Многофункциональная кардиограмма (МКГ) является диагностическим инструментом, утвержденным Управлением по контролю за продуктами и лекарствами и Американской медицинской ассоциацией, который используется для диагностики ишемии миокарда вследствие ишемической болезни сердца (ИБС). Многофункциональная кардиограмма записывает данные ЭКГ в состоянии покоя между миокардом и внутрисердечным притоком крови, чтобы точно провести компьютерную диагностику без стресса, радиации, химических веществ и инвазивности.
Функция кардиограммы сердца
Многофункциональная кардиограмма представляет собой 82-х секундный тест, где от отведений II и V5 в состоянии покоя электрические сердечные сигналы собираются, преобразуются, зашифровываются и отправляются в Главный центр данных Сердца. Затем данные анализируются и преобразуются в несколько математических функций. Эти математические модели производят матрицу на основе 166 различных показателей, которая затем сравнивается с базой данных о более чем 40000 пациентов с широким спектром клинически проверенных случаев ишемии миокарда. Итоговый отчет возвращается к врачу через интернет-соединение с устройством многофункциональной кардиографии менее чем через 10 минут.
Выполнение многофункциональной кардиограммы: четыре шага процесса
Многофункциональная кардиограмма осуществляется в следующие четыре шага.
Шаг 1
Несколько полных циклов аналоговых сигналов ЭКГ полного покоя от отведений II и V5 записываются на портативное устройство от пациента в интересующей точке. Записанные сигналы затем преобразуются, зашифровываются и надежно передаются вместе с демографической информацией о пациенте в главный центр данных для обработки.
Шаг 2
Компьютеры в центре обработки данных выполняют быстрое преобразование Фурье сигналов от каждого провода, подготавливая их к серии дополнительных математических преобразований. Исследования, проведенные за последние три десятилетия показали, что эти математические функции способны извлекать физиологическую информацию, содержащуюся между двумя отведениями левого желудочка - II и V5.
Шаг 3
Многофункциональная кардиограмма математически преобразует комплекс нелинейной информации, полученной в шаге 2. Математические преобразования используют несколько включенных нелинейных математических функций, таких как авто и перекрестные спектры мощности, перекрестная корреляция, когерентность, импульсная характеристика и фазовый сдвиг. Эти функции производят 166 показателей. Показатели модели конкретного пациента сравниваются с аналогичными моделями, полученными от людей, чьи данные многофункциональных кардиограмм были введены в огромную эмпирическую базу данных. Эта база данных состоит из данных о более чем 27000 людей с ИБС, статус ИБС и тяжесть заболевания которых включены в базу данных и были подтверждены коронарной ангиографией. Важно отметить, что база данных содержит также результаты многофункциональной кардиографии многих пациентов, которые имеют один или несколько неишемических сердечных заболеваний. Таким образом, база данных применяется, чтобы провести различие между многофункциональными кардиограммами у пациентов с сердечной ишемией и кардиограммами у пациентов с неишемическими заболеваниями сердца или у пациентов, у которых присутствует и сердечная ишемия и неишемическая болезнь (болезни) сердца. Около 13000 пациентов в базе данных имели нормальные коронарные ангиограммы или было определено, что они не имеют ИБС после независимой оценки двух кардиологов. База данных тщательно собиралась в течение многих лет, и многофункциональные кардиограммы каждого участника были проверены и соотнесены с наличием (или отсутствием) и тяжестью ИБС. База данных была разработана, для надежности и сведения к минимуму предвзятости, в том числе среди других мнений, 49% от ее данных получены от женщин в возрастном диапазоне 14-100 лет, с ИБС или без ИБС, а также от людей с разными формами заболеваний сердца (например, аритмия, гипертрофия, кардиомиопатия), в дополнение к ИБС. База данных содержит также другие клинические и диагностические данные от всех 40000 с лишним пациентов, включая информацию о других, несердечных заболеваниях.
Шаг 4
На основании сравнения со справочной информацией базы данных, сообщается общая оценка тяжести ишемии (от 0 до 20).
