RU2615286C1 - Noninvasive method for electrophysiological heart characteristics determination - Google Patents

Noninvasive method for electrophysiological heart characteristics determination Download PDF

Info

Publication number
RU2615286C1
RU2615286C1 RU2016120449A RU2016120449A RU2615286C1 RU 2615286 C1 RU2615286 C1 RU 2615286C1 RU 2016120449 A RU2016120449 A RU 2016120449A RU 2016120449 A RU2016120449 A RU 2016120449A RU 2615286 C1 RU2615286 C1 RU 2615286C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
model
heart
current
epicardium
rectification
Prior art date
Application number
RU2016120449A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Алексеевич Аржаев
Олег Николаевич Бодин
Виталий Германович Полосин
Артур Фагимович Рахматуллов
Фагим Касымович Рахматуллов
Максим Игоревич Сафронов
Original Assignee
Олег Николаевич Бодин
Виталий Германович Полосин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Николаевич Бодин, Виталий Германович Полосин filed Critical Олег Николаевич Бодин
Priority to RU2016120449A priority Critical patent/RU2615286C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2615286C1 publication Critical patent/RU2615286C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/318Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: based on the known detailed models, a stochastic model of the epicardium repolarization current is developed, and its parameters are determined based on epicardial potential values samples found in the solution of the inverse electrocardiographic task in the reference points of the patient's heart computer model.
EFFECT: method allows to extend the functionality of electrocardiographic examination, to determine the ion currents components based on the epicardium potential values in the reference points of the patient's heart computer model.
26 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к медицине, в частности к кардиологии, и может быть использовано как электрокардиографический способ диагностики состояния сердца.The present invention relates to medicine, in particular to cardiology, and can be used as an electrocardiographic method for diagnosing the condition of the heart.

Под основными электрофизиологическими характеристиками сердца понимаются значения дипольных моментов, потенциала и ионных токов эпикарда. Определение этих характеристик основано на решении обратной задачи электрокардиографии (ОЗ ЭКГ), а их знание расширяет функциональные возможности стандартного электрокардиографического подхода и повышает эффективность диагностики состояния сердца. Современные методы решения ОЗ ЭКГ позволяют определить дипольные моменты и потенциалы эпикарда [2, 4, 5], восстановить электрическую активность сердца (ЭАС) в опорных точках компьютерной модели сердца и построить «электрический портрет» сердца пациента [1, 3].The basic electrophysiological characteristics of the heart are understood as the values of dipole moments, potential and ionic currents of the epicardium. The determination of these characteristics is based on the solution of the inverse problem of electrocardiography (ECG EC), and their knowledge expands the functionality of the standard electrocardiographic approach and increases the efficiency of the diagnosis of heart conditions. Modern methods for solving the ECG EC allow determining the dipole moments and potentials of the epicardium [2, 4, 5], restoring the electrical activity of the heart (EAS) at the reference points of the computer model of the heart, and constructing an “electric portrait” of the patient’s heart [1, 3].

Известен способ неинвазивной регистрации электрофизиологических характеристик сердца [4, 13], заключающийся в том, что осуществляют регистрацию множественных электрокардиографических сигналов, измерение потенциалов, генерируемых сердцем, адаптивную пространственную интерполяцию потенциалов сердца путем разложения по пространственным сферическим функциям, расчет эпикардиального распределения потенциала, определение моментных распределений электрофизиологических характеристик на поверхности сердца, расчет электрофизиологических характеристик сердца и отображение электрофизиологических характеристик сердца.A known method of non-invasive registration of the electrophysiological characteristics of the heart [4, 13], which consists in registering multiple electrocardiographic signals, measuring the potentials generated by the heart, adaptive spatial interpolation of the potentials of the heart by expanding in spatial spherical functions, calculating the epicardial distribution of the potential, determining the moment distributions electrophysiological characteristics on the surface of the heart, calculation electrophysiologically x characteristics of the heart and the display of the electrophysiological characteristics of the heart.

Известен также способ неинвазивного электрофизиологического изучения сердца [1, 2, 3], заключающийся в том, что осуществляют регистрацию и обработку электрокардиосигналов (ЭКС), интерполяцию ЭКС на поверхности тела, восстановление потенциала эпикарда.There is also a method of non-invasive electrophysiological study of the heart [1, 2, 3], which consists in registering and processing electrocardiograms (EX), interpolating EX on the surface of the body, restoring the potential of the epicardium.

Известные способ неинвазивной регистрации электрофизиологических характеристик сердца и способ неинвазивного электрофизиологического изучения сердца основаны на регистрации множественных отведений или методе ЭКГ-картирования сердца [7], который является одним из наиболее информативных методов исследования ЭАС. ЭКГ-картирование сердца позволяет получить максимальную информацию об особенностях электрического поля сердца в любой момент деполяризации и реполяризации желудочков сердца, однако требует участия при диагностике высококвалифицированного специалиста, использования дорогостоящей аппаратуры и значительных затрат времени на проведение одного исследования. По мнению авторов предлагаемого изобретения, недостатками известных способа неинвазивной регистрации электрофизиологических характеристик сердца и способа неинвазивного электрофизиологического изучения сердца являются:The known method of non-invasive recording of the electrophysiological characteristics of the heart and the method of non-invasive electrophysiological study of the heart are based on the registration of multiple leads or the method of ECG mapping of the heart [7], which is one of the most informative methods for studying EAS. ECG mapping of the heart allows you to get the maximum information about the features of the electric field of the heart at any moment of depolarization and repolarization of the ventricles of the heart, however, it requires the participation of a highly qualified specialist in the diagnosis, the use of expensive equipment and significant time spent on one study. According to the authors of the present invention, the disadvantages of the known method of non-invasive registration of electrophysiological characteristics of the heart and the method of non-invasive electrophysiological study of the heart are:

- невозможность использования в массовых профилактических обследованиях (скрининге) сердца из-за регистрации множественных электрокардиографических сигналов;- the inability to use in mass preventive examinations (screening) of the heart due to the registration of multiple electrocardiographic signals;

- невозможность определения составляющих ионных токов эпикарда.- the inability to determine the components of the ionic currents of the epicardium.

Наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца [5], заключающийся в том, что регистрируют электрокардиосигнал (ЭКС) и измеряют потенциалы, генерируемые сердцем, регистрируют фронтальный и левобоковой флюорографические снимки сердца пациента, определяют по снимкам геометрические параметры сердца пациента, синтезируют компьютерную модель сердца пациента, определяют потенциалы, генерируемые сердцем на торсе пациента, определяют дипольные моменты и потенциалы эпикарда ϕ в опорных точках компьютерной модели сердца пациента, моделируют распространение волны возбуждения в эпикарде, синтезируют модельный ЭКС, сравнивают модельный ЭКС с зарегистрированным ЭКС, корректируют расчетные параметры модели распространения волны возбуждения в эпикарде путем изменения параметров при определении моментных распределений основных электрофизиологических характеристик на поверхности сердца и визуализируют электрофизиологические характеристики сердца на трехмерной модели сердца средствами компьютерной графики в наиболее удобном для восприятия виде.The closest to the achieved result to the present invention is a non-invasive method for determining the electrophysiological characteristics of the heart [5], which consists in recording the electrocardiogram (ECS) and measuring the potentials generated by the heart, recording the frontal and left-side fluorographic images of the patient’s heart, determining geometric parameters from the images the patient’s heart, synthesize a computer model of the patient’s heart, determine the potentials generated by the heart on the patient’s torso, determine they add dipole moments and epicardial potentials ϕ at the reference points of the computer model of the patient’s heart, model the propagation of the excitation wave in the epicardium, synthesize a model EX, compare the model EX with registered ECS, and adjust the calculated parameters of the model of propagation of the excitation wave in the epicardium by changing the parameters when determining the moment distributions of the main electrophysiological characteristics on the surface of the heart and visualize the electrophysiological characteristics of the heart on three-dimensional heart models by computer graphics in the most convenient way for perception.

На фигуре 1 приведена схема алгоритма, реализующего известный способ неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца.The figure 1 shows a diagram of an algorithm that implements the known method of non-invasive determination of the electrophysiological characteristics of the heart.

На фигуре 2 приведена иллюстрация функциональных возможностей известного способа неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца.The figure 2 illustrates the functionality of the known method of non-invasive determination of electrophysiological characteristics of the heart.

Из анализа описания известного способа неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца следует, что его функциональные возможности заключаются только в определении дипольных моментов и потенциалов эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента и невозможности определения составляющих ионных токов эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента.From the analysis of the description of the known method of non-invasive determination of the electrophysiological characteristics of the heart, it follows that its functionality consists only in determining the dipole moments and potentials of the epicardium at the reference points of the computer model of the patient’s heart and the impossibility of determining the components of the ionic currents of the epicardium at the reference points of the computer model of the patient’s heart.

Рассмотрим определение электрофизиологических характеристик сердца в известном способе неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца. Физическая сущность известного способа неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца заключается во взаимосвязи дипольных моментов и потенциалов эпикарда. Покажем это.Consider the determination of the electrophysiological characteristics of the heart in a known method of non-invasive determination of the electrophysiological characteristics of the heart. The physical essence of the known method of non-invasive determination of the electrophysiological characteristics of the heart lies in the relationship of dipole moments and epicardial potentials. Show it.

На фигуре 2,а приведена иллюстрация, на которой изображена структура биологического генератора в виде двойного слоя источников тока i-ой площадки поверхности эпикарда в опорной точке компьютерной модели сердца. Фигура 2,а иллюстрирует определение потенциала ϕ в точке M, где

Figure 00000001
- вектор i-ой площадки поверхности эпикарда в опорной точке компьютерной модели сердца,
Figure 00000002
- расстояние между поверхностями двойного слоя биологического генератора.Figure 2, a illustration shows the structure of a biological generator in the form of a double layer of current sources of the i-th site of the surface of the epicardium at the reference point of the computer model of the heart. Figure 2, a illustrates the definition of the potential ϕ at the point M, where
Figure 00000001
is the vector of the i-th site of the surface of the epicardium at the reference point of the computer model of the heart,
Figure 00000002
- the distance between the surfaces of the double layer of the biological generator.

В известном способе для определения электрофизиологических характеристик сердца применяют систему дифференциальных уравнений Максвелла [12]. Задача электрокардиографии состоит в определении электрофизиологических характеристик сердца на основе решения системы дифференциальных уравнений Максвелла для среды, в которой условно заданы геометрические соотношения между областью генераторов тока в форме сердца и точками поверхности, где проводится измерение потенциала. Формула для расчета потенциала в такой проводящей структуре имеет вид [27]:In the known method for determining the electrophysiological characteristics of the heart, a system of differential equations of Maxwell is used [12]. The task of electrocardiography is to determine the electrophysiological characteristics of the heart based on the solution of the Maxwell differential equation system for a medium in which the geometric relationships between the region of the heart-shaped current generators and surface points where the potential is measured are conditionally specified. The formula for calculating the potential in such a conducting structure has the form [27]:

Figure 00000003
Figure 00000003

где r - расстояние от точки наблюдения до точек области генераторов тока, ограниченной объемом V;

Figure 00000004
- объемная плотность дипольного момента, т.е. вектор плотности тока, созданный полем сторонних сил в неоднородном участке проводника.where r is the distance from the observation point to the points of the region of the current generators, limited by the volume V;
Figure 00000004
is the bulk density of the dipole moment, i.e. vector of current density created by the field of external forces in an inhomogeneous section of the conductor.

Объемная плотность дипольного момента равна произведению проводимости среды а на векторы напряженности поля сторонних сил

Figure 00000005
,The bulk density of the dipole moment is equal to the product of the conductivity of the medium and the vectors of the field strength of external forces
Figure 00000005
,

Figure 00000006
Figure 00000006

Так как объемная плотность дипольного момента используется для количественной характеристики непрерывно распределенных дипольных источников тока в объеме пространства, где есть биологические генераторы, то произведение этой величины на площадь поверхности эпикарда, связанной с опорной точкой компьютерной модели сердца пациента, равна значению ионного тока, проходящему через эту площадь поверхности эпикарда:Since the bulk density of the dipole moment is used to quantitatively characterize continuously distributed dipole current sources in the volume of space where there are biological generators, the product of this quantity by the surface area of the epicardium associated with the reference point of the computer model of the patient’s heart is equal to the value of the ion current passing through this epicardial surface area:

Figure 00000007
Дивергенция вектора, равного произведению скалярной функции радиуса на объемную плотность дипольного момента, равна сумме скалярного произведения вектора
Figure 00000004
на градиент функции радиуса и произведения функции радиуса на дивергенцию вектора
Figure 00000004
Figure 00000007
The divergence of a vector equal to the product of the scalar function of the radius and the bulk density of the dipole moment is equal to the sum of the scalar product of the vector
Figure 00000004
by the gradient of the radius function and the product of the radius function by the divergence of the vector
Figure 00000004

Figure 00000008
Figure 00000008

Интегрируя левую и правую часть выражения (4) по объему биологического генератора и применяя теорему Остроградского-Гаусса к его левой части, получим интегральное выражение вида:Integrating the left and right sides of expression (4) over the volume of the biological generator and applying the Ostrogradsky-Gauss theorem to its left side, we obtain an integral expression of the form:

Figure 00000009
Figure 00000009

Так как на поверхности S, непосредственно соприкасающейся с эпикардом, генераторы тока отсутствуют, то вектор объемной плотности дипольного момента биологического генератора на этой поверхности будет равен нулю (

Figure 00000010
), и, как следствие,Since there are no current generators on the surface S directly in contact with the epicardium, the bulk density vector of the dipole moment of the biological generator on this surface will be zero (
Figure 00000010
), and as a consequence,

интеграл по поверхности в левой части выражения (5) так же равен нулю. Тогда выделив из правой части выражения (5) интегральный сомножитель выражения (1), получим для расчета потенциала электрического поля ϕ в точке М выражение вида:the surface integral on the left side of expression (5) is also equal to zero. Then, having selected the integral factor of expression (1) from the right-hand side of expression (5), we obtain an expression of the form for calculating the electric field potential ϕ at point M:

Figure 00000011
Figure 00000011

Очевидно, что для определения потенциала ϕ непосредственно на поверхности эпикарда имеют значения биологические генераторы только этой опорной точки компьютерной модели сердца пациента. В пределах отдельной площадки Si поле вектора объемной плотности дипольного момента

Figure 00000004
принимается однородным. В этом случае в выражении (6) модуль вектора
Figure 00000004
можно вынести за знак интеграла. Для плоской площадки Si эпикарда, связанной с опорной точкой, справедливо представление биологического генератора в виде двойного слоя [12, 13]. На фигуре 2,а приведена схема двойного слоя источников для определения потенциала ϕ в точке М, где
Figure 00000012
- вектор площадки поверхности эпикарда в опорной точке,
Figure 00000013
- расстояние между поверхностями двойного слоя источников. Тогда для потенциала ϕ в точке М выражение (6) примет вид:Obviously, to determine the potential ϕ directly on the surface of the epicardium, biological generators of only this reference point of the computer model of the patient’s heart are important. Within a separate site S i the field of the vector of the bulk density of the dipole moment
Figure 00000004
accepted homogeneous. In this case, in the expression (6), the modulus of the vector
Figure 00000004
can be taken out of the sign of the integral. For a flat site S i of the epicardium associated with the reference point, the representation of the biological generator in the form of a double layer is valid [12, 13]. Figure 2, a shows a diagram of a double layer of sources for determining the potential ϕ at point M, where
Figure 00000012
- the vector of the surface area of the epicardium at the reference point,
Figure 00000013
- the distance between the surfaces of the double layer of sources. Then for potential ϕ at point M, expression (6) takes the form:

Figure 00000014
Figure 00000014

Интеграл по поверхности в выражении (7) равен телесному углу Ω, под которым видна площадка из точки М. Для точки, расположенной на внешней поверхности эпикарда, телесный угол, под которым видна поверхность опорной точки, равен 2π (или половине телесного угла замкнутого пространства, равного 4π). При условии

Figure 00000015
, телесный угол Ω, остается постоянным. Тогда для потенциала точки, расположенной на внешней поверхности эпикарда, справедливо выражение вида:The surface integral in expression (7) is equal to the solid angle Ω, under which the area from point M is visible. For a point located on the outer surface of the epicardium, the solid angle, under which the surface of the reference point is visible, is equal to 2π (or half the solid angle of the closed space, equal to 4π). Provided
Figure 00000015
, the solid angle Ω, remains constant. Then, for the potential of a point located on the outer surface of the epicardium, an expression of the form is valid:

Figure 00000016
Figure 00000016

где D - значение дипольного момента площадки ΔS, связанное с опорной площадкой ΔS: D=DS⋅ΔS; DS - поверхностная плотность дипольного момента опорной точки, равная произведению объемной плотности дипольного момента

Figure 00000004
на толщину двойного слоя:
Figure 00000017
.where D is the value of the dipole moment of the pad ΔS associated with the reference pad ΔS: D = D S ⋅ΔS; D S - surface density of the dipole moment of the reference point, equal to the product of the bulk density of the dipole moment
Figure 00000004
on the thickness of the double layer:
Figure 00000017
.

Ионный ток Iion, проходящий через площадку ΔS эпикарда в опорной точке компьютерной модели сердца равен произведению объемной плотности дипольного момента J на площадь площадки ΔS эпикарда:The ion current I ion passing through the site of the epicardium ΔS at the reference point of the computer model of the heart is equal to the product of the volume density of the dipole moment J by the area of the site ΔS of the epicardium:

Figure 00000018
Figure 00000018

Выражение (9) устанавливает зависимость между током, дипольным моментом и потенциалом эпикарда для опорной точки компьютерной модели сердца. Из выражения (9) следует, что потенциал эпикарда, дипольный момент и ионный ток для отдельной опорной точки компьютерной модели сердца имеют одинаковую форму функциональной зависимости. Очевидно, что при известной функции потенциала эпикарда известна форма функция тока через поверхность эпикарда.Expression (9) establishes the relationship between the current, the dipole moment, and the epicardial potential for the reference point of the computer model of the heart. It follows from expression (9) that the potential of the epicardium, the dipole moment, and the ion current for a separate reference point of a computer model of the heart have the same form of functional dependence. Obviously, with the known function of the potential of the epicardium, the form of the function of the current through the surface of the epicardium is known.

Таким образом, в известном способе неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца возможна оценка суммарного тока через площадку опорной точки на основе построения взаимосвязи электрофизиологических характеристик. При этом в известном способе неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца не определяются составляющие ионных токов эпикарда.Thus, in the known method for non-invasively determining the electrophysiological characteristics of the heart, it is possible to estimate the total current through the pad reference point based on the construction of the relationship of electrophysiological characteristics. Moreover, in the known method of non-invasive determination of the electrophysiological characteristics of the heart, the components of the ionic currents of the epicardium are not determined.

Далее, в известном способе неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца проверка их определения строится на основе концептуальной модели электрической активности сердца (ЭАС), предложенной Р.Р. Алиевым [16]. Отличительной особенностью концептуальной модели ЭАС является простота формального математического описания концепции явления, что делает возможным выделить качественные свойства объекта, не раскрывая его внутренней структуры. Применение концептуальных моделей направлено на описание изменения отдельного свойства объекта без описания его внутренней структуры. Такой подход не позволяет раскрыть причины изменения электрофизиологических характеристик. Главный недостаток применения концептуальной модели в известном способе определения электрофизиологических характеристик сердца состоит в отсутствии описания ионных токов, что не позволяет определить составляющие ионных токов эпикарда. Этот недостаток заложен в основе построения концептуальной модели, направленной на описание характера изменения отдельных электрофизиологических характеристик эпикарда, таких как дипольные моменты и потенциалы эпикарда, без описания причины изменения этих характеристик.Further, in the known method of non-invasive determination of the electrophysiological characteristics of the heart, verification of their determination is based on the conceptual model of the electrical activity of the heart (EAS), proposed by R.R. Aliev [16]. A distinctive feature of the conceptual model of EAS is the simplicity of a formal mathematical description of the concept of the phenomenon, which makes it possible to highlight the qualitative properties of an object without revealing its internal structure. The use of conceptual models is aimed at describing the changes in an individual property of an object without describing its internal structure. This approach does not allow to reveal the causes of changes in electrophysiological characteristics. The main disadvantage of using the conceptual model in the known method for determining the electrophysiological characteristics of the heart is the lack of description of ionic currents, which does not allow to determine the components of the ionic currents of the epicardium. This drawback lies at the basis of constructing a conceptual model aimed at describing the nature of changes in individual electrophysiological characteristics of the epicardium, such as dipole moments and epicardial potentials, without describing the reasons for the changes in these characteristics.

