پزشکی بالینی

مصور سازیECG به منظور تشخیص عارضه اسکیمی

   سيگنال هاي الكتروكارديوگرام شامل اطلاعات بسیار مهمی از وضعيت قلب و يكي از ابزارهاي رایج پزشكان در تشخيص بیماری های مختلف قلبي هستند. دقت مكاني پايين، محدوديت دقت زماني به علت ثبت شدن با دستگاه هاي مكانيكي مانند كاغذ و قلم و تشابه سيگنال در برخي بیماری ها  با سيگنال هاي قلب سالم و احتمال اینکه برخي اطلاعات از ديد پزشك پنهان بماند ، از معايب اين روش به شمار مي رود. اهميت سيگنال هاي الكتريكي قلب و معايب ذكر شده در بالا، ضرورت پرداختن به يك روش بهینه جايگزين براي بیان و نمايش فعاليت قلب را نشان مي دهد. يكي از نارسايي هاي خطرناك قلب، گرفتگي عروق كرونر(ایسکمی قلبی) است كه در صورت تشخيص صحيح و به موقع مي توان از عوارض خطرناک بعدي آن جلوگيري كرد. هر يك از روش هاي متداول براي تشخيص اين عارضه، داراي مزايا و معايبي هستند. در ادامه روشی غير تهاجمي براي تشخيص گرفتگي عروق كرونر بر پايه مصور سازی سيگنال هاي ECG معرفي خواهد شد. در این روش می توان با نمايش سيگنال ها با رنگ هاي مجازي روي سطح سه بعدي بدن، تشخيص گرفتگي عروق كرونر را آسان تر کرد. در اين روش می توان براي افزايش دقت مكاني تعداد الكترودها را نیز افزايش داد.در این بررسی روش جدیدی برای نمایش 12 اشتقاقECG  بیان می شود که در واقع یک دید کلی صحیح از سیگنال قبلی 12 لیدی را در دو تصویر نشان می دهد . این دو تصویر دید صحیحی از صفحات افقی و جلویی سیگنال قبلی را بیان می کند. این روش جدید پزشک را قادر می سازد با دیدن تنها دو تصویر دید خوبی نسبت به 12 لید سیگنالECG داشته باشد. این روش نمایش جدید می تواند به صورت روش نمایش مکمل برای سیگنال قبلی استفاده شود و قادر به تشخیص و تمایز بیماری های مختلف قلبی است. الکتروکاریوگرام یکی از گسترده ترین ابزارهای تشخیص به صورت غیر تهاجمی برای بیماری های قلبی در مراکز کلینیکی به شمار می رود . این بیماری ها شامل آریتمی قلبی، ایسکمی ماهیچه قلبی، انفارکتوس ماهیچه قلبی و هیپروتروفی قلبی و ... است .
همواره تشخيص ايسكمي قلبي به صورت غير تهاجمي هدف بسياري از محققان بوده است چرا كه مي تواند پيشگيري از انفاركتوس قلبي را به دنبال داشته باشد. يكي از روش هاي معمول تشخیصECG دارای ایسکمی بررسي منحني هاي مربوط به بالا یا پایین رفتن قسمت ST ، تغییر شکل قطعه ST  يا معكوس شدن موج T مي باشد. برای پیدا کردن سطح فرورفتگی ST ، ابتدا سطح مرجع پیدا می¬شود این کار با کشیدن یک خط بین دو یا بیشتر از دو تا موج P در جایی که به خط مبنا باز می¬گردند (یا شروع موج P ) انجام می¬شود. قسمت ST قسمتی از ECG بین آفست QRS و آنست موج T است. همچنین دامنه موج T با اندازه¬گیری فاصله قله T از خط مرجع مشخص می¬شود. با تعیین این دو مقدار، می¬توان در مورد اینکه آیا سیکل قلبی شامل رویداد ایسکمی است یا خير، نتیجه¬گیری کرد.خواندن ECG نياز به وقت حوصله و تخصص كافي دارد ضمن آنكه دقت تشخيص ايسكمي از روي خواندن مستقيم ECG چندان بالا نیست.در اين روش سعي بر آن است كه به كمك پردازش هاي كه بر روي اشتقاق هاي ECG مي شود مشكلات موجود تا حد امكان بر طرف شود. بنابراین بر اساس اطلاعات ECG به تصاويري خواهيم رسيد كه بسيار گوياتر و راحت تر به هدف تشخيص ايسكمي نائل مي شود در واقع از روي اطلاعات موجود از پتانسيل هاي الكتريكي سطحي پوست يعني 12 اشتقاق ECG به اطلاعات مرتبط با توزيع منابع الكتريكي در قلب خواهيم رسيد. هدف آن است كه پردازش ها به گونه اي باشد كه بيماري ايسكمي، خود را بهتر و گویاتر در تصاوير نشان دهد و به نوعي بيماري به صورت High-Light در تصاوير حاصل قابل مشاهده شود.

