Сжатиеинформации для передачи, хранения и последующего извлечения ЭКГ

Технологии

Процесс оцифровывания со скоростью 500 выборок в секунду, 10 секунд на одно отведение записи ЭКГ, требует 10 кбайт памяти. Соответственно, 10 секунд неспрессованной двенадцатиканальной ЭКГ, оцифрованной по рекомендованным стандартам, занимали бы от 80 до 100 Кбайт памяти в дополнение к памяти, необходимой для комплектов шаблонов и демографических данных. Для уменьшения времени обработки использовалось несколько методов сжатия данных ЭКГ и минимизации памяти, необходимой для постоянного хранения данных. Методы включают в себя быстрые преобразования Фурье, дискретные косинусы и преобразования всплесков, а также методы гибридного сжатия. Эти методы могут обеспечивать коэффициенты сжатия от 8: 1 до 10: 1 со среднеквадратичными ошибками, которые колеблются от 0,5% до 2%. Степень сжатия обычно обратно пропорциональна среднеквадратичной ошибке, так что недавний алгоритм был способен обеспечить коэффициент сжатия 20: 1, но с среднеквадратичной ошибкой 4%.

Поскольку сжатие влияет на высокочастотные компоненты ЭКГ в большей степени, чем на низкочастотные компоненты, по меньшей мере один алгоритм использует бимодальное прореживание сигнала, в котором комплексы QRS сохраняются на уровне 500 выборок в секунду, в то время как остальная часть записи сжимается для снижения частоты дискретизации. Сжатие данных может происходить до или после обработки сигнала, но в любом случае сжатие происходит до передачи сигнала в центральные системы хранения и влияет на все извлеченные записи. Соответственно, в отчете AHA за 1990 г. было рекомендовано, чтобы точность полученных сжатых данных должна составлять 10 вольт для соответствующих образцов. Поскольку компьютерные сети увеличивают скорость передачи и емкость хранилища, методы сжатия без потерь могут заменять собой другие методы компрессии для некоторых приложений.

Клинические последствия

Сжатие данных ЭКГ может ускорить передачу и извлечение записей, которые хранятся в центральных базах данных, а так же минимизировать память, необходимую для их хранения. Алгоритмы, основанные на различных математических преобразованиях, могут сжимать данные в 8 раз, при этом точность воспроизведения сохраняется в пределах общей погрешности 2%. Однако ошибка может быть неодинаковой в течение всего цикла ЭКГ. Сжатие данных влияет на высокочастотные (кратковременные) сигналы больше, чем на более плавные низкочастотные сигналы. Таким образом, сжатие имеет больший потенциал длясоздания изменений в комплексе QRS в записи импульса кардиостимулятора, в длительности Q-волны или в амплитуде R-волны, чем в изменении других сигналов, таких как сегмент ST и T-волны. В некоторых случаях несжатая ЭКГ, взятая у постели больного, может отличаться от записи, полученной впоследствии из сохраненного сжатого файла, что также может повлиять на серийное сравнение исходных и извлеченных записей при повторном анализе сигналов ЭКГ. Кроме того, различия в методологии сжатия могут влиять на сравнение повторных записей от разных производителей из-за того, что различные фильтры и различное использование временных когерентных шаблонов влияют на измерения сигнала ЭКГ. Эти различия будут минимальными, если сжатые записи будут соответствовать ранее установленным или новым стандартам соответствия исходному сигналу, и они могут быть устранены, благодаря новым методам сжатия без потерь (при которых не происходит потеря данных записи ЭКГ).

Рекомендации

Алгоритмы сжатия должны выполняться таким образом, чтобы полученные данные могли соответствовать стандартам точности, установленным в заявлении AHA 1990 года со ссылкой на исходный сигнал.