В известном способе определения электрофизиологических характеристик сердца [5] концептуальная модель Алиева-Панфилова (АП) применена для восстановления распространения трансмембранного потенциала действия (ТМПД) по поверхности эпикарда и синтеза модельного ЭКС. Используемые в модели АП значения электрофизиологических характеристик сердца (потенциалы эпикарда и дипольные моменты на поверхности эпикарда) получены при решении ОЗ ЭКГ. Двухкомпонентная концептуальная модель АП представляет собой систему двух дифференциальных уравнений параболического типа:In the known method for determining the electrophysiological characteristics of the heart [5], the Aliyev-Panfilov (AP) conceptual model is used to restore the spread of the transmembrane action potential (TMPD) over the epicardial surface and synthesize model EX. The electrophysiological characteristics of the heart used in the AP model (epicardial potentials and dipole moments on the surface of the epicardium) were obtained when solving the ECG EC. The two-component conceptual AP model is a system of two parabolic differential equations:

Figure 00000019
Figure 00000019

где u, v - медленная и быстрая переменные модели АП соответственно;where u, v are the slow and fast variables of the AP model, respectively;

ε0, k, а, μ1, μ2 - параметры модели АП.ε 0 , k, а, μ 1 , μ 2 are the parameters of the AP model.

Несмотря на то, что модель АП (10) удобна для описания распространения возбуждения по поверхности миокарда, эта модель не отражает фазовых свойств развития ТМПД. На фигуре 2,6 дан пример восстановления ТМПД с помощью модели АП. Одна из характерных особенностей модели АП состоит в том, что скорость спада переднего и заднего фронтов ТМПД задаются одной и той же быстрой переменной (v), что определяет их взаимосвязанное изменение. Однако процессы развития переднего и заднего фронтов реального ТМПД отличаются и связаны с изменениями в различных структурных элементах мембраны [8, 11]. Передний фронт ТМПД определяется свойствами каналов для ионов натрия, открытие и закрытие которых происходит в течение 3-х миллисекунд. Задний фронт ТМПД характеризуется изменением проводимости мембраны для ионов калия. Скорость его изменения обусловлена работой различных по своей природе структурных элементов мембраны, регулируемых внутренними процессами в кардиомиоците. Характерная длительность заднего фронта ТМПД составляет 30…50 миллисекунд, в то время как развитие переднего фронта происходит в течение 3 миллисекунд. Очевидно, что концептуальные модели, содержащие две переменных, не пригодны для описания ионных токов для различных фаз развития ТМПД.Despite the fact that the AP model (10) is convenient for describing the distribution of excitation over the myocardial surface, this model does not reflect the phase properties of the development of TMPD. Figure 2.6 shows an example of the restoration of TMPD using the AP model. One of the characteristic features of the AP model is that the decay rate of the leading and trailing edges of the TMPD are set by the same fast variable (v), which determines their interconnected change. However, the development processes of the leading and trailing edges of real TMPD are different and are associated with changes in various structural elements of the membrane [8, 11]. The leading edge of TMPD is determined by the properties of the channels for sodium ions, the opening and closing of which occurs within 3 milliseconds. The trailing edge of TMPD is characterized by a change in membrane conductivity for potassium ions. The rate of its change is due to the work of structural elements of a membrane of various nature, regulated by internal processes in a cardiomyocyte. The typical duration of the trailing edge of the TMPD is 30 ... 50 milliseconds, while the development of the leading edge occurs within 3 milliseconds. Obviously, conceptual models containing two variables are not suitable for describing ion currents for different phases of the development of TMPD.

В известном способе определения электрофизиологических характеристик сердца [5] на основе решения ОЗ ЭКГ не содержится информация о распределении ионных токов эпикарда. Решение ОЗ ЭКГ для дипольных моментов и потенциалов эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца так же не содержит разделения фаз развития ТМПД и, тем более, распределения токов в различные фазы развития ТМПД.In the known method for determining the electrophysiological characteristics of the heart [5] based on the decision of the ECG ECG does not contain information about the distribution of ionic currents of the epicardium. The solution of the OZ ECG for dipole moments and epicardial potentials at the reference points of the computer model of the heart also does not contain a separation of the phases of the development of TMPD and, especially, the distribution of currents to different phases of the development of TMPD.

Таким образом, несмотря на наличие информации об ионных токах, в известном способе неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца отсутствует модель для описания ионных токов эпикарда, что приводит к потере важной диагностической информации.Thus, despite the availability of information on ion currents, in the known method for non-invasive determination of the electrophysiological characteristics of the heart there is no model for describing ionic currents of the epicardium, which leads to the loss of important diagnostic information.

По мнению авторов предлагаемого изобретения, определение составляющих ионных токов эпикарда является насущной потребностью кардиологии и необходимо для повышения достоверности диагностики заболевания сердца и для эффективного применения антиаритмических препаратов.According to the authors of the present invention, the determination of the constituent ionic currents of the epicardium is an urgent need for cardiology and is necessary to increase the reliability of the diagnosis of heart disease and for the effective use of antiarrhythmic drugs.

Недостатком известного способа неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца является невозможность определения составляющих ионных токов эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента.The disadvantage of this method of non-invasive determination of the electrophysiological characteristics of the heart is the inability to determine the components of the ionic currents of the epicardium at the reference points of the computer model of the patient’s heart.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей оценки состояния сердца посредством анализа ионных токов через поверхность эпикарда и выделения составляющей ионного тока калия временного интервала монотонной реполяризации.The aim of the invention is to expand the functionality of assessing the state of the heart by analyzing ion currents through the surface of the epicardium and isolating the component of the potassium ion current in the time interval of monotonous repolarization.

Для этого в способ неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца, заключающийся в том, что регистрируют электрокардиосигнал (ЭКС) и измеряют потенциалы, генерируемые сердцем, регистрируют фронтальный и левобоковой флюорографические снимки сердца пациента, определяют по снимкам геометрические параметры сердца пациента, синтезируют компьютерную модель сердца пациента, определяют потенциалы, генерируемые сердцем на торсе пациента, определяют дипольные моменты и потенциалы эпикарда ϕ в опорных точках компьютерной модели сердца пациента, моделируют распространение волны возбуждения в эпикарде, синтезируют модельный ЭКС, сравнивают модельный ЭКС с зарегистрированным ЭКС, корректируют расчетные параметры модели распространения волны возбуждения в эпикарде путем изменения параметров при определении моментных распределений основных электрофизиологических характеристик на поверхности сердца и визуализируют электрофизиологические характеристики сердца на трехмерной модели сердца средствами компьютерной графики в наиболее удобном для восприятия виде, отличающийся тем, что дополнительноTo do this, in a non-invasive method for determining the electrophysiological characteristics of the heart, which consists in registering an electrocardiogram (ECS) and measuring the potentials generated by the heart, registering the front and left-side fluorographic images of the patient’s heart, determining the patient’s heart heart parameters, synthesizing a computer model of the patient’s heart, determine the potentials generated by the heart on the torso of the patient, determine the dipole moments and potentials of the epicardium ϕ at the reference points of the computer model of the patient’s heart, model the propagation of the excitation wave in the epicardium, synthesize a model EX, compare the model EX with the registered EX, correct the calculated parameters of the model of the propagation of the excitation wave in the epicardium by changing the parameters to determine the moment distributions of the main electrophysiological characteristics on the surface of the heart and visualize the electrophysiological characteristics of the heart on a three-dimensional model of the heart by computer graphics in the most convenient way to reproduce acceptance form, characterized in that it further

- формируют данные для стохастической модели тока реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца путем:- generate data for a stochastic model of epicardial repolarization current at reference points of a computer model of the heart by:

определения информационно-измерительного кванта (ИИК) у для выборок значений потенциала эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца для одного кардиоцикла: γ=Δϕ⋅Δt, где Δt - время, необходимое для получения одного отсчета;

Figure 00000020
мера ИИК, ϕmax, ϕmin и N - максимальное, минимальное значение и число отсчетов в выборке значений потенциала эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца;determining the information-measuring quantum (IIC) for samples of the epicardial potential values at the reference points of the computer model of the heart for one cardiocycle: γ = Δϕ⋅Δt, where Δt is the time required to obtain one sample;
Figure 00000020
IIR measure, ϕ max , ϕ min and N - the maximum, minimum value and the number of samples in the sample of epicardial potential values at the reference points of the computer model of the heart;

определения количества ИИК Nγ для стохастической модели тока реполяризации эпикарда

Figure 00000021
, где ϕi - i-е значение потенциала в выборке {ф} одного кардиоцикла;for determining the number of IIC N γ for a stochastic model of epicardial repolarization current
Figure 00000021
, where ϕ i is the ith value of the potential in the sample {f} of one cardiocycle;

определения количества m ранжированных значений tp j, минимальных tmin j и максимальных tmax j границ для временных интервалов группирования ИИКdetermining the number m of ranked values of t pj , the minimum t min j and the maximum t max j boundaries for the time intervals of the IIR grouping

Figure 00000022
;
Figure 00000023
;
Figure 00000024
;
Figure 00000025
Figure 00000022
;
Figure 00000023
;
Figure 00000024
;
Figure 00000025

Figure 00000026
, где g(ti)=1 если tmin j<tj≤tmax j, иначе g(ti)=0,
Figure 00000026
, where g (t i ) = 1 if t min j <t j ≤t max j , otherwise g (t i ) = 0,

где j - порядковый номер временного интервала группирования ИИК;where j is the sequence number of the time interval grouping IIK;

определения распределения вероятностей ИИК

Figure 00000027
и
Figure 00000028
в j-м интервале группирования ИИК для положительных и отрицательных значений потенциала эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента:determining the probability distribution of IIC
Figure 00000027
and
Figure 00000028
in the jth interval of the IIR grouping for positive and negative values of the epicardial potential at the reference points of the computer model of the patient’s heart:

Figure 00000029
,
Figure 00000029
,

Figure 00000030
;
Figure 00000030
;

определения разности распределений вероятностей ИИК pj в j-м интервале группирования для значений потенциала в опорных точках эпикарда компьютерной модели сердца пациента:

Figure 00000031
;determining the difference in the probability distributions of the IIR p j in the jth grouping interval for potential values at the reference points of the epicardium of the computer model of the patient’s heart:
Figure 00000031
;

формирования выборок отсчетов времени для положительных и отрицательных разностей распределений вероятностей ИИК t+={tj|tj∈(pj>0)}, t-={tj|tj∈(pj<0)};the formation of samples of time samples for positive and negative differences in the probability distributions of the IRC t + = {t j | t j ∈ (p j > 0)}, t - = {t j | t j ∈ (p j <0)};

выделения временного интервала фазы начальной быстрой реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента tнбр=min{tj|tj∈(pj<0)};allocation of the time interval of the initial fast epicardial repolarization phase at reference points of the patient’s computer model of the heart t nbr = min {t j | t j ∈ (p j <0)};

выделения временного интервала монотонной реполяризации эпикарда, включающего монотонную реполяризацию фазы плато и фазу конечной быстрой реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента:allocation of the time interval of monotonous repolarization of the epicardium, including monotonous repolarization of the plateau phase and the phase of the final rapid repolarization of the epicardium at the reference points of the computer model of the patient’s heart:

Figure 00000032
,
Figure 00000033
;
Figure 00000032
,
Figure 00000033
;

нормирования распределения вероятности ИИК для выборок значений потенциала временного интервала монотонной реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента

Figure 00000034
, где PM - вероятность обнаружения ИИК во временном интервале монотонной реполяризации эпикарда
Figure 00000035
;normalization of the probability distribution of IIR for samples of the potential values of the time interval of the monotonous repolarization of the epicardium at the reference points of the computer model of the patient’s heart
Figure 00000034
, where P M is the probability of detecting IIC in the time interval of monotonous repolarization of the epicardium
Figure 00000035
;

- определяют токи калия аномального выпрямления в опорных точках компьютерной модели сердца путем:- determine the currents of potassium abnormal rectification at the reference points of a computer model of the heart by:

формирования стохастической модели токов калия задержанного и аномального выпрямления

Figure 00000036
), где
Figure 00000037
стохастическая модель Iso тока калия быстрого задержанного выпрямления;
Figure 00000038
- стохастическая модель Iso тока калия медленного задержанного выпрямления;
Figure 00000039
- стохастическая модель тока калия аномального выпрямления;
Figure 00000040
,
Figure 00000041
,
Figure 00000042
- плотности распределений ИИК для тока калия быстрого и медленного задержанного выпрямления и для тока калия аномального выпрямления соответственно; Kso1, Kso2 и KK1 - весовые коэффициенты стохастической модели токов калия быстрого и медленного задержанного и аномального выпрямления соответственно; βso1, αso1, μso1, βso2, αso2, μso2, βK1, αK1, μK1 - параметры распределений;the formation of a stochastic model of delayed and abnormal rectification potassium currents
Figure 00000036
), where
Figure 00000037
stochastic model I so potassium current fast delayed rectification;
Figure 00000038
- stochastic model I so of potassium current slow delayed rectification;
Figure 00000039
- stochastic model of potassium current of abnormal rectification;
Figure 00000040
,
Figure 00000041
,
Figure 00000042
- IIC distribution density for potassium current of fast and slow delayed rectification and for potassium current of anomalous rectification, respectively; K so1 , K so2 and K K1 are the weights of the stochastic model of potassium currents of fast and slow delayed and anomalous rectification, respectively; β so1 , α so1 , μ so1 , β so2 , α so2 , μ so2 , β K1 , α K1 , μ K1 - distribution parameters;

задания весовых коэффициентов стохастической модели токов калия быстрого Kso1=0,5⋅(1-KK1) и медленного Kso2=0,5⋅(1-KK1) задержанного и аномального

Figure 00000043
, выпрямления, где qj=1, если
Figure 00000044
, иначе qj=0;reference weighting coefficients of the stochastic model potassium currents Fast K so1 = 0,5⋅ (1-K K1) and slow K so2 = 0,5⋅ (1-K K1) delayed and abnormal
Figure 00000043
rectification, where q j = 1 if
Figure 00000044
otherwise q j = 0;

определения параметров βso1, αso1, μso1, βso2, αso2, μso2, βK1, αK1, μK1 стохастической модели токов калия быстрого и медленного задержанного и аномального выпрямления путем минимизации решения уравненияdetermination of parameters β so1 , α so1 , μ so1 , β so2 , α so2 , μ so2 , β K1 , α K1 , μ K1 stochastic model of potassium currents of fast and slow delayed and anomalous rectification by minimizing the solution of the equation

Figure 00000045
Figure 00000045

где

Figure 00000046
- матрица стохастической модели токов калия быстрогоWhere
Figure 00000046
- matrix of a stochastic model of fast potassium currents

и медленного задержанного и аномального выпрямления;

Figure 00000047
- матрица нормированных вероятностей ИИК;and slow delayed and abnormal straightening;
Figure 00000047
- matrix of normalized probabilities of IIC;

определения распределения вероятностей ИИК токов калия быстрого задержанного

Figure 00000048
и медленного задержанного
Figure 00000049
и аномального выпрямления
Figure 00000050
на j-м интервале группирования ИИК;determining the probability distribution of IIC currents of potassium fast delayed
Figure 00000048
and slow detainee
Figure 00000049
and abnormal straightening
Figure 00000050
on the jth interval of the IIK grouping;

определения критерия адекватности

Figure 00000051
модели токов калия быстрого и медленного задержанного и аномального выпрямления в опорной точке компьютерной модели сердца пациента, где составляющие критерия вычисляют по формулам:determination of the adequacy criterion
Figure 00000051
models of potassium currents of fast and slow delayed and abnormal rectification at the reference point of the computer model of the patient’s heart, where the components of the criterion are calculated by the formulas:

Figure 00000052
,
Figure 00000052
,

Figure 00000053
,
Figure 00000053
,

Figure 00000054
,
Figure 00000054
,

где ke so1, κso1, ke so2, κso2, ke K1, κK1, _ коэффициенты энтропии и контрэксцесса симметричных распределений для тока калия быстрого и медленного задержанного и аномального выпрямления;where k e so1, κ so1, k e so2, κ so2, k e K1, κ K1, _ coefficients and entropy kontrekstsessa symmetrical distributions for potassium current of fast and slow delayed and abnormal rectification;

сравнения критерия r2≤3⋅ln(α-2), где α - уровень значимости принятия решения;comparing the criterion r 2 ≤3⋅ln (α -2 ), where α is the significance level of decision making;

коррекции весовых коэффициентов стохастической модели токов калия быстрого Kso1 и медленного Kso2 задержанного и аномального KK1 выпрямления в опорных точках компьютерной модели сердца пациента;correction of the weight coefficients of the stochastic model of potassium currents fast K so1 and slow K so2 delayed and abnormal K K1 rectification at the reference points of the computer model of the patient’s heart;

принятия решения: «Параметры стохастической модели тока калия

Figure 00000055
задержанного и аномального выпрямления определены корректно»;decision: “Parameters of the stochastic model of potassium current
Figure 00000055
delayed and abnormal rectification determined correctly ”;

определения значений

Figure 00000056
тока калия аномального выпрямления по формуле:value definitions
Figure 00000056
potassium current abnormal rectification according to the formula:

Figure 00000057
Figure 00000057

- определяют ток реполяризации эпикарда

Figure 00000058
опорных точках компьютерной модели сердца пациента путем:- determine the repolarization current of the epicardium
Figure 00000058
reference points of a computer model of the patient’s heart by:

формирования стохастической модели тока

Figure 00000058
реполяризации эпикарда
Figure 00000059
, где
Figure 00000060
- стохастическая модель переходного транзитного тока эпикарда;
Figure 00000061
- стохастическая модель медленного деполяризующего тока кальция; Kto, Kst и KM - весовые коэффициенты стохастической модели тока реполяризации эпикарда;
Figure 00000062
и
Figure 00000063
- плотности распределений ИИК для переходного транзитного тока и медленного деполяризующего тока кальция соответственно; βto, αto, μto, βst, αst, μst - параметры распределений;forming a stochastic current model
Figure 00000058
epicardial repolarization
Figure 00000059
where
Figure 00000060
- stochastic model of transient transition current of the epicardium;
Figure 00000061
- stochastic model of slow depolarizing current of calcium; K to , K st, and K M are the weights of the stochastic model of epicardial repolarization current;
Figure 00000062
and
Figure 00000063
- the density of the distribution of the IIC for the transient transit current and slow depolarizing current of calcium, respectively; β to , α to , μ to , β st , α st , μ st - distribution parameters;

определения параметров стохастической модели тока

Figure 00000064
реполяризации эпикарда путем минимизации решения уравненияdetermining the parameters of a stochastic current model
Figure 00000064
repolarization of the epicardium by minimizing the solution to the equation

Figure 00000065
,
Figure 00000065
,

где

Figure 00000066
- матрица стохастической модели тока реполяризации эпикарда; р=[р, р2 … pm] - матрица разностей распределений вероятностей ИИК;Where
Figure 00000066
- matrix of a stochastic model of epicardial repolarization current; p = [p, p 2 ... p m ] - matrix of differences in the probability distributions of the IIC;

определения значения тока

Figure 00000067
реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациентаdetermining current value
Figure 00000067
epicardial repolarization at reference points of the patient’s computer model of the heart

Figure 00000068
;
Figure 00000068
;

- восстанавливают потенциал ϕmod в опорных точках эпикарда компьютерной модели сердца пациента путем:- restore the potential ϕ mod at the reference points of the epicardium of the computer model of the patient’s heart by:

определения коэффициента приведения потенциала эпикарда

Figure 00000069
;determining the coefficient of reduction potential of the epicardium
Figure 00000069
;

определения коэффициента приведения тока

Figure 00000070
;determine the coefficient of current reduction
Figure 00000070
;

определения значений восстановленного потенциала ϕmod i в опорных точках эпикарда компьютерной модели сердца пациента

Figure 00000071
;determining the values of the restored potential ϕ mod i at the reference points of the epicardium of the computer model of the patient’s heart
Figure 00000071
;

- сравнивают восстановленный ϕmod потенциал эпикарда с потенциалом эпикарда ϕ определенном на ЭКС- compare the restored ϕ mod the potential of the epicardium with the potential of the epicardium ϕ determined on the EX

Figure 00000072
;
Figure 00000072
;

- корректируют параметры распределений βto, αto, μto, βst, αst, μst стохастической модели тока

Figure 00000073
реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента;- adjust the distribution parameters β to , α to , μ to , β st , α st , μ st of the stochastic current model
Figure 00000073
epicardial repolarization at reference points of the patient’s computer model of the heart;

- принимают решение: «Значения тока

Figure 00000067
реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента определены корректно».- make a decision: “Current values
Figure 00000067
the repolarization of the epicardium at the reference points of the computer model of the patient’s heart was determined correctly. "

На фигуре 3 приведены временные диаграммы токов, формирующих трансмембранный потенциал действия (ТМПД) [17].The figure 3 shows the timing diagrams of the currents forming the transmembrane action potential (TMPD) [17].

