Биофизические механизмы формирования сигнала экг. 
Подходы к моделированию. 
Основы дефибриляции, режимов воздействия

В фазе напряжения миокарда S — L нет роста АД. Клапан аорты открывается в момент L. Тангенс угла наклона РЕО в фазе быстрого изгнания L — j характеризует скорость движения ударного объема и, в конечном итоге, определяет систолическое АД. Рис. 7. Фазовая структура РЕО восходящей аорты4. Критерии регистрации фаз с помощью ЭКГ, РЕО и их производных

Рассматривая ЭКГ как сложный сигнал, можно заметить, что он состоит из последовательно соединённых однопериодных синусоидальных сигналов. Это связано с перераспределением энергии в живых системах не скачкообразно, а синусоидально, имея полупериоды: роста энергии, его замедления, затухания и развития. Точки перехода этих процессов будут точками перегиба энергетической функции, которые покажет первая производная в своих экстремумах. Аналогичные процессы проистекают при управлении сердечно — сосудистой системой. На рис. 8 показана условная модель ЭКГ, состоящая из последовательно соединённых однопериодных синусоидальных колебаний.Рис. 8. Условная модель ЭКГ, состоящая из последовательно соединённых однопериодных синусоидальных колебаний

Если продифференцировать ЭКГ, то мы получим 10 экстремумов производной, которые будут соответствовать границам фаз сердечного цикла. Заметим, что каждая фаза определяется по идентичному критерию — по локальному экстремуму производной. Крутизна фронтов фаз разная, значит и амплитуды экстремумов производной будут разные. Фазы ЭКГ эквивалентны фазам энергетических колебаний, управляющих сердцем.

Для наглядности лучше применять графическое дифференцирование. Все особые точки такого сложного сигнала, каким является ЭКГ, наглядно отображаются при графическом дифференцировании. Если на графике ЭКГ визуально не удаётся определить точки перегиба, то на производной они безошибочно определяются в локальных экстремумах. На рисунке 9 показан график ЭКГ и её первой производной. Видно, что точке Р на ЭКГ, соответствует точка Р на производной, которая находится в локальном экстремуме. Также определяется положение точки Т. Очень важный момент — положение точки S.

Другими методами его, фактически, не удаётся определить. Производная определяет точку S в положительном локальном экстремуме очень чётко. Это разрешяет автоматизировать метод измерения фаз сердечного цикла. Можно применять и вторую производную, но в данном случае нет смысла, потому, что информативность критериев определения фаз сердечного цикла с применянием одной производной вполне достаточна.

На рисунке 10 показаны реальные записи ЭКГ аорты. На них отмечены четыре точки P, Q, S, T определяемые с помощью первой производной. На рисунке 11 показан реальный сигнал ЭКГ и его первая производная. Приведенная на рисунке форма ЭКГ близка к идеальной. На практике встречаются формы ЭКГ, значительно отличающиеся от представленной. При этом дифференцирование безошибочно выявляет границы фаз сердечного цикла.Рис. 9.

Графическое дифференцирование ЭКГ. Представлены ЭКГ и ее первая производная. Точки на ЭКГ находятся в точках ее перегиба, что соответствует локальным экстремумам на производной

Рис. 10. Основные точки P, Q, S, T на ЭКГ, характеризующие фазы сердечного цикла, соответствуют локальным экстремумам производной

Рис.

11. Определение фаз сердечного цикла на ЭКГ с помощью графика первой производной5. Функции сердечно — сосудистой системы, определяемые с помощью фазового анализа сердечного цикла

Совокупность функций сердечно — сосудистой системы складывается из функций каждой отдельной фазы. Здесь существует определенная логика. У каждой фазы свое назначение, но основой всех является механизм сокращения или расслабления мышц. Если в мышце нарушены обменные процессы, тогда функции сокращения или расслабления будут снижены. При этом соседняя фаза будет стараться компенсировать эту проблему, увеличивая свою активность. Фазовый анализ сердечного цикла четко выявляет такие дисбалансы. Отметим основные функции сердечно — сосудистой системы:

1. — Сокращение межжелудочковой перегородки;

миокарда;

Обе функции участвуют в регулировке диастолического АД в аорте.

2. — Напряжение мышц миокарда;

Определяет величину систолического АД в аорте.

