Методы исследования сердечно-сосудистой системы в спортивной медицине

Спортивная электрокардиография, так же как и клиническая, состоит из двух самостоятельных разделов: морфологический или ЭКГ-анализ формы предсердно-желудочкового комплекса, и анализ ритма сердца.

Целесообразность такого деления обусловлена высокой специфичностью ЭКГ-синдромов, касающихся характеристик состояния ритма и его нарушений.

ЭКГ спортсмена во время и после физической нагрузки может дать важную информацию о функциональном состоянии сердца. При регистрации ЭКГ во время физической нагрузки следует отдать предпочтение многоканальному кардиографу для одновременной записи минимум трех отведений. Как правило, такими отведениями являются упомянутые выше двухполюсные отведения по Нэбу или по Л.А. Бутченко. При регистрации ЭКГ во время нагрузки нередко возникают трудности, связанные с появлением помех, затрудняющих анализ ЭКГ. Чтобы избежать этих помех, следует использовать специальные электроды, провести специальную обработку кожи (обезжиривание, легкая экскориация) для уменьшения кожного сопротивления и использовать специальную пасту с большим содержанием солей.

Регистрация ЭКГ во время нагрузки обычно проводится дискретно через необходимые промежутки времени. Во время физической нагрузки форма предсердно-желудочкового комплекса у спортсменов изменяется, что связано с изменением положения сердца, его вегетативной регуляции и нейроэндокринными сдвигами.

Амбулаторное мониторирование.

Метод непрерывной длительной (от нескольких часов до 3 суток) регистрации ЭКГ с помощью носимого монитора и последующей ускоренной обработки полученных записей называют амбулаторным мониторированием. Ведение индивидуального дневника во время мониторирования позволяет при обработке сопоставить бытовые и спортивные нагрузки с характером изменений ЭКГ. Последнее обстоятельство делает метод AM перспективным для оценки состояния здоровья и функционального состояния спортсменов. Использование AM в спортивной кардиологии позволяет выявить изменения формы желудочкового комплекса и нарушения ритма у спортсменов в ответ на различные нагрузки, и способствует ранней диагностике дистрофии миокарда вследствие физического перенапряжения (ДМФП).

Череспищеводная электрическая стимуляция сердца (ЧПЭС).

Использование череспищеводной электрической стимуляции сердца (ЧПЭС) в спортивной кардиологии имеет важное место в оценке функции синусового узла при ЭКГ-признаках его дисфункции и состояния проводящих путей при явных и скрытых синдромах предвозбуждения. Этот метод требует специальной подготовки персонала и аппаратурного оснащения.

Суть метода сводится к введению в пищевод специального электрода до получения под ЭКГ-контролем максимальной амплитуды зубца Р, т. е. до места прилегания к пищеводу левого предсердия. Затем проводится, собственно, ЧПЭС с помощью электрокардиостимулятора по методике, зависящей от задач исследования.

Применение ЧПЭС для оценки функции синусового узла и состояния проводящих путей у спортсменов подтверждают высокую информативность этого метода. Особенно важные сведения можно получить при синдроме предвозбуждения, определив длительность эффективного рефрактерного периода. Короткий ЭРП добавочного пути указывает на опасность развития пароксизмальной тахикардии во время выполнения физических нагрузок и потому дает основание для отстранения от занятий спортом.

Векторкардиография.

Векторкардиограмма (ВКГ), в отличие от ЭКГ, позволяет получить данные не только о разности потенциалов между точками на поверхности тела, но и определить направление и пространственную ориентацию электрического поля сердца. Такая возможность открывается благодаря тому, что на ВКГ одновременно регистрируется разность потенциалов между двумя парами электродов, записывающих биопотенциалы в двух четко ориентированных в пространстве отведениях. Потенциалы с двух пар отведений подаются на противоположные пары пластин электронно-лучевой трубки, что позволяет получать на экране трубки движение луча в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Рис. 9. Построение вектор-диограммы

Изменения электрического поля сердца отражаются на ВКГ в виде трех замкнутых петель, исходящих из одной точки: петли Р - деполяризация предсердий, петли QRS - деполяризация желудочков и петли Т - реполяризация желудочков.