На фигуре 4 приведена взаимосвязь потенциала эпикарда и ТМПД кардиомиоцитов посредством ионных токов: а) при деполяризации эпикарда, б) при реполяризации эпикарда.The figure 4 shows the relationship of the potential of the epicardium and TMPD of cardiomyocytes through ionic currents: a) during depolarization of the epicardium, b) during repolarization of the epicardium.

На фигуре 5 приведены временные диаграммы токов, формирующих ТМПД, для детальной модели Iyer-Mazhari-Winslow (IMW) [35].The figure 5 shows the timing diagrams of the currents forming the TMPD for the detailed model Iyer-Mazhari-Winslow (IMW) [35].

На фигуре 6 приведены временные диаграммы токов, формирующих ТМПД, для детальной модели Tusscher-Noble-Noble-Panfilov (TNNP) [34]: а) желудочкового ТМПД; б) концентрации кальция; в) тока натрия; г) переходного транзитного тока; д) тока калия быстрого задержанного выпрямления; е) тока калия медленного задержанного выпрямления; ж) деполяризующего тока кальция L-типа; з) тока калия аномального выпрямления.The figure 6 shows the timing diagrams of the currents forming TMPD for the detailed model Tusscher-Noble-Noble-Panfilov (TNNP) [34]: a) ventricular TMPD; b) calcium concentration; c) sodium current; d) transient transit current; e) potassium current of fast delayed rectification; e) potassium current slow delayed rectification; g) depolarizing current of calcium of L-type; h) potassium current of abnormal rectification.

На фигуре 7 приведено сравнение временных диаграмм токов, формирующих ТМПД, для детальной модели Luo-Rudy (LRd) (а) и для детальной модели TNNP (б) [30].The figure 7 shows a comparison of the time diagrams of the currents forming the TMPD for the detailed model Luo-Rudy (LRd) (a) and for the detailed model TNNP (b) [30].

На фигуре 8 приведено сравнение временных диаграмм токов, формирующих ТМПД, для детальной модели Priebe-Beuckelmann (РВ), для детальной модели LRd и для детальной модели TNNP [23]: а) желудочкового ТМПД; б) деполяризующего тока кальция L-типа; в) тока калия быстрого задержанного выпрямления; г) тока калия медленного задержанного выпрямления.Figure 8 compares the time diagrams of the currents forming the TMPD for the detailed Priebe-Beuckelmann (PB) model, for the detailed LRd model and for the detailed TNNP model [23]: a) ventricular TMPD; b) depolarizing current of calcium of L-type; c) potassium current of fast delayed rectification; d) potassium current slow delayed rectification.

На фигуре 9 приведено изменение формы ТМПД при нарушении взаимодействия ионных каналов в кардиомиоците [18].The figure 9 shows the change in the shape of TMPD in violation of the interaction of ion channels in cardiomyocytes [18].

На фигуре 10 приведена таблица с перечнем причин изменения длительности ТМПД при различных синдромах [14, 15, 17, 21, 22].The figure 10 shows a table with a list of reasons for changing the duration of TMPD for various syndromes [14, 15, 17, 21, 22].

На фигуре 11 приведена таблица с перечнем причин изменения формы ТМПД при синдроме Бругэда [14, 15, 17].The figure 11 shows a table with a list of the reasons for the change in the form of TMPD in Bruged syndrome [14, 15, 17].

На фигуре 12 приведена схема алгоритма, реализующего предлагаемый способ неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца.The figure 12 shows a diagram of an algorithm that implements the proposed method for non-invasive determination of electrophysiological characteristics of the heart.

На фигуре 13 приведена схема алгоритма формирования данных для стохастической модели тока реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца.The figure 13 shows a diagram of a data generation algorithm for a stochastic model of epicardial repolarization current at reference points of a computer model of the heart.

На фигуре 14 приведена схема алгоритма определения тока калия аномального выпрямления в опорных точках компьютерной модели сердца пациента.The figure 14 shows a diagram of an algorithm for determining the potassium current of abnormal rectification at reference points of a computer model of the patient's heart.

На фигуре 15 приведена схема алгоритма определения тока реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента.The figure 15 shows a diagram of an algorithm for determining the repolarization current of the epicardium at the reference points of a computer model of the patient’s heart.

На фигуре 16 приведена схема алгоритма восстановления потенциала эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента.The figure 16 shows a diagram of an algorithm for restoring the potential of the epicardium at the reference points of a computer model of the patient's heart.

На фигуре 17 приведен характерный пример потенциала эпикарда, полученного в результате восстановления электрокардиосигнала.The figure 17 shows a typical example of the potential of the epicardium obtained by restoring the electrocardiogram.

На фигуре 18 приведена иллюстрация формирования информационно-измерительного кванта (ИИК) по выборке потенциала эпикарда для опорной точки компьютерной модели сердца пациента.The figure 18 shows an illustration of the formation of an information-measuring quantum (IIC) from a sample of the epicardial potential for the reference point of a computer model of the patient’s heart.

На фигуре 19 приведена разница распределений ИИК для положительных и отрицательных значений потенциала эпикарда.The figure 19 shows the difference in the distributions of the IIK for positive and negative values of the potential of the epicardium.

На фигуре 20 приведено представление стохастических моделей тока калия задержанного и аномального выпрямления для временного интервала монотонной реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента.The figure 20 shows a representation of stochastic models of potassium current delayed and abnormal rectification for the time interval of monotonous repolarization of the epicardium at the reference points of the computer model of the patient’s heart.

На фигуре 21 приведена последовательность формирования распределения вероятностей ИИК симметричной случайной величины Z для стохастической модели тока калия аномального выпрямления, где обозначено:The figure 21 shows the sequence of formation of the probability distribution of the IIC symmetric random variable Z for a stochastic model of potassium current anomalous rectification, where it is indicated:

а) гистограмма распределения вероятностей ИИК

Figure 00000074
по временным интервалам группирования для стохастической модели тока калия аномального выпрямления;a) a histogram of the probability distribution of the IIC
Figure 00000074
by grouping time intervals for a stochastic model of potassium current of abnormal rectification;

б) распределение вероятности ИИК

Figure 00000075
для значений случайной безразмерной величины Y, полученной путем преобразования временных отсчетов ИИК для стохастической модели тока калия аномального выпрямления;b) the probability distribution of IIC
Figure 00000075
for values of a random dimensionless quantity Y obtained by converting time samples of the IIR for a stochastic model of potassium current of anomalous rectification;

в) симметричное распределение вероятностей ИИК

Figure 00000076
для значений случайной безразмерной величины Z для стохастической модели тока калия аномального выпрямления, полученной путем симметричного отображения вероятностей для значений случайной величины Y;c) symmetric probability distribution of IIC
Figure 00000076
for values of a random dimensionless quantity Z for a stochastic model of potassium current of anomalous rectification obtained by symmetric mapping of probabilities for values of a random variable Y;

г) гистограмма распределения вероятностей ИИК

Figure 00000077
по интервалам группирования случайной величины Z для стохастической модели тока калия аномального выпрямления.d) a histogram of the probability distribution of the IIC
Figure 00000077
over grouping intervals of a random variable Z for a stochastic model of potassium current of anomalous rectification.

На фигуре 22 приведена последовательность формирования распределения вероятностей ИИК симметричной случайной величины Z для стохастической модели тока калия медленного задержанного выпрямления, где обозначено:The figure 22 shows the sequence of formation of the probability distribution of the IIC symmetric random variable Z for a stochastic model of potassium current slow delayed rectification, where it is indicated:

а) гистограмма распределения вероятностей ИИК

Figure 00000078
по временным интервалам группирования для стохастической модели тока калия медленного задержанного выпрямления;a) a histogram of the probability distribution of the IIC
Figure 00000078
by grouping time intervals for a stochastic model of potassium current slow delayed rectification;

б) распределение вероятности ИИК

Figure 00000079
для значений случайной безразмерной величины Y, полученной путем преобразования временных отсчетов ИИК для стохастической модели тока калия медленного задержанного выпрямления;b) the probability distribution of IIC
Figure 00000079
for values of a random dimensionless quantity Y obtained by converting time samples of the IIR for a stochastic model of potassium current slow delayed rectification;

в) симметричное распределение вероятностей ИИК

Figure 00000080
для значений случайной безразмерной величины Z для стохастической модели тока калия медленного задержанного выпрямления, полученной путем симметричного отображения вероятностей для значений случайной величины Y;c) symmetric probability distribution of IIC
Figure 00000080
for values of a random dimensionless quantity Z for a stochastic model of potassium current of slow delayed rectification, obtained by symmetric mapping of probabilities for values of a random variable Y;

г) гистограмма распределения вероятностей ИИК

Figure 00000081
по интервалам группирования случайной величины Z для стохастической модели тока калия медленного задержанного выпрямления.d) a histogram of the probability distribution of the IIC
Figure 00000081
over grouping intervals of a random variable Z for a stochastic model of potassium current slow delayed rectification.

На фигуре 23 приведена последовательность формирования распределения вероятностей ИИК симметричной случайной величины Z для стохастической модели тока калия быстрого задержанного выпрямления, где обозначено:The figure 23 shows the sequence of formation of the probability distribution of the IIC symmetric random variable Z for a stochastic model of potassium current fast delayed rectification, where it is indicated:

а) гистограмма распределения вероятностей ИИК

Figure 00000082
по временным интервалам группирования для стохастической модели тока калия быстрого задержанного выпрямления;a) a histogram of the probability distribution of the IIC
Figure 00000082
by grouping time intervals for a stochastic model of potassium current of fast delayed rectification;

б) распределение вероятности ИИК

Figure 00000083
для значений случайной безразмерной величины Y, полученной путем преобразования временных отсчетов ИИК для стохастической модели тока калия быстрого задержанного выпрямления;b) the probability distribution of IIC
Figure 00000083
for values of a random dimensionless quantity Y obtained by converting time samples of the IIR for a stochastic model of potassium current of fast delayed rectification;

в) симметричное распределение вероятностей ИИК

Figure 00000084
для значений случайной безразмерной величины Z для стохастической модели тока калия быстрого задержанного выпрямления, полученной путем симметричного отображения вероятностей для значений случайной величины Y;c) symmetric probability distribution of IIC
Figure 00000084
for values of a random dimensionless quantity Z for a stochastic model of potassium current of fast delayed rectification, obtained by symmetric mapping of probabilities for values of a random variable Y;

г) гистограмма распределения вероятностей ИИК

Figure 00000085
по интервалам группирования случайной величины Z для стохастической модели тока калия быстрого задержанного выпрямления.d) a histogram of the probability distribution of the IIC
Figure 00000085
over grouping intervals of a random variable Z for a stochastic model of potassium current of fast delayed rectification.

На фигуре 24 приведены зависимости критерия адекватности и параметров модели токов калия задержанного и аномального выпрямления от весового коэффициента K1 модели тока аномального выпрямления:The figure 24 shows the dependence of the adequacy criterion and the parameters of the model of potassium currents of delayed and abnormal rectification on the weight coefficient K 1 of the current model of abnormal rectification:

а) зависимости критерия адекватности модели тока калия задержанного и аномального выпрямления г и его составляющих

Figure 00000086
,
Figure 00000087
,
Figure 00000088
от весового коэффициента K1 модели тока аномального выпрямления;a) the dependence of the criterion of the adequacy of the model of potassium current delayed and abnormal rectification g and its components
Figure 00000086
,
Figure 00000087
,
Figure 00000088
from the weight coefficient K 1 of the current model of abnormal rectification;

б) зависимость параметра формы γ модели тока калия аномального выпрямления от весового коэффициента K1 модели тока аномального выпрямления;b) the dependence of the shape parameter γ of the potassium current model of anomalous rectification on the weight coefficient K 1 of the model of anomalous rectification current;

в) зависимость параметров масштаба

Figure 00000089
,
Figure 00000090
,
Figure 00000091
моделей составляющих тока калия быстрого задержанного, медленного задержанного и аномального выпрямления от весового коэффициента K1 модели тока аномального выпрямления;c) the dependence of the scale parameters
Figure 00000089
,
Figure 00000090
,
Figure 00000091
models of the components of the potassium current of fast delayed, slow delayed and anomalous rectification from the weight coefficient K 1 of the current model of anomalous rectification;

г) зависимость параметров масштаба

Figure 00000092
,
Figure 00000093
,
Figure 00000094
моделей составляющих тока калия быстрого задержанного, медленного задержанного и аномального выпрямления от весового коэффициента K1 модели тока аномального выпрямления.d) the dependence of the scale parameters
Figure 00000092
,
Figure 00000093
,
Figure 00000094
models of potassium current components of fast delayed, slow delayed and anomalous rectification from the weight coefficient K 1 of the anomalous rectification current model.

На фигуре 25 приведены результаты моделирования тока реполяризации эпикарда, где используются следующие обозначения:

Figure 00000095
- ток реполяризации эпикарда;
Figure 00000096
- ток аномального выпрямления;
Figure 00000097
- ток быстрого задержанного выпрямления;
Figure 00000098
- медленного задержанного выпрямления;
Figure 00000099
- переходной транзитный ток эпикарда;
Figure 00000100
- замедленный деполяризующий ток кальция.The figure 25 shows the results of modeling the repolarization current of the epicardium, where the following notation is used:
Figure 00000095
- epicardial repolarization current;
Figure 00000096
- current abnormal rectification;
Figure 00000097
- current fast delayed rectification;
Figure 00000098
- slow delayed straightening;
Figure 00000099
- transient transit current of the epicardium;
Figure 00000100
- slow depolarizing current of calcium.

На фигуре 26 приведены графики потенциалов эпикарда: ϕ - потенциал эпикарда, полученный при решении ОЗ ЭКГ в известном способе, и ϕmod - потенциал эпикарда, восстановленный с помощью стохастической модели токов реполяризации эпикарда.Figure 26 shows graphs epicardial potentials: φ - potential epicardium, resulting in solving the ECG OZ, in the known method, and φ mod - epicardium capacity restored by the currents of the stochastic model of repolarization epicardium.

Введенные действия с их связями проявляют новые свойства, расширяющие функциональные возможности известного способа и позволяющие определить составляющие тока калия и установить причины изменения формы потенциала эпикарда. Расширение функциональных возможностей при определении электрофизиологических характеристик сердца обеспечивается путем:The introduced actions with their connections exhibit new properties that expand the functionality of the known method and allow to determine the components of the potassium current and establish the reasons for the change in the shape of the epicardial potential. The expansion of functionality in determining the electrophysiological characteristics of the heart is provided by:

- восстановления с помощью предлагаемой стохастической модели тока реполяризации эпикарда потенциала эпикарда;- restoration using the proposed stochastic model of repolarization current of the epicardium of the epicardial potential;

- сравнения восстановленного потенциала эпикарда с потенциалом эпикарда, полученным в результате решения ОЗ ЭКГ;- comparing the restored potential of the epicardium with the potential of the epicardium obtained as a result of solving the ECG EC;

- определения составляющих тока калия в случае эквивалентности сравниваемых потенциалов эпикарда;- determination of the components of the potassium current in the case of equivalence of the compared potentials of the epicardium;

- коррекции стохастической модели тока реполяризации эпикарда до достижения эквивалентности сравниваемых потенциалов эпикарда в случае неэквивалентности сравниваемых потенциалов эпикарда.- correction of the stochastic model of the epicardial repolarization current to achieve equivalence of the compared epicardial potentials in the case of nonequivalence of the compared epicardial potentials.

Суть предлагаемого изобретения заключается в определении тока калия аномального выпрямления за счет применении стохастической модели составляющих ионных токов реполяризации эпикарда при проведении электрокардиографического обследования.The essence of the invention is to determine the potassium current of abnormal rectification due to the use of a stochastic model of the constituent ionic currents of epicardial repolarization during electrocardiographic examination.

Известно, что ЭАС обусловлена функционированием ионных каналов клеток миокарда - кардиомиоцитов [10]. Многие заболевания сердца связаны с дефектными изменениями функционирования ионных каналов, которые проявляются в развитии жизнеугражающих аритмий. На фигуре 3 приведена временная диаграмма составляющих токов эпикарда [17], иллюстрирующая взаимосвязь ионных токов в развитии ТМПД. Все токи в кардиомиоците разделены на входящие, деполяризующие и выходящие, реполяризующие токи. Из временных диаграмм токов, приведенных на фигуре 3, видно, что токи деполяризации состоят из двух основных составляющих: быстрый ток натрия INa и медленный деполяризующий ток кальция ICa. Токи реполяризации кардиомиоцита содержат целый комплекс составляющих: выходящие транзитные токи Ito, токи калия быстрого задержанного IKr, медленного задержанного IKs и аномального выпрямления IK1 [17].It is known that EAS is due to the functioning of the ion channels of myocardial cells — cardiomyocytes [10]. Many heart diseases are associated with defective changes in the functioning of ion channels, which are manifested in the development of life-threatening arrhythmias. The figure 3 shows a timing diagram of the components of the currents of the epicardium [17], illustrating the relationship of ionic currents in the development of TMPD. All currents in a cardiomyocyte are divided into incoming, depolarizing and exiting, repolarizing currents. From the time diagrams of the currents shown in figure 3, it can be seen that the depolarization currents consist of two main components: a fast current of sodium I Na and a slow depolarizing current of calcium I Ca. The cardiomyocyte repolarization currents contain a whole complex of components: outgoing transit currents I to , potassium currents of fast delayed I Kr , slow delayed I Ks and abnormal rectification I K1 [17].

Авторы предлагаемого изобретения убеждены в том, что знание особенностей ионных токов во время различных фаз развития ТМПД является важным диагностическим показателем. Например, для описания токов детальной модели фаза 2 плато ТМПД (см. фигуру 3) разделяется на две части. Авторы предлагаемого изобретения считают необходимым для определения токов задержанного и аномального выпрямлений объединить фазы 2 и 3 ТМПД (см. фигуру 3), и таким образом выделить временной интервал монотонной реполяризации ТМПД (см. фигуру 3). Во время монотонной реполяризации ТМПД происходят процессы управления концентрацией тока кальция, приводящие к изменению длительности ТМПД.The authors of the invention are convinced that the knowledge of the features of ionic currents during various phases of the development of TMPD is an important diagnostic indicator. For example, to describe the currents of a detailed model, phase 2 of the TMPD plateau (see Figure 3) is divided into two parts. The authors of the invention consider it necessary to combine the phases 2 and 3 of the TMPD (see figure 3) to determine the currents of the delayed and abnormal rectifications (see figure 3), and thus to isolate the time interval of the monotonous repolarization of the TMPD (see figure 3). During the monotonic repolarization of TMPD, processes of controlling the concentration of calcium current occur, leading to a change in the duration of TMPD.

