Wynik badania EKG w formie kolorowej mapy? Projekt naszych naukowców z Wydziału Fizyki

Zespół kierowany przez dr. inż. Tomasza Gradowskiego z Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej opracował nowy sposób prezentowania zapisów z badań EKG. Wyniki pracy opublikowano w czasopiśmie „Computer Methods and Programs in Biomedicine”.

Podczas wielogodzinnego badania EKG powstaje zapis obejmujący tysiące uderzeń serca. Na tradycyjnym wykresie można dokładnie przeanalizować pojedyncze z nich, ale przejrzenie całego zapisu jest znacznie trudniejsze. Pomagają w tym wykresy zmienności rytmu, które pokazują odstępy między kolejnymi uderzeniami. Nie pozwalają jednak sprawdzić, czy zmienia się ich kształt. Opracowana przez badaczy metoda łączy obie te informacje w jednym obrazie. Naukowcy nazwali go wykresem dywanowym (ang. carpet plot). Program odnajduje w EKG kolejne załamki R, czyli charakterystyczne szczyty sygnału, i wybiera fragmenty zapisu wokół każdego z nich. Następnie układa je w kolejnych rzędach, a wartości napięcia przedstawia za pomocą kolorów.

„Patrzymy na elektrokardiogram oczami fizyka. I widzimy sygnał kwaziperiodyczny, który jest odbiciem dynamiki układu złożonego, jakim jest serce. Na tę dynamikę skadają się procesy o charakterze zarówno lokalnym (depolaryzacja i repolaryzacja kardiomiocytów), jak globalnym (zmienność rytmu, sprzężenie z oddechem). Zatem użycie jednocześnie dwóch skal czasowych było dla nas czymś naturalnym”- powiedział dr inż. Tomasz Gradowski

Na przygotowanej w ten sposób mapie kolejne rzędy odpowiadają kolejnym uderzeniom serca. Fragmenty zapisu nie są rozciągane ani ściskane, dlatego zachowane zostają rzeczywiste odstępy RR, związane z chwilowym rytmem serca. Jednocześnie kolory pokazują zmiany kształtu zespołu QRS, odcinka ST i załamka T. Przy regularnej pracy serca na mapie tworzą się uporządkowane pasma. Gdy w zapisie pojawiają się zaburzenia rytmu albo zmiany jego kształtu, układ ten się zmienia.

Metodę przetestowano na zapisach z kilku ogólnodostępnych baz danych, obejmujących osoby zdrowe i pacjentów z różnymi zaburzeniami pracy serca. Na wykresach widoczne były między innymi epizody migotania przedsionków, dodatkowe pobudzenia komorowe, długie przerwy w rytmie oraz blok przedsionkowo-komorowy. U osoby z zespołem długiego QT można było obserwować zmiany odstępu QT i kształtu załamka T wraz ze zmianami rytmu serca. W próbie wysiłkowej odrębne wzory tworzyły spoczynek, wysiłek i powrót organizmu do stanu wyjściowego.

Opracowana metoda została opisana w czasopiśmie „Computer Methods and Programs in Biomedicine” w artykule „A novel method for analysis of transient morphological changes in quasiperiodic physiological signals and their neurogenic correlates”. Nie jest jeszcze narzędziem diagnostycznym.  

Metoda dywaników nie jest jedynym algorytmem, opracowanym przez Pracownię Fizyki Układu Krążenia Człowieka, do której należą autorzy pracy. Grupa fizyków opracowała również w ostatnim czasie metodę rekonstrukcji potencjałów unipolarnych, która pozwala na przeprowadzenie wirtualnej biopsji serca.