Клиническое применение
Многофункциональная кардиография была использована для прогнозирования результатов коронарной ангиографии в нескольких тщательно разработанных и успешно проведенных перспективных проверках клинических испытаний слепым методом (Грубе, 2007; Грубе, 2008; Вейсс, 2002; Хосокава, 2008). Эти исследования были проведены в семи странах и на трех континентах (Северная Америка, Азия и Европа). В этих исследованиях, многофункциональная кардиограмма была выполнена на пациентах, которым была назначена кардиологом факультативная коронарная ангиография, на основании клинического представления и стандартного неинвазивного обследования, принимая во внимание, что пациенты имели от среднего до высокого риска развития стеноза коронарных артерий. Степень развития стеноза коронарных артерий была определена как 70% или более развития стеноза одной или нескольких основных эпикардиальных артерий или 50% или более развития окклюзии ствола левой коронарной артерии. Пациенты в этих исследованиях олицетворяют «истинный» уход, как и пациенты, изученные Пателом. В этой связи неудивительно, что процент пациентов, у которых был найден существенный стеноз коронарных артерий в каждом из этих испытаний, был сходен с процентом тех, у кого был стеноз коронарных артерий в исследовании Патела. Это означает, что даже, несмотря на лечение кардиологов, считающих, что некоторые пациенты в этих четырех исследованиях имели высокий риск существенной ИБС, обследованные в этих исследованиях пациенты были, в действительности, со средним риском возникновения значительных заболеваний сердца скорее, чем с высоким риском. Таким образом, результаты этих испытаний непосредственно применимы к большинству пациентов с подозрением на ИБС. Эти четыре исследования многофункциональной кардиографии были разработаны, чтобы сравнить точность многофункциональной кардиограммы с точностью стандартных методов медицинского обследования (например, клиническое представление, связанное со стандартным неинвазивным обследованием), в предсказании существования существенного стеноза коронарных артерий. Это прямое сравнение для прогнозирования результатов коронарной ангиографии - золотого стандартного обследования – никогда ранее не публиковалось, к нашему сведению, в медицинской литературе с 1949 года по настоящее время. Исследования были построены следующим образом:
- Все пациенты (n = 1076) прошли многофункциональную кардиографию до коронарной ангиографии по каким-либо показаниям.
- Ангиографы и персонал в каждом исследовании были не осведомлены обо всех результатах многофункциональной кардиограммы и выводах.
- Данные коронарной ангиографии были записаны в цифровом виде и прошли центральный обзор двумя независимыми кардиологами, которые были не осведомлены о результатах многофункциональной кардиограммы.
- Отметка многофункциональной кардиограммы от 4,0 и выше рассматривалась как свидетельство о гемодинамически существенном стенозе коронарной артерии > 70%, по крайней мере, одного сосуда большого размера.
- Все испытания, будь то одного или нескольких центров на трех континентах в семи странах, произвели статистически воспроизводимых результаты.
Каждое из испытаний имело сходные результаты. Стробек объединил результаты этих исследований в метаанализ, который сообщил следующее:
- Многофункциональные кардиограммы правильно классифицированы для 941 из 1076 пациентов с или без существенного стеноза.
- Чувствительность/специфичность: 91,2%/84,6% (в соответствии с вышеупомянутыми равнозначными публичными исследованиями).
- Положительная/отрицательная прогностическая ценность: 81,9%/92,6% (в соответствии с вышеупомянутыми равнозначными публичными исследованиями).
- Результаты были сходными во всех исследованиях и не зависели от пола, этнической принадлежности, географического расположения или степени по фрамингемской шкале риска.