Отличительной особенностью предлагаемого способа в смысле получения новой диагностической информации является возможность анализа решения ОЗ ЭКГ с помощью стохастической модели тока реполяризации эпикарда, построенной с учетом характерных особенностей ионных токов во время монотонной реполяризации ТМПД. На фигуре 4 показана взаимосвязь ТМПД кардиомиоцита и потенциала эпикарда ϕ при развитии процессов деполяризации (см. фигуру 4,а) и реполяризации (см. фигуру 4,6). Во время деполяризации эпикарда происходит изменение знака и значения ТМПД, что связано с изменением избыточного заряда внутренней среды кардиомиоцита. Смена заряда происходит при распространении ТМПД от эндокарда к эпикарду. Накапливаемый в кардиомиоците заряд определяет избыточный заряд внутренней среды кардиомиоцита. Во время реполяризации происходит изменение знака ТМПД, что вызывает процесс перезарядки внутренней среды кардиомиоцита. Процессы деполяризации и реполяризации обусловлены различными ионными токами, что вызывает перемещение ионов в направлении поверхности эпикарда вследствие изменения концентраций ионов. В результате генерируется ионный ток, проходящий через эпикард и формирующий ЭКС на торсе пациента.A distinctive feature of the proposed method in the sense of obtaining new diagnostic information is the possibility of analyzing the solution of the ECG ECG using a stochastic model of epicardial repolarization current, constructed taking into account the characteristic features of ion currents during monotonic repolarization of TMPD. The figure 4 shows the relationship of TMPD of the cardiomyocyte and the epicardial potential ϕ during the development of depolarization processes (see figure 4, a) and repolarization (see figure 4.6). During depolarization of the epicardium, a change in the sign and value of TMPD occurs, which is associated with a change in the excess charge of the internal environment of the cardiomyocyte. A charge change occurs when the TMPD propagates from the endocardium to the epicardium. The charge accumulated in the cardiomyocyte determines the excess charge of the internal environment of the cardiomyocyte. During repolarization, a change in the sign of TMPD occurs, which causes a process of recharging the internal environment of the cardiomyocyte. The processes of depolarization and repolarization are due to different ion currents, which causes the movement of ions in the direction of the surface of the epicardium due to changes in ion concentrations. As a result, an ion current is generated that passes through the epicardium and forms an ECS on the patient's torso.

В связи с тем, что одни и те же ионы межклеточной среды участвуют как в образовании тока развития ТМПД, так и в образовании тока, проходящего через эпикард, то эти процессы взаимосвязаны. Наличие взаимосвязи процессов позволяет использовать схемы токов детальных моделей процесса развития ТМПД для описания процесса реполяризации эпикарда. Так как ток через эпикард образован суммарным током деполяризации и реполяризации кардиомиоцита, то его составляющие имеют случайный характер, что обуславливает необходимость использования стохастических моделей для описания ионного тока реполяризации эпикарда и образования потенциала эпикарда<р.Due to the fact that the same ions of the intercellular medium participate both in the formation of the current for the development of TMPD and in the formation of a current passing through the epicardium, these processes are interconnected. The presence of the interconnection of processes allows the use of current schemes of detailed models of the process of development of TMPD to describe the process of repolarization of the epicardium. Since the current through the epicardium is formed by the total current of depolarization and repolarization of the cardiomyocyte, its components are random in nature, which necessitates the use of stochastic models to describe the ionic current of epicardial repolarization and the formation of the epicardial potential <p.

Для пояснения дальнейшего изложения рассмотрим детальные модели ионных токов, используемые для исследования составляющих ионных токов при развитии ТМПД. (см. фигуры 5-11). Современные детальные модели электрической активности сердца (ЭАС) созданы путем совершенствования известного формализма (модели) Ходжкина-Хаксли [24], в основе которого положены процессы управления проводимостью мембранных каналообразующих белков за счет изменения состояния потенциалозависимых частиц. При этом формальное управление поведением отдельной белковой структуры задано в виде системы дифференциальных уравнений, моделирующих состояние потенциалозависимых частиц. Наиболее известны следующие детальные модели.To clarify the further discussion, we consider the detailed models of ion currents used to study the components of ion currents in the development of TMPD. (see figures 5-11). Modern detailed models of the electrical activity of the heart (EAS) were created by improving the well-known Hodgkin-Huxley formalism (model) [24], which is based on the processes of controlling the conductivity of membrane channel-forming proteins by changing the state of voltage-dependent particles. Moreover, the formal control of the behavior of an individual protein structure is given in the form of a system of differential equations simulating the state of voltage-dependent particles. The following detailed models are best known.

1. Модель Luo-Rudy (LRd) - одна из первых детальных моделей для ТМПД, содержащая основные структурные элементы для описания проводимости через мембрану [28].1. The Luo-Rudy (LRd) model is one of the first detailed models for TMPD containing the main structural elements for describing the conductivity through the membrane [28].

2. Модель Priebe-Beuckelmann (РВ) [31]. Эта модель разработана для изучения неправильного автоматизма и клеточных электрофизиологических последствий остановки сердца (содержит 22 переменных).2. Priebe-Beuckelmann (PB) model [31]. This model is designed to study abnormal automatism and cellular electrophysiological consequences of cardiac arrest (contains 22 variables).

3. Модель Tusscher-Noble-Noble-Panfilov (TNNP) [34]. Эта модель, в которой применены результаты, полученные непосредственного при исследовании тканей миокарда (содержит 17 переменных состояния и 44 параметра) '3. Model Tusscher-Noble-Noble-Panfilov (TNNP) [34]. This model, which uses the results obtained directly in the study of myocardial tissue (contains 17 state variables and 44 parameters) '

4. Модель Iyer-Mazhari-Winslow (IMW) [26, 32]. Эта модель детально описывает ионные потоки для отдельных структур мембраны, включает 67 переменных состояния и 94 параметра.4. The Iyer-Mazhari-Winslow (IMW) model [26, 32]. This model describes ion flows in detail for individual membrane structures, includes 67 state variables and 94 parameters.

Детальные модели LRd, РВ, TNNP и IMW позволяют решить прямую задачу: при известных значениях ионных токов определить развитие ТМПД. При решении обратной задачи: определение значениях ионных токов по известной форме ТМПД возможно множество решений, зависящих от случайных воздействий. Применение детальных моделей LRd, РВ, TNNP и IMW так же ограничено из-за большого объема проводимых вычислений, что важно при рассмотрении задач распространения электрического потенциала и возникновение риентри в миокарде.Detailed models of LRd, PB, TNNP, and IMW allow us to solve a direct problem: for known values of ion currents, determine the development of TMPD. When solving the inverse problem: determining the values of ion currents from the known form of TMPD, many solutions are possible depending on random influences. The use of detailed models of LRd, PB, TNNP, and IMW is also limited due to the large amount of calculations that are important, which is important when considering the problems of electric potential propagation and the occurrence of rientri in the myocardium.

5. Упрощенная модель для ТМПД [30]. Эта модель разработана для изучения распространения ТМПД, образования риентри, рефрактерных свойств миокарда и других процессов развития аритмии вследствие изменения восстановления миокарда. Модель относится к реалистической физиологической модели и включает токи всех ионных каналов. Цель модели состоит в воспроизведении морфологической формы ТМПД и кривых возвращения к потенциалу покоя на основе результатов моделирования более сложных моделей.5. A simplified model for TMPD [30]. This model is designed to study the spread of TMPD, the formation of rientri, the refractory properties of the myocardium and other processes of the development of arrhythmia due to changes in myocardial recovery. The model refers to a realistic physiological model and includes currents of all ion channels. The purpose of the model is to reproduce the morphological form of TMPD and curves of return to the resting potential based on the results of modeling more complex models.

Покажем определение составляющих ионных токов эпикарда в детальных моделях ионных токов. Временная диаграмма, приведенная на фигуре 5, иллюстрирует детальное моделирование составляющих ионных токов ТМПД в модели IMW [23, 35], где обозначены деполяризующие и реполяризующие токи. Также в модели IMW учтены дополнительно токи INa/Ca мембранной структуры натрий-кальциевого обменника. На фигуре 6 приведены временные диаграммы основных токов детальной модели TNNP для вентрикулярных тканей [34], из которых следует, что для построения детальной модели TNNP необходим такой же набор составляющих ионных токов. Для обеспечения качества модели важно обеспечить форму функции изменения ионных токов. Диаграммы составляющих (компонент) токов детальной модели TNNP, приведенные на фигуре 6, содержат информацию о форме изменения составляющих ионных токов во времени. На фигуре 6 приведены следующие диаграммы:We show the definition of the constituent ionic currents of the epicardium in detailed models of ionic currents. The timing diagram shown in figure 5 illustrates a detailed simulation of the components of the ion currents of the TMPD in the IMW model [23, 35], where depolarizing and repolarizing currents are indicated. The IMW model also takes into account additionally the currents I Na / Ca of the membrane structure of the sodium-calcium exchanger. The figure 6 shows the timing diagrams of the main currents of the detailed TNNP model for ventricular tissues [34], from which it follows that to build a detailed TNNP model, the same set of constituent ion currents is required. To ensure the quality of the model, it is important to provide a form of the function of changes in ion currents. The diagrams of the constituents (components) of the currents of the detailed TNNP model shown in Figure 6 contain information about the form of the change in the components of the ionic currents over time. The figure 6 shows the following diagrams:

а - трансмембранного потенциала действия ϕ;а - transmembrane action potential ϕ;

б - переходного процесса кальция Cai;b - the transition process of calcium Cai;

в - тока натрия INa;in - sodium current I Na ;

г - транзитного переходного тока It0;g - transient transition current I t0 ;

д - тока калия быстрого задержанного выпрямления IKr;d - potassium current fast delayed rectification I Kr ;

е - тока калия медленного задержанного выпрямления IKs;e - potassium current slow delayed rectification I Ks ;

ж - тока кальция Z-типа ICaL;g — Z-type I calcium current CaL ;

з - тока калия аномального выпрямления IK1.s - potassium current of abnormal rectification I K1 .

Из-за большого объема проводимых вычислений использование детальных моделей LRd, РВ, TNNP и IMW затруднено при исследовании возникновения риентри в миокарде. Для изучения образования риентри при распространении ТМПД, рефрактерных свойств миокарда и других процессов развития аритмии вследствие изменения восстановления миокарда разработана упрощенная модель для ТМПД [30]. Значение построения упрощенной модели состоит в том, чтобы минимальным количеством составляющих модель ионных токов воспроизвести морфологическую форму ТМПД и кривых возвращения к потенциалу покоя. Сохранение формы кривых в упрощенной модели достигается за счет обобщения результатов более сложных детальных моделей.Due to the large volume of calculations, the use of detailed models of LRd, PB, TNNP, and IMW is difficult when studying the occurrence of rientri in the myocardium. To study the formation of rientri during the spread of TMPD, the refractory properties of the myocardium and other processes of the development of arrhythmia due to changes in myocardial recovery, a simplified model for TMPD has been developed [30]. The importance of constructing a simplified model is to reproduce the morphological form of TMPD and the curves of the return to the resting potential with the minimum number of ion currents making up the model. Saving the shape of the curves in a simplified model is achieved by summarizing the results of more complex detailed models.

В упрощенной модели токи разделены по функциональному назначению. Характер изменения токов во время активности миокарда, сгруппированных по своему функциональному назначению, даны для моделей LRd на фигуре 7, а, б и для упрощенной модели на фигуре 7, г, д [30, 28]. Из рассмотрения этих фигур следует, что в упрощенной модели все ионные токи разделены на четыре группы в соответствии с их функциональным назначением.In a simplified model, currents are divided according to their functional purpose. The nature of the current changes during myocardial activity, grouped according to their functional purpose, is given for the LRd models in figure 7, a, b and for the simplified model in figure 7, d, e [30, 28]. From the consideration of these figures it follows that in the simplified model all ion currents are divided into four groups in accordance with their functional purpose.

Первая группа - токи натрия быстрой деполяризации, направленные внутрь кардиомиоцита с быстрым окончанием процесса (быстрой инактивацией каналов проводимости).The first group consists of sodium currents of rapid depolarization directed inside the cardiomyocyte with the rapid termination of the process (rapid inactivation of the conduction channels).

Вторая группа - транзитные токи фазы быстрой начальной реполяризации тканей миокарда. К этой группе относятся токи, направленные наружу с быстрым окончанием процесса, из которых выделяют токи ионов калия и хлора. Функциональное назначение токов состоит в том, чтобы за малый промежуток времени перевести ТМПД в сбалансированное состояние. Эти токи хорошо аппроксимируют функции переходных процессов.The second group is the transit currents of the phase of fast initial repolarization of myocardial tissues. This group includes currents directed outward with a quick end to the process, from which currents of potassium and chlorine ions are isolated. The functional purpose of the currents is to transfer the TMPD to a balanced state in a short period of time. These currents approximate well the functions of transients.

Третья группа - токи замедленной деполяризации, направленные внутрь кардиомиоцита с медленным окончанием процесса. Функциональное назначение токов состоит в том, чтобы обеспечить приток кальция и поддержание его концентрации внутри цитоплазмы для развития процессов сжатия кардиомиоцита. Эта группа токов включает в себя целый комплекс (составляющих) компонент деполяризующего тока: ток кальция L-типа, ток кальция T-типа.The third group - currents of delayed depolarization directed into the cardiomyocyte with a slow end of the process. The functional purpose of the currents is to ensure the influx of calcium and maintaining its concentration inside the cytoplasm for the development of compression processes of cardiomyocytes. This group of currents includes a whole complex (components) of components of the depolarizing current: L-type calcium current, T-type calcium current.

Четвертая группа - токи калия реполяризации, направленные наружу, функциональное назначение которых состоит в контроле сбалансированного состояния ТМПД и изменение его длительности в зависимости от состояния кардиомиоцита: концентрации АТФ и др. ионов.The fourth group consists of outwardly directed potassium currents of repolarization, the functional purpose of which is to control the balanced state of TMPD and change its duration depending on the state of the cardiomyocyte: concentration of ATP and other ions.

Фигура 8 содержит формы зависимостей медленных и быстрых ионных токов калия задержанного потенциала IKs и IKr, для ионного тока кальция L-типа LCaL где графики построены на основе наиболее известных детальных моделей: РВ, IMW, TNNP [23].Figure 8 contains the dependencies of the slow and fast ionic potassium currents of the delayed potential I Ks and I Kr for the L-type calcium ion current L CaL where the graphs are based on the most well-known detailed models: PB, IMW, TNNP [23].

При нормальном функционировании ЭАС сохраняется баланс между деполяризующими и реполяризующими токами благодаря сбалансированному взаимодействию ионных каналов. Все ионные каналы находятся в одном из трех состояний: активации, инактивации и покоя. При переходе ионных каналов из состояния покоя в состояние активации происходит формирование ионного тока. Нарушение функционирования каналов отражается в изменении баланса между токами деполяризации и реполяризации кардиомиоцита и, как следствие, в изменении формы, прежде всего, длительности ТМПД [18].With the normal functioning of the EAS, a balance is maintained between the depolarizing and repolarizing currents due to the balanced interaction of the ion channels. All ion channels are in one of three states: activation, inactivation, and rest. During the transition of ion channels from a rest state to an activation state, an ion current forms. The impaired functioning of the channels is reflected in a change in the balance between the depolarization and repolarization currents of the cardiomyocyte and, as a result, in a change in the shape, primarily, the duration of the TMPD [18].

На фигуре 9 даны наиболее характерные изменения формы ТМПД, обусловленные нарушением взаимодействия ионных каналов в кардиомиоците. Важный симптом нарушения работы ионных каналов связан с увеличением длительности ТМПД. Среди основных причин увеличения длительности ТМПД следует выделить:The figure 9 shows the most characteristic changes in the form of TMPD due to a violation of the interaction of ion channels in a cardiomyocyte. An important symptom of malfunctioning of ion channels is associated with an increase in the duration of TMPD. Among the main reasons for the increase in the duration of TMPD should be highlighted:

- задержка реполяризации в результате изменения фазы плато ТМПД при условии, что время реполяризации от уровня плато до уровня полной реполяризации не изменяется;- the delay of repolarization as a result of a change in the plateau phase of the TMPD, provided that the repolarization time does not change from the plateau level to the level of complete repolarization;

- замедление реполяризации, при котором удлиняется 3-я фаза ТМПД от уровня плато до уровня потенциала покоя при сохранении длительности фазы «плато». При этом преобразовании ТМПД приобретает форму треугольника, которую характеризуют степенью треугольности [18, 29].- slowing down repolarization, in which the 3rd phase of TMPD is extended from the plateau level to the level of the resting potential while maintaining the duration of the "plateau" phase. With this transformation, TMPD takes on the shape of a triangle, which is characterized by the degree of triangle [18, 29].

По данным исследований [18] увеличение "треугольности" ТМПД независимо от причин ее появления свидетельствует об увеличении вероятности развития аритмий. Характерный пример увеличения "треугольности" ТМПД при нарушении работы каналов проводимости дан на фигуре 9,6. Образование ТМПД треугольной формы может быть обусловлено следующими причинами: подавлением реполяризующего тока задержанного и аномального выпрямления, усилением тока Na-Ca-обменника или подавлением деполяризующего тока кальция. Электрофизиологический параметр «степень треугольности» ТМПД рассчитывается как разница длительности ТМПД на уровне 90% и 30% реполяризации [18].According to research [18], an increase in the “triangularity” of TMPD, regardless of the causes of its appearance, indicates an increase in the likelihood of arrhythmias. A typical example of an increase in the "triangularity" of TMPD in case of a malfunction of the conduction channels is given in figure 9.6. The formation of a TMPD of a triangular shape can be due to the following reasons: suppression of the repolarizing current of delayed and abnormal rectification, amplification of the current of the Na-Ca exchanger, or suppression of the depolarizing current of calcium. The electrophysiological parameter "degree of triangularity" TMPD is calculated as the difference in the duration of TMPD at the level of 90% and 30% repolarization [18].

Появление осцилляции длительности ТМПД (фигура 9,в) так же связано с нарушением работы каналов и повышают вероятность развития аритмии сердца. Осцилляции длительности ТМПД обусловлены развитием параметрического резонанса в тканях кардиомиоцита в результате сокращения интервала восстановления тканей. На фигуре 9,б показан пример образования осцилляции, обусловленных уменьшением диастолического интервала при повышении частоты сердечных сокращений. В этом случае кардиомиациты при нормальном ТМПД не успевают восстановиться в течение короткого диастолического интервала, что проявляется в нарушениях функционирования каналов и изменении формы (длительности) ТМПД и появлении ТМПД малой длительности. После короткого ТМПД образуется длительный интервал (ДИ), в течение которого кардиомиоцит полностью восстановится. Нормальное функционирование каналов в кардиомиоците обеспечивает развитие нормального ТМПД, после чего цикл осцилляции повторится [18].The appearance of oscillations in the duration of TMPD (figure 9, c) is also associated with disruption of the channels and increase the likelihood of developing cardiac arrhythmias. Oscillations in the duration of TMPD are due to the development of parametric resonance in the tissues of the cardiomyocyte as a result of a reduction in the interval of tissue repair. Figure 9, b shows an example of the formation of oscillations due to a decrease in the diastolic interval with an increase in heart rate. In this case, with normal TMPD, cardiomyocytes do not have time to recover within a short diastolic interval, which is manifested in impaired functioning of the channels and a change in the shape (duration) of TMPD and the appearance of TMPD of short duration. After a short TMPD, a long interval (CI) is formed during which the cardiomyocyte is completely restored. The normal functioning of the channels in the cardiomyocyte ensures the development of normal TMPD, after which the oscillation cycle will repeat [18].

