Electrocardiography training systems

Abstract

Currently, medical information technologies based on knowledge bases, automated information support systems for doctors, including means of centralized accumulation of data about a patient and his treatment, and consulting (training) expert systems, are widely developed abroad.

Full Text

В настоящее время широкое развитие за рубежом получили медицинские информационные технологии, основанные на базах знаний, автоматизированные системы информационного обеспечения врачей, включающие средства централизованного накопления данных о больном и его лечении, консультирующие (обучающие) экспертные системы.

Только по электрокардиографии существует более 10 обучающих систем, работающих с такими базами данных, как AHA/ECRI, MIT/BIN [12] и CSE [6]. Последняя разработана в рамках проекта CSE (Единые стандарты количественной электрокардиографии) содержит 250 оригинальных (реальных) и 250 искусственных ЭКГ по 14 отведениям (12 стандартных и 3 ортогональных по Франку) из них 26% нормальных ЭКГ, остальные с различными нарушениями. Частота квантования сигналов — 500 Гц, точность —4 0 бит, максимальный шаг дискретизации по амплитуде — 5 мкВ.

Для создания базы данных списан программный имитатор 12 отведений ЭКГ на базе Минесотского кода [11]. Имитатор синтезирует 100 различных ЭКГ из 9 классов с вариацией амплитуды и длительности зубцов P, Q, R, S, Т, интервалов PQ и QRS, уровня и наклона сегмента ST. На основе этих баз данных были созданы обучающие программы по клинической аритмологии, содержащие 43 реляционные схемы для диагностики сердечного ритма и 63 реляционные схемы для классификации сердечных сокращений [9].

Аналогичные схемы используются в обучающей системе по функциональной диагностике в следующих режимах: обучения — на дисплее отображается ЭКГ с характерными точками, тестирования — отображение нормальных и патологических циклов и их классификация [8].

Автоматизированная система обучения по курсу нарушения ритма сердца для студентов-медиков 2-го курса выводит на экран дисплея графическое изображение сердца с маркированием точек регистрации электрограмм (ЭГ), а также предсердную, узловую и желудочковую ЭГ. База данных включает в себя характерные ЭКГ и ЭГ 22 видов аритмий [4].

Обучающая программа по электрокардиографии [10] предназначена для обучения студентов-медиков и инженеров и работает в двух режимах. В режиме обучения пользователю представляются записи ЭКГ и их интерпретация. В режиме ответов на вопросы пользователь должен описать предложенные ЭКГ. В программу обучения входят измерение частоты сердечных сокращений, оценка влияния лекарственных препаратов, распознавание аритмии, оценка электролитного баланса.

Дана методика [2] применения микро-ЭВМ для обучения медицинских сестер или студентов по разделу электрокардиографии. Программа позволяет представлять информацию в режиме «меню», пользоваться точными инструкциями при анализе ЭКГ. Описано расширение системы, позволяющей снимать реальные ЭКГ и проводить их элементарный анализ.

Специализированная обучающая программа «Нарушение проводимости сердца» построена на базе микро-ЭВМ. Сердце схематически разделено на 219 элементов, выводимых на экран цветного дисплея. На схеме изображена проводящая система сердца. Последовательность охвата возбуждения различных участков сердца передается путем изменения окраски соответствующих областей. Предусмотрены возможности моделирования нарушений функционирования синусового узла, внутри- предсердного и узлового проведения, блокад ножек пучка Гиса, блокад I, II и III степени, нарушений внутрижелудочковой проводимости, дополнительных предсердно-желудочковых соединений [7].

Обучающая программа «Остановка сердца» [5] состоит из библиотеки ЭКГ и подсистемы моделирования ситуаций остановки сердца. Библиотека содержит наиболее частые виды аритмий, приводящие к остановке сердца и возникающие при выполнении реанимационных процедур. Подсистема моделирования осуществляет случайный выбор ситуации, связанной с остановкой сердца. Варьируются следующие параметры: момент остановки, ритм сердца, масса тела, pH крови, реакция на терапию и др. Пользователь выбирает необходимое терапевтическое воздействие из заданного списка (препарат, дозу и т. п.). В соответствии с выбранным воздействием происходит изменение состояния моделируемого больного, и результат выдается на дисплей. Процедура моделирования продолжается до «оживления» или «смерти» пациента.

Программа имитационного моделирования «Внезапная смерть» [1] для обучения студентов и усовершенствования практических Навыков врачей очень реально моделирует процесс спасения пациента при фибрилляции и тахикардии желудочков, асистолии. В программе широко использованы методы машинной графики для отображения больного и его состояния, лечебных мероприятий, динамики ЭКГ. Стоимость программы— 175 долларов, разработки — 1100 тыс. долларов.

Нами составлена компьютерная система, предназначенная для обучения студентов-медиков и усовершенствования практических навыков врачей по разделу «Электрокардиология», которая может быть реализована на любых персональных компьютерах в виде пакета программ и библиотеки данных в операционной системе MS—DOS, Работа системы - организована по типу «меню» с точными инструкциями для пользователя. При этом используются следующие режимы: обучения — на цветном дисплее отображается ЭКГ с характерными особенностями, тестирования— отображение нормальных и патологических циклов и их классификация (по 12 стандартным отведениям).

Система содержит библиотеку синтезированных ЭКГ в виде базы данных для нормальных ЭКГ, диагностики аритмий и различных форм кардиоциклов по 12 отведениям. База данных «нормальные ЭКГ» включает нормальные ЭКГ по 12 отведениям для 6 возрастных групп (новорожденных в первые сутки, детей до 2 лет, от 3 до 5 лет, от 6 до 10 лет, от 12 до Ь6 лет, взрослых), а также нормальные ЭКГ для 12 положений оси сердца.

В базу данных «Нарушение ритма сердца» введены характерные ЭКГ для 21 вида аритмий: синусовые ритмы (нормальная, тахикардия, брадикардия, синусовая аритмия, пауза предсердные ритмы (экстрасистолия, предсердная тахикардия, реентри, мерцание и трепетание предсердий), узловые ритмы (собственно узловой ритм, узловая экстрасистолия, мигрирующий узловой ритм, узловая тахикардия), блокады I, II, III степени, желудочковые ритмы (экстрасистолы, миграция желудочкового ритма, желудочковая тахикардия, мерцание и фибрилляция желудочков).

База данных по кардиоциклам содержит синтезированные ЭКГ (12 отведений) по следующим разделам: нормальная электрокардиограмма (различные варианты нормальной ЭКГ), гипертрофия миокарда (различные типы гипертрофии левого и правого желудочков, гипертрофия правого, левого и обоих предсердий), нарушение внутрижелудочковой проводимости (различные типы блокад правой, левой и ветвей левой ножки пучка Гиса, трехпучковая блокада, периферические блокады), нарушение коронарного кровообращения (виды инфаркта миокарда с различными типами смещения сегмента ST).

Для синтезирования каждой ЭКГ используется 15 параметров, что позволяет значительно уменьшить (до 30 раз) объем базы данных [6, 12]. Используемые параметры связаны с амплитудными и временными характеристиками зубцов, сегментов и интервалов ЭКГ-сигнала. Каждый параметр задается средним значением и дисперсией (может меняться пользователем) [3], что дает возможность с помощью статистических методов реализации случайных процессов получить множество синтезированных ЭКГ-сигналов для данной патологии или нормы.

По желанию пользователя система может быть расширена как по программному обеспечению (включение дополнительных функций обучения), так и по базе данных (включение новых синтезированных или реальных ЭКГ).