Программный модуль «Нелинейная динамика» позволяет исследовать хаотическую природу сердечного ритма, флуктуации в процессе записи, фрактальную, самоподобную структуру ЭКГ-сигнала.
Как это работает?
Сердечный ритм относится к фракталоподобным структурам с характерным принципом самоподобия. Это означает, что частота сердечных сокращений, вместо того чтобы стремиться к гомеостатической стабильной величине, может претерпевать значительные флуктуации даже при отсутствии изменений внешних условий.
Флуктуации свидетельствуют о том, что нервные механизмы, управляющие сердечным ритмом, по своей сути относятся к хаотическим, что придает системе возможность работать в более широком диапазоне и легче адаптироваться к внешней среде.
При многих патологических состояниях проявляется четко выраженная периодичность, сопровождающаяся потерей изменчивости (например, при фибрилляции желудочков спектр ЭКГ вырождается в единственную гармонику, то есть в регулярный синусоидальный сигнал).
Содержит четыре раздела
Динамическая хаосограмма — это геометрия точек в фазовой плоскости, координатами которых являются приращения соседних кардиоинтервалов. При анализе данных рекомендовано обращать внимание на форму хаосограммы и распределений ее линий по углам наклона.
Для здорового человека характерны устойчивые циклы эллипсоидальной формы с одной точкой притяжения и паутинообразный вид хаосограмм При активизации симпатоадреналового отдела регуляции размеры такого эллипса уменьшаются. Наоборот, при доминанте вагусной регуляции — увеличиваются. Точка притяжения сохраняется.
Треугольные траектории хаосограммы свидетельствуют о напряженности и неустойчивости. Существуют зоны неустойчивости (эктопические очаги) и система скачкообразно переходит от одного неустойчивого состояния к другому. Больным с острым коронарным синдромом характерны именно такие хаосограммы, причем более острые стадии координируют с более острыми углами вершин треугольника.
При множественной экстрасистолии хаосграмма приобретает заостренный вид. В случае мерцательной аритмии хаосграмма представляет исчерченные в беспорядке линии. У больных ИБС с постинфарктным кардиосклерозом сердечный ритм ригидный, его хаосограмма имеет форму “бублика”.
Хаосограммам больных с мерцательной аритмией характерны образующие типа линия, размеры и ориентация которой изменяются случайным образом. Точка притяжения отсутствует, что говорит о дезорганизации сердечного ритма.
Аналитическое значение такого графического отображения сигнала состоит в том, что это позволяет одновременно отслеживать и изменения по времени, и изменения по частоте. Данный способ визуализации позволяет установить морфологические отличия сигналов ЭКГ друг от друга, а также потенциально производить анализ отдельных пиков и сегментов. В программе данные представлены на плоскости и в формате 3D-визуализации.
ЭКГ-сигнал располагается в координатах «Мощность – частота – время», где мы можем отследить зависимость спектра сигнала от времени. Частотно-временное представление сигнала отображается в двух вкладках Вейвлет преобразование и Вейвлет преобразование 3D.
Два динамических графика представляют спектральное и временное разложение сигнала.
Коэффициент DFA α может быть интерпретирован как индекс шума базового набора данных. Большие значения альфа указывают на большую корреляцию в различных масштабах, в то время как меньшие значения указывают на меньшую корреляцию и в некотором смысле на более хаотичные и случайные данные. DFA анализ дает возможность обнаружить свойства самоподобия, присущие временному рядам, а также позволяет избежать артефактных трендов.
Биение сердца становится более хаотичным по мере того, как оно подвергается повышенному острому стрессу, вызванному физической нагрузкой. Например, DFA α падает ниже 0,75 при аэробном пороге и ниже 0,5 при анаэробном пороге.
Детрендный флуктуационный анализ представлен двумя графиками.
Верхний график отображает первый этап расчета коэффициента DFA α - вычисление кумулятивной суммы, выявления основной тенденции линиями регрессии.
Нижний график отображает точки отклонения от регрессии на различных масштабах и линию регрессии по ним, в логарифмических шкалах, угол наклона линии соответствует коэффициенту α.
Фрактальная размерность является показателем сложности процесса, по величине которого можно предсказывать поведение системы, и диагностировать нестабильные состояния. Применение нелинейно-динамического подхода позволяет оценить, как функционирует исследуемая система (регулярно или нерегулярно, если нерегулярно, то в какой степени) и определить сложность ее динамики.
Раздел «Энтропия и фрактальность» содержит график анализа фрактальной структуры временного ряда в двойных логарифмических координатах, и линию регрессии, угол наклона которой соответствует показателю Хёрста.
Показатель Хёрста H используется как мера случайности данных временных рядов. Он оценивает автокорреляцию временных рядов и скорости, с которой они уменьшаются по мере увеличения задержки между парами значений. Он количественно определяет относительную тенденцию временного ряда либо сильно регрессировать к среднему значению, либо группироваться в определенном направлении.
Энтропия по Шеннону выражает неуверенность реализации случайной переменной. Таким образом, энтропия является разницей между информацией, содержащейся в сообщении, и той частью информации, которая точно известна (или хорошо предсказуема) в сообщении.
Приблизительная энтропия (ApEn) характеризует степень сложности сигнала. Чем больше выражена регулярная составляющая сигнала, тем меньше значение этой величины и наоборот.
Значительное снижение энтропии чаще всего сопровождается выраженными клиническими проявлениями отрицательного прогноза болезни или её отрицательной динамики. Низкие показатели энтропии в сочетании со снижением вагусной активности сопутствуют поражению вегетативной нервной системы при сахарном диабете и формированию полинейропатии.
Примерная энтропия (SampEn) — это модификация приблизительной энтропии (ApEn), используемая для оценки сложность физиологических временных рядов сигналов, диагностирующих болезненные состояния.
Для кого предназначен программный модуль «Нелинейная динамика»
Программный модуль «Нелинейная динамика» будет полезен в научных исследованиях, а также в практике всех специалистов, использующих принципы доказательной медицины и консультирующих в области здорового образа жизни.