Важность определения составляющих ионных токов при проведении электрокардиографии также подтверждается приведенными на фигурах 8 и 9 данными о симптомах генетических нарушений различных белков ионных каналов, приводящих к изменениям составляющих ионных токов и являющихся причиной развития сложных нарушений ритма сердца. В таблице 1 (см. фигуру 10) [15] приведен список генетических нарушений различных белков ионных каналов, которые влияют на токи калия замедленного и аномального выпрямления. Генетические нарушения регуляторных каналообразующих белков приводят к неправильному функционированию ионных каналов и являются причиной развития сложных нарушений ритма сердца [14, 15, 21], проявляющихся в удлинении или в уменьшении интервала Q-T ЭКС.Генетические дефекты синдрома Бругэда (см. фигуру 11) так же вызывают нарушение баланса ионных токов, что отражается в изменении длительности потенциала действия [14, 15].The importance of determining the components of ionic currents during electrocardiography is also confirmed by the data shown in figures 8 and 9 on the symptoms of genetic disorders of various proteins of ion channels, leading to changes in the components of ionic currents and causing complex heart rhythm disturbances. Table 1 (see figure 10) [15] provides a list of genetic disorders of various ion channel proteins that affect potassium currents in slow and abnormal rectification. Genetic abnormalities in regulatory channel-forming proteins lead to improper functioning of the ion channels and cause the development of complex cardiac arrhythmias [14, 15, 21], which are manifested in lengthening or decreasing the QT interval of ECS. Genetic defects of Brugad syndrome (see Figure 11) also cause violation of the balance of ion currents, which is reflected in the change in the duration of the action potential [14, 15].

Из вышеизложенного следует, что для повышения достоверности диагностики заболевания сердца необходимо определение составляющих ионных токов эпикарда. По мнению авторов предлагаемого изобретения, использование современных детальных моделей ионных токов требует неоправданно больших вычислительных затрат для определения параметров модели при проведении электрокардиографического обследования.From the above it follows that to increase the reliability of the diagnosis of heart disease, it is necessary to determine the components of the ionic currents of the epicardium. According to the authors of the present invention, the use of modern detailed models of ion currents requires unreasonably large computational costs to determine the parameters of the model during an electrocardiographic examination.

В основе построения современных детальных моделей лежит модель Ходжкина-Хаксли, в которой вероятностные свойства заложены в описание поведения отдельных белковых структур мембраны. Белковые ионные каналы управляются трансмембранным потенциалом действия, изменение которого в детальных моделях принимается для всех структур одинаковым. Для кардиомиоцита потенциал изменяется по поверхности мембраны и не связан с начальным состоянием потенциал зависимых частиц. Так как в формировании суммарного тока ионов через эпикард участвуют каналообразующие мембранные белки, которые находятся в различных полостях кардиомиоцита, то воздействие электрического поля на такие структуры имеет случайный характер. Применение детальных моделей для определения составляющих ионных токов, проходящих через эпикард, затруднительно из-за различия начальных фаз развития тока в различных структурах кардиомиоцита и различия состояния кардиомиоцита.The construction of modern detailed models is based on the Hodgkin-Huxley model, in which the probabilistic properties are laid down in the description of the behavior of individual protein membrane structures. Protein ion channels are controlled by the transmembrane action potential, the change of which in detailed models is assumed to be the same for all structures. For a cardiomyocyte, the potential changes along the membrane surface and is not related to the initial state of the potential of dependent particles. Since channel-forming membrane proteins that are located in different cavities of a cardiomyocyte participate in the formation of the total ion current through the epicardium, the effect of the electric field on such structures is random. The use of detailed models for determining the components of ionic currents passing through the epicardium is difficult due to the difference in the initial phases of the development of current in different structures of the cardiomyocyte and the difference in the state of the cardiomyocyte.

Авторы предлагаемого изобретения считают, что целесообразнее использовать вероятностные (стохастические) модели непосредственно для описания составляющих ионного тока, проходящего через эпикард. В связи с тем, что токи, формирующие ТМПД, и проходящие через эпикард, созданы одними и теми же ионами, при формировании стохастических моделей токов использованы токи детальных моделей. Использование детальных моделей для построения стохастических моделей ионных токов основано на подобии формы плотности распределения информационно-измерительного кванта (ИИК) для стохастической модели ионных токов форме изменения ионных токов реполяризации эпикарда. Поэтому для решения задачи анализа ионных токов реполяризации эпикарда использованы правила выбора наиболее подходящей (оптимальной) формы аппроксимирующего решения. При этом нарушения в организации каналообразующих белков отражаются в изменении свойств стохастической модели.The authors of the present invention believe that it is more expedient to use probabilistic (stochastic) models directly to describe the components of the ion current passing through the epicardium. Due to the fact that the currents forming TMPD and passing through the epicardium are created by the same ions, the currents of detailed models were used to form stochastic current models. The use of detailed models for constructing stochastic models of ion currents is based on the similarity of the shape of the distribution density of the information-measuring quantum (IIC) for the stochastic model of ion currents to the form of changes in the ionic epicardial repolarization currents. Therefore, to solve the problem of analyzing the ionic currents of epicardial repolarization, we used the rules for choosing the most suitable (optimal) form of an approximating solution. Moreover, violations in the organization of channel-forming proteins are reflected in a change in the properties of the stochastic model.

Построение стохастической модели распределения составляющих ионного тока реполяризации эпикарда заключается в выборе подходящей формы аппроксимирующей функции. Для этого предварительно по детальным моделям оценивается форма функции составляющих токов путем расчета асимметрии и эксцесса распределения ИИК функции составляющих токов, и подбирается возможная форма распределения. Затем осуществляется расчет асимметрии и эксцесса распределения ИИК для стохастической модели ионных токов по выборкам отсчетов зарегистрированного ЭКС. Сравнение параметров формы функции аппроксимации стохастических моделей ионных токов с параметрами формы ионных токов детальной модели позволяет оценить составляющие ионных токов эпикарда. Контроль изменения параметров стохастической модели ионных токов повышает достоверность оценки состояния сердца.The construction of a stochastic model of the distribution of the components of the ionic current of repolarization of the epicardium consists in choosing the appropriate form of the approximating function. To do this, preliminary, using detailed models, the form of the function of the component currents is estimated by calculating the asymmetry and excess of the distribution of the IIC of the function of the component currents, and a possible form of distribution is selected. Then, the asymmetry and kurtosis of the IIR distribution are calculated for the stochastic model of ion currents from the samples of the recorded ECS samples. A comparison of the shape parameters of the approximation function of stochastic models of ion currents with the shape parameters of ion currents of the detailed model allows us to estimate the components of the ionic currents of the epicardium. Monitoring changes in the parameters of the stochastic model of ion currents increases the reliability of assessing the state of the heart.

Рассмотрим подробно введенные действия.Consider the actions introduced in detail.

Формирование данных для стохастической модели тока реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца. Основная цель этого действия состоит в том, чтобы на основе отсчетов одного кардиоцикла получить выборку отсчетов, характеризующую вероятностные свойства модели токов реполяризации эпикарда. Особенность решения состоит в сравнении формы кривых и распределения отсчетов, что можно осуществить, если решение искать в виде функций распределения, площади которых равны единице. Для данных так же должно выполняться условие, что суммарное значение, используемых для моделирования значений, умноженное на время, необходимое для получения одного отсчета, должно быть равным единичной площади.Data generation for a stochastic model of epicardial repolarization current at reference points of a computer model of the heart. The main goal of this action is to obtain a sample of samples based on the readings of one cardiocycle characterizing the probabilistic properties of the model of epicardial repolarization currents. The peculiarity of the solution consists in comparing the shape of the curves and the distribution of samples, which can be done if the solution is sought in the form of distribution functions whose areas are equal to unity. For data, the condition must also be satisfied that the total value used to model the values, multiplied by the time required to obtain one sample, must be equal to a unit area.

Схема развернутого алгоритма действия формирования данных для стохастической модели ионных токов реполяризации эпикарда приведена на фигуре 13. Для выполнения этапа формирования данных используется выборки значений потенциала ϕ опорных точек эпикарда. На фигуре 17 дан характерный пример распределения во времени отсчетов потенциала эпикарда для опорной точки компьютерной модели сердца пациента. Из фигуры 13 следует, что первое отличительное действие предлагаемого способа неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца содержитA diagram of a detailed algorithm for the action of data generation for a stochastic model of ionic currents of repolarization of the epicardium is shown in Fig. 13. To perform the data generation step, a sample of potential values ϕ of the reference points of the epicardium is used. The figure 17 gives a typical example of the distribution of time samples of the potential of the epicardium for the reference point of a computer model of the patient’s heart. From figure 13 it follows that the first distinctive effect of the proposed method for non-invasive determination of electrophysiological characteristics of the heart contains

- определение информационно - измерительного кванта для выборки значений потенциала в опорных точках эпикарда. Формирование данных начинается с определения информационно-измерительного кванта (ИИК) - минимального математического формирования, отображающего суть вероятностных физических процессов, информация о которых содержится в выборке значений ЭКС одного кардиоцикла.- determination of the information - measuring quantum for a sample of potential values at the reference points of the epicardium. Data generation begins with the definition of information-measuring quantum (IIC) - the minimum mathematical formation that displays the essence of probabilistic physical processes, information about which is contained in a sample of ECS values of one cardiocycle.

Значение ИИК γ определяют как произведение времени Δt, необходимое для получения одного отсчета на меру неопределенности Δϕ потенциала эпикардаThe value of IIC γ is defined as the product of time Δt necessary to obtain one reference per measure of uncertainty Δϕ of the epicardial potential

Figure 00000101
Figure 00000101

Взаимосвязь ИИК γ и отсчетов выборки потенциалов эпикарда, полученных при решении обратной задачи для опорной точки эпикарда, поясняет фигура 18. Для одномерной величины мера ИИК Δϕ определяется как отношение разности между максимальным ϕmax и минимальным ϕmin значениями потенциалов выборки к количеству интервалов группирования данных, которое равно корню квадратному от количества N отсчетов в выборкеThe relationship of the IIR γ and the samples of the sample of the epicardial potentials obtained by solving the inverse problem for the reference point of the epicardium is illustrated in Figure 18. For a one-dimensional quantity, the measure of the IIR Δϕ is defined as the ratio of the difference between the maximum ϕ max and minimum ϕ min values of the sample potentials to the number of intervals for grouping data, which is equal to the square root of the number of N samples in the sample

Figure 00000102
Figure 00000102

Мера ИИК характеризует неопределенность расчета потенциала эпикарда, которая ограничена интервалом группирования данных. Выбор границ группирования значений «чувствителен» к грубым отсчетам. Для их исключения используется условие, что «грубым» отсчетом считается значение более 5⋅σ(ϕ). Такой подход позволяет сразу исключить из рассмотрения натриевые токи, которые определены единичным интервалом времени и значением на два порядка, превышающим СКО.The IIR measure characterizes the uncertainty in calculating the potential of the epicardium, which is limited by the interval of grouping data. The choice of the boundaries of the grouping of values is “sensitive” to rough readings. To exclude them, the condition is used that a value of more than 5⋅σ (ϕ) is considered a “rough” count. This approach allows you to immediately exclude from consideration sodium currents, which are determined by a unit time interval and a value two orders of magnitude higher than the standard deviation.

Таким образом, если за один кардиоцикл получено количество отсчетов равное 1000, то количество интервалов группирования данных будет равным

Figure 00000103
. Эта величина определяет меру кванта по оси потенциала.Thus, if for one cardiocycle the number of samples equal to 1000 is obtained, then the number of data grouping intervals will be equal
Figure 00000103
. This value determines the measure of the quantum along the axis of the potential.

- определение количества ИИК для стохастической модели тока реполяризации эпикарда. Это действие алгоритма на фигуре 13 необходимо для оценки количества ИИК, содержащихся во всей выборки отсчетов потенциала эпикарда.- determination of the number of IIC for a stochastic model of epicardial repolarization current. This action of the algorithm in figure 13 is necessary to estimate the number of IIKs contained in the entire sample of samples of the epicardial potential.

Выборка отсчетов содержит полное количество ИИК, равное сумме ИИК положительных и отрицательных отсчетов. Количество квантов, содержащемся в одном отсчете, равно отношению значения ϕi отсчета к мере неопределенности кванта Δϕ:The sample of samples contains the total number of IIC equal to the sum of the IIC of positive and negative samples. The number of quanta contained in one sample is equal to the ratio of the value ϕ i of the sample to the measure of quantum uncertainty Δϕ:

Figure 00000104
Figure 00000104

Тогда суммарное количество квантов, содержащееся в отсчетах выборки, равно отношению суммы модулей значений для всех отсчетов выборки к мере неопределенности Δϕ ИИК:Then the total number of quanta contained in the samples is equal to the ratio of the sum of the moduli of values for all samples in the sample to the measure of uncertainty Δϕ IIC:

Figure 00000105
Figure 00000105

Умножая числитель и знаменатель выражения (14) на время получения одного отсчета Δt и учитывая выражение (11), получим для определения количества информационных-измерительных квантов Nγ, содержащееся во всей стохастической модели токов реполяризации эпикарда, формулу видаMultiplying the numerator and denominator of expression (14) by the time of obtaining one sample Δt and taking into account expression (11), we obtain, for determining the number of information-measuring quanta N γ , contained in the entire stochastic model of epicardial repolarization currents, a formula of the form

Figure 00000106
Figure 00000106

- определение количества m, ранжированных значений, границ для временных интервалов группирования ИИК. Действие, состоящее в определением количества m ранжированных значений и границ для временных интервалов группирования ИИК, необходимо для формирования временных интервалов группирования квантов. Для этого определяются ранжированные значения времени tpi и границы всех временных интервалов группирования ИИК с помощью выражений:- determination of the number m, ranked values, boundaries for the time intervals of the grouping of IIK. The action, which consists in determining the number m of ranked values and boundaries for the time intervals for grouping the IRC, is necessary for the formation of time intervals for grouping quanta. For this, the ranked values of the time t pi and the boundaries of all time intervals of the IIR grouping are determined using the expressions:

Figure 00000107
Figure 00000107

где m - количество интервалов группирования данных, равное корню квадратному от

Figure 00000108
количества значений в выборке; tmin j и tmax j - минимальная и максимальная границы j-го интервала группирования данных.where m is the number of data grouping intervals equal to the square root of
Figure 00000108
the number of values in the sample; t min j and t max j are the minimum and maximum boundaries of the j-th data grouping interval.

- определение вероятностей ИИК в j-x интервалах группирования для значений потенциала. Определение распределения вероятностей ИИК

Figure 00000109
и
Figure 00000110
в j-м интервале группирования ИИК для положительных и отрицательных значений потенциала эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента: необходимо для выражения значений потенциала эпикарда в единицах меры ИИК. Цель действия состоит в количественном выражении значения результата в единицах меры неопределенности результата и организации процесса усреднения значений результатов путем оценки вероятностей распределения ИИК во временных интервалах группирования потенциалов эпикарда. Для сравнения результатов используется их приведенные оценки к количеству ИИК Nγ (числу), рассчитанного для всей выборки результатов. Отношение суммарного количества мер ИИК для положительных значений результатов, попавших в j-й интервал группирования, отнесенного к количеству мер ИИК, необходимых для оценки всей выборки результатов, представляет собой вероятность
Figure 00000109
обнаружения ИИК для положительных значений потенциала эпикарда в j-м интервале группирования данных. Аналогично, отношение суммарного количества мер ИИК для отрицательных значений результатов, попавших в j-й интервал группирования, отнесенного к количеству мер ИИК всей выборки результатов представляет собой вероятность
Figure 00000110
обнаружения ИИК для отрицательных значений потенциала эпикарда в j-м интервале группирования данных. Формулы для вычисления вероятностей распределения ИИК для положительных и отрицательных значений потенциала эпикарда имеют вид;- determination of the probabilities of IIC in jx grouping intervals for potential values. Determination of the probability distribution of IIC
Figure 00000109
and
Figure 00000110
in the jth interval of the IIR grouping for positive and negative values of the epicardial potential at the reference points of the computer model of the patient’s heart: it is necessary to express the values of the epicardial potential in units of the IIR measure. The purpose of the action is to quantify the value of the result in units of the measure of the uncertainty of the result and organize the process of averaging the values of the results by estimating the probabilities of the distribution of IIR in the time intervals of the grouping of the epicardial potentials. To compare the results, we use their reduced estimates for the number of NIK N γ (number) calculated for the entire sample of results. The ratio of the total number of IIR measures for positive values of the results falling into the jth grouping interval, referred to the number of IIR measures necessary to evaluate the entire sample of results, is the probability
Figure 00000109
detecting IIC for positive values of the epicardial potential in the jth interval of data grouping. Similarly, the ratio of the total number of IIR measures for negative values of the results falling into the j-th grouping interval, referred to the number of IIR measures of the entire sample of results, is the probability
Figure 00000110
detecting IIC for negative values of the epicardial potential in the jth interval of data grouping. The formulas for calculating the probabilities of the distribution of IIC for positive and negative values of the potential of the epicardium have the form

Figure 00000111
Figure 00000111

- определение разности вероятностей ИИК в интервалах группирования для значений потенциала в опорных точках компьютерной модели. Определения разности распределений вероятностей ИИК pj в j-м интервале группирования значений потенциала в опорных точках эпикарда компьютерной модели сердца пациента необходимо для получения усредненного значения потенциала, выраженного в единицах меры ИИК приведенных к полному количеству ИИК в выборке результатов. В выборке результатов присутствуют положительные или отрицательные значения. При попадании квантов в один интервал группирования результатов происходит взаимное уничтожение квантов положительных и отрицательных значений. Форму кривой изменения полезного сигнала отражает разность вероятностей ИИК для положительных

Figure 00000109
и отрицательных
Figure 00000110
значений потенциала в интервалах группирования. Для расчета разности распределений вероятностей ИИК для положительных
Figure 00000109
и отрицательных
Figure 00000110
значений потенциала используется формула:- determination of the probability difference of the IIC in the grouping intervals for the potential values at the reference points of the computer model. The determination of the difference in the probability distributions of the IIR p j in the jth interval of grouping the values of the potential at the reference points of the epicardium of the computer model of the patient’s heart is necessary to obtain an averaged value of the potential expressed in units of the IIR reduced to the total number of IIR in the sample of results. The sample of results contains positive or negative values. When quanta fall into one interval of grouping results, the quanta of positive and negative values are mutually destroyed. The shape of the curve of the useful signal reflects the probability difference between
Figure 00000109
and negative
Figure 00000110
potential values in grouping intervals. To calculate the difference in the probability distributions of IIC for positive
Figure 00000109
and negative
Figure 00000110
potential values the formula is used:

Figure 00000112
Figure 00000112

Пример разности вероятностей ИИК для опорной точки компьютерной модели дан на фигуре 19. Использование разности распределения вероятностей ИИК по интервалам группирования позволяет выделить характерные временные интервалы кардиоцикла.An example of the probability difference of the IIC for the reference point of the computer model is given in Figure 19. Using the difference in the probability distribution of the IIC over the grouping intervals allows you to highlight the characteristic time intervals of the cardiocycle.

- формирование выборок отсчетов времени для положительных и отрицательных разностей вероятностей. Формирование выборок отсчетов времени для положительных и отрицательных разностей распределений вероятностей ИИК необходимо для выделения временного участка монотонной реполяризации эпикарда. Для этого формируются ранжированные выборки значений времени t- и t+ для положительных pj>0 и отрицательных pj<0 разностей вероятностей согласно следующим правилам:- the formation of samples of time samples for positive and negative probability differences. The formation of samples of time samples for positive and negative differences in the probability distributions of the IIC is necessary to highlight the time section of the monotonous repolarization of the epicardium. For this, ranked samples of time values t - and t + are generated for positive p j > 0 and negative p j <0 probability differences according to the following rules:

Figure 00000113
Figure 00000113

- выделение временного интервала фазы начальной быстрой реполяризации эпикарда в опорных точках. Выделение временного интервала фазы начальной быстрой реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента получают путем оценки минимального отсчета времени для выборки значений времени для отрицательных pj<0 разностей вероятностей- the allocation of the time interval of the phase of the initial rapid repolarization of the epicardium at reference points. Isolation of the time interval of the initial fast epicardial repolarization phase at the reference points of the patient’s computer model of the heart is obtained by evaluating the minimum time reference for selecting time values for negative p j <0 probability differences

Figure 00000114
Figure 00000114

- выделение временного интервала монотонной реполяризации эпикарда в опорных точках. Выделения временного интервала монотонной реполяризации эпикарда, включающего интервал монотонной реполяризации фазы плато и фазу конечной быстрой реполяризации эпикарда, необходимо для определения параметров стохастической модели тока калия задержанного и аномального выпрямления. В качестве монотонного участка реполяризации выделяется область ИИК положительного знака, ограниченная с одной стороны максимальным значением времени интервала группирования ИИК с отрицательным значением, с другой стороны максимальным значением отсчета времени для положительного потенциала. Для определения границ интервалов используются выражения- allocation of the time interval of monotonous repolarization of the epicardium at reference points. Isolation of the time interval of monotonous repolarization of the epicardium, including the interval of monotonous repolarization of the plateau phase and the phase of final fast repolarization of the epicardium, is necessary to determine the parameters of the stochastic model of potassium current delayed and anomalous rectification. As a monotonic region of repolarization, a positive-sign IR region is selected, limited on the one hand by the maximum value of the time interval of the IIR grouping with a negative value, and on the other hand, by the maximum time value for a positive potential. To determine the boundaries of the intervals using the expression

Figure 00000115
Figure 00000115

Таким образом, анализ изменения знака интервалов группирования данных является эффективным инструментом для выделения различных фаз ТМПД тканей эпикарда.Thus, the analysis of the change in sign of the data grouping intervals is an effective tool for isolating the various phases of TMPD of epicardial tissues.