Эта диагностическая характеристика выгодно отличается от других неинвазивных диагностических исследований. Например, обзор исследований стрессовой сцинтиграфией показал широкий диапазон чувствительности от 44% до 89% и специфичность 89-94% для заболеваний более двух сосудов (Элхенди, 2002). Были проведены многочисленные исследования использования эхокардиографии в качестве диагностического инструмента для заболеваний коронарных сосудов, и показали чувствительность в диапазоне от 31% до 90%, в особых случаях в диапазоне от 46% до почти 100% (Гельжинис, 2007; Марвик, 2009; Смарт, 2000). Эти исследования также показывают, что эти условия являются менее точными для пациентов, имеющих один сосуд, пораженный ИБС. Неспособность стандартных неинвазивных диагностических исследований точно диагностировать ИБС у женщин, было давней проблемой в кардиологии. Важно отметить, что в каждом из этих испытаний, чувствительность, специфичность и положительная и отрицательная прогностическая ценность многофункциональной кардиограммы в предсказании существования существенной ИБС у женщин были так же качественны, как это было у мужчин. Эти данные были недавно опубликованы Стробеком и соавторами в 2011 году в метаанализе. Авторы пришли к выводу, что чувствительность и специфичность многофункциональной кардиограммы для обнаружения существенной ИБС у женщин, как и диагностика с помощью коронарной ангиографии, оказываются равнозначными или лучшими, по сравнению с характеристиками ЭКГ в состояниях покоя и стресса и других методов визуализации. Это связано с тем, что данные базы по сравнению с индивидуальными данными пациента учитывают физиологические различия между мужчинами и женщинами, а также физиологические изменения, связанные с возрастом. Это достигается путем заполнения базы примерно половиной данных, поступающих от женщин (нормальных женщин и женщин с заболеваниями сердца), и путем группировки данных по возрастным группам и полу (например, мужчины в возрасте 51-60, 61-70 и женщины в возрасте 51-60, 61-70 и т.д.). Другими словами, организация базы многофункциональных кардиограмм «нормирована» как по возрасту, так и по и полу. В целом, эти исследования свидетельствуют, что многофункциональная кардиограмма является клинически полезным инструментом для оказания помощи врачам в диагностике ИБС у женщин. Стробек и соавторы (2011) также завершили парные сравнения многофункциональной кардиограммы со стрессовой однофотонной эмиссионной компьютерной томографией (ОФЭКТ) и томографией перфузии миокарда (ТПМ) у 165 пациентов, которые находились в состоянии среднего риска, связанного с ИБС, на основе клинических данных, и которые согласились пройти как многофункциональную кардиографию, так и стрессовую ОФЭКТ, а затем выборочно ангиографию, если ОФЭКТ и ТПМ показывали отклонения, или присутствовала клапанная болезнь сердца. Они представляют собой диагностический опыт, типичный в «реальной» кардиологической практике. Определение значимых ИБС было таким же, что и в других исследованиях. Как и выше, в метаанализе, отметка многофункциональной кардиограммы <4 была использована, чтобы указать на отсутствие значимой ИБС. В общей сложности 116 пациентов с патологическими данными ОФЭКТ, постоянными болями в груди или значительными клапанными заболеваниями сердца были включены в окончательный анализ. Следующие результаты были получены:
Точность кардиограммы
Перспективные клинические испытания слепым методом показали, что многофункциональная кардиограмма имеет диагностическую точность с общей чувствительностью 90 и более %, специфичностью 83% и отрицательной прогностической ценностью 93% по сравнению с «золотым стандартом» - коронарной ангиографией. Недавно многофункциональная кардиография была сравнена с томографией перфузии миокарда (ТПМ), или ядерным стрессовым испытанием. Экспертный обзор опубликованных данных показывает, что многофункциональная кардиограмма - неинвазивное, бесстрессовое исследование, выполняется лучше, так как она показала более высокую чувствительность (91% при многофункциональной кардиографии против 85% при ТПМ), специфичность (87% при многофункциональной кардиографии против только 14% при ТПМ) и точность (92% при многофункциональной кардиографии против 45% при ТПМ).