Среди систем отведений, использующихся для регистрации ВКГ, широкое распространение в отечественной спортивной кардиологии нашла прекардиальная система И.Т. Акулиничева. Все же в клинической и спортивно-медицинской практике наибольшее распространение получила система корригированных ортогональных отведений ВКГ по Франку.

В целом особенности ВКГ здоровых спортсменов сводятся, прежде всего, к весьма умеренному увеличению площадей петель QRS и Т. Использование ВКГ в известной мере дополняет ЭКГ-диагностику, особенно в части распознавания гипертрофии желудочков сердца. Гипертрофия левого желудочка проявляется на ВКГ увеличением суммарной площади петель QRS. Имеются данные, что у спортсменов такое увеличение площадей петель обнаруживается существенно раньше, чем на ЭКГ появляются амплитудные признаки гипертрофии левого желудочка. Здесь уместно напомнить, что увеличение амплитуды зубцов комплекса QRS, а значит и увеличение площади соответствующих петель ВКГ может отражать не только и даже не столько увеличение массы миокарда, сколько увеличение объема полости левого желудочка.

1.2.2 Методы исследования механической деятельности сердца

Методы исследования механической деятельности сердца получили весьма широкое распространение в спортивной кардиологии. Для анализа механики сердечных сокращений используется регистрация различных кривых, отображающих движения сердца или отдельных его участков, а также колебания грудной клетки или тела обследуемого, возникающие под влиянием сокращений сердца и движения крови в крупных сосудах.

Все методы исследования механической деятельности сердца в той или иной степени призваны ответить на вопрос о состоянии сократительной функции и величине работы сердца.

Одним из важнейших параметров сократительной функции сердца, без определения которого невозможно дать полноценную характеристику функционального состояния аппарата кровообращения, является сердечный выброс, т. е. количество крови, выбрасываемое за единицу времени. Так как количество крови, выбрасываемое правым и левым желудочками за систолу примерно одинаково, а функция левого желудочка более доступна для исследования, показатели функции левого желудочка изучаются существенно чаще и экстраполируются на деятельность обоих желудочков.

Для определения ударного и минутного объемов (УО и МОК) используются различные методы, среди которых в спортивной кардиологии, по вполне понятным причинам, предпочтение отдается неинвазивным. Среди них наиболее точным является метод возвратного дыхания. Важным преимуществом метода является возможность его использования при выполнении физических нагрузок. Однако метод трудоемок, требует применения специальной аппаратуры и не может рассчитывать на широкое практическое применение при врачебных наблюдениях за спортсменами.

Наиболее перспективными для исследования сократительной функции сердца у спортсменов являются апекскардиография, эхокардиография и импедансография (реография).

Правильная оценка полученных величин УО и МОК возможна при условии учета ряда факторов, среди которых особенно важны значения массы и поверхности тела спортсмена. Поскольку между размерами тела и величинами УО и МОК имеется достаточно тесная прямая зависимость, для индивидуальной оценки значений этих величин используется расчет ударного и сердечного индексов (УИ и СИ соответственно), т. е величин УО и МОК, приведенных к единице поверхности тела. Значения СИ положены в основу выделения различных ТК.

Апекскардиография.

Среди методов анализа механической деятельности сердца наибольшее распространение получила апекскардиография - запись кривой смещения верхушечного толчка - апекскардиограммы (АКГ). Помимо самой кривой смещения (объемная АКГ), современные технические средства позволяют регистрировать кривую скорости смещения верхушечного толчка (первая производная - дифференциальная АКГ) и кривую его ускорения (вторая производная АКГ).

Рис. 10. Схема поликардиограммы - синхронная запись ЭКГ, ФКГ и апекскардиограммы

АКТ находит практическое применение при оценке фазовой структуры сердечного цикла. Включение АКГ в фазовый анализ обеспечивает возможность уточнения временных фаз систолы и позволяет оценить фазы диастолы. Кроме того, оценка формы АКГ, а также амплитуды и соотношения ее основных элементов может оказать существенную помощь в оценке функционального состояния сердца и путей адаптации к физическим нагрузкам.

