьем ST. СРРЖ удлинение ÜT

Общее заключение по ЭКГ

выход из алгоритма

Рисунок 1. Блок-схема алгоритма анализа формы PORST.

ДА

ЧЖС>160р1::—>трепетание предсердий, пароксизм, тахикардия /топика/ ■&ЯЯ>9%-гнет—>-1

НЕТ

мбрилляция/трепетание предсердий В-шюкада 2 степени 1 тина

НЕТ

НЕТ

Выделение экстрасистол. эскейпов, аллоритмий /топика. проведение/

остальная совокупи.

_L

миграция ВР СА-олокада 2-1 СА-блокада 2-2 АВ-блокада 2-2 блок, преде.Ех синус, аритмия

эктопический ритм /топика/ синдром Фредерика АВ-диссоциация АВ-олокада 3 степени синусовый ритм (АВ-блокада 1 степени, ЮТ, укор. РО.)

Анализ частоты и регулярности ритма

Рисунок 2. Блок-схема алгоритма анализа ритма сердца.

выход из алгоритма

Оценка эффективности созданных алгоритмов.

При оценке работы созданных алгоритмов, программно реализованных в системе компьютерной обработки ЭКГ "Кардиометр-МТ" получены следующие цифры диагностической эффективности:

Таблица 1. Эффективность автоматической диагностики синдромов изменения формы PORST.

Синдром

Количество в выборке

Чувствительность /%/

Специфичность /%/

Выраж..откл. оси влево Выраяс. откл. оси вправо Повороты по прод. оси Повороты по попер, оси *ГПП и возможно ГПП ГЛП и возможно ГЛП ВПБ

ПБПН /полн. блок. ПН/

НБПН и ЗВ11НГ

ПБЛН /ПОЛН. блок. ЛН/

НБЛН

БПРЛН

ВЖВ, уточнить локализ. Патологический зубец.0. ГПЖ и возможна ГШ ГЛЖ и возможна ГЛЖ Амплитудные критер. ГЛЖ Высокии вольтаж ЭКГ Низковольтная ЭКГ Альтернация жел. компл. * Ш1Р резко выраженные НПР выраженные НПР умеренные НПР слабо выраженные Подъем сегмента БТ СРРЖ

Влияние СГ /серд. глик. / Высокие Т в У1-4 "Т-ШапШе" Удлинение ОТ Техническая ошибка

5 3 65 58 16 9

5 10

140 3

6

7

8 10 17 14

142 38

5 58

6 11 25

41 16

120 7 33 5

42 10

80,0 100

95.4

89.7

87.5

77.8 100

70, О 90,7 66,7

83.3

71.4

75.0 80,0

82.4

78.6

98.6

89.5 г 80, О 86,2

66.7 72,7 80,0

80.1 87,5 79,2 85,7 87, 9 80,0 95,2

100

99,8

99.6

98, 1 98,8

98.7

99, 1 96,3 99,3

95.7

99.8 99,3 99.8

97.6 100

98,2 97,8

95.7 99, 1

99.8

99.5 99,8

98.7

98.6

95.8 95,8 95,1

100 100 100 95,1 100

НПР-нарушения процессов реполяризации. ГПП-гипертрофия прав, преде. Таблица 2. Эффективность автоматической диагностики синдромов нарушения сердечного ритма и проведения.

Синдром

Количество Чувствитель- Специфич-

в выборке ность /%/ ность /%/

1170 98,9 84,8

8 75,0 99,9

5 80,0 99,7

15 86,7 99,5

136 81,6 99,5

17 100 100

69 97, 1 99,5

52 92,3 99,9

80 91,3 99,7

6 100 99,9

2 100 100

11 100 99,8

27 74,1 99,6

125 97,6 99,2

5 60,0 100

Синусовый ритм Нижнепредсердный ритм Предсердный ритм Суправентрикулярный ритм Миграция водителя ритма Трепетание предсердий Фибрилляция предсердий СА олокада