در این روش سیگنال های دیجیتال شده برای پردازش به بک کامپیوتر شخصی داده می شود در این روش یک تصویر دو بعدی و سه بعدی برای نمایش تصاویر 12اشتقاق ECG تعریف شده است در تصویر دو بعدی محور X ( محور زمانی) حوزه زمانی سیگنال قلبی را بیان می کند و محورY ( محور مکانی) موقیعت زاویه فاز لیدهای بازویی و سینه ای را بیان می کند. مقادیر دامنه بین لیدها در محور مکانی به وسیله درون یابی خطی به دست می آیند تا سطح  تصاویر بین لیدها صاف و هموار شود. دامنه سیگنال قلبی بر طبق جدول نگاشت دامنه به رنگ که از ابتدا تعریف شده نمایش داده می شود و دو تصویر ECG صفحات افقی و جلویی سیگنال قلبی را بیان می کند. در تصویر افقی ECG  سیگنال های قلبی(V1تاV6) به صورت رشته ای در حوزه مکان چیده شده اند. در تصویر صفحه جلویی (فرونتال) سیگنال ها (aVL,I,aVR,II,aVF,III) به صورت رشته ای و به ترتیب مرتب شده اند و با زاویه 30 درجه نسبت به دیگری قرار دارند. برای نمایش تصویری سه بعدی 12 لید ( اشتیاق) ECG ، سه محور زمان ، مکان و دامنه نیاز است که محور زمانی بیانگر حوزه زمان سیگنال قلبی و محور مکانی موقعیت لیدها را بیان می کند. محور دامنه نیز بیانگر ولتاژ سیگنال قلبی است 6 لید برای نمایش صفحه افقی و 6 لید از 12 لید دیگر به مظور نمایش صفحه جلویی استفاده می شوند . ولتاژ سیگنال قلبی بیانگر رنگ های رنگین کمان است . برای انتقال نقاط مابین لیدهای همسایه از تکنیک درون یابی استفاده شده است که این کار باعث هموار شدن تصویر سه بعدی نیز می شود . تصویر سه بعدی برای سه شخص نرمال ، دارای بیماری اسکیمی قلبی و LBBB با استفاده از 12 لیدECG  نشان داده شد این روش سه بعدی علاوه بر نمایش 12 لید سیگنال ECG، به پزشکان این امکان را می¬دهد که بتوانند بیماری قلبی را بهتر و صحیح تر از روی تصویر سه بعدی به دست آمده تشخیص دهند.
به منظور نمایش 12 لید ECG که ماکزیمم قابلیت تشخیص را داشته باشد چندین روش پیشنهاد داده شده است . عمده ترین روش های نمایشECG ، تصویر کردن بردارها (VCG)و نگاشت پتانیسل سطح بدن(BSPM) هستند . هر دو این روش ها می توانند دید بهتر و صحیح تر به پزشکان به منظور درک بهتر فعالیت الکتریکی قلب دهند. در این این تحقیق از تکنیکBSPM برای نمایش سه بعدی 12 لید ECG استفاده شده است .در این روش سیگنال های قلبی در صفحه های افقی از لیدV1 تا V6 در یک گراف سه بعدی نمایش داده می شوند در گراف سه بعدی دیگر سیگنال قلبی از لیدهای III تاaVL نشان داده شدند . این گراف می تواند دید صحیحی از توزیع مکانی و سنجش زمانی از سیگنال قلبی را فراهم کند .

.محاسبه 12 لید سیگنال ECG
برای محاسبه سیگنال قلبی 12 لید ECGبه دو گروه تقیسم شدند : 6 لید سینه ای صفحه افقی که از V1 تاV6 را شامل می شود و دو لید اندامی صفحه جلویی که لید I وII نام دارند. چهار لید صفحه ای جلویی دیگر بر اساس لید I و IIمحاسبه می شوند. برای محاسبه لیدIII از قاعده معروف اینتهون استفاده می¬شود به این ترتیب که
 I+III=II                                (1)
با محاسبه لیدهایI وII لیدIII از رابطه (1) به دست می آید . aVL  aVF,aVR,سه لیدتک قطبی اندامی در صفحه جلویی aVL, aVR,aVF بودند که براساس لیدهای I،II وIII از رابطه (2)، (3)، (4) به دست می آیند:
aVR=-(I+II)/2                                             (2)
aVL= (I-III)/2                                             (3)   
aVF=-(II+III)/2                                           (4)

سیتم سه بعدی متناسب
یک سیستم سه بعدی مستطیلی شکل متناسب ( همگون) و یک جدول نگاشت دامنه به رنگ برای ترسیم گراف سه بعدی استفاده شده است. سیستم سه بعدی دارای یک محور زمانی که بیانگر حوزه زمانی سیگنال قلبی است ، یک محور مکانی که بیانگر موقعیت لیدها در صفحات افقی و جلویی از بدن است و یک محور دامنه که ولتاژ سیگنال قلبی را نشان می دهد .