Исследуя особенности АКГ спортсменов, С.Н. Некрутов и С.А. Душанин (1977) установили, что особое значение в оценке функционального состояния спортсменов имеет амплитуда волны а. Оказалось, что примерно у половины спортсменов с ЭКГ-признаками НПР выявляется увеличение амплитуды волны а до 15% и более, что автор оценивает как проявление увеличения «жесткости» миокарда вследствие развития дистрофических изменений и повышения конечно-диастолического давления в левом желудочке. Оценка амплитуды волны быстрого наполнения у спортсменов также может помочь в оценке состояния миокарда и его растяжимости, которая заметно уменьшается при развитии гипертрофии.

Помимо АКГ, в спортивной кардиологии применялись другие графические методы анализа механической деятельности сердца (динамо-, баллисто-, кинетокардиография), утратившие сегодня свое значение. Предпринимаются попытки использовать для оценки механической деятельности сердца сейсмокардиографию, которая, в сущности, является одним из вариантов баллистокардиографии. Однако этот метод выгодно отличается от баллистокардиографии достаточно высокой помехоустойчивостью.

Фонокардиография.

Фонокардиография - это метод графического изображения звуковых явлений, возникающих в работающем сердце (рис. 10). Фонокардиография, в отличие от многих других функционально-диагностических методов, не имеет самостоятельного значения и неразрывно связана с аускультацией. При этом она существенно дополняет аускультацию, обеспечивая возможность объективизации звуковой симптоматики, точной оценки интенсивности тонов и шумов, и временных соотношений между акустическими и электрическими явлениями. Фонокардиография позволяет также определить форму шума и его частотную характеристику.

На фонокардиограмме (ФКГ) спортсменов, постоянно выделяются две группы осцилляций, соответствующие I и II тонам. Однако I тон у спортсменов имеет большую длительность, но меньшую амплитуду, чем у лиц, не занимающихся спортом. Снижение амплитуды I тона принято определять по его соотношению с амплитудой II тона.

Глухость I тона свойственная спортсменам, тренирующим выносливость, выявляется у них в 5--6 раз чаще, чем у не спортсменов (29 и 5% соответственно). Глухость тонов зачастую объясняют экстракардиальными причинами и у спортсменов связывают с гипертрофией грудных мышц. Другой причиной глухости I тона у спортсменов, имеющей, с нашей точки зрения, более существенное значение, является изменение кардиодинамики в процессе адаптации к нагрузкам на выносливость.

Речь идет об уменьшении силы и скорости сокращения желудочков в состоянии покоя как проявлениях экономизации функции сердца. Анализ ФКГ-данных у спортсменов показывает, что помимо снижения амплитуды I тона спортсменам, тренирующим выносливость свойственно увеличение продолжительности тонов, в то время как спортсменам, тренирующим силу, свойственно уменьшение продолжительности I и II тонов.

Разумеется, в основе глухости тонов, выявляемых у спортсменов, могут лежать и патологические изменения сердца, однако в подобных случаях глухость тонов редко бывает изолированной и, как правило, сочетается с появлением шумов в сердце.

II тон у спортсменов имеет большую длительность, чем у лиц, не занимающихся спортом. Нередко выявляется его расщепление, связанное с асинхронизмом закрытия клапанов и легочной артерии. Выраженность расщепления II тона обычно меняется в зависимости от фаз дыхания и исчезает после пробы с физической нагрузкой.

У спортсменов чаще, чем у лиц, не занимающихся спортом, выявляются физиологические III и IV тоны. III тон появляется на ФКГ в момент максимального диастолического наполнения желудочков. IV тон возникает в период наполнения и систолы предсердий. Физиологический III и IV тоны характеризуются тем, что они регистрируются у спортсменов лишь на низкочастотных каналах и исчезают в положении стоя.

Фазовый анализ сердечного цикла.

Анализ фаз сердечного цикла требует синхронной регистрации нескольких кривых, характеризующих сердечную деятельность. Такую синхронную запись называют поликардиографией (ПКГ). В классическом варианте ПКГ предусматривает одновременную запись трех кривых: сфигмограммы сонной артерии, ЭКГ и ФКГ.

Представления о фазах механического цикла сердца в спортивной кардиологии позволят уточнить и углубить сложившиеся представления об особенностях механики сердца у спортсменов.