Стандартные отведения

Расположение стандартных отведений конечностей и прекардиальных электродов

Технологии

Стандартная двенадцатиканальная ЭКГ состоит из трехэлектродовконечностей (отведения I, II и III), трехусиленныхотведений от конечностей, в которых модификация центрального терминала Уилсона служит в качестве производного индифферентного электрода, который соединен с активным электродом (отведения aVR, aVL и aVF) и шести прекардиальных отведений, в которых центральный терминал Уилсона служит в качестве производного индифферентного электрода, который соединен с активным электродом (V1-V6). Все отведенияфактически «биполярны», а термин «однополярный» в описании усиленных отведений конечностей и прекордиальных отведений страдает неточностью.Ссылка относится к всестороннему исследованию систем отведений Макфарлейна, проведенному для различных типов электрокардиографии. Подготовка кожных покровов путем влажного протирания или легкого сухого натирания до момента наложения электродов может снизить уровень шума и улучшить качество записанных ЭКГ. Исторически, электроды от конечностей прикрепляются на запястьях и лодыжках, при этом пациент находится в положении лежа на спине с подушкой под головой. Для рутинной двенадцатиканальной записи в заявлении AHA от 1975 года было рекомендовано размещение четырех конечных электродов просто на руках и ногах, главное дистально к плечам и бедрам, но не обязательно на запястьях и лодыжках.

Имеются данные о том, что различное размещение электродов на конечностях может изменить ЭКГ, явление, которое более заметно по отношению к электроду левой руки. Поэтому пересмотр величинпоказателей из-за изменения положенияэлектрода конечностинеобходимо, что и обсуждается ниже. Шесть электродов помещаются на грудную клетку в следующих местах: V1, четвертое межреберье награнице с грудиной справа; V2, четвертое межреберье на границе с грудиной слева; V3, посередине между V2 и V4; V4, пятое межреберье по срединно-ключичной линии; V5, в горизонтальной плоскости V4 на передней подмышечной линии или если передняя подмышечная линия вызывает недоверие, то посередине между V4 и V6; и V6, в горизонтальной плоскости V4 на средне-подмышечной линии.

Клинические последствия

Подготовка кожных покровов и размещение электродов оказывают важное влияние на ЭКГ, а позиционное изменение тела пациента, такое как его возвышение или вращение, может изменять записанные амплитуды и оси. Факт, считающийся общепризнанным в течении многих лет гласит, что амплитуды, длительности и оси ЭКГ не зависят от дистального или более проксимального расположения электродов конечности. В результате обычная запись ЭКГ с верхней конечности, а не из области запястья, чтобы «уменьшить артефакт движения», стала популярной и этому способствует появление одноразовых пластинчатых электродов. Тем не менее, одно исследование показало, что размещение электродов таким образом может влиять на напряжения и длительность ЭКГ, что наиболее важно в отношении отведений конечности.

Являются ли эти различия достаточно большими, чтобы изменить обычные диагностические критерии, такие как напряжение для гипертрофии левого желудочка или длительность Q-волны для нижнего инфаркта, неизвестны. Дальнейшим осложнением этой ситуации является изменчивость размещения электродов, которая могла присутствовать при фактической разработке соответствующих диагностических критериев, поскольку исследования в течение последних нескольких десятилетий редко подробно описывали размещение электродов.

Со времени их первоначальной стандартизации, осуществленной совместным комитетом AHA и Кардиологическим Обществом Великобритании и Ирландии, нормальные положения прекардиального электрода были ориентированы больше горизонтально. Однако, когда расположение прекардиальных электродов осуществляется без ссылок на лежащие в основе метода костныеанатомические ориентиры, шаблонное размещение часто ошибочно ориентировано вертикально. Сопоставление данных часто выявляет глубокие изменения в формах сигналов, которые могут возникнуть из-за неправильного наложения прекардиального электрода.

Общей ошибкой является верхнее смещение V1 и V2 во втором или третьем межреберье. Это может привести к уменьшению начальной амплитуды R-волны в этих отведениях, приблизительно на 0,1 мВ в каждом межреберье, что может привести к плохой прогрессии R-волны или ошибочным признакам переднего инфаркта миокарда.