На фигуре 19 дана иллюстрация для определения временных интервалов фазы начальной быстрой реполяризации ΔTto и интервала монотонной реполяризации эпикарда ΔTK, для которых разность вероятностей обнаружения ИИК положительна (т.е. больше нуля). Временной интервал ΔTCa с отрицательной разностью вероятностей обнаружения ИИК соответствует участку поздней деполяризации тканей миокарда из-за некомпенсированных токов ионов кальция.Figure 19 shows an illustration for determining the time intervals of the initial fast repolarization phase ΔT to and the monotonic repolarization interval ΔT K of the epicardium, for which the difference in the probability of detection of the IIR is positive (i.e., greater than zero). The time interval ΔT Ca with a negative difference in the probability of detecting IIC corresponds to the site of late depolarization of myocardial tissue due to uncompensated currents of calcium ions.

- нормирование вероятности распределения ИИК для потенциала временного интервала монотонной реполяризации эпикарда. Для установления формы стохастической модели тока калия задержанного и аномального выпрямления по распределению вероятности ИИК необходимо нормировать вероятности распределения ИИК для потенциала монотонной реполяризации эпикарда компьютерной модели сердца пациента. Формула для нормирования вероятности j-го интервала групирования данных имеет вид:- normalization of the probability of the distribution of IIR for the potential of the time interval of monotonous repolarization of the epicardium. To establish the form of a stochastic model of delayed and anomalous rectification of potassium current according to the probability distribution of IIC, it is necessary to normalize the probability of the distribution of IIC for the potential of monotonous repolarization of the epicardium of the computer model of the patient’s heart. The formula for normalizing the probability of the jth data grouping interval is:

Figure 00000116
Figure 00000116

где PM - вероятность наблюдения меры ИИК во временном интервале монотонной реполяризации эпикарда

Figure 00000117
.where P M is the probability of observing the IIR measure in the time interval of monotonous repolarization of the epicardium
Figure 00000117
.

Ранжированные отсчеты времени независимы и сгруппированы в виде вектора-столбца tm, т.е. матрицы с размерностью m×1: [tm]T=[tl, …, tj, … tm]. Вектору-столбцуThe ranked time samples are independent and grouped in the form of a column vector t m , i.e. matrices with dimension m × 1: [t m ] T = [t l , ..., t j , ... t m ]. Column Vector

временных отсчетов tm соответствует вектор нормированных вероятностей ИИК pn для интервала времени монотонной реполяризации имеет вид:

Figure 00000118
.time samples t m corresponds to the vector of normalized probabilities IIC p n for the monotonic repolarization time interval has the form:
Figure 00000118
.

Определение тока калия аномального выпрямления в опорных точках компьютерной модели сердца. Второе отличительное действие предлагаемого способа неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца состоит в определении тока калия аномального выпрямления. В связи с тем, что нормированные вероятности интервала монотонной реполяризации эпикарда содержат информацию о токах аномального выпрямления, возможно определение тока путем выделения из общего количества ИИК потенциала эпикарда только тех ИИК, появление которых обусловлено током аномального выпрямления.Determination of potassium current of abnormal rectification at reference points of a computer model of the heart. The second distinctive effect of the proposed method for non-invasive determination of the electrophysiological characteristics of the heart is to determine the potassium current of abnormal rectification. Due to the fact that the normalized probabilities of the interval of monotonous repolarization of the epicardium contain information about the currents of abnormal rectification, it is possible to determine the current by isolating from the total number of IICs of the epicardial potential only those IICs whose appearance is due to the current of abnormal rectification.

Для этого предварительно на основе детальных моделей подбираются статистические распределения (нормированные функции с заданной формой) и пределы изменения параметров этих распределений для описания токов интервала монотонной реполяризации. Затем определяют параметры стохастической модели токов калия задержанного и аномального выпрямления путем минимизации разницы между моделью и нормированными вероятностями ИИК для выборок значений потенциала временного интервала монотонной реполяризации эпикарда.For this, statistical distributions (normalized functions with a given shape) and the limits of variation of the parameters of these distributions for describing the currents of the monotonic repolarization interval are preliminarily selected based on detailed models. Then, the parameters of the stochastic model of potassium currents of delayed and anomalous rectification are determined by minimizing the difference between the model and normalized IR probabilities for samples of the potential values of the time interval of the monotonous repolarization of the epicardium.

Схема развернутого алгоритма действия «Определение тока калия аномального выпрямления в опорных точках компьютерной модели сердца» дана на фигуре 14. Из фигуры 14 следует, что второе отличительное действие предлагаемого способа неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца содержит:The scheme of the detailed algorithm of action "Determination of the potassium current of abnormal rectification at the reference points of the computer model of the heart" is given in figure 14. From figure 14 it follows that the second distinctive effect of the proposed method of non-invasive determination of the electrophysiological characteristics of the heart contains:

- формирование стохастической модели токов калия задержанного и аномального выпрямления. При этом общая форма стохастической модели токов калия задержанного и аномального выпрямления имеет вид:- the formation of a stochastic model of potassium currents of delayed and abnormal rectification. In this case, the general form of the stochastic model of potassium currents of delayed and anomalous rectification has the form:

Figure 00000119
Figure 00000119

где

Figure 00000120
- стохастическая модель Iso тока калия быстрого задержанного выпрямления;
Figure 00000121
- стохастическая модель Iso тока калия медленного задержанного выпрямления;
Figure 00000122
- стохастическая модель тока калия аномального выпрямления;
Figure 00000123
,
Figure 00000124
и
Figure 00000125
) - плотности распределений ИИК для тока калия быстрого и медленного задержанного выпрямления и для тока калия аномального выпрямления соответственно; Kso1, Kso2 и KK1 - весовые коэффициенты стохастической модели токов калия быстрого и медленного задержанного и аномального выпрямления соответственно; βso1, αso1, μso1, βso2, αso2, μso2, βK1, αK1, μK1 - параметры распределений;Where
Figure 00000120
 - stochastic model Iso potassium current fast delayed rectification;
Figure 00000121
 - stochastic model Iso potassium current slow delayed rectification;
Figure 00000122
 - stochastic model of potassium current of abnormal rectification;
Figure 00000123
,
Figure 00000124
 and
Figure 00000125
) are the distribution densities of the IRC for potassium current of fast and slow delayed rectification and for potassium current of anomalous rectification, respectively; Kso1, Kso2 and KK1 - weighting coefficients of the stochastic model of potassium currents of fast and slow delayed and abnormal rectification, respectively; βso1, αso1, μso1βso2, αso2, μso2, βK1, αK1, μK1 - distribution parameters;

Определение составляющих ионных токов осуществляется по априорно известной приближенной модели поведения ионных токов. Для ионных токов априорно известна информация, полученная с помощью детальных математических моделей TNNP [34], LRd [28], IMW [26], РВ [31]. Примеры результатов моделирования ионных токов кальция 1-типа, быстрых и медленных токов калия задержанного выпрямления с помощью известных детальных моделей РВ, IMW, TNNP даны на фигуре 8 [23]. Все основные токи детальной модели TNNP даны на фигуре 6 [34].The determination of the components of ion currents is carried out according to the a priori known approximate model of the behavior of ion currents. For ion currents, information obtained using detailed mathematical models TNNP [34], LRd [28], IMW [26], and PB [31] is a priori known. Examples of simulation results of 1-type calcium ion currents, fast and slow potassium currents of delayed rectification using the well-known detailed models of PB, IMW, TNNP are given in figure 8 [23]. All the main currents of the detailed TNNP model are given in figure 6 [34].

Авторы предлагаемого изобретения предлагают аппроксимировать формами распределения ИИК для составляющих стохастических моделей ионных токов формы ионных токов детальных моделей и определять, таким образом, составляющие ионных токов эпикарда. В качестве аппроксимации нормированных по площади медленного

Figure 00000126
и быстрого
Figure 00000127
токов задержанного выпрямления используются формы стохастических моделей, построенных на основе плотностей статистических распределений
Figure 00000128
,
Figure 00000129
и сохраняющих возможность изменения формы.The authors of the present invention propose to approximate the forms of ionic currents of the component forms of the ionic currents of the detailed models and to determine, thus, the components of the ionic currents of the epicardium. As an approximation of the normalized by area slow
Figure 00000126
and fast
Figure 00000127
delayed rectification currents, forms of stochastic models based on the densities of statistical distributions are used
Figure 00000128
,
Figure 00000129
and retaining the ability to change shape.

При выборе аппроксимирующего распределения для построения стохастической модели тока калия задержанного выпрямления

Figure 00000126
важно, чтобы временное значение положения максимума плотности распределения ИИК был больше временного значения положения для среднего значения тока калия задержанного выпрямления
Figure 00000126
, что следует непосредственно из форм зависимостей токов задержанного выпрямления (см. фигуру 8.в).When choosing an approximating distribution for constructing a stochastic model of delayed rectification potassium current
Figure 00000126
it is important that the temporary value of the position of the maximum density of the IIR distribution is greater than the temporary value of the position for the average value of the potassium current delayed
Figure 00000126
, which follows directly from the forms of dependences of the delayed rectification currents (see figure 8.c).

Следует отметить, что при построении стохастической модели токов калия задержанного и аномального выпрямления на основе сформированных данных (см. фигуру 20), большая часть токов задержанного выпрямления скомпенсирована деполяризующим током кальция L-типа ICaL. По этой причине выбор формы распределения для построения стохастической модели токов задержанного выпрямления имеет качественный характер с сохранением возможности изменения формы в широких пределах.It should be noted that when constructing a stochastic model of delayed and abnormal rectification potassium currents based on the generated data (see figure 20), most of the delayed rectification currents are compensated by the L-type I CaL depolarizing current of calcium. For this reason, the choice of the distribution form for constructing a stochastic model of delayed rectification currents is of a qualitative nature while maintaining the possibility of changing the shape over a wide range.

В работе [18] показано, что для аппроксимации тока калия аномального выпрямления предпочтительно использование распределения Вейбулла-Гнеденко с параметром формы более 2,4. В этом случае сохраняется возможность изменения формы модели, которая в общем случае имеет несимметричный вид.It was shown in [18] that, to approximate the potassium current of anomalous rectification, it is preferable to use the Weibull – Gnedenko distribution with a shape parameter of more than 2.4. In this case, the possibility of changing the shape of the model, which in the general case has an asymmetric form, remains.

- задание весовых коэффициентов стохастической модели токов задержанного и аномального выпрямления в опорных точках. Этот этап необходим для предварительной оценки соотношения между статистическим весом модели токов, из которой следует предварительная оценка весового коэффициента стохастической модели токов аномального выпрямления. Для этого оцениваются вероятность для ИИК во второй половине временного диапазона монотонной реполяризации эпикарда, и сопоставляется весовому коэффициенту KK1 стохастической модели токов аномального выпрямления. Весовые коэффициенты Kso1 и Kso2 для стохастической модели тока быстрого и медленного задержанного и аномального выпрямления задаются из выражения:- setting the weighting coefficients of the stochastic model of the currents of delayed and anomalous rectification at reference points. This stage is necessary for a preliminary assessment of the relationship between the statistical weight of the current model, from which a preliminary estimate of the weight coefficient of the stochastic model of currents of anomalous rectification follows. For this, the probability for the IIR in the second half of the time range of the monotonous repolarization of the epicardium is estimated, and the weight coefficient K K1 of the stochastic model of anomalous rectification currents is compared. Weighting factors K so1 and K so2 for stochastic current model of fast and slow detainee and anomalous rectification defined by the expression:

Kso1=Kso2=0,5(1-KK1).K so1 = K so2 = 0.5 (1-K K1 ).

- определение параметров стохастической модели токов задержанного и аномального выпрямления. Для этого делается подстановка в математическую модель токов задержанного и аномального выпрямления ранжированных значений времени tPj, полученных для интервалов группирования ИИК. Стохастическая модель нормирована по площади и оценивает плотность распределения ИИК (неопределенностей в выборке отсчетов) по времени. Сопоставив полученные выражения для плотностей распределения с отношениями вероятностей для соответствующих интервалов группирования ИИК, к временному интервалу группирования

Figure 00000130
получим систему нелинейных, плохо согласованных, уравнений вида:- determination of the parameters of the stochastic model of currents of delayed and abnormal rectification. To do this, a substitution is made into the mathematical model of the currents of delayed and anomalous rectification of the ranked values of time t P j obtained for the intervals of grouping the IRC. The stochastic model is normalized by area and estimates the density of the distribution of IIC (uncertainties in the sample of samples) over time. By comparing the obtained expressions for the distribution densities with the probability ratios for the corresponding IIC grouping intervals, to the grouping time interval
Figure 00000130
we get a system of nonlinear, poorly coordinated, equations of the form:

Figure 00000131
Figure 00000131

где m - количество интервалов для группирования ИИК.where m is the number of intervals for grouping IIK.

Вектору-столбцу временных отсчетов tm соответствует матричная форма вектора-столбца стохастической модели

Figure 00000132
вида:The column vector of time samples t m corresponds to the matrix form of the column vector of the stochastic model
Figure 00000132
type:

Figure 00000133
.
Figure 00000133
.

Векторная форма системы уравнений (24) имеет вид:The vector form of the system of equations (24) has the form:

Figure 00000134
Figure 00000134

Компонентам стохастической модели токов калия соответствуют вероятности распределения ИИК на j-м временном интервале. Векторное уравнение (25) является плохо обусловленным, так как количество неизвестных параметров много меньше количества уравнений. Решение плохо обусловленного уравнения (25) получаем методом минимизации определителя:The components of the stochastic model of potassium currents correspond to the probability of the distribution of IIR on the j-th time interval. Vector equation (25) is poorly conditioned, since the number of unknown parameters is much less than the number of equations. The solution of poorly conditioned equation (25) is obtained by minimizing the determinant:

Figure 00000135
Figure 00000135

В результате поиска оптимальных параметров из выражения (26) получены параметры для стохастической модели токов калия (23).As a result of the search for optimal parameters from expression (26), the parameters for the stochastic model of potassium currents (23) are obtained.

- определение вероятностей ИИК токов калия задержанного и аномального выпрямления в интервалах группирования. На фигуре 20 показана гистограмма для плотности распределения ИИК и аппроксимация

Figure 00000136
, полученная с помощью стохастической модели токов ионов калия. Из фигуры 20 наблюдается соответствие распределения и графика сглаживающей функции, полученное для интервала монотонной реполяризации. Там же даны временные зависимости и для составляющих стохастической модели тока задержанного
Figure 00000137
,
Figure 00000138
аномального
Figure 00000139
выпрямления. Для контроля формы стохастической модели токов задержанного выпрямления применена смесь двух распределений минимального значения. Составляющие тока калия быстрого и медленного задержанного выпрямления показаны пунктирными линиями
Figure 00000137
и
Figure 00000138
. Составляющим стохастической модели токов калия соответствуют вероятности распределения ИИК на j-м временном интервале группирования (см. фигура 20).- determination of the probabilities of IIC of potassium currents of delayed and abnormal rectification in the grouping intervals. The figure 20 shows a histogram for the density of the distribution of the IIK and approximation
Figure 00000136
obtained using a stochastic model of potassium ion currents. From figure 20 there is a correspondence between the distribution and the smoothing function graph obtained for the monotonic repolarization interval. The time dependences for the components of the stochastic model of the current delayed are also given there.
Figure 00000137
,
Figure 00000138
abnormal
Figure 00000139
straightening. To control the shape of the stochastic model of delayed rectification currents, a mixture of two distributions of the minimum value is used. The components of the potassium current of fast and slow delayed rectification are shown by dashed lines.
Figure 00000137
and
Figure 00000138
. The components of the stochastic model of potassium currents correspond to the probability of the distribution of IIR on the j-th grouping time interval (see figure 20).

Формулы для расчета вероятностей распределения ИИК на временных интервалах группирования соответственно для стохастических моделей токов калия быстрого и медленного задержанного выпрямления pso1 j, pso2 j и аномального выпрямления pK1 j имеют вид:The formulas for calculating the probabilities of the distribution of IIC at the time intervals of grouping, respectively, for stochastic models of potassium currents of fast and slow delayed rectification p so1 j , p so2 j and anomalous rectification p K1 j have the form:

Figure 00000140
Figure 00000140

Из выражения (15) следует, что вероятность распределения ИИК на временных интервалах группирования пропорциональна нормированной вероятности ИИК и отношению значения составляющей модели к значению модели на заданном интервале группирования.From the expression (15) it follows that the probability of the distribution of the IIR over the time intervals of the grouping is proportional to the normalized probability of the IIR and the ratio of the value of the component of the model to the value of the model at a given grouping interval.

- определение критерия адекватности r стохастической модели токов калия задержанного и аномального выпрямления в опорной точке эпикарда KMC.- determination of the adequacy criterion r of the stochastic model of potassium currents of delayed and abnormal rectification at the reference point of the KMC epicardium.

Адекватность стохастической модели токов калия устанавливается из условия соответствия составляющих стохастической модели и полученных на ее основе гистограмм распределений отдельных компонент тока калия:

Figure 00000141
,
Figure 00000142
и
Figure 00000143
. Для анализа параметров распределения с различной формой авторами применен энтропийно-параметрический критерий проверки адекватности сглаживающего распределения выборочным данным [19], в основе которого лежит преобразование несимметричных распределений к симметричным распределениям с последующим установлением соответствия в пространстве энтропии и контрэксцессса.The adequacy of the stochastic model of potassium currents is established from the condition of correspondence of the components of the stochastic model and the histograms of the distributions of the individual components of the potassium current obtained on its basis:
Figure 00000141
,
Figure 00000142
and
Figure 00000143
. To analyze the distribution parameters with different shapes, the authors applied the entropy-parametric criterion for checking the adequacy of the smoothing distribution to sample data [19], which is based on the transformation of asymmetric distributions to symmetric distributions with the subsequent establishment of correspondence in the space of entropy and counterexcess.

Формула для расчета критерия адекватности стохастической модели токов калия быстрого и медленного задержанного и аномального выпрямления в опорной точке компьютерной модели сердца пациента имеет вид:The formula for calculating the adequacy criterion for a stochastic model of potassium currents of fast and slow delayed and abnormal rectification at the reference point of a computer model of the patient’s heart looks like:

Figure 00000144
Figure 00000144

где rso1, rso2 и rKl независимые составляющие критерия, рассчитанные для симметричныхwhere r so1 , r so2 and r Kl are independent components of the criterion calculated for symmetric

выборок случайных величин вероятности распределения ИИК тока калия задержанного и аномального выпрямления.samples of random values of the probability of the distribution of the IIC of the potassium current delayed and anomalous rectification.