Теория кардиограммы сердца
Технология многофункциональной кардиографии разработана и сконструирована при использовании принципов кибернетики и теории управления (открыта Норбертом Винером) применительно к биологическим системам, подхода к моделированию человеческого сердца, как «целой системы», то есть инженерии прикладных систем. Это достигается с помощью ряда математических функций, чтобы разложить, и затем восстановить информацию, касающуюся обратной связи между входом (отведение II) и выходом (отведение V5), или наоборот. Вычислительная электрофизиологическая диагностическая система описывает взаимодействие между миокардом в целом и его внутрисердечным кровоснабжением с помощью электрических сигналов, собранных только из двух отведений левого желудочка (V5 и II), опираясь на большой срез эмпирической базы данных.
Технология многофункциональной кардиографии воплощает в себе подход системного анализа и является первым клинически обоснованным и коммерчески жизнеспособным методом, все чаще успешно используемым врачами в повседневной практике, чтобы повысить точность диагностики для некоторых трудно диагностируемых заболеваний сердца, то есть коронарной ишемии.
Ученые и инженеры использовали подобные методы для измерения показателей, таких как характеристика электрических сетей в географическом регионе, предсказуемость/совместимость/стабильность финансовой системы, или даже, присутствие темных пятен во Вселенной. Многофункциональная кардиография является первой системой такого рода, используемой для изучения человеческого сердца.
Технология многофункциональной кардиографии - новый подход в диагностике ишемии миокарда
Многофункциональная кардиография является неинвазивным исследованием, которое использует подход системного анализа, чтобы помочь врачам в получении объективного и количественного диагноза ИБС, помогает справиться с ограничениями стрессовых исследований и методов стрессовых изображений. Как вычислительный электрофизиологический диагностический инструмент, она не связана со стрессовым исследованием или применением какого-либо лекарственного препарата. Скорее, она использует шесть математических преобразований для изучения сердечных электрических сигналов. Эти преобразования дают возможность выявления и анализа изменений в электрических физиологических функциях миокарда человека, которые возникают в результате нарушения коронарного кровотока артерий. Вместо простого получения информации об электрической активности миоцитов сердца в один момент времени, в течение одного сердечного цикла, как при традиционной ЭКГ, многофункциональная кардиограмма специально разработана для синхронного сбора данных в течение 82-х секундного периода с использованием всего двух отведений, тем самым получая информацию о динамическом взаимодействии миокарда и внутрисердечного притока крови в течение нескольких полных сердечных циклов. Многофункциональная кардиограмма преобразует электрические сигналы человека, перерабатывает их через шесть вышеупомянутых математических преобразований во множественные функциональные компоненты (так называемые показатели), а затем восстанавливает их путем математической интеграции показателей в единую модель, которая быстро распознается посредством компьютеризированной обработки. Такие преобразования и обратный синтез информации, извлеченной из этих нескольких функций, позволяют изучать взаимодействие между информацией, полученной от каждого отведения, что невозможно с помощью традиционных средств, таких как 12-канальная ЭКГ. Путем сравнения модели человека с другими моделями, содержащимися в большой базе данных (описанной далее), можно измерить и понять происходящие стрессо-деформированные взаимодействия между миокардом и внутрисердечным кровотоком. Это дает возможность непосредственно и объективно выявить хронические или острые ишемические изменения, которые не могут быть обнаружены или измерены с помощью традиционной ЭКГ.
Важно подчеркнуть, что как аналитический подход, так и информация в базе данных были проверены. Во-первых, показатели и модели были получены из математических преобразований эмпирически, а также проверена и подтверждена их клиническая значимость. Во-вторых, все данные пациента вводятся в базу данных, с которыми сравниваются показатели конкретного человека с целью получения диагностической информации, что также было подтверждено и проверено. Показатели группы и структура данных для каждого пациента были связаны с результатами коронарной ангиографии, других соответствующих диагностических работ и окончательным диагнозом лечащего врача, который был проверен, по крайней мере, двумя независимыми экспертными диагностами в этой области.