Верхнее смещение электродов V1 и V2 часто приводит к комплексам rSr с инверсией T-волны, напоминающей комплекс в отведении aVR. Было также показано, что у пациентов с низким положением диафрагмы, как например при обструктивном легочном заболевании, V3 и V4 могут располагаться выше границ желудочка, при этом регистрируются отрицательные прогибы, которые имитируют передний инфаркт. Другой распространенной ошибкой является низкое размещение V5 и V6 в шестом межреберном пространстве или даже ниже, что может изменить амплитуды, используемые при диагностике гипертрофии желудочков. Смещение прекардиального электродаобъясняет значительную величину изменчивости амплитудных измерений, которая обнаруживается между серийными записями.

Некоторые остаточные разногласия сохраняются в текущих рекомендациях и текстах по стандарту размещения V5 и V6, причем в некоторых источниках сохраняется ранние рекомендации о том, что эти отведенияналагаются по ходу пятого межреберье, а не по горизонтальной плоскости V4. Кроме того, часто принято относить переднюю подмышечную линию к анатомическому маркеру для размещения V5. Не стоит придерживаться подобных альтернатив, поскольку ширина межреберий варьирует и истинное определение передне-подмышечной линии так же достаточно расплывчато.Помещение прекардиальных электродов у женщин с большой грудью остается проблематичным. Электроды чаще всего помещаются под грудь, что должно уменьшить амплитудное ослабление, вызванное высоким импедансом туловища у женщин и, интуитивно, казалось бы, благоприятствует воспроизводимости позиционирования во время обычной практики.Однако, в одном из исследований было высказано предположение о том, что воспроизводимость измерений ЭКГ слегка увеличивается, когда электроды располагаются на верхней поверхности груди.

Другое исследование с использованием точно установленного расположения электродов показало, что прекардиальное потенциальное затухание, обусловленное положением груди,крайне мало. Еще одно исследование обнаружило ослабление только в V3 и увеличение напряжения в V5 и V6, когда электроды размещены на верхней поверхности груди; это может быть результатом того, что V5 и V6 были правильно размещены на уровне V4, а не более низко, когда V4 находится под грудью. Очевидно, что величина этого эффекта в обычных ЭКГ будет в значительной степени зависеть от того, как обычно устанавливаются электроды, а также от размера груди, ее формы и небольших изменений в положении пациента. Аналогичные соображения применимы в отношении субъектов с грудными имплантатами и у пациентов, страдающих ожирением.

Рекомендации

Техники и другой медицинский персонал, ответственный за регистрацию ЭКГ, должны иметь периодическую переподготовку для проведения процедуры подготовке кожных покровов и для правильного позиционирования электродов и пациента. Все отведенияфактически «биполярны», илюбые дифференциации между «биполярными» и «однополярными»отведениями в описании стандартных отведений, усиленных отведений конечностей и прекардиальных отведений не поощряются. Ни один из этих терминов не должен использоваться. Требуются исследования для выяснения влияния расположения дистального и проксимального конечного электрода на величины и длительность ЭКГ. Срок действия критериев эффективности тестирования для текущих диагностических алгоритмов может зависеть от размещения электродов конечностей в тех же позициях, которые использовались для разработки самих критериев. В ожидании решения этой проблемы все текущие исследования, используемые для разработки критериев, должны четко документировать расположение электродов.

Горизонтальная плоскость, проходящая через V4, предпочтительнее пятого межреберного промежутка для размещения V5 и V6, и поэтомуона должна использоваться для размещения этих электродов. Определение V5 посередине между V4 и V6 способствует большей воспроизводимости, чем определение по передней подмышечной линии, его следует использовать, когда передняя подмышечная линия недостаточно четко определена. При размещении V6 внимание должно быть направлено на определение средне-подмышечно линии, проходящей вдоль средней или центральной части грудной клетки. В настоящее время рекомендуется, чтобы электроды продолжали помещаться под грудью у женщин до тех пор, пока не будут доступны дополнительные исследования, описывающиеположение электродов на верхней поверхности груди.