АВ блокада 1 степени АВ блокада 2 степени АВ блокада 3 степени Феномен т

Феномен укороченного РО. Экстрасистолия АВ диссоциация

Из таблиц 1. и 2. видно, что чувствительность автоматической диагностики различных ЭКГ синдромов с помощью разработанных нами алгоритмов колеблется от 60% до 100%, специфичность - от 84,8%о до 100%. При сравнении полученных цифр с данными литературы обнаруживается, что разработанные алгоритмы сопоставимы по диагностической эффективности с последними зарубежными системами анализа ЭКГ взрослых ТР. ег а1., 1994./. При сравнении

чувсгвительностей и специфичностей диагностики различных ЭКГ-синдромов, достигнутых в нашем исследовании с аналогичными показателями работы зарубежной системы компьютерной обработай детских ЭКГ ЮиПег В. е! а!., 1991./ выявляется преимущество наших алгоритмов.

Основная причина высокой диагностической эффективности, с нашей точки зрения, лежит не столько в самих алгоритмах, сколько в новых методах автомагического выделения и измерения зубцов, примененных в новой версии системы "Кардиометр-МТ". К ним относятся, прежде всего, использованная в "Кардиометре-МТ" более высокая частота дискретизации 500Гц /а не 250Гц, как в системе НР-РЗ/ и новый алгоритм автоматических измерений, созданный сотрудниками ТОО "Микард".

Поскольку сформированная нами выборка по объему и составу соответствует требованиям, предъявляемым к выборкам для анализа работы систем компьютерной интерпретации ЭКГ /Блужас Ю. и др., 1986/, можно говорить о высокой достоверности полученных показателей.

Для комплексной оценки эффективности работы наших алгоритмов в системе автоматического анализа ЭКГ нами вычислены средневзвешенные чувствительности и специфичности диагностики ЭКГ-синдромов. Для синдромов изменения формы РС^ЯБТ средневзвешенная чувствительность автоматической диагностики составила 88,01%, средневзвешенная специфичность - 97,12%). Для синдромов нарушения ритма и проводимости средневзвешенная чувствительность равнялась 96,25%, и специфичность -89,56%о.

ВЫВОДЫ:

1. Только у 20,9% здоровых детей отсутствуют какие-либо изменения на ЭКГ. На основании результатов анализа распространенности различных ЭКГ-синдромов изменения формы РрЯБТ у здоровых детей выделены следующие группы ЭКГ по форме РСЖЗТ: "форма РС^БТ -вариант нормы" - 20,9%, "форма РС^ИЗТ - практически нормальная" -73,4% и "в форме РС^КБТ имеются отклонения от нормы" - 25,7%. При отсутствии клинических и параклинических признаков патологии

выявление таких синдромов, как повороты сердца по продольной и поперечной оси, ЗВПНГ и НБПН, амплитудные критерии ГЛЖ, высокий вольтаж ЭКГ, электрическая альтернация желудочковых комплексов, СРРЖ, слабо выраженная депрессия зубцов Т, высокий вольтаж зубцов Т в отведениях VI-4, удогнение QT, а также сочетание этих синдромов в количестве не более 3 у одного ребенка обусловливает заключение "форма PQRST - практически нормальная".

2. На амплитуду зубцов в записи ЭКГ значимо влияют характеристики выходных трактов применяемых для обследования электрокардиографов. При применений различных аппаратов меняется амплитуда зубцов, тем больше, чем больше абсолютное ее значение. Эти данные позволяют говорить о низкой диагностической значимости высоких амплитуд зубцов как критериев распознавания синдрома ГЛЖ.

3. Для надежной автоматической диагностики синдромов ЗВПНГ, НБПН, ГЛП следует использовать ряд дополнительных критериев:

а/ Для автоматической диагностики синдромов НБПН и ЗВПНГ вместе с критерием увеличения ВВО в V1-Y2 следует использовать критерий отношения Sd/BHO. Его пороговое значение равно 2,0. Введение этого критерия повышает чувствительность диагностики указанных синдромов с 35% до 90,7% при высокой специфичности - 95,7%.

Ы Для дифференциальной диагностики между синдромами ГЛП и ВПБ при уширенном зубце Р следует использовать критерий отношения BBOp/Pd. Его пороговое значение равно 0,78. Использование этого критерия позволяет примерно в 75% отличить ГЛП от ВПБ и не дает ложноположительных заключений.