1.2.3 Прижизненная морфометрия сердца

Рентгенография.

Рентгеновское исследование еще не так давно было единственным доступным методом исследования размеров сердца. По рентгенограммам, сделанным в различных проекциях, судили о положении сердца в грудной клетке, его наружных размерах, особенностях формы, при рентгеноскопии - о характере и глубине пульсации. Количественная оценка объема сердца может быть проведена с использованием метода биплановой телерентгенографии (БТРГ). Суть метода сводится к производству рентгенограмм во фронтальной и сагиттальной проекциях при фокусном расстоянии, равном 2 м. БТРГ нашла широкое применение в спортивной кардиологии и показала, что размеры сердца существенно зависят от пола, стажа и периода подготовки и направленности тренировочного процесса. Полученные с помощью телерентгенографии данные об объемах сердца у спортсменов и их связи с показателями работоспособности дали важные сведения о закономерностях адаптации сердца к физическим нагрузкам.

Эхокардиография.

Метод ультразвуковой диагностики сердца - эхокардиография - основан на свойстве ультразвука отражаться от границ структур с различной акустической плотностью. На эхокардиограмме (ЭхоКГ) удается получить изображение внутренних структур работающего сердца - сокращающегося миокарда, створок клапанов и др. что открывает возможность прижизненной морфометрии сердца и весьма точной оценки показателей центральной гемодинамики.

Все это позволяет использовать ЭхоКГ для решения ряда кардинальных вопросов спортивной кардиологии. Среди них в первую очередь следует назвать количественную оценку величин массы миокарда и размеров полостей сердца, оценку состояния клапанного аппарата, исследование закономерностей адаптации сердца к физическим нагрузкам различной направленности, анализ состояния центральной гемодинамики, фазовой структуры сердечной деятельности. Если к этому добавить уникальные возможности этого метода в диагностике патологических состояний сердца, которые, хотя и редко, но все же встречаются у спортсменов, то станет ясно, сколь важное место занимает эхокардиография в спортивной кардиологии.

1.2.4 Инструментальные методы исследования сосудов и центрального кровообращения

Сфигмография.

Сфигмография - метод регистрации движений артериальной стенки, возникающих в связи с распространением пульсовой волны. Как известно, характер колебаний артериальной стенки определяется свойствами сосуда и уровнем артериального давления. В спортивной кардиологии сфигмография используется для исследования фазовой структуры систолы и определения скорости распространения пульсовой волны (СРПВ).

Импедансография.

Импедансо(рео)графия - метод исследования общего и органного кровообращения, основанный на регистрации колебаний полного электрического сопротивления тканей, связанных с изменениями их кровенаполнения. Поскольку изменения кровенаполнения происходят постепенно и синхронно с сердечными сокращениями, электрическое сопротивление тканей также изменяется синхронно с сердечной деятельностью.

Исследование артериального давления.

Определяют систолическое, диастолическое, среднее динамическое, боковое и пульсовое артериальное давление. Определение артериального давления нашло широкое применение в практике врачебных наблюдений за спортсменами, как в условиях покоя, так и во время и после нагрузок. Наиболее распространен аускультативный способ его измерения, предложенный Н.С.Коротковым.

1.2.5 Систолическое давление в легочной артерии

Для определения систолического давления в легочной артерии (СДЛА) в спортивной кардиологии используется бескровный метод Берстена. Метод Берстена основан на существовании тесной корреляции между длительностью фазы изометрического расслабления (ФИР) правого желудочка и уровнем СДЛА.

Длительность ФИР определяется поликардиографическим методом при синхронной записи правожелудочковой кардиограммы, флебограммы и ФКГ по длительности интервала от начала легочного компонента II тона на ФКГ до момента открытия трехстворчатого клапана по флебограмме или правожелудочковой кардиограмме. Методика измерения СДЛА описана А.Г. Дембо и Е.Н. Суровым (1985). Исследования СДЛА. у спортсменов, проведенные названными авторами, показали, что, как и уровень артериального давления, СДЛА также зависит от направленности тренировочного процесса и повышается у спортсменов, тренирующих силу.