Составляющие критерия вычисляют по формулам:The components of the criterion are calculated by the formulas:

Figure 00000145
Figure 00000145

где ke so1, κso1, ke so2, κso2, ke K1, κK1, - коэффициенты энтропии и контрэксцесса симметрично распределенных случайных величин Zso1, Zso2 и ZK1 для тока калия быстрого и медленного задержанного и аномального выпрямления.where k e so1 , κ so1 , k e so2 , κ so2 , k e K1 , κ K1 , are the entropy and counterexcess coefficients of symmetrically distributed random variables Z so1 , Z so2 and Z K1 for the potassium current of fast and slow delayed and anomalous rectification.

Применение критерия возможно, если задано соотношения между случайной величиной [t], распределенной по отдельной компоненте стохастической модели, и симметрично распределенной случайной величиной Z [20].Application of the criterion is possible if a relation is established between a random variable [t] distributed over a separate component of the stochastic model and a symmetrically distributed random variable Z [20].

Формирование распределений вероятностей ИИК симметричных случайных величин ZK1, Zso1 и Zso2 для стохастических моделей составляющих тока калия аномального выпрямления, медленного и быстрого задержанного выпрямления даны на фигурах 21, 22 и 23, соответственно.The formation of the probability distributions of the IIC of symmetric random variables Z K1 , Z so1 and Z so2 for stochastic models of the components of the potassium current of anomalous rectification, slow and fast delayed rectification are given in figures 21, 22 and 23, respectively.

Распределения вероятностей ИИК симметричных случайных величин ZK1, Zso1 и Zso2 формируются на основе гистограмм распределения вероятностей ИИК

Figure 00000146
,
Figure 00000147
и
Figure 00000148
по временным интервалам группирования для стохастической модели тока калия аномального, быстрого и медленного задержанного выпрямления, которые приведены на фигурах 21а, 22а и 23а, соответственно. Для построения преобразования на основе гистограмм определяются значения элементов
Figure 00000149
вектора-столбца временных отсчетов ts по формулеThe probability distributions of IIC of symmetric random variables Z K1 , Z so1 and Z so2 are formed on the basis of histograms of the probability distribution of IIC
Figure 00000146
,
Figure 00000147
and
Figure 00000148
by grouping time intervals for a stochastic model of potassium current of anomalous, fast and slow delayed rectification, which are shown in figures 21a, 22a and 23a, respectively. To construct a transformation based on histograms, the values of the elements are determined
Figure 00000149
column vector of time samples t s according to the formula

Figure 00000150
Figure 00000150

где m - количество интервалов группирования; ns - количество временных отсчетов вектора в одном интервале группирования ИИК; s - порядковый номер отсчета.where m is the number of grouping intervals; n s - the number of time samples of the vector in one interval grouping IIK; s is the serial number of the reference.

Вероятности распределения ИИК токов задержанного и аномального выпрямления для s-го временного отсчета рассчитываются по формулам:The probabilities of the distribution of the IIC of the delayed and anomalous rectification currents for the s-th time reference are calculated by the formulas:

Figure 00000151
Figure 00000151

Вектор-столбец временных отсчетов ts необходим для построения гистограмм вероятностей распределения ИИК по интервалам группирования. Каждому s-му временному отсчету

Figure 00000152
вектора-столбца временных отсчетов ts соответствует вероятность распределения ИИК для составляющих стохастической модели токов калия. Формально вероятность распределения ИИК для любого момента времени задана стохастической матрицей тока калия для 5-го отсчета времени
Figure 00000152
вида:The column vector of time samples t s is necessary for constructing histograms of the probabilities of the distribution of IIC over the grouping intervals. To each s-th time sample
Figure 00000152
the column vector of the time samples t s corresponds to the probability of the IIR distribution for the components of the stochastic model of potassium currents. Formally, the probability of the IIR distribution for any moment of time is given by a stochastic potassium current matrix for the 5th time reference
Figure 00000152
type:

Figure 00000153
.
Figure 00000153
.

Вероятности распределения ИИК по случайным величинам отсчетов времени связаны с показательным распределением случайной величины Y с помощью следующих соотношений. Для стохастических моделей быстрого и медленного задержанного выпрямления авторами используется преобразование для распределения минимального значения случайной величины tj к случайной величине yso j, имеющей показательное распределение. Формула преобразования имеет вид:The probabilities of the distribution of the IIR over random values of time samples are related to the exponential distribution of the random variable Y using the following relations. For stochastic models of fast and slow delayed rectification, the authors use a transformation to distribute the minimum value of a random variable t j to a random variable y so j having an exponential distribution. The conversion formula has the form:

Figure 00000154
Figure 00000154

где αso, μso - параметры масштаба и смещения распределений.where α so , μ so are the scale and displacement parameters of the distributions.

Для стохастической модели аномального выпрямления используется преобразование распределение Вейбулла-Гнеденко вида:For the stochastic model of anomalous rectification, we use the Weibull-Gnedenko distribution of the form:

Figure 00000155
Figure 00000155

где αK1, μK1, βK1 - параметры масштаба, смещения и формы распределения Вейбулла-Гнеденко.where α K1 , μ K1 , β K1 are the parameters of the scale, displacement, and shape of the Weibull-Gnedenko distribution.

Распределения вероятностей ИИК

Figure 00000156
,
Figure 00000157
и
Figure 00000158
s-х значений случайных безразмерных величин YK1, Yso1 и Yso2 для стохастической модели тока калия аномального выпрямления, медленного и быстрого задержанного выпрямления приведены на фигурах 21б, 22б и 23б, соответственно.IIC probability distributions
Figure 00000156
,
Figure 00000157
and
Figure 00000158
s-values of random dimensionless quantities Y K1 , Y so1 and Y so2 for a stochastic model of potassium current of abnormal rectification, slow and fast delayed rectification are shown in figures 21b, 22b and 23b, respectively.

Отражение s-х значений случайных величин YK1, Yso1 и Yso2 относительно начала координат позволяет сформировать матрицы значений симметрично распределенных случайных безразмерных величин ZK1, Zso1 и Zso2. Так как количество значений матрицы увеличивается в 2 раза, то связанные с симметрично расположенными значениями вероятности уменьшаются так же в два раза. Симметричные распределения вероятностей ИИК

Figure 00000159
,
Figure 00000160
и
Figure 00000161
для значений случайных безразмерных величин ZK1, Zso1 и Zso2 для стохастической модели тока калия аномального выпрямления, быстрого и медленного задержанного выпрямления приведены на фигурах 21в, 22в и 23в, соответственно.The reflection of s-values of random variables Y K1 , Y so1 and Y so2 relative to the origin allows you to create a matrix of values of symmetrically distributed random dimensionless variables Z K1 , Z so1 and Z so2 . Since the number of matrix values increases by a factor of 2, the probabilities associated with symmetrically located values also decrease by a factor of two. Symmetric IIC probability distributions
Figure 00000159
,
Figure 00000160
and
Figure 00000161
for values of random dimensionless quantities Z K1 , Z so1 and Z so2 for a stochastic model of potassium current of abnormal rectification, fast and slow delayed rectification are shown in figures 21c, 22c and 23c, respectively.

Расчет коэффициентов энтропии и контрэксцессов для симметрично распределенных случайных величин ZK1, Zso1 и Zso2 проводится по гистограммам распределения этих величин. Для построения гистограмм распределения случайных величин ZK1, Zso1 и Zso2 выделяются максимальные max[Zso1], max[Zso2], max[ZK1] и минимальные min[Zso1], min[Zso2], min[ZK1] значение для каждой случайной величины и рассчитываются интервалы группирования данныхThe calculation of the entropy coefficients and counterexcessions for symmetrically distributed random variables Z K1 , Z so1 and Z so2 is carried out according to the histograms of the distribution of these quantities. To construct the histograms of the distribution of random variables Z K1 , Z so1 and Z so2 , the maximum max [Z so1 ], max [Z so2 ], max [Z K1 ] and minimum min [Z so1 ], min [Z so2 ], min [Z K1 ] value for each random variable and the data grouping intervals are calculated

Figure 00000162
Figure 00000162

Интервалы группирования используются для определения ранжированных значений

Figure 00000163
,
Figure 00000164
,
Figure 00000165
, минимальных
Figure 00000166
,
Figure 00000167
,
Figure 00000168
и максимальных
Figure 00000169
,
Figure 00000170
,
Figure 00000171
значений границ интервалов группирования данных.Grouping intervals are used to determine ranked values.
Figure 00000163
,
Figure 00000164
,
Figure 00000165
minimum
Figure 00000166
,
Figure 00000167
,
Figure 00000168
and maximum
Figure 00000169
,
Figure 00000170
,
Figure 00000171
the values of the boundaries of the data grouping intervals.

Распределение вероятности ИИК

Figure 00000172
,
Figure 00000173
,
Figure 00000174
по интервалам группирования случайных величин ZK1, Zso1 и Zso2 рассчитывается по формулам:IIC probability distribution
Figure 00000172
,
Figure 00000173
,
Figure 00000174
on the intervals of grouping random variables Z K1 , Z so1 and Z so2 is calculated by the formulas:

Figure 00000175
Figure 00000175

Figure 00000176
Figure 00000176

Гистограммы распределений вероятностей ИИК

Figure 00000172
,
Figure 00000173
,
Figure 00000174
по интервалам группирования случайных величин ZK1, Zso1 и Zso2 для стохастических моделей тока калия аномального выпрямления, быстрого и медленного задержанного выпрямления приведены на фигурах 21г, 22г и 23г, соответственно.Histograms of probability distributions IIK
Figure 00000172
,
Figure 00000173
,
Figure 00000174
according to the grouping intervals of random variables Z K1 , Z so1 and Z so2 for stochastic models of potassium current of abnormal rectification, fast and slow delayed rectification are shown in figures 21g, 22g and 23g, respectively.

Для полученных распределений справедливо следующее положение: если распределение ИИК по временным интервалам группирования соответствует моделям составляющих токов калия, то случайные величины ZK1, Zso1 и Zso2 распределены в соответствии с распределением Лапласа. Тогда для установления корректности стохастической модели токов калия задержанного и аномального выпрямления достаточно, чтобы коэффициенты энтропии и контрэксцесса распределений случайных величин ZK1, Zso1 и Zso2 соответствовали коэффициенту энтропии и контерэксцесса распределения Лапласа. Для расчета коэффициентов энтропии симметрично распределенных случайных величин ZK1, Zso1 и Zso2 используются выражения:The following situation is valid for the obtained distributions: if the distribution of the IIR over the time intervals of grouping corresponds to the models of the components of the potassium currents, then the random variables Z K1 , Z so1 and Z so2 are distributed in accordance with the Laplace distribution. Then, in order to establish the correctness of the stochastic model of potassium currents of delayed and anomalous rectification, it is sufficient that the entropy and counterexcess distributions of the random variables Z K1 , Z so1 and Z so2 correspond to the entropy coefficient and the counterexcess of the Laplace distribution. To calculate the entropy coefficients of symmetrically distributed random variables Z K1 , Z so1 and Z so2 , the expressions are used:

Figure 00000177
Figure 00000177

где,

Figure 00000178
,
Figure 00000179
,
Figure 00000180
- вторые центральные моменты распределений.Where,
Figure 00000178
,
Figure 00000179
,
Figure 00000180
- second central moments of the distributions.

Для расчета контрэксцесса распределения случайных величин ZK1, Zso1 и Zso2 используются выражения:To calculate the counterexcess of the distribution of random variables Z K1 , Z so1 and Z so2 , the expressions are used:

Figure 00000181
Figure 00000181

Figure 00000182
,
Figure 00000182
,

Figure 00000183
,
Figure 00000183
,

где

Figure 00000184
,
Figure 00000185
,
Figure 00000186
- четвертые центральные моменты распределений.Where
Figure 00000184
,
Figure 00000185
,
Figure 00000186
- the fourth central moments of the distributions.

Преобразование к симметричному распределению и вычисление параметров по выражениям (36) и (37) позволяют проводить оценку соответствия гистограмм распределений для отдельных составляющих стохастических моделей тока калия в едином пространстве критерия адекватности г стохастической модели токов калия задержанного и аномального выпрямления.Converting to a symmetric distribution and calculating the parameters using expressions (36) and (37) allow us to evaluate the distribution histograms for the individual components of stochastic models of potassium current in a single space of the adequacy criterion for the stochastic model of delayed and anomalous rectification potassium currents.

- сравнение критерия адекватности с его максимальным значением. Выбор справедливой модели стохастической модели тока задержанного и аномального выпрямления выполняется на основе сравнения критерия адекватности r с максимальным значением критерия, заданного с помощью уровня значимости принятия решения α:

Figure 00000187
. Модель принимается справедливой, если критерий адекватности r меньше некоторого максимального значения. r≤rmax - Comparison of the adequacy criterion with its maximum value. The choice of a fair model of the stochastic model of the delayed and abnormal rectification current is carried out on the basis of comparing the adequacy criterion r with the maximum value of the criterion specified using the decision significance level α:
Figure 00000187
. A model is accepted fair if the adequacy criterion r is less than a certain maximum value. r≤r max

Изменение критерия для стохастической модели токов и ее составляющих от весового коэффициента KK1 стохастической модели тока калия аномального выпрямления приведено на фигуре 24, а, откуда можно видеть, что наиболее приемлемый результат получен при значении коэффициента, равного 0,325, при котором значение критерия равно 1,5. На фигуре 24, б показана зависимость параметра формы γ распределения вероятности ИИК для тока калия аномального выпрямления от весового коэффициента модели KK1, откуда следует, что параметр формы γ в области значений весового коэффициента модели тока калия 0,25<KK1<0,45 монотонно убывает с увеличением весового коэффициента KK1. На фигуре 24 в и г приведены зависимости параметров стохастической модели тока калия задержанного и аномального выпрямления от весового коэффициента KK1 для параметров масштаба λso1, λso2, λK1 и для параметров смещения μso, μso2, μK1 соответственно. Из приведенных зависимостей следует, что изменения параметров модели от весового коэффициента сохраняют гладкость в области изменения весового коэффициента модели 0,25<KK1<0,45.A change in the criterion for the stochastic model of currents and its components from the weight coefficient K K1 of the stochastic model of potassium current of anomalous rectification is shown in Figure 24, and from where it can be seen that the most acceptable result was obtained with a coefficient value of 0.325, at which the criterion value is 1, 5. The figure 24, b shows the dependence of the shape parameter γ of the probability distribution of the IIR for potassium current of anomalous rectification on the weight coefficient of the model K K1 , which implies that the shape parameter γ in the range of the weight coefficient of the model of potassium current 0.25 <K K1 <0.45 monotonously decreases with increasing weight coefficient K K1 . Figure 24 c and d show the dependences of the parameters of the stochastic model of the delayed and anomalous rectification potassium current on the weight coefficient K K1 for the scale parameters λ so1 , λ so2 , λ K1 and for the bias parameters μ so , μ so2 , μ K1, respectively. From the above dependencies it follows that changes in the model parameters from the weight coefficient remain smooth in the region of changes in the model weight coefficient 0.25 <K K1 <0.45.

- коррекция весовых коэффициентов стохастической модели тока калия задержанного и аномального выпрямления в опорных точках. Если критерий r больше критического значения, то проводится коррекция весовых коэффициентов стохастической модели и повторяются выполнение действия блоков, включенных в цикл из 4 - действий:- correction of the weight coefficients of the stochastic model of the potassium current delayed and abnormal rectification at reference points. If the criterion r is greater than the critical value, then the weighting coefficients of the stochastic model are corrected and the actions of the blocks included in the cycle of 4 actions are repeated:

1 - определение параметров стохастической модели токов задержанного и аномального выпрямления;1 - determination of the parameters of the stochastic model of the currents of delayed and abnormal rectification;

2 - определение вероятности ИИК токов калия задержанного и аномального выпрямления в интервалах группирования;2 - determination of the probability of IIC of potassium currents of delayed and abnormal rectification in the grouping intervals;

3 - определение критерия адекватности стохастических моделей токов задержанного и аномального выпрямления;3 - determination of the adequacy criterion for stochastic models of delayed and abnormal rectification currents;

4 - сравнение критерия с максимальным значением для выбора стохастической модели тока задержанного и аномального выпрямления.4 - comparison of the criterion with the maximum value for choosing a stochastic model of delayed current and anomalous rectification.

- принятие решения: «Параметры стохастической модели тока калия задержанного и аномального выпрямления определены корректно». Если на этапе сравнения критерий адекватности модели меньше некоторого максимального решения, то стохастическая модель токов задержанного и аномального выпрямления адекватна распределению вероятностей ИИК. Принятие решения: «Параметры стохастической модели тока калия аномального выпрямления определены корректно» необходимо для сохранения параметров формы и масштаба стохастической модели тока аномального выпрямления для дальнейших расчетов. Так как распределение ИИК для стохастической модели тока калия аномального выпрямления полностью содержится в выборке значений потенциала эпикарда, то после выделения распределения ИИК тока калия аномального выпрямления из всей совокупности данных и построения корректной аппроксимации этой выборки, следует сохранить неизменными параметры распределения при проведении дальнейших вычислений.- decision making: "The parameters of the stochastic model of the potassium current of delayed and anomalous rectification are determined correctly." If at the stage of comparison the criterion of model adequacy is less than a certain maximum solution, then the stochastic model of delayed and anomalous rectification currents is adequate to the probability distribution of the IIC. Making a decision: “The parameters of the stochastic model of anomalous rectification potassium current are determined correctly” is necessary to preserve the shape and scale parameters of the stochastic model of anomalous rectification current for further calculations. Since the distribution of the IIR for the stochastic model of potassium current of anomalous rectification is completely contained in the sample of the epicardial potential values, after isolating the distribution of the IIR of the potassium current of anomalous rectification from the entire data set and constructing a correct approximation of this sample, the distribution parameters should be kept unchanged during further calculations.

- определение значений тока калия аномального выпрямления. Далее модель тока калия аномального выпрямления считается известной. Для определения параметров стохастической модели тока реполяризации эпикарда используются значения тока калия аномального выпрямления, рассчитанные по формуле

Figure 00000188
для всех значений вектора вектору временных отсчетов tm.- determination of potassium current values of abnormal rectification. Further, a model of potassium current of abnormal rectification is considered known. To determine the parameters of the stochastic model of the epicardial repolarization current, the potassium current of abnormal rectification calculated using the formula
Figure 00000188
for all values of the vector, the vector of time samples t m .

Следующим четвертым отличительным признаком предлагаемого изобретения является «Определение тока реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента». Схема алгоритма определения тока реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента приведена на фигуре 15. Входными данными для алгоритма является разность вероятностей группирования ИИК для положительных и отрицательных отсчетов.The next fourth distinguishing feature of the invention is the "Determination of the repolarization current of the epicardium at the reference points of the computer model of the patient’s heart." The scheme of the algorithm for determining the epicardial repolarization current at the reference points of the computer model of the patient’s heart is shown in Figure 15. The input to the algorithm is the difference in the probability of grouping the IIR for positive and negative samples.

- формирование стохастической модели токов реполяризации эпикарда. Стохастическая модель токов реполяризации эпикарда включает в себя 1ю, 2ю и 3ю фазы развития трансмембранного потенциала действия. Общая форма стохастической модели токов реполяризации эпикарда имеет вид- the formation of a stochastic model of epicardial repolarization currents. The stochastic model of epicardial repolarization currents includes the 1st , 2nd, and 3rd phases of the development of the transmembrane action potential. The general form of the stochastic model of epicardial repolarization currents has the form

Figure 00000189
Figure 00000189

где

Figure 00000190
- стохастическая модель переходных транзитных токов эпикарда;
Figure 00000191
- стохастическая модель медленных деполяризующих токов кальция (отрицательный знак модели обусловлен ее деполяризующим действием); Kto, Kst и Ki - весовые коэффициенты стохастической модели токов реполяризации эпикарда;
Figure 00000192
и
Figure 00000193
- плотности распределений ИИК для переходных транзитных токов и медленных деполяризующих токов кальция соответственно; βto, αto, μto, βst, αst, μst - параметры распределений.Where
Figure 00000190
- stochastic model of transient transition currents of the epicardium;
Figure 00000191
- stochastic model of slow depolarizing currents of calcium (the negative sign of the model is due to its depolarizing effect); K to , K st, and K i are the weights of the stochastic model of epicardial repolarization currents;
Figure 00000192
and
Figure 00000193
- IIC distribution densities for transient transit currents and slow depolarizing calcium currents, respectively; β to , α to , μ to , β st , α st , μ st - distribution parameters.

