Материал: qBwr6F5aGa

Работа выполнена на кафедре радиотехнических систем Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Богачѐв Михаил Игоревич, ведущий научный сотрудник кафедры радиотехнических систем

Официальные оппоненты:

–доктор технических наук, профессор Малыхина Галина Фѐдоровна, заведующий кафедрой измерительных информационных технологий федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет"

–кандидат технических наук, доцент Бритин Сергей Николаевич, профессор кафедры радиосистем федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

Защита состоится «29» декабря 2014 г. в 11-00 на заседании диссертационного совета Д 212.238.09 в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д.5.

С диссертацией можно ознакомиться на сайте www.eltech.ru и в библиотеке Санкт-

им. В.И. Ульянова (Ленина).

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Вегетативная нервная система (ВНС) отвечает за деятельность всего организма, от еѐ успешного функционирования зависят дыхание, кровообращение, мочеиспускание и другие функции. Вегетативные расстройства – любые заболевания или расстройства в работе ВНС. Среди широко распространенных заболеваний, вызванных нарушениями функционирования ВНС, встречаются такие, как синусовая тахикардия, артериальная гипертензия (АГ), обмороки различной этиологии, автономная недостаточность, а также ряд других. Известно, что около трети взрослого населения подвержены АГ, которая является ведущим фактором риска смертности и инвалидизации по причине заболеваний сердечно-сосудистой системы. Вегетативные расстройства могут быть результатом развития других патологий, следовательно, их выявление является актуальной задачей, как для диагностики самостоятельных нарушений, так и при их лечении, как сопутствующего заболевания.

Модель функционирования ВНС можно представить в виде многоконтурной системы автоматического регулирования с несколькими связанными контурами. Один из вариантов такой модели предложен A. Stefanovska и включает в себя систему из связанных осцилляторов, отражающих регуляторную систему, различные контуры которой характеризуют основной сердечный ритм (СР), модулирующий его дыхательный ритм, изменения тонуса сосудистого русла, нейрогенную и эндотелиальную метаболическую активности и другие более медленные контуры физиологической регуляции, каждый из которых работает в характерном диапазоне частот (см. рисунок 1). Одним из основных механизмов кратковременной регуляции артериального давления (АД) является механизм артериального барорефлекса (АБР), который заключается в коррекции СР и тонуса сосудистого русла в ответ на изменение АД, на которое реагируют барорецепторы.

Исследование систем автоматического регулирования может выполняться путем наблюдения ее реакции на стандартизованные регулярные задающие воздействия (различные функциональные, в т.ч. провокационные, пробы), однако результаты таких тестов не несут информации о ее функционировании в обычных (повседневных) условиях, а в ряде случаев могут быть противопоказаны. Поэтому одним из основных источников информации об эффективности вегетативной регуляции и сопутствующих нарушениях является длительное мониторирование физиологических сигналов, характеризующих деятельность сердечнососудистой системы. Наиболее часто используемыми параметрами при мониторировании являются СР и АД. Вопросы обработки данных и интерпретации результатов мониторирования подробно рассмотрены в работах таких учѐных, как G. Parati, S. Cerutti, M. Di Rienzo, K. Kazuomi, А.О. Конради, И.С. Киреенков, А.Н. Рогоза и ряда других, обобщѐнных в рекомендациях европейского общества кардиологов (ESH/ESC 1996–2013). В данных рекомендациях чрезвычайно подробно рассмотрены вопросы интерпретации суточного мониторирования АД, однако при этом мало внимания уделяется анализу многосуточных мониторограмм, включая оценки достоверности и воспроизводимости суточного профиля, динамики вариабельности АД и ряда других показателей. В качестве отдельного направления исследований выделяют хронобиологические подходы, связанные с выявлением квазипериодических био-

4

Рисунок 1 – Вариант многоконтурной схемы физиологической регуляции артериального давления

логических ритмов у живых организмов и их ассоциацией с различными механизмами физиологической регуляции. Данное направление в настоящее время активно развивается последователями F. Halberg, основателя первого специализированного хронобиологического центра в университете штата Миннесота (1940 г.). В частности, хронобиологическим анализом мониторограмм СР и АД активно занимаются такие исследователи, как F. Portalluppi, С.М. Чибисов, Г.С. Катинас.