4. Использование опросника для ввода в компьютер сведений о пациенте с учетом конкретных клинических задач, решаемых врачом, повышает надежность автоматических заключений.

5. Особенности математической обработки данных, использованной для выделения элементов ЭКС, приводят к существенному завышению длительностей зубца Р и комплекса QRS. Это вызывает гипердиагностику компьютером синдромов ВПБ, ГЛП и полных блокад ножек пучка Гиса. Для устранения этой систематической ошибки нами предложены измененные формулы линейной регрессии для расчета пороговых значений указанных длительностей, обеспечивающие повышение точности автоматического распознавания этих синдромов.

6. Разработанные алгоритмы автоматического анализа формы PQRST, ритма сердца и его нарушений с использованием электрофизиологического подхода к формированию языка заключений, "детерминист-

ской" логики построения алгоритмов с использованием элементов статистического подхода, описанных в литературе и оригинальных критериев диагностики обеспечивают повышение показателем диагностической эффективности при автоматическом распознавании особенностей формы РС^И-БТ и нарушений сердечного ритма и проводимости по сравнению с литературными данными:

Для синдромов изменения формы предсердно-желудочкового комплекса средневзвешенная чувствительность автоматической диагностики составила 88,01%, средневзвешенная специфичность - 97,12%.

Для синдромов нарушения ритма и проводимости средневзвешенная чувствительность компьютерной диагностики равнялась 96,25%, средневзвешенная специфичность - 89,56%.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ:

1. Система автоматической обработки ЭКГ "Кардиометр-МТ" с созданной нами педиатрической программой анализа ЭКГ детей 3-15 лет может быть рекомендована к применению в педиатрической практике для скришшнговых профилактических обследований и для диагностических ЭКГ-исследований в условиях неспециализированной клиники.

2. Созданные алгоритмы могут быть применены для обучения анализу детской ЭКГ.

3. Электрофизиологический подход к формированию языка заключений по ЭКГ предпочтителен при автоматической и врачебной интерпретации ЭКГ детей.

4. При ЭКГ-диагностике синдромов гипертрофии желудочков требуется критическое отношение к амплитудным критериям, так как их диагностическая ценность низка, а сами показатели в значительной степени зависят от характеристик выходного тракта применяемого электрокардиографа.

5. При скриннинговых ЭКГ-обследованиях для вынесения общих заключений по форме предсердно-желудочкового комплекса может быть использована предложенная нами классификация ЭКГ-синдромов по их распространенности у здоровых детей и диагностической значимости.

6. Предложенные нами критерии отношения ЗсШЗНОб в правых грудных отведениях и ВВОр/Рс! при уширенном зубце Р могут быть использованы при диагностике неполных нарушений проведения по правой ножке пучка Гиса и для дифференциальной диагностики синдромов ВПБ и ГЛП соответственно.

7. При автоматических измерениях для расчета нормативных значений длительностей зубца Р и комплекеа-QRS можно пользоваться следующими формулами:

Pd=(0.103-0.00019п)+0.023, гдеп=ЧСС, 1.5ст=0.023 (ф. 5.)

QRSd=(0.101-0.00025n)±0.018, гдеп=ЧСС, 1.5а=0.018 (ф. 6.) Применение новых формул обеспечивает чувствительность и специфичность выявления компьютером полных блокад ножек пучка Гиса и нарушений внутрипредсердной проводимости близкие к 100%.

Работы, опубликованные по теме диссертации:

1. Тарусинов Г.А., Земцовский Э.В., Юрьев В.В. Компьютерный анализ в комплексной оценке функции сердечно-сосудистой системы у детей. Тез. Всерос. Конгр. педиатров,- М,- 1995.

2. Земцовский Э.В., Юрьев В.В., Матус K.M., Санкип А.Н., Калининас A.A., Тарусинов Г.А., Склярова М.В. Автоматизированная комплексная оценка функции сердечно-сосудистой системы у детей при массовых профилактических осмотрах. Тез. Конгр. по профилактической медицине,- М.- 1995.

Подписано к печати 5.04.1996 г. Тираж 100 экз.

Отпечатано в тип. ИЧП "Кибус", Санкт-Петербург, Московский пр. 129. Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛР N0701681, выдана 12.09.95. Комитетом по печати РФ, г. Москва.