2. Техническая реализация методов исследования ССС в спортивной медицине

Инструментальные средства медико-биологических исследований представляют собой совокупность приборов, систем, комплексов и приспособлений к ним, в которых реализуются физические и физико-химические методы исследования спортсменов. Выполнение этих исследований позволяет получить диагностическую информацию о состоянии спортсмена в виде множества медико-биологических показателей (МБП) и записей физиологических процессов, на основании анализа которых строится диагностическое заключение.

2.1 Электрофизиологические исследования

Для ЭКГ в спортивной медицине характерна обобщённая схема электрофизиологических исследований (рис. 11).

Система отведений позволяет подключить спортсмена к техническому средству через систему электродов (СЭ), привязанную, как правило, к определенным анатомическим точкам на теле человека и используемую для получения электрических сигналов {U}_i, несущих информацию об исследуемых процессах в биологическом объекте (БО).

При этом способ получения информативного сигнала для разных групп электрофизиологических методов различен; различна и роль электродов в этом процессе. При регистрации биопотенциалов электроды накладываются на точки тела, где электрическая активность максимальна или имеет особенности, регистрация которых позволяет осуществлять диагностику, поэтому они как бы «снимают» сигнал с биологического объекта, то есть являются измерительными (некоторые из них могут быть индифферентными).

При регистрации биопотенциалов измерительные электроды подключаются к устройствам первичной обработки (УПО), содержащим усилительную часть (УЧ) электрофизиологического прибора или комплекса, основные проблемы проектирования которой связаны с разработкой так называемых усилителей биопотенциалов (УБП). Схемотехническое решение этого узла зависит от характеристик регистрируемого сигнала, места наложения электрода и его взаимовлияния с другими электродами «отведения». Именно в обеспечении необходимого контакта биологического объекта с электродом, который является входным элементом усилителя, связаны многие технические проблемы проектирования входных цепей усилительных узлов этого вида медицинской аппаратуры. Для регистрации биопотенциалов сердца (электрокардиография) характерно использование дифференциальных каскадов усиления с большим входным сопротивлением, во многих случаях целесообразна гальваническая развязка в усилительной части, есть специфические требования к полосе частот, помехоустойчивости и т. п.

Важной составляющей рассмотренного усилительного узла является узел фильтрации сигналов (ФС), который позволяет поднять отношение сигнал/шум и тем самым повысить помехоустойчивость систем съёма сигналов.

Рис. 11. Обобщённая схема электрофизиологических исследований

Дальнейшая структура технических средств электрофизиологических исследований - выходные устройства (ВУ) - может быть весьма разнообразной в зависимости от назначения проектируемого средства. Она может включать графический регистратор сигналов (ГРС) на какой-либо носитель информации (бумага, пленка и др.), устройства выделения (или вычисления) требуемого информативного параметра (устройства вторичной обработки УВО) с последующим отображением результата измерения на устройствах отображения (УО), интерфейс для связи с какими-либо внешними техническими средствами (ВТС) (накопители информации, компьютеры и др.) и т. п. Алгоритмы, по которым работают разные ВУ, определяются формой исходных сигналов и типом регистрируемых параметров.

Пример прибора применяемого в спортивной кардиологии.

Электрокардиографический комплекс КАРДИОЛАБ.

КАРДИОЛАБ - это компьютерный кадиографический комплекс нового поколения, предназначенный для проведения широкого спектра кардиографических исследований, таких как:

- стандартная электрокардиография с автоматической интерпретацией ЭКГ и векторкардиография;

- монитор сердечного ритма с полным анализом параметров ВСР (вариабельность сердечного ритма) и состояния ВНС (вегетативная нервная система);

- велоэргометрия и другие виды нагрузочных проб (в т.ч. ЧПС) с автоматическим анализом результатов исследования, анализом ВСР при проведении нагрузочных проб, автоматическим формированием отчета и компьютерным управлением велоэргометром;

- экспресс диагностика спортсменов по методике проф. Душанина С.А.;

- дистанционная электрокардиография - прием по электронной почте с использованием обычной телефонной сети или сотового телефона стандарта GSM, хранение и анализ ЭКГ-сигналов, зарегистрированных с использованием любого числа портативных компьютерных кардиографов КАРДИОЛАБ СЕ.