Как уже отмечалось выше, одним из наиболее типичных нарушений ВНС является развитие АГ. Современная терапия может существенно минимизировать и даже предотвратить ущерб, наносимый гипертонической болезнью системам органов, сокращая инвалидизацию от сердечно-сосудистых осложнений и увеличивая продолжительность жизни. В ряде случаев персональный подбор антигипертензивной терапии является сложной клинической задачей, требующей учета индивидуальных особенностей суточных ритмов параметров гемодинамики. В настоящее время особенности суточного профиля АД и его параметров у человека недостаточно изучены. Информация об уровне АД в течение суток чаще всего получается на основании суточного мониторинга, который не дает надѐжной информации о воспроизводимых колебаниях параметров гемодинамики. Использование многосуточного мониторинга позволяет не только получить традиционные показатели, такие как величина среднесуточного давления, степень ночного снижения и утреннего подъема, индекс нагрузки и вариабельность АД, но и оценить значения профиля АД в каждый момент времени, а также найти его точки роста и снижения, характерные для конкретного пациента. Прогнозирование поведения профиля АД может быть полезным в подборе корригирующей терапии. Именно достижение целевого профиля АД у пациентов с АГ дает возможность получить максимальную пользу от антигипертензивной терапии, заключающейся в улучшении качества и увели-

5

чении продолжительности жизни. В настоящее время вопрос регистрации многосуточных мониторограмм технически решѐн успешно, однако анализ данных такого мониторинга и особенно их корректная интерпретация недостаточно проработаны. Затруднения в первую очередь связаны со сложностью структуры получаемых данных, образованных суперпозицией различных физиологических ритмов вкупе с различными трендами и флуктуациями. Таким образом, разработка системы информационной поддержки диагностики и подбора тактики медикаментозного воздействия на основе данных многосуточного мониторирования является важной и актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является разработка методологического и алгоритмического обеспечения системы информационной поддержки принятия решений врача, позволяющая производить подбор и оценку эффективности корригирующей терапии при нарушениях вегетативной регуляции по данным многосуточного мониторинга.

Задачами диссертационного исследования являются:

1.Разработка структуры и методологического наполнения системы анализа данных многосуточного мониторирования АД и сердечного ритма;

2.Создание методов совместного анализа динамики артериального давления и сердечного ритма в интересах раздельной оценки эффективности механизмов кратковременной и долговременной регуляции артериального давления;

3.Классификация аномальной динамики физиологических ритмов, обусловленной нарушениями вегетативной регуляции, в интересах извлечения дополнительной диагностической информации;

4.Разработка алгоритмов информационной поддержки персонифицированного управления регулярной динамикой артериального давления с помощью корригирующей терапии по данным его многосуточного мониторирования.

Объектом исследования является система информационной поддержки диагностики нарушений сердечно-сосудистой регуляции.

Предметом исследования является методологическое и алгоритмическое обеспечение автоматизированной системы диагностики вегетативных расстройств.

Методы исследования включают корреляционный, регрессионный, флуктуационный и интервальный анализ данных, математическое моделирование, и другие методы математической статистики. Моделирование медленной регуляции физиологических ритмов произведено с использованием класса случайных процессов с долговременной зависимостью (ДВЗ). Моделирование произведено с использованием программирования на языках C и R. Программные модули комплексного анализа данных разработан с использованием среды

MATLAB.

Новые научные результаты диссертации:

1.Предложен алгоритм анализа данных длительных мониторограмм АД для решения задачи оценки типичного профиля и статистических свойств колебаний АД относительного него с учетом индивидуальных особенностей регуляции сердечнососудистой системы, базирующийся на декомпозиции исходного ряда и последующем раздельном анализе его компонент;