Строительные исследования
страница - 0
Обработка реографических данных в задаче диагностики глаукомы
Ватутина В. М. ( vbatutina@yandex.ru ) (1), Им Тхек-де (1), Комаровских Е. Н. (2), Слабко В. В (1)
(1)Красноярский государственный технический университет, (2)Красноярская государственная медицинская академия
1. Введение
Ранняя диагностика заболеваний является одной из основных проблем современной медицины. Для решения задач диагностики все чаще используются методы математической обработки данных. В настоящее время эти методы находят широкое применение в офтальмологии при диагностике некоторых заболеваний, в том числе и первичной глаукоме.
Внедрение математических методов в офтальмологии идет в двух направлениях -использование в диагностических методах сбора и обработки информации и непосредственно в диагностике заболеваний.
Использование математических методов требует, как правило, представления диагностических данных полученных инструментальными методами. Одним из широко используемых инструментальных методов в медицине является метод реографии, основанный на регистрации изменений электрического импеданса органов, обусловленных их пульсовыми колебаниями кровенаполнения при сердечном сокращении, представляемых в виде кривых, называемых реограммами.
В последние годы появляется все больше сообщений об успешном применении нейросетевых технологий для решения медико-биологических задач. Преимуществами этого метода являются доведенные до пользовательского уровня алгоритмы анализа данных и достаточно четкая классификация объектов.
Впервые сообщение о возможности исследования гемодинамики глаз с помощью реографии было сделано чехословацкими учеными. Исследования гемодинамики глаза в нашей стране были начаты Л.А. Кацнельсоном (1962-1977) [1] и продолжены многими исследователями. Л.М. Кацнельсоном была детально изучена гемодинамика глаз у больных открытоугольной глаукомой и при остром приступе закрытоугольной глаукомы. Автор отмечал высокую информативность метода реоофтальмографии и возможность использования его в исследовании гемодинамики глаз при глаукоме.
В настоящее время имеется теоретическое обоснование биофизических основ реографии и накоплен достаточно большой опыт применения реографического метода исследования состояния гемодинамических процессов в органах и тканях человека[См., например, 2].
Метод реографии основан на регистрации колебаний сопротивления живой ткани организма переменному току высокой частоты (до 500 кГц и силой не более 10 мА). Применение переменного тока определенной частоты позволяет выделить из общего электрического сопротивления переменный компонент, связанный с пульсовыми колебаниями кровенаполнения. Этот переменный компонент составляет 0.5 - 1 % от общего электрического сопротивления. Электропроводность тканей изменяется в результате пульсации артериального кровотока на фоне почти постоянного кровотока в и капиллярах, артериолах и мелких венах. Суммарное сопротивление всех тканей, находящихся в межэлектродном пространстве, отражается реограммой в виде интегральной кривой.
Метод реографии позволяет получить количественные и качественные показатели, дополняющие клинические данные при оценке функционального состояния системы
кровообращения, как в целом, так и в отдельных ее звеньях. Роль сосудистых нарушений в механизмах развития заболевания ОУГ признается большинством исследований. Таким образом, реографические исследования головного мозга при глаукоме - актуальны, особенно, в начальной стадии, когда можно предположить обратимость гемодинамических нарушений.
Реоэнцефалография (объектом исследования является мозг), (РЭГ) достаточно информативна, как при функциональных нарушениях мозгового кровообращения, так и при органических поражениях сосудов головного мозга. РЭГ с фронто-мастоидальным наложением электродов отражает суммарное состояние сосудов преимущественно в бассейне внутренней сонной артерии.
Метод реоофтальмографии (РОГ) (здесь объектом исследования является глаз) получил достаточно широкое распространение в практике офтальмологии. Этот метод возник из РЭГ, что вполне оправдано, поскольку кровоснабжение мозга и глаза, питающихся из бассейна внутренней сонной артерии во многом сходны.
Основная проблема заключается в том, что по виду кривой отличить реограммы пациентов с данным заболеванием и без него невозможно, т. е. в этом смысле диагностически РЭГ и РОГ мало информативны. Тем не менее, эти кривые позволяют получить ряд количественных соотношений (физиологических параметров), которые используются в диагностической практике [2]. В работах [3, 8] эти параметры впервые использовались для создания нейросетевых классификаторов ранней диагностики глаукомы, и была показана эффективность такого подхода. Отметим, что для нейросетевой идентификации реограмм необходимо представление исходного сигнала в виде вектора признаков, характеризующих состояние болезни. (Структурная схема используемой в таком случае системы распознавания приведена на рис 1). Поэтому физиологические параметры удобно использовать для этих целей. Возможно также представление зависимостей в виде дискретных и сходящихся рядов получаемых, при разложении кривой реографического сигнала по системе ортогональных функций. Это представление является универсальным и может значительно упростить выбор признаков реограмм для нейросетевых экспертных систем. В связи с этим возникает вопрос насколько целесообразно использование характеристик этих рядов для нейросетевых экспертных систем диагностики, по сравнению с физиологическими параметрами.
Поэтому целью данной работы является сравнительный анализ различных подходов к представлению реографических кривых в виде дискретного ряда признаков для нейросетевых экспертных систем в задаче ранней диагностики глаукомы.
Рис. 1. Структурная схема системы распознавания
Реографическое исследование проводилось в помещении с температурой воздуха 20-22 С°. Пациенты находились в горизонтальном положении, после 10-15 минутного отдыха. При регистрации реоэнцефалограммы использовалось фронто-мастоидальное (FM) отведение электродов. Круглые электроды диаметром 1,5 см фиксировались на голове резиновыми лентами. Для лучшего контакта электродов с поверхностью кожи головы на кожу, под электроды накладывались марлевые салфетки, смоченные в растворе 5-10 % NaCl, для улучшения контакта с кожей головы и уменьшения емкостного сопротивления. Запись реограмм проводят при спокойном дыхании или при задержке дыхания в фазе неглубокого выдоха.
Реографические исследования внутриглазного кровообращения аналогичны реографическим исследованиям для внутримозгового кровообращения. В нашем исследовании в качестве датчика для реоофтальмографии использовался датчик по Чиберене, который представляет собой пластмассовый прозрачный колпачок с расположенными по внутренним краям серебряными электродами. В отверстие на стенке колпачка вставлена присоска, которая создает легкий вакуум [4]. Для фиксации глаза применялся 0,5 % раствор дикаина. Проводилось исследование кровенаполнения в зоне расположенной между электродами. Контакт электродов с глазным яблоком в данном случае осуществлялся в области цилиарного тела и, таким образом, определялось кровенаполнение в зоне задних длинных цилиарных артерий.
Регистрация реограмм производилась при помощи аппаратно программного реографического комплекса «МИЦАР - РЕО-201» разработанного ООО «МИЦАР» (Санкт-Петербург). Типичный вид реограммы представлен на рисунке 1.
Рис. 2. Характерная экспериментальная реоэнцефалограмма
3. Использование физиологических параметров в качестве признаков реограмм.
Уточнить характер изменений, определенных визуально и выявить целый ряд дополнительных особенностей в изучаемой области позволяет численный анализ реозаписей. Целесообразно пользоваться в зависимости от задач исследования оптимальным минимумом наиболее информационных признаков, при количественном анализе реограмм. Мы использовали параметры, которые наиболее часто применяются в медицинской практике.
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3]