3. — Эластичность аорты;

Определяет наличие расширения или сужения восходящей аорты, а также стеноза крупных артерий. Также, поддерживает структуру кровотока в сосуде. Фазовый анализ также разрешяет определить:

Состояние венозного кровотока;

— Состояние функции легких;

— Наличие предынсультного состояния;

коронарного кровотока. На рисунке 12 показаны связи фаз сердечного цикла ЭКГ и РЕО с функциями сердечно — сосудистой системы. Несмотря на кажущуюся сложность всего механизма гемодинамики и функционирования сердечно — сосудистой системы, фазовый анализ сердечного цикла разрешяетдостаточно быстро выявлять индивидуально у каждого пациента причинно — следственные связи развития патологии. Очень важно, что удается установить первопричину заболевания. На рисунке 13 показаны анатомические части сердца и определены их функции в каждом сердечном цикле.Рис. 12. Диагностируемые части сердца и функции и их связь с фазами сердечного цикла на ЭКГ и РЕОРис. 13. Предназначение анатомии сердца к выполнению определенных функций в каждом сердечном цикле

Заключение

Успех в изучении биофизических процессов формирования механизма гемодинамики не возможен без практической проверки теоретических моделей. На практике модель должна удовлетворять всем основным моделируемым функциям. Обозначенные в этой главе результаты многолетней работы разрешили не только разработать принципиально новую теорию фазового анализа сердечного цикла, но и обеспечить метрологией очень значимую отрасль медицины, которой является кардиология.

Математическое моделирование впервые разрешило решить проблему косвенного измерения объемных параметров гемодинамики, в том числе и фазовых. Клинические изеченияразрешили дать ответ на многие неясные вопросы биохимических реакций, обеспечивающих устойчивость гемодинамики и общего функционирования сердечно — сосудистой системы. Это разрешило разработать и проверить на практике высокоэффективные методы лечения. Авторы надеются, что в ближайшем будущем можно будет говорить о новом научном устремлении — кардиометрии. В основе этой науки будут лежать математическое моделирование и точные измерения. Списоклитературы1. R osen, P. (1969) The Principle of Optimization in Biology. M

ir.М.2, 9. V oronova, O. (1995). D evelopment of Models & Algorithms of of Automated Transport Function of the Cardiovascular System. D

octorate Thesis. Prepared by Mrs. O.K. Voronova, Ph.D., VGTU, Voronezh.

3. Rudenko, M.; Voronova, O. & Z ernov. V. (2009).Theoretical Principles of Heart Cycle Phase Analysis. FouquéLiteraturverlag. ISBN 978−3-937 909−57−8, Frankfurt a/M. München — London — New York. 4.

V oronova, O. (1995). D evelopment of Models & Algorithms of of Automated Transport Function of the Cardiovascular System. D

octorate Thesis. Prepared by Mrs. O.K. V oronova, Ph.D., VGTU, Voronezh. 5−7, 10, 13, 18. Rudenko, M.; Voronova, O. & Z ernov.V. (2009).Theoretical Principles of Heart Cycle Phase Analysis. FouquéLiteraturverlag. ISBN 978−3-937 909−57−8, Frankfurt a/M. München — London — New York.

8. Voronova, O. & P oyedintsev, G. P atent № 94 031 904 (RF). M ethod of Determination of the Functional Status of the Left Sections of the Heart & their Associated Large Blood Vessels.

11, 12. Rudenko, M.; Voronova, O. & Z ernov. V. I nnovation in cardiology. A new diagnostic standard establishing criteria of quantitative & qualitative evaluation of main parameters of the cardiac & cardiovascular system according to ECG and Rheo based on cardiac cycle phase analysis (for concurrent single-channel recording of cardiac signals from ascending aorta).

http://precedings.nature.com/documents/3667/version/1/html14.Rudenko, M.; Voronova, O. & Z ernov. V. (2010) Новое в теории кардиологии. Фазовый механизм регулирования диастолического давления. Вестник аритмологии (приложение Б) — М.

— С. 133. 15.

C aro, C.; Padley, T.; Shroter, R. & S id, W. (1981) Blood Circulation Mechanics. Mir.M. (fig.

12.14).

16. Goncharenko, A. & Goncharenko, S. (2005) Экстрасенсорныесилысердца. Журнал

Техникамолодежи, № 5, ISSN 0320 — 331 Х17. M. Y u. R udenko, V. A. Z ernov and O.

K. V oronova. Study of Hemodynamic Parameters Using Phase Analysis of the Cardiac Cycle. B iomedical Engineering. Springer New York. ISSN 0006−3398 (Print) 1573−8256 (Online).Volume 43, Number 4 / Июль 2009 г. Р. 151 -155.