Моделирование карт наружных потенциалов для исследования алгоритмов решения обратных задач электрокардиографии

Аннотация

Работа посвящена вопросам моделирования электрической активности миокарда с помощью клеточных автоматов. Предложен алгоритм расчета электрокардиографических карт наружных потенциалов на поверхности грудной клетки, в том числе и при патологических изменениях в сердечной мышце. Под патологическими изменениями, характерными для ишемизированных участков сердца, понимается наличие областей миокарда с задержанным проведением возбуждения. В качестве модели поверхности грудной клетки использован круговой цилиндр конечной длины. Рассмотрено две модели: проводящий цилиндр в проводящей среде (однородная модель грудной клетки и окружающего ее пространства) и проводящий цилиндр, окруженный воздухом, (модель, учитывающая границу тело–воздух). Поверхность сердца представлена сферой, покрытой одиночным слоем клеточных автоматов. При моделировании электрического поля сердца каждый клеточный автомат интерпретируется как точечный электрический диполь. Вектор дипольного момента ориентирован по нормали к поверхности сердца, а величина дипольного момента определяется состоянием клеточного автомата в каждый дискретный момент времени в ходе процесса возбуждения миокарда. В разработанной модели заложены возможности изменения размеров сердца и грудной клетки, положения сердца в грудной клетке и электрической оси сердца, размеров и локализации патологических областей. По результатам моделирования проведено сравнение электрокардиографических карт наружных потенциалов в однородной среде и при учете границы тело—воздух для типичных размеров грудной клетки и сердца взрослого человека. Рассчитаны и проанализированы относительные отклонения и коэффициенты корреляции карт наружных потенциалов в дискретные моменты времени одиночного кардиоцикла. Исследовано влияние границы тело–воздух и наличия и расположения патологических областей миокарда на результаты моделирования. С помощью разработанной модели создан банк электрокардиографических карт наружных потенциалов, необходимых для апробации алгоритмов решения обратной задачи электрокардиографии, т. е. для разработки и исследования алгоритмов реконструкции эквивалентных пространственно-распределенных источников сердца по электрокардиографическим сигналам многоэлектродной ЭКГ-системы. Применение данных алгоритмов позволит повысить чувствительность и надежность электрокардиографической диагностики, особенно на ранних стадиях заболеваний сердца.