Особенностью системы КАРДИОЛАБ, отличающей её от большинства компьютерных кардиосистем, является наличие в ней развитого режима длительного мониторирования с анализом ВНС.

В режиме ЭКГ-монитор проводится комплексное исследование состояния вегетативной нервной системы (ВНС) на основе анализа вариабельности его сердечного ритма (ВСР).

КАРДИОЛАБ СЕ. Главной отличительной особенностью этого кардиографа является использование в нем 12-ти канального ЭКГ-усилителя с беспроводным подключением к ПК или КПК по радиоканалу (Bluetooth). Дальность беспроводной связи может составлять до 30 метров. Беспроводной кардиограф весит всего 200 граммов и может располагаться прямо на теле пациента, а регистрируемая им электрокардиограмма передается на КПК по радио с использованием технологии Bluetooth. При этом качество регистрируемой ЭКГ будет даже лучше, чем при использовании стационарного кардиографа с проводным соединением. Благодаря беспроводному подключению, данный тип аппаратуры может работать как со стационарными и портативными компьютерами, так и с наладонниками - КПК, смартфонами. Что делает его удобным для применения в обследованиях ССС спортсменов. С данным вариантом аппаратуры доступны следующие режимы программного обеспечения: ВСР, ВЕЛО, МД.

Рис. 12. Кардиограф КАРДИОЛАБ СЕ

Кардиограф КАРДИО СЕ является идеальным инструментом для профилактического контроля состояния сердечно-сосудистой системы в тренажёрных залах, плавательных бассейнах, фитнесс-центрах и других спортивно-оздоровительных учреждениях.

Рис. 13. Беспроводной 12-ти канальный кардиограф

КАРДИОЛАБ ВЕЛО. Эргометрический комплекс КАРДИОЛАБ ВЕЛО может использовать стационарный электрокардиограф, универсальный портативный USB кардиограф, или беспроводный электрокардиограф. К комплексу может быть подключен программно управляемый велоэргометр или беговая дорожка - тредмил. Программа КАРДИОЛАБ ВЕЛО включает в себя возможности всех более простых ее модификаций. При анализе результатов велоэргометрии можно пользоваться всеми функциями программы анализа и интерпретации ЭКГ, анализа ВСР, а также методами анализа, присущими только велоэргометрии.

В ходе записи нагрузочной ЭКГ производится непрерывное вычисление усредненного QRS-комплекса и измерение его параметров, контроль смещения и наклона ST-сегмента, измерение текущего значения ЧСС, контроль тревожных параметров ЭКГ.

Рис. 14. Эргометрический комплекс КАРДИОЛАБ ВЕЛО

3. Обработка результатов диагностических исследований

3.1 ЭКГ анализ

Обычно анализ ЭКГ выполняется в четыре этапа:

1. Ввод ЭКГ;

2. Фильтрация ЭКГ;

3. Распознавание характерных элементов ЭКГ и измерение соответствующих параметров;

4. Интерпретация и классификация ЭКГ.

Запись и ввод ЭКГ.

Современная регистрирующая аппаратура может одновременно фиксировать до 12 отведений. От электрокардиографа сигнал передается в АЦП. Здесь аналоговый сигнал ЭКГ преобразуется в цифровую форму и передается в компьютер. Частота дискретизации Fs на основании теоремы Котельникова - Шеннона должна быть более чем в два раза верхней полосы пропускания. Из теоремы следует что при дискретизации, как минимум вдвое большей, чем частота сигнала, гарантируется частотное содержимое аналогового сигнала и обеспечивается идеальное восстановление оригинального сигнала по его дискретным значениям, с помощью надлежащей интерполяции. Используются различные частоты дискретизации, но чаще всего 250 и 500 Гц. Эти две величины, достаточно высоки, поскольку в ЭКГ взрослого человека максимальная частота, имеющая диагностическое значение, составляет примерно 80 Гц. Каждая ЭКГ - кривая после оцифровки передается в компьютер в виде последовательности чисел {Y_i}, где Y_i - амплитуда (в мкВ) i - ой точки.

Фильтрация ЭКГ.

