Znaczenie kliniczne detekcji granic załamków

Do podstawowych parametrów diagnostycznych elektrokardiogramu należy opis zależności czasowych poszczególnych zjawisk wchodzących w skład ewolucji serca. Punkty graniczne załamków są więc podstawą wyznaczania parametrów diagnostycznych (interwałów), a dokładność ich wskazania implikuje wiarygodność diagnostyki wykonywanej automatycznie. Punkty graniczne załamków są także używane przez kolejne procedury interpretacji zapisu jako granice obliczeń (np. położenia osi elektrycznych).

Długość i stabilność interwału czasu jaki upływa pomiędzy aktywacją przedsionków i komór serca jest podstawą oceny przewodnictwa przedsionkowo-komorowego i synchronizacji pracy jam serca, skrócenie tego czasu może być przesłanką istnienia dodatkowej drogi przewodzenia bodźców. Długość skurczu przedsionków (reprezentowana w czasie trwania załamka P) jest istotna dla oceny przewodnictwa międzyprzedsionkowego oraz ew. aktywności zapasowych generatorów rytmu nadkomorowego. Długość skurczu komór serca ma znaczenie dla wskazania ośrodka pobudzającego komory i dla wyznaczenia wskaźników metabolicznych mięśnia serca, a ponadto jest przydatna do wskazania fazy wczesnej repolaryzacji (odcinka ST) i ew. późnych potencjałów komorowych (VLP). Wreszcie, wyznaczenie długości odcinka QT jest niezbędne do określenia czasu aktywacji mięśnia roboczego komór serca oraz do oceny przebiegu repolaryzacji (np. zespół przedłużonego odcinka QT, dyspersja QT, alternans załamka T).

Wyznaczanie punktów granicznych jest areną najsilniejszej walki konkurencyjnej pomiędzy producentami systemów do interpretacji EKG. Znane są rozwiązania, w których średnia niedokładność wyznaczania początku zespołu QRS nie przekracza interwału próbkowania sygnału.


Najczęściej występujące problemy

Projektant procedury przeznaczonej do detekcji granic załamków elektrokardiogramu ma do rozwiązania następujące zagadnienia:

wybór podstawy wyznaczania granic, niezależnie dla każdego punktu granicznego - użycie procedur analizy statystycznej sygnału lub dopasowania modeli parametrycznych,

wybór wartości granicznych – odchylenia rozkładu od normalnego lub współczynnika niedopasowania,

sposób obsługi zapisu wieloodprowadzeniowego – jeśli granice załamków są wyznaczane niezależnie dla poszczególnych odprowadzeń, istotny jest sposób wskazania wartości globalnej,

obsługę zapisów szczególnych patologii: bloków przedsionkowo-komorowych charakteryzujących się brakiem synchronizacji lub kilkakrotnym wystąpieniem załamka P, migotania i trzepotania przedsionków, zespołu R-na-T i innych,

obsługę błędów i zapisów o niskim stosunku sygnału do szumu.

Testowanie oprogramowania analizującego jest źródłem kolejnych zagadnień do rozwiązania. Konstruktor takiego oprogramowania powinien mieć na uwadze następujące fakty:

nie istnieje wartość poprawna położenia początku lub końca załamka, kardiologiczne bazy danych podają jedynie wartości referencyjne będące wynikiem konsensusu wielu ekspertów i rezultatem wskazań oprogramowania uwzględnionego podczas realizacji projektu bazy,

w zależności od dynamiki zjawisk elektrycznych specyficznej dla poszczególnych składników ewolucji serca, wyznaczanie poszczególnych punktów granicznych może być obarczone mniejszą (np. początek QRS) lub większą (np. koniec T) niedokładnością,

dokładność wyznaczania tego samego punktu granicznego w różnych zapisach jest bardzo zróżnicowana i zależy od: akcji serca, umieszczenia elektrod i poziomu szumu,

w zależności od czasowego i przestrzennego (względem układu elektrod) przebiegu elektrycznej akcji serca, załamki P lub T mogą być nieobecne lub niewidoczne,

otrzymanie identycznych rezultatów pomiarowych dla kolejnych ewolucji serca jest niemożliwe dla sygnałów biologicznych i problematyczne nawet w przypadku, gdy sygnał analogowy pochodzi z generatora – rekomendowanym sposobem postępowania jest wykonanie cyfrowej kopii sygnału wybranej ewolucji serca i wielokrotne dołączenie jej po korekcji linii izoelektrycznej.

W tych warunkach szczególnie istotne jest zapewnienie powtarzalności eksperymentów wykonywanych w celu weryfikacji oprogramowania.

Metody wyznaczania granic załamków

Niezależnie od metody, wyznaczanie granic załamków jest oparte na wartościach heurystycznych, których wyznaczenie może wymagać wielu powtórzeń procedur projektowania i testowania.

Wśród metod detekcji granic załamków można wyodrębnić trzy grupy:

oparte na analizie statystycznych własności sygnału – w obrębie załamków założenie o losowości wartości próbek (i ich pochodnych) nie jest spełnione,

oparte na analizie reprezentacji czasowo-częstotliwościowej i detekcji punktów zerowania ciągu wartości w wybranych skalach,

oparte na najlepszym dopasowaniu parametrycznego modelu załamka do sygnału, a następnie wyznaczeniu granic na podstawie parametrów modelu.

Wszystkie grupy metod są dość wymagające obliczeniowo. Trudno wskazać metody jednoznacznie lepsze lub gorsze, przykładowo, detekcja początku zespołu QRS jest bardziej efektywna przy użyciu metod statystycznych, natomiast do detekcji końca załamka T przydatne są raczej metody oparte na dopasowaniu.

W wybranych zastosowaniach detekcja wszystkich pięciu punktów granicznych załamków nie jest konieczna. Procedury przeznaczone do analizy odcinka QT wymagają jedynie detekcji początku zespołu QRS i końca załamka T. Z kolei procedury detekcji migotania przedsionków wymagają uprzedniego wyznaczenia granic zespołu QRS w celu usunięcia sygnału w jego zakresie.

Wyznaczanie granic załamków jest przedmiotem kontroli jakości ze strony organów decydujących o dopuszczeniu rejestratorów z interpretacją do obrotu handlowego i stosowania w praktyce medycznej, na podstawie norm międzynarodowych. Niezależnie od przeznaczenia procedury, konstruktor musi liczyć się z wielokrotnym jej poprawianiem i testowaniem z użyciem znacznej ilości zapisów wzorcowych – warto zatem przygotować oprogramowanie automatyzujące testy i statystyczną obróbkę ich rezultatów.

Dodatkowe informacje