Услышать сердце человека: разработки петербургских ученых помогут спасти жизнь людям, страдающим от аритмии

Услышать сердце человека: разработки петербургских ученых помогут спасти жизнь людям, страдающим от аритмии

Ученые ЛЭТИ предложили использовать новые методы для повышения достоверности on-line диагностики опасных форм аритмий.

15.08.2018 1813

Ученые СПбГЭТУ «ЛЭТИ» предложили использовать новые методы для повышения достоверности on-line диагностики опасных форм аритмий. Грант РФФИ позволит разработать алгоритмы автоматического распознавания нарушений сердечного ритма на основе исследований синхронных записей внутрисердечных электрограмм и поверхностной ЭКГ.

Для обнаружения и классификации опасных для жизни человека нарушений сердечного ритма – фибрилляций и трепетаний предсердий и желудочков – специалисты кафедры биотехнических систем СПбГЭТУ «ЛЭТИ» предлагают использовать новые методы обработки и автоматического анализа биомедицинских сигналов, основанные на закономерностях изменения поверхностной электрокардиограммы (ЭКГ) при нарушениях передачи возбуждения по проводящей системе сердца – внутрисердечной электрограмме (ЭГ).

Решение научной проблемы, которую поставили перед собой петербургские ученые, чрезвычайно важно для совершенствования современных медицинских диагностических приборов и находится в русле развития персонализированной и цифровой медицины в России. Существующие системы автоматического компьютерного анализа ЭКГ не дают точной диагностики, особенно в режиме реального времени, уступая по качеству традиционному визуальному анализу сигнала.

«Используемая сегодня диагностика опасных аритмий по поверхностной ЭКГ не позволяет оценить состояние отделов миокарда, выявить пусковые факторы аритмий, функциональные и морфологические причины нарушений ритма сердца. Фактически по поверхностной электрокардиограмме регистрируется интегральная картина распространения электрического возбуждения по проводящей системе сердца к миокарду», – рассказывает руководитель проекта, заведующий кафедрой БТС, доктор технических наук, профессор Зафар Мухамедович Юлдашев.

Для получения более достоверной картины нарушений ритма сердца сегодня кардиологам приходится прибегать к длительной регистрации ЭКГ и отсроченному анализу ранее записанных фрагментов ЭКГ («off-line» анализ), в то время как для оказания пациенту экстренной медицинской помощи продолжительность диагностики аритмий не должна превышать нескольких десятков секунд. Внедрение новых методов цифровой обработки биомедицинских сигналов, предложенных учеными ЛЭТИ, позволит устранить противоречие между достоверностью диагностики и ее продолжительностью, сделав диагностику в режиме реального времени максимально достоверной.

«Новизна исследования заключается в выявлении закономерностей изменения внутрисердечных электрограмм (ЭГ) при нарушениях передачи возбуждения по проводящей системе сердца к миокарду, совместном анализе синхронных записей поверхностных ЭКГ и внутрисердечных электрограмм, в выявлении нового класса предикторов опасных аритмий, которые сегодня не используются при диагностике нарушений ритма сердца, разработке алгоритмов обработки и анализа биомедицинских сигналов с использованием расширенного комплекса диагностически значимых показателей заболевания». 

Заведующий кафедрой БТС СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Зафар Мухамедович Юлдашев

Такой подход позволяет в значительной степени повысить точность и эффективность автоматической диагностики наиболее опасных форм аритмий, которые ассоциированы с тяжелыми осложнениями (инсульт, застойная сердечная недостаточность) и внезапной смертью.

Дальнейшее использование разработанных алгоритмов в системах удаленного мониторинга сердечного ритма людей, тревожной сигнализации эпизодов аритмий позволит повысить эффективность кардиомониторинга и обнаружения опасных нарушений ритма сердца в режиме реального времени, своевременно предотвратить катастрофические для пациентов состояния.

Внедрение результатов исследований ученых петербургского вуза в здравоохранение и медицинскую промышленность будет способствовать повышению эффективности работы кардиомониторов, наружных и имплантированных электрокардиостимуляторов, кардиовертеров-дефибрилляторов, улучшит качество лечения больных с нарушениями сердечного ритма. Их количество в России, по данным статистики, сегодня составляет не менее 100 тыс. человек на 1 млн населения.