Чтобы принять клиническую информацию пациента как часть эмпирической базы данных, должно было быть соглашение между двумя экспертами. Если два эксперты были не согласны, то третий пересматривал данные. Пациент с ненадежными данными (например, невозможность определить источник данных, неполнота данных, диагностика пациентов с непроверенной информацией или непригодные для использования данные многофункциональной кардиограммы из-за плохого качества) не были включены в базу данных. По мере накопления информации в базе данных, были выполнены дополнительные необходимые внутренние проверки и внутренние инженерные процессы. Когда после этих процедур проверки были завершены, и последняя итерация системы подошла к планируемому оригинальному дизайну, было проведено внешнее рецензирование качества клинических испытаний и проверка всей системы (то есть, опубликованных клинических испытаний, описанных ниже). Как описано ниже, испытания были проведены, чтобы спросить и ответить на конкретные вопросы, касающиеся того, насколько точно многофункциональная кардиограмма предсказывает существование существенных ишемических заболеваний сердца у пациентов, которым предписано проведение коронарной ангиографии. Самое последнее исследование сравнивало в этом отношении многофункциональную кардиограмму со стрессовым тестированием миокарда ядерной визуализацией.
Важно отметить, что многофункциональная кардиограмма это не усредненный сигнал ЭКГ, равно как и не какой-либо тип модифицированной ЭКГ-технологии анализа сигнала. Скорее, это совершенно новая методика, основанная на многофункциональной математической модели электромеханической функции сердца, использующей реляционные электрические данные от двух отведений в течение нескольких сердечных циклов вместо электрических данных от части одного сердечного цикла (например, информация, содержащаяся в стандартных P, QRS, ST и Т-волновых сегментах по каждому отдельному отведению). Концептуальное различие между ЭКГ и многофункциональной кардиограммой заключается в следующем: ЭКГ оценивает сердце, как одиночный диполь, который излучает электрические токи в трехмерном пространстве в качестве векторов. Врачи должны быть обучены чтению и интерпретации каждого из циклов ЭКГ, которые разбиты на сегменты, которые измеряются (например, степень подъема или снижения сегмента ST) одним отведением и одним сердечным циклом по времени. Затем нужно интегрировать данные от каждого отведения в единую трактовку, что, с точки зрения выявления ишемии, является довольно нечувствительным моментальным снимком сердца. Многофункциональная кардиограмма, с другой стороны, оценивает сердце как целый орган, путем преобразования синхронных (и одновременно собираемых) мультициклов электрических данных в математическую модель, которая может быть легко разбита на компоненты, а затем собрана вновь, чтобы получить детальное представление в реальном времени, в естественных условиях о динамическом взаимодействии между внутрисердечным кровотоком и миокардом. В результате, выдаются дополнительные, до сих пор неизвестные показатели, полученные из этого математического анализа (или генерированные), как информация от двух сердечных отведений, позволяющая идентифицировать ишемию, таким образом, каким невозможно при использовании традиционных технологий ЭКГ. В отличие от обычной ЭКГ, выявление ишемии использованием многофункциональной кардиографии полностью автоматизировано, и чтение врача-эксперта или интерпретация не требуется. Таким образом, отсутствие «разногласий» между переводчиками возможно для каждого исследования.
Клиническая точность
Первая Многофункциональная КардиоГрамма Сердца TM , также известная как многофункциональная кардиограмма является первой в своем роде, принявшей кибернетические принципы на основе системного анализа. Это тесный союз компьютерных технологий, цифровой эмпирической клинической базы данных и клинического опыта для решения сложных проблем современной медицины, таких как ограниченные от стресса, не связанные с радиоактивным излучением и медикаментами неинвазивные методы диагностики ишемии миокарда в связи с заболеванием коронарных артерий.