نگاشت دامنه به رنگ
برای نمایش و دیدی بهتر از گراف سه بعدی، ولتاژ 12 لید سیگنال قلبی بر طبق یک جدول نگاشت دامنه به رنگ که از قبل تعریف شده است به صورت رنگ های رنگین کمان بیان می شود. سیگنال قلبی با ولتاژ متفاوت به یک مجموعه انتخاب شده از رنگ های مشخص نگاشته می شود . این رنگ ها شامل سفید ، قرمز، نارنجی ، رزد ، آبی ، ارغوانی و سیاه که سطوح مختلف ولتاژ را از منفی تا مثبت پوشش می دهند هستند. بنابراین طول و موقیعت سیگنال از موج P وکمپلکسQRS و موج هایS وT به آسانی در یک گراف سه بعدی که به ترتیب بیانگر صفحات افقی و جلویی است قابل مشاهده است .

درون یابی و رسانایی حجمی
بدن انسان از مایع و یون های زیادی تشکیل شده است که می تواند به عنوان یک هادی حجمی رفتار کنند و باعث شوند فعالیت الکتریکی به صورت همگن و پیوسته انجام شود . سیگنال های الکتریکی توزیع شده بین لیدهای قراردادی رابط را می توان به وسیله تکنیک درون یابی تخمین زد . این روش درون یابی دارای 2 مزیت عمده است :
1-نیاز به جایگزینی الکترودهای اضافی بین لیدهای قراردادی رابط نیست، و
2) سازگار با سیستم 12 لیدECG رایج است .
به منظور هموار کردن گراف سه بعدی یک درون یابی فضایی به منظور ارتباط مابین لیدها مرتبط در محور مکانی مورد استفاده قرار می گیرد. 29 نقطه بین دو لید مرتبط در صفحه جلویی جایگزین شدند که به طور تقریبی یک درجه اختلاف فاز بین نقاط رابط وجود داشت. این 29 نقطه مشابه همچنین جایگزین لیدهای مرتبط در صفحه افقی نیز شدند بنابریان گراف سه بعدی در هر صفحه با دامنه یکسان و مشابه حاصل می شود .
شکل نمایش سه بعدی
نمایش سه بعدی بیان شده در این بررسی دو دید خوب نسبت به تصویر را می دهد : دید پرسپکتیو و دیدی موسوم به چشم پرنده، مورد دوم حالت خاصی از دید پرسپکتیو است. در نمایش سه بعدی محور X بیانگر سنجش زمان سیگنال قلبی در مقیاس میلی ثانیه، محورY بیانگر موقعیت مکانی لیدها و محورZ ولتاژ سیگنال قلبی در مقیاس میلی ولت است. شکل 1 ترتیب زاویه فاز برای لیدهای صفحه جلوی مطابق با گراف سه بعدی را نشان می دهد .

بخش کلینکی روش جدید
برای بررسی بیشتر ایت روش یک گراف ECG سه بعدی از سه شخص نرمال ،دارای بیماری ایسکمی ماهیچه قلبی و دارای بیماریLBBB برای نمایش به پزشک معالج برای تشخیص و تمایز بیماری گرفته شد که نتایج به شرح زیر است :

شخص نرمال
شکل2، 12 لید سیگنالECG و الکتروکاردیوگرام سه بعدی متناظر شخص زمان را نشان می دهد، شکل(a) 2، 12 خط تقسیم شده در 12 لید ECG استاندارد را نشان می دهد، شکل (b)2 و (c)     2 پرسپکتیو و دید چشم پرنده را در دو صفحه جلویی ECG سه بعدی نمایش می دهد و شکل (d)2 و (e) 2 پرسپکتیو و دید چشم پرنده را در دو صفحه افقی ECG سه بعدی نشان می دهد. موج P به وسیله یک برآمدگی کوچ زرد رنگ بیان می شود که از لیدIII تا aVR-کشیده شده است .
در صفحه جلویی موج Rمانند یک تپه زرد مایل به نارنجی که از لید III تا Iکشیده شده که با یک ولتاژ mv2/1 در حوالی لید II به حالت نوک تیز در آمده است .
در صفحه جلویی موج Rبه صورت یک تپه زرد مایل به نارنجی که از لید V1 تاV6  کشیده شده است با یک ولتاژ بالای mv 2/1 در لید V4 نشان داده شده است. موج S منفی نیز به صورت یک دره آبی مایل به ارغوانی که از لیدV1 تا V4 کشیده شده و یک به ولتاژ 2/1 میلی ولت در لید V2 مشخص است. موج Tمثبت نیز به صورت یک برآمدگی زرد رنگ هم مرکز که از لید V1 تاV6کشیده شده و دارای پهنای ms 100 در لیدV3 است.

