Телышев Д.В.

Московский государственный институт электронной техники

Методика определения оптимальных параметров при анализе ритмов сердца в автоматических электрических дефибрилляторах

Каждый год в России около 300 тысяч людей умирают от внезапной остановки сердца. В более 80% случаев остановка сердца происходит за пределами клиники. Единственным эффективным методом возобновления работы сердца является пропускание через грудную клетку мощного электрического импульса продолжительностью в несколько миллисекунд – импульса дефибрилляции. С каждой минутой задержки дефибрилляции выживаемость снижается примерно на 7-10%. Поэтому целесообразно использование автоматического наружного дефибриллятора, данный тип дефибриллятора может использоваться не только специалистами, но и людьми с минимальными навыками использования данного оборудования. Поэтому основным компонентом процессора автоматического наружного дефибриллятора является алгоритм распознавания жизнеугрожающих аритмий сердца. От параметров алгоритма, интегрированного в прибор, зависит насколько точно будет определяться ритм сердца и как следствие насколько эффективна будет процедура дефибрилляции.

Алгоритм, встраиваемый в процессор автоматического наружного дефибриллятора, должен иметь ограниченное время принятия решения (до 15 секунд [1]) и обладать высокими показателями чувствительности и специфичности [2]. Как правило, для принятия решения в алгоритме используется одна или несколько различных методик [3], для каждой методики определен параметр или набор параметров, на основе которых принимается решение, т.е. если определяющий параметр изменяется от 0 до 1, и граничное значение, например 0,5; то все значения параметра выше 0,5 будут соответствовать ритму, требующему проведения дефибрилляции. При изменении граничного значения, изменяются параметры чувствительности и специфичности. При возрастании чувствительности специфичность всегда уменьшается и наоборот. Очень важно подобрать оптимальное соотношение чувствительности и специфичности. В данной работе оптимальное соотношение определяется показателем эффективности, который рассчитывается следующим образом:

где Se – чувствительность алгоритма, Sp – специфичность алгоритма, выраженные в процентном отношении. Более весомый вклад специфичности основан на том, что лучше не проводить дефибрилляцию больному с аритмией требующей нанесение разряда, чем проводить ее пациенту без нарушения ритма.

Рассмотрим использование данного метода на основе алгоритма – относительной частоты попадания сигнала вне информативного интервала.

Интервал амплитуд считается информативным для определения типа сигнала, где Max – максимальное значение амплитуды анализируемого участка электрокардиографического сигнала. Метод состоит в том, чтобы посчитать количество отсчётов, амплитуда которых выходит за пределы информативного интервала. Критический параметр этого метода рассчитывается по формуле:

,

где N₁ – количество отсчётов, амплитуда которых находится вне информативного интервала, а N₂ – количество отсчётов, амплитуда которых находится в информативный интервал. Ритм сердца, требующий проведения дефибрилляции детектировался, если параметр W превышал некоторое пороговое значение (wp). Алгоритм анализировался на сигналах 8201 – 8210 базы данных AHA [4], выбор данных сигналов основан на том, что каждый из них содержит интервалы как с нормальным ритмом ЭКГ, так и с ритмом, требующем немедленного устранения. На рисунке 1 представлены зависимости параметров чувствительности, специфичности и эффективности от параметра wp, из рисунка 1 видно наиболее целесообразное использование wp=0,3.

а. б.

Рис.1. а – зависимость чувствительности и специфичности от wp, б – зависимость эффективности от wp.

Рассмотренный пример показывает, каким образом могут быть найдены оптимальные граничные параметры для алгоритма анализа ритма. Такой способ поиска оптимальных параметров призван повысить эффективность использования автоматических наружных дефибрилляторов и снизить риск нанесения разряда пациенту без нарушения ритма.

Работа выполнена в рамках проведения поисковой научно-исследовательской работы в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы

Литература:

1.IEC 60601-2-4:2002, Medical electrical equipment – Part 2-4: General requirements for safety– Particular requirements for the safety of cardiac defibrillators

2. Amann, A.   Tratnig, R.   Unterkofler, K. A new ventricular fibrillation detection algorithm for automated external defibrillators// Computers in Cardiology, 2005, pp. 559-562

3. Базаев Н.А., Телышев Д.В. Комплексный алгоритм автоматического определения фибрилляции.// Медицинская техника, 2009, №2, стр. 22-25

4. American Heart Association, AHA database.http://www.americanheart.org