В последних клинических исследованиях доктора медицины Джона Стробека, было проведено непосредственное сравнение многофункциональной кардиографии с ОФЭКТ и ядерной ТПМ, и результаты были проверены с помощью коронарной ангиографии. В этом исследовании, гемодинамически существенный стеноз с катетеризацией сердца был диагностирован у 53 из 116 пациентов (46%). Устройство многофункциональной кардиографии, после выполнения вычислительного анализа двух отведений ЭКГ в состоянии покоя (II и V5) в частотной области, рассчитало «тяжесть болезни» по шкале от 0 до 20 для каждого пациента. Оценка тяжести была значительно выше у пациентов с существенным коронарным стенозом (5,4 ± 1,9 против 2,5 ± 1,9). Многофункциональная кардиография (с помощью предельной оценки существенного стеноза ≥ 4,0) правильно классифицировала 103 из 116 пациентов (89%), включенных в исследование, имеющих или не имеющих существенный коронарный стеноз (чувствительность - 91%, специфичность - 87%, отрицательная прогностическая ценность - 92%; положительная прогностическая ценность - 86%). Анализ подгрупп не показал никакого существенного влияния пола, возраста, истории гипертонии, наличия гипертрофии левого желудочка, истории сахарного диабета, истории предыдущих процедур реваскуляризации (АКШ или ЧКВ), или морфологии ЭКГ в состоянии покоя на диагностическую производительность устройства многофункциональной кардиографии. Тем не менее, у 12 пациентов, страдающих анемией во время их участия в исследовании, была тенденция к более низкой специфичности многофункциональной кардиографии (71%), но это не было статистически значимым из-за малого числа пациентов с анемией. ОФЭКТ и ядерная визуализация перфузии миокарда показали ненормальные результаты у 99 из 116 пациентов, перенесших катетеризацию (85%), но правильно классифицированы только 54 из 116 пациентов (47%), вступившие в исследование, как имеющие или не имеющие существенный коронарный стеноз (чувствительность - 85%, специфичность - 14%, отрицательная прогностическая ценность - 53%; положительная прогностическая ценность - 45%).
Новый математический интернет-анализ сигнала ЭКГ в состоянии покоя на основе технологии принятия кибернетических принципов и теории систем (МногоФункциональная КардиоГраммаТМ) был показан в этом исследовании в парном сравнении с многофункциональной кардиограммой, ОФЭКТ, ядерной визуализацией перфузии миокарда и коронарной ангиографией для безопасного, точного и объективного выявления пациентов с существенным коронарным стенозом (>70%) с высокой чувствительностью, специфичностью и высокой отрицательной прогностической ценностью. Его общая производительность была равна, если не лучше, чем ОФЭКТ ядерная визуализация перфузии миокарда. Его потенциал используется в начальной оценке симптоматической ишемической болезни сердца.
Многофункциональная кардиография - совершенно нетрадиционный подход с основанием, найденном в прикладной биоматематике на основе системного анализа. Системный анализ представляет собой разбор системы на составные части, чтобы изучить, как эти составные части взаимодействуют и работают. Технология многофункциональной кардиографии выполняет системный анализ, а впоследствии системный синтез. Системный синтез является повторной сборкой компонентов системы обратно в целую систему, с целью улучшения системы. С помощью системы анализа и синтеза, мы можем добавлять, удалять и изменять системные компоненты с целью улучшения общей системы. Подход системного мышления принципиально отличается от традиционных способов мышления и ведения дела. Вместо того, чтобы сосредоточиться на отдельных частях того, что изучается, системное мышление фокусируется на обратной связи между интересующим продуктом и другой частью той же системы. Таким образом, вместо изолированных все меньших и меньших частей системы, скажем, индивидуального (или множественного) канала (ов) железа или белка, молекулы ДНК или РНК в пробирке, или сегмента одного волнового аналогового сигнала ЭКГ, такого как ST сегмент или QT интервал, системный анализ включает в себя гораздо более широкий взгляд на интересующую систему, в нашем случае, человеческое сердце как целый орган, обращая внимание на все большие и большие взаимодействия, по крайней мере, двух «источников жизненных сигналов» системы органов, и позволяет нам понять динамику жизни органа лучшим образом, с панорамным или «общекартинным» видом в естественных условиях и в реальном времени.
[] 