Под задачей обработки понимается решение задачи обнаружения и задачи выделения полезной информации. В общем случае поступающий сигнал, помимо полезной составляющей, содержит и некоторую помеху, которая мешает правильно выделить информационную компоненту сигнала. В этом случае решается задача обработки состоит в том, чтобы наиболее полно исключить помеху, при этом внеся предсказуемые и методологически корректируемые изменения в полезный сигнал. Цифровая фильтрация и быстрое преобразование Фурье - наиболее широко применяемые способы обработки сигнала.

После регистрации и дискретизации сигнала ЭКГ следующим этапом обработки ЭКГ обычно является цифровая фильтрация. Это необходимо для повышения качества записи и подавления различных шумов, связанных в основном с мышечным тремором, смещением электродов и электрическими помехами. Цифровые фильтры, применяемые в электрокардиографии можно разделить на 3 основные группы - это нерекурсивные фильтры с конечной импульсной характеристикой (КИХ), рекурсивные фильтры с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ), адаптивные фильтры, а также частотные фильтры, производящие фильтрацию сигнала в определенной области частот с использованием локального преобразования Фурье. Для борьбы с мышечной наводкой желателен атреморный фильтр низкой частоты (ФНЧ), ограничивающий диапазон входного сигнала где-то до 60-70 Гц, а для борьбы с сетевой наводкой режекторный фильтр на 50 Гц в условиях отечественных стандартов.

Рис. 15. Фильтрация ЭКГ. а) сигнал нормальной ЭКГ; б) зашумлённый ЭКС; в) отфильтрованный ЭКС

Выделение и измерение параметров элементов ЭКГ.

Характерные элементы ЭКГ, которые необходимо распознать - это комплексы, сегменты (расстояние между зубцами) и интервалы. К параметрам ЭКГ, подлежащим измерению, относятся высота зубцов и длительность комплексов, а также величина сегментов и интервалов. Таким образом, необходимо выполнять два типа измерений: временные и амплитудные.

Структурные методы пытаются найти такие структурные особенности элемента ЭКГ, которые практически не изменяются от цикла к циклу, применяя для этого специальным образом подобранные фильтры, пороговые детекторы. Дополнительно также производится анализ длительностей комплексов, процедура фильтрации ложных пиков и т.д.

К другой группе методик принадлежат алгоритмы, основывающиеся на принципе сравнения искомого элемента ЭКГ с неким полученным специальным образом шаблоном. Такой шаблон обычно получается путем усреднения выровненных элементов, определенных ручным способом. Далее, исходя из доверительной вероятности определения, определяется максимальное среднеквадратичное отклонение, при котором классифицируемый элемент все еще принадлежит к группе шаблона. Если выделенный сегмент не выходит за границы максимального СКО, то он считается распознанным как элемент, принадлежащий группе шаблона.

Интерпретация и классификация ЭКГ.

Результаты выявления элементов ЭКГ и измерения их параметров используются для интерпретации с целью постановки правильного диагноза. В настоящее время известны две основные категории алгоритмов, применяемых в различных системах автоматической диагностики. К первой категории относятся алгоритмы, моделирующие логику врача-диагноста - детерминистический. Естественно, в них используются признаки заболеваний, диагностическая значимость которых установлена всем предшествующим опытом медицины. Алгоритмы второй категории, как правило, основаны на методах многомерного статистического анализа и теории вероятностей. При этом отказываются не только от медицинской логики, но и от принятых в медицине обозначений элементов электрокардиограммы и способов измерений.

Сжатие ЭКГ данных.