شکل2 a).).خط تقسیم شده قراردادی از12 لید ECG شخص نرمال،(b).دید پرسپکتیو،(c).دید چشم پرنده از ECG سه بعدی صفحه جلویی،(d). دید پرسپکتیو،(e). دید چشم پرنده از ECG سه بعدی صفحه افقی

ايسکمي ماهيچه قلبي

شکل 3 ، 12 لید ECG و همچنین ECG سه بعدی متناظر با یک بیمار دارای ایسکمی  ماهیچه قلبی را نشان می دهد. در شکل (a)3، 12  خط تقسیم شده از 12 لید ECG استاندارد که شامل موج Qو برامدگی قطعهST  در لید V1 تا V4 معکوس شدن موج Tدر همه لیدهای سینه ای و موج R به صورت کوچک در لید V3 تا V6را نشان می دهد. شکل (b)3 و (c)3 پرسپکتیو و دید چشم پرنده را از صفحه جلویی ECG سه بعدی نشان می دهد و شکل (d)3 و (e)3 پرسپکتیو و دید چشم پرنده را از صفحه افقی بیان می کند

LBBB
شکل 4،12 لید سیگنال  ECG و متناظر با آن تصویرECG سه بعدی از بیماری با عارضه LBBBرا نشان می دهد. در شکل (a)4 پهنای کمپلکس QRSدر 12 لیدECG استاندارد در هر دو صفحه جلویی و افقی آشکار شده است. پهنای کمپلکس QS غیر نرمال می تواند به آسانی به صورت یک سینک آبی رنگ کشیده شده از لیدIII تاaVF در صفحه جلویی از شکل (c)4 و سینگ آبی مایل به ارغوانی کشیده شده از لید V1 تا V4در صفحه افقی در شکل (e)4 نشان داده شود.
ماکزیمم طول سینک آبی مایل به ارغوانی در صفحه افقی می تواند 128 میلی ثانیه در لید V2 تخمین زده شود پهنای موج QS زمان دپلاریزاسیون بطن چپ را بیان می کند که دلیل غیر نرمال بودن آن به خاطر بیماری  LBBB است.
 بالا آمدن قطعهST در لیدهای V1-V4 به صورت یک برآمدگی زرد مانند و موج Tمعکوس شده به صورت یک ناحیه آبی رنگ کشیده شده R که از لید-aVR تا aVL و از لید V5تاV6 بیان می شود.ECG سه بعدی یک مشاهده آسان از مشخصات تغیرات غیر نرمال در بیماری LBBB را بهبود می بخشد.
تغیر تدریجی پهنای کمپلکس موجQS به پهنای موجR در 12 لید ECG به وضوح آشکار نبود اما درECG سه بعدی به صورت شکل (c)4 و(e)4 کاملا مشخص و واضح بود.
تغیر تدریجی بالا رفتن ST به پایین رفتنST در 12 لید ECG نمایان نیست، اما در تصویر ECG سه بعدی در شکل های (c)4 و (e)4 به وضوح دیده می شود.

در این  یک روش جدید به منظور مصور کردن 12 لیدECG ارائه شد از قابلیت های این روش می تواند به موارد زیر اشاره کرد:
1- بسیار ساده و سازگار با 12 لید سیگنال ECG قراردادی است. بنابراین سه بعدی می تواند به منظور نمایش یک شکل مکمل از 12 خط تقسیم شده قراردادی سیگنال ECG برای تشخیص بیماری قلبی استفاده شود.
2- به پزشکان این امکان را می دهد که به طور واضح تر و دقیق تر سیگنال فرد را مورد بررسی و تجزیه وتحلیل قرار دهند.
3- برخی تغییرات در فعالیت الکتریکی قلب ممکن است در سیگنال فرد مشاهده نشود که این تغییرات در تصاویر سه بعدی بهتر قابل تشخیص است.
4- این روش سه بعدی می تواند به عنوان نقشی مکمل برای 12 لید سیگنال ECGایفا کند.

شکل 4)12شتقاق سیگنالECG همراه با گراف سه بعدی ECG برای بیماری LBBB

منبع: نشریه مهندسی پزشکی شماره ۸۸