С проектом «Разработка новых алгоритмов автоматического распознавания опасных нарушений сердечного ритма по поверхностной и инвазивной электрокардиограмме» ученые СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в июле 2018 года стали победителями конкурса на лучшие научные проекты междисциплинарных фундаментальных исследований по теме «Фундаментальные проблемы биомедицинской радиоэлектроники» в направлении «Разработка новых методов анализа электро- кардиограмм, магнито- кардиограмм и энцефалограмм». Проект ЛЭТИ вошел в число 28 поддержанных научных проектов, которые были отобраны из 127 допущенных к конкурсу. Финансовая поддержка РФФИ составит 18 млн рублей на 3 года. По оценке экспертов, предполагаемые результаты исследований являются прорывными, способны инициировать развитие новых областей знаний и обладают инновационным потенциалом – они станут основой для разработки новых технологий персонифицированной медицины.

«Проект развивает новое перспективное направление биомедицинской радиоэлектроники. Он соответствует приоритетному направлению Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации «Переход к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения».

Заведующий кафедрой БТС СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Зафар Мухамедович Юлдашев

Коллектив авторов проекта имеет многолетний опыт теоретических и экспериментальных исследований по актуальным проблемам биомедицинской радиоэлектроники, методам и алгоритмам автоматического анализа биомедицинских сигналов, которые осуществляются в сотрудничестве с биологами и врачами ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова» Минздрава России. Поддержанный РФФИ проект является продолжением финансируемых исследований по ряду грантов и государственному контракту, успешно выполненных на кафедре БТС в области разработки математических методов обработки и автоматического анализа биомедицинских сигналов, систем удаленного мониторинга состояния здоровья людей с хроническими заболеваниями. В последние годы по теме гранта защищены 7 кандидатских диссертаций (Юрьева О.Д., Зозуля Е.П., Марьяскин Е.Л., Семченков А.А., Якушенко Е.С., Саламонова И.С., Анисимов А.А.) и 2 докторские диссертации (Манило Л.А., Калиниченко А.Н.). В 2018 году два аспиранта из Республики Вьетнам, обучающиеся на кафедре БТС, будут защищать диссертации по теме гранта. По оценкам специалистов, проводивших экспертизу заявки на грант, коллективом получены выдающиеся научные результаты, определяющие развитие данного направления науки.

Результаты исследований, полученные ранее по теме гранта, использовались при разработке цифровых медицинских приборов и систем для кардиологии, создании их аппаратного и программно-алгоритмического обеспечения. За последние годы были внедрены в промышленное производство: компьютерная система мониторного контроля ЭКГ РИТМОН (совместно с ООО «Биосигнал»); компьютерный комплекс для функциональных электрокардиографических исследований КАРДИОМЕТР-МТ (совместно с ЗАО «Микард-Лана», г. Санкт-Петербург); микрокомпьютерный трёхканальный электрокардиограф (совместно с ОАО Концерн «Аксион», г. Ижевск); монитор глубины анестезии ЛАСКА (совместно с ЗАО «Завод «Электромедоборудование», г. Санкт-Петербург), методы и алгоритмы обработки и анализа биомедицинских сигналов внедрены и используются в Национальном медицинском исследовательском центре им. В.А. Алмазова.

Для справки:

В состав коллектива авторов проекта входят: Юлдашев Зафар Мухамедович (руководитель) – заведующий кафедрой БТС СПбГЭТУ «ЛЭТИ», доктор технических наук, профессор; Немирко Анатолий Павлович – профессор кафедры БТС, доктор технических наук, профессор; Манило Людмила Алексеевна – профессор кафедры БТС, доктор технических наук, профессор; Лебедев Дмитрий Сергеевич – заведующий научно-исследовательским отделом аритмологии ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова» Минздрава России, доктор медицинских наук, профессор РАН; Михайлов Евгений Николаевич – заведующий НИЛ нейромодуляции ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова», доктор медицинских наук; Анисимов Алексей Андреевич – доцент кафедры БТС, кандидат технических наук; аспиранты кафедры БТС Боброва Юлия Олеговна, Сидорова Марина Андреевна, Хачатрян Карина Смбатовна.

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) является участником Проекта 5-100. «Биомедицинская инженерия» входит в число приоритетных междисциплинарных научных направлений университета.