В целом, компрессия данных осуществляется за счет уменьшения избыточности ЭКГ. Все основные методы сжатия данных могут быть разделены на 2 группы: сжатие с потерями данных и без потерь. Под сжатием с потерями подразумевается то, что исходный сигнал может быть восстановлен только с заведомо известной степенью точности. Методы сжатия с потерями используют стандартные методы кодирования избыточности, применяемые для сжатия произвольных данных. Эти методики обычно используют особенности ЭКГ сигнала: периодичность, наличие участков практически постоянного потенциала. Чтобы извлечь из этого пользу, сигнал зачастую дифференцируется, генерируется усредненный шаблон периодического участка (обычно QRS комплекс), который вычитается из сигнала на каждом периоде. Все это делается для того, чтобы впоследствии как можно эффективнее применить операцию кодирования без потери информации. Сжатие с потерями обычно происходит по стандартной схеме. Вначале используется некоторое дискретное преобразование сигнала, полученные коэффициенты дополнительно квантуются и далее применятся стандартная процедура сжатия квантованных коэффициентов без потерь. В настоящее время в качестве дискретных преобразований широко применяются дискретное преобразование Фурье (ДПФ), дискретное косинусное преобразование, преобразование Карунена-Леве, а также вейвлет-преобразование. Следует заметить, что единственный шаг кодирования, на котором осуществляется потеря данных, - это процедура квантования.

3.2 Методы исследования и оценки вегетативной регуляции ритма сердца и функционального состояния синусового узла

Для анализа вегетативной регуляции ритма используется метод гистографии (вариационной пульсографии) в основе которой лежит построение гистограммы распределения изучаемого ряда интервалов R-R. По оси абсцисс откладывают значения длительностей интервалов, а по оси ординат - количество интервалов с соответствующими значениями их длительностей.

По форме ВПГ удается определить величину моды (Мо) -- значение наиболее часто встречающегося интервала R-R, амплитуду моды (АМо) - частоту выявления Мо в процентах от общего числа интервалов R-R и ряд других показателей.

Рис.16. Гистограмма распределения интервалов R-R

Типы вегетативной регуляции: 1-нормотонический, 2-симпатикотонический, 3-парасимпатикотонический.

Исследование волновой структуры ритма сердца становится доступным при использовании ритмографии. В основе этого метода лежит преобразование длительности интервалов R-R в амплитуду, так что интервалы располагаются рядом друг с другом. Изучая огибающую линию, которая соединяет вершины интервалов, можно проводить анализ волновой структуры ритма. Построение ритмограммы (РГ) легко реализуется с помощью специальных приборов. Для записи РГ весьма удобна схема, позволяющая с помощью электронной приставки регистрировать на самописце лишь огибающую вершин интервалов R-R. Параллельно с РГ записывается пневмограмма (ПГ), что существенно облегчает выделение дыхательных волн сердечного ритма.

Скаттерография (корреляционная ритмография). Суть метода заключается в последовательном нанесении на оси прямоугольной системы координат каждого предыдущего и последующего интервалов R-R (рис. 17). Каждый предыдущий интервал наносится на ось ординат (RRi), а каждый последующий - на ось абсцисс (RRi+1). Тогда пара RR-1 и RR-2 соответствует на плоскости точке 1, пара RR-2,RR-3--точке 2 и т. д Таким образом, ритм за любой отрезок времени оказывается представленным в виде группы точек на плоскости, ограниченной осями координат. Правильный синусовый ритм приводит к образованию совокупности точек на биссектрисе координатного утла, который называется основной совокупностью (ОС). Появление коротких и длинных интервалов R-R изменяет соотношение соответствующих пар интервалов и приводит к появлению точек вне этой совокупности, что позволяет легко диагностировать ряд нарушений ритма.

Рис. 17. Скатеррограмма (принцип построения)

Оценка функционального состояния спортсмена по данным исследования ритма сердца. Поскольку проведение всесторонних исследований функционального состояния сердца весьма затруднительно и трудоемко, на практике часто ограничиваются изучением одного или нескольких наиболее существенных морфологических, и (или) функциональных показателей сердечной деятельности. Среди таких показателей, исследование ритма сердца, благодаря высокой информативности, простоте и доступности, используются особенно широко. Характеристики синусового ритма позволяют оценить, прежде всего, функциональное состояние синусового узла.

Ритм сердца при активной ортостатической пробе и пробе с физической нагрузкой. Активная ортостатическая проба (АОП) находит в спортивной кардиологии широкое применение. В классическом виде она предполагает подсчет ЧСС и измерение артериального давления в положении лежа, сразу после перехода в вертикальное положение и далее, каждую минуту в течение 5-10 мин пребывания в вертикальном положении. Непрерывная регистрация РГ во время проведения АОП существенно дополняет сведения о вегетативной регуляции сердечной деятельности.