Использование статистических функций с контролируемой формой распределений для моделирования составляющих тока реполяризации позволяет сделать модели гибкими и учитывать изменение формы ионных токов. При этом ионные токи детальных математических моделей развития потенциала используются для оценки начальных значений и границ параметров формы стохастических моделей для составляющих ионных токов. Следует отметить, что детальные модели содержат информацию о форме токов одинакового функционального назначения. Априорная информация о токах является исходной для построения стохастической модели токов.Using statistical functions with a controlled form of distributions for modeling the components of the repolarization current allows us to make the models flexible and take into account the change in the shape of ion currents. In this case, the ion currents of detailed mathematical models of potential development are used to estimate the initial values and boundaries of the shape parameters of stochastic models for the components of ion currents. It should be noted that detailed models contain information about the shape of currents of the same functional purpose. A priori information on currents is the starting point for constructing a stochastic model of currents.

При построении модели токов реполяризации эпикарда используются результаты моделирования токов калия задержанного и аномального выпрямления. При этом параметры стохастической модели токов калия аномального выпрямления принимаются неизменными. Параметры стохастической модели токов калия задержанного выпрямления принимаются в качестве начальных значений моделирования. Дело в том, что ток калия задержанного выпрямления регулируют поступление кальция и, формально, большей частью оказываются скомпенсирован. В результатах эксперимента присутствуют остатки токов, восстановление которых проводится по остаточной информации.When constructing a model of epicardial repolarization currents, the results of simulation of delayed and anomalous rectification potassium currents are used. In this case, the parameters of the stochastic model of potassium currents of abnormal rectification are assumed unchanged. The parameters of the stochastic model of delayed rectification potassium currents are taken as the initial simulation values. The fact is that the potassium current of the delayed rectification regulates the intake of calcium and, formally, for the most part they are compensated. The results of the experiment contain residual currents, the restoration of which is carried out according to the residual information.

- определение параметров стохастической модели тока реполяризации эпикарда путем. Для этого делается подстановка ранжированных значений времени tpj в стохастическую модель токов реполяризации эпикарда. Приравняв полученные выражения для плотностей распределения и отношения вероятностей для соответствующих интервалов группирования ИИК, к длительности интервалов времени группирования

Figure 00000194
получим систему нелинейных плохо согласованных уравнений вида:- determination of the parameters of the stochastic model of epicardial repolarization current by. To do this, we substitute the ranked values of time t pj into the stochastic model of epicardial repolarization currents. Equating the obtained expressions for the distribution densities and the ratio of the probabilities for the corresponding intervals of the IIR grouping, to the duration of the grouping time intervals
Figure 00000194
we get a system of nonlinear poorly matched equations of the form:

Figure 00000195
Figure 00000195

В векторной форме система уравнений (38) имеет вид:In vector form, the system of equations (38) has the form:

Figure 00000196
Figure 00000196

где

Figure 00000197
- матрица стохастической модели тока реполяризации эпикарда; р=[p1 р2 … pm] - матрица разностей вероятностей ИИК;Where
Figure 00000197
- matrix of a stochastic model of epicardial repolarization current; p = [p 1 p 2 ... p m ] is the matrix of probability differences of IIC;

Ранжированные отсчеты времени независимы и представляют собой вектор tm размерности m. Векторное уравнение (39) является плохо обусловленным, так как количество неизвестных параметров много меньше количества уравнений. Решение плохо обусловленного уравнения (39) находим методом минимизации определителя.The ranked time samples are independent and represent a vector m of dimension m. Vector equation (39) is poorly conditioned, since the number of unknown parameters is much less than the number of equations. We find the solution to the poorly conditioned equation (39) by minimizing the determinant.

Figure 00000198
Figure 00000198

В результате оптимизации выражения (40) получим параметры стохастической модели токов реполяризации эпикарда.As a result of optimizing expression (40), we obtain the parameters of the stochastic model of epicardial repolarization currents.

- определение тока реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента. Значения тока

Figure 00000199
реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента в моменты времени вектора tm используются для расчета коэффициента приведения тока при восстановлении модели. Формула для определения значений тока реполяризации эпикарда имеет вид- determination of the epicardial repolarization current at the reference points of the computer model of the patient’s heart. Current values
Figure 00000199
repolarization of the epicardium at the reference points of the computer model of the patient’s heart at time instants of the vector t m are used to calculate the current reduction coefficient during model reconstruction. The formula for determining the epicardial repolarization current is

Figure 00000200
Figure 00000200

Зависимости токов от времени, полученные с помощью стохастических моделей, показаны на фигуре 25, где даны обозначения:

Figure 00000201
- ток реполяризации эпикарда;
Figure 00000202
- переходный транзитный ток эпикарда;
Figure 00000203
- медленный деполяризующий ток кальция;
Figure 00000204
,
Figure 00000205
- быстрая и медленная компоненты тока калия задержанного выпрямления;
Figure 00000206
- ток калия аномального выпрямления.The dependences of currents on time obtained using stochastic models are shown in figure 25, where the notation is given:
Figure 00000201
- epicardial repolarization current;
Figure 00000202
- transient transit current of the epicardium;
Figure 00000203
- slow depolarizing current of calcium;
Figure 00000204
,
Figure 00000205
- fast and slow components of the potassium current delayed rectification;
Figure 00000206
- potassium current of abnormal rectification.

Следующим пятым отличительным признаком является «Восстановление потенциала в опорных точках эпикарда компьютерной модели сердца пациента». Это действие необходимо для сравнения восстановленного потенциала с потенциалом эпикарда, полученным в результате обработки ЭКС известного способа. Основные этапы процесса восстановления потенциала эпикарда иллюстрирует алгоритм на фигуре 16.The next fifth distinguishing feature is "Restoring potential at the reference points of the epicardium of the computer model of the patient’s heart." This action is necessary to compare the restored potential with the potential of the epicardium obtained as a result of processing EX of the known method. The main stages of the process of restoring the potential of the epicardium is illustrated by the algorithm in figure 16.

В соответствии с законом Ома для любого i-го момента времени ток через поверхность эпикарда пропорционален потенциалу эпикарда:In accordance with Ohm's law, for any ith moment of time, the current through the surface of the epicardium is proportional to the potential of the epicardium:

Figure 00000207
Figure 00000207

где Rот - сопротивление тканей тела.where R from is the resistance of body tissues.

Суммируя левые и правые части выражения (42) для всех отсчетов времени и учитывая неизменность сопротивления тканей организма, получим, что сумма потенциалов равна сумме токов:Summing up the left and right sides of expression (42) for all counts of time and taking into account the invariance of the resistance of body tissues, we find that the sum of the potentials is equal to the sum of the currents:

Figure 00000208
Figure 00000208

Заменяя сумму потенциалов в левой части и сумму токов в правой части выражения (43) через коэффициент приведения потенциала эпикарда Bϕ и коэффициент приведения тока эпикарда В1, получим, что сопротивление среды пропорционально отношению приведенных коэффициентов для тока и потенциала.Replacing the sum of the potentials on the left side and the sum of the currents on the right side of expression (43) through the epicardial potential reduction coefficient Bϕ and epicardial current reduction coefficient B 1 , we find that the medium resistance is proportional to the ratio of the reduced coefficients for the current and potential.

Figure 00000209
Figure 00000209

Тогда для восстановления потенциалов эпикарда по значениям стохастической модели тока реполяризации эпикарда необходимо определить коэффициенты приведения потенциала и тока эпикарда.Then, to restore the potentials of the epicardium from the values of the stochastic model of the repolarization current of the epicardium, it is necessary to determine the coefficients of reduction of the potential and current of the epicardium.

- определение коэффициента приведения потенциала эпикарда. Для восстановления потенциала эпикарда определяется коэффициент приведения потенциала эпикарда, равный сумме потенциалов в опорной точке, полученных в результате обработки ЭКС.- determination of the coefficient of reduction of the potential of the epicardium. To restore the potential of the epicardium, the coefficient of reduction of the potential of the epicardium is determined, which is equal to the sum of the potentials at the reference point obtained as a result of processing the EX.

Figure 00000210
Figure 00000210

- определение коэффициента приведения тока эпикарда. Коэффициент приведения тока, равный сумме значений рассчитанных с помощью стохастической модели токов реполяризации эпикарда в моменты отсчета времени ti по формуле- determination of the coefficient of reduction of the current epicardium. The current reduction coefficient equal to the sum of the values calculated using the stochastic model of epicardial repolarization currents at times t i according to the formula

Figure 00000211
Figure 00000211

- определение значений восстановленного потенциала в опорных точках эпикарда компьютерной модели сердца. Для определения потенциала эпикарда достаточно значения тока эпикарда i-го момента времени умножить на отношение приведенного коэффициента потенциала и приведенного коэффициента тока- determination of the values of the restored potential at the reference points of the epicardium of the computer model of the heart. To determine the potential of the epicardium, it is sufficient to multiply the current of the epicardium of the ith time instant by the ratio of the reduced potential coefficient and the reduced current coefficient

Figure 00000212
Figure 00000212

Значения восстановленного потенциала используются для построения «электрического портрета» сердца. Затем эти потенциалы используются при моделировании распространения возбуждения эпикарда.The values of the restored potential are used to build an “electric portrait” of the heart. These potentials are then used to model the propagation of epicardial excitation.

Результат восстановления потенциала эпикарда приведен на фигуре 25, где обозначены ϕ - потенциал эпикарда, полученный при обработке ЭКС; ϕmod - восстановленный потенциал эпикарда с использованием стохастической модели распределения вероятностей ИИК токов реполяризации эпикарда. Из приведенных зависимостей следует их хорошее совпадение.The result of the restoration of the potential of the epicardium is shown in figure 25, where ϕ is indicated - the potential of the epicardium obtained by processing EX; ϕ mod is the restored epicardial potential using a stochastic model of the probability distribution of the IIC of the epicardial repolarization currents. From the above dependencies follows their good coincidence.

Затем осуществляется реализация следующего, шестого отличительного признака предлагаемого изобретения «Сравнение восстановленного и определенного по ЭКС потенциалов эпикарда». Сравнения потенциала эпикарда, определенного в результате обработки ЭКС известным способом, и потенциала эпикарда, восстановленного с использованием стохастической модели, необходимо для оценки точности моделирования.Then the next, sixth distinguishing feature of the present invention is implemented: “Comparison of the restored and determined by the ECS potentials of the epicardium”. Comparisons of the potential of the epicardium determined as a result of processing the EX by a known method and the potential of the epicardium reconstructed using the stochastic model are necessary to assess the accuracy of the simulation.

Процесс сравнения задан с помощью формулы для максимально допустимой приведенной погрешности моделирования, равной разности между потенциалами эпикарда, восстановленного с использованием стохастической модели, и определенного по значениям ЭКС:The comparison process is specified using the formula for the maximum permissible reduced modeling error equal to the difference between the potentials of the epicardium reconstructed using the stochastic model and determined by the values of the ECS:

Figure 00000213
Figure 00000213

где ϕmin и ϕmax - минимальное и максимально значение потенциала эпикарда, полученные при восстановлении с помощью стохастической модели.where ϕ min and ϕ max are the minimum and maximum values of the epicardial potential obtained during restoration using the stochastic model.

Сравнение потенциала ϕmod, восстановленного с помощью стохастической модели токов реполяризации эпикарда, и потенциала эпикарда ϕ, определенного по ЭКС на фигуре 12 иллюстрирует условный блок "Сравнение восстановленного и определенного по ЭКС потенциалов эпикарда".A comparison of the potential ϕ mod reconstructed using the stochastic model of epicardial repolarization currents and the potential of the epicardium ϕ determined by the ECS in Figure 12 illustrates the conditional block “Comparison of the restored and determined by the ECS potentials of the epicardium”.

Если при сравнении приведенная погрешность моделирования δϕ больше допустимого значения δmax, то осуществляется реализация следующего, шестого отличительного признака предлагаемого изобретения: «Коррекция параметров распределений стохастической модели тока реполяризации эпикарда». Коррекция проводится путем изменения параметров распределений βto, αto, μto, βst, αst, μst стохастической модели тока

Figure 00000201
реполяризации эпикарда. Для этого изменяются начальные и граничные условия параметров при моделировании и повторяются три последних действия алгоритма: «Определение тока реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента», «Восстановление потенциала в опорных точках компьютерной модели сердца пациента» и «Сравнение восстановленного и определенного по ЭКС потенциала эпикарда».If, when comparing the given simulation error, δ ϕ is greater than the permissible value δ max , then the following sixth distinguishing feature of the invention is implemented: “Correction of the distribution parameters of the stochastic model of the epicardial repolarization current”. Correction is carried out by changing the distribution parameters β to , α to , μ to , β st , α st , μ st of the stochastic current model
Figure 00000201
repolarization of the epicardium. For this, the initial and boundary conditions of the parameters are changed during modeling and the last three actions of the algorithm are repeated: “Determination of the epicardial repolarization current at the reference points of the patient’s computer model of the heart”, “Restoration of potential at the reference points of the patient’s computer model of the heart” and “Comparison of the reconstructed and determined by ECS epicardial potential. "

Принятие решения: «Значения тока реполяризации эпикарда определены корректно». Если значение приведенной погрешности δϕ, моделирования меньше принятого максимального значения осуществляется принятие решения «Значение тока реполяризации эпикарда определены корректно».Decision making: "The values of the epicardial repolarization current are determined correctly." If the value of the reduced error is δ ϕ , the simulation is less than the accepted maximum value, a decision is made "The value of the epicardial repolarization current is determined correctly."

Таким образом, выявление изменения ионных токов эпикарда способствует выбору антиаритмических препаратов для эффективного лечения аритмий, применению их с минимально возможной вероятностью аритмогенного действия, разработке комплекса медицинских мероприятий по профилактике внезапной сердечной смерти и эффективному лечению жизнеугрожающих аритмий [14, 18, 21].Thus, the identification of changes in the ionic currents of the epicardium contributes to the choice of antiarrhythmic drugs for the effective treatment of arrhythmias, their use with the lowest possible probability of arrhythmogenic effects, the development of a set of medical measures for the prevention of sudden cardiac death and the effective treatment of life-threatening arrhythmias [14, 18, 21].

При таких патологических состояниях, как ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь сердца, врожденные и приобретенные пороки сердца, при гипертрофии миокарда, при электролитных и гормональных нарушениях происходит значительно снижение реполяризующих токов замедленного IKr, IKs и аномального IK1 выпрямления, что, в свою очередь, сопровождается повышением риска возникновения сложных нарушений ритма и проводимости. Таким образом, контроль токов калия аномального выпрямления в результате использования предлагаемого изобретения позволит врачу-кардиологу прогнозировать возникновение аритмий и оперативно использовать высокотехнологические кардиохирургические методы лечения.In pathological conditions such as coronary heart disease, hypertensive heart disease, congenital and acquired heart defects, with myocardial hypertrophy, with electrolyte and hormonal disorders, there is a significant decrease in repolarizing currents of delayed I Kr , I Ks and abnormal I K1 rectification, which, in its the turn is accompanied by an increased risk of complex rhythm and conduction disturbances. Thus, the control of potassium currents of abnormal rectification as a result of the use of the invention will allow the cardiologist to predict the occurrence of arrhythmias and quickly use high-tech cardiosurgical treatment methods.

ЛитератураLiterature

1. Пат. 2360597 Российская Федерация. Способ определения электрической активности сердца / Бодин О.Н., Гладкова Е.А., Кузьмин А.В., Митрохина Н.Ю., Мулюкина Л.А. - МПК А61В 5/0402,2006.10.07.2009 Бюл. №19.1. Pat. 2360597 Russian Federation. A method for determining the electrical activity of the heart / Bodin O.N., Gladkova E.A., Kuzmin A.V., Mitrokhina N.Yu., Mulukina L.A. - IPC А61В 5 / 0402,2006.10.07.2009 Bull. No. 19.

2. Пат. 2409313 Российская Федерация. Способ неинвазивного электрофизиологического исследования сердца / Ревишвили А.Ш., Калинин В.В., Калинин А.В. - МПК А61В 5/0402 2006, А61В 5/055 2006, А61В 6/03, 2006. 20.01.2011 Бюл. №2.2. Pat. 2409313 Russian Federation. The method of non-invasive electrophysiological examination of the heart / Revishvili A.Sh., Kalinin V.V., Kalinin A.V. - IPC А61В 5/0402 2006, А61В 5/055 2006, А61В 6/03, 2006. 01.20.2011 Bull. No. 2.

3. Пат. 2435518 Российская Федерация. Способ неинвазивного электрофизиологического исследования сердца / Ревишвили А.Ш., Калинин В.В., Калинин А.В. - МПК А61В 5/0402 2006, А61В 5/055 2006, А61В 6/03,2006. 10.12.2011 Бюл. №34.3. Pat. 2435518 Russian Federation. The method of non-invasive electrophysiological examination of the heart / Revishvili A.Sh., Kalinin V.V., Kalinin A.V. - MPK А61В 5/0402 2006, А61В 5/055 2006, А61В 6 / 03,2006. 12/10/2011 Bull. Number 34.

4. Пат. 2068651 Российская Федерация. Способ неинвазивной регистрации электрофизиологических характеристик скрдца и устройство для его осуществления / Блатов И.В., Титомир Л.И. - МПК А61В 5/05,10.11.1996.4. Pat. 2068651 Russian Federation. A non-invasive method for recording the electrophysiological characteristics of a skrts and a device for its implementation / Blatov I.V., Titomir L.I. - IPC А61В 5 / 05.10.11.1996.

5. Пат. 2489083 Российская Федерация. Способ неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца / Бодин О.Н., Кузьмин А.В., Митрохина Н.Ю., Семерич Ю.С., Рябчиков Р.В. - МПК А61В 5/0402,2006. 20.05.2013 Бюл. №14.5. Pat. 2489083 Russian Federation. The method of non-invasive determination of electrophysiological characteristics of the heart / Bodin O.N., Kuzmin A.V., Mitrokhina N.Yu., Semerich Yu.S., Ryabchikov R.V. - IPC А61В 5 / 0402,2006. 05/20/2013 Bull. Number 14.

6. Пат. 2448643(13) Российская Федерация. Электрокардиограф с измерением координат и параметров источника электрической активности сердца / Лебедев В.В., Крамм М.Н., Жихарева Г.В., Винокуров Д.С., Филонов Д.В., Стрелков И.О.6. Pat. 2448643 (13) Russian Federation. Electrocardiograph with measurement of coordinates and parameters of the source of electrical activity of the heart / Lebedev V.V., Kramm M.N., Zhikhareva G.V., Vinokurov D.S., Filonov D.V., Strelkov I.O.

7. Амиров Р.З. Электрокардиотопография. М.: Медицина, 1965,142 с.7. Amirov R.Z. Electrocardiotopography. M .: Medicine, 1965,142 p.

8. Антонов В.Ф., Черныш A.M., Пасечник В.И. Биофизика / М.: ВЛАДОС, 2000 - 288 с.8. Antonov V.F., Chernysh A.M., Pasechnik V.I. Biophysics / M .: VLADOS, 2000 - 288 p.

9. Исаков И.И., Кушаковский М.С., Журавлева Н.Б. Клиническая электрокардиография. Руководство для врачей. - Л.: Медицина. 1984. - 272 с.9. Isakov I.I., Kushakovsky M.S., Zhuravleva N.B. Clinical electrocardiography. A guide for doctors. - L .: Medicine. 1984.- 272 p.

10. Орлов В.Н. Руководство по электрокардиографии - М.; ООО "Московское медицинское агентство", 1997., 528 стр.10. Orlov V.N. Guide to electrocardiography - M .; LLC "Moscow Medical Agency", 1997., 528 p.

11. Рубин А.Б. Биофизика / Изд. МГУ, 2004 г. 944 с.11. Rubin A.B. Biophysics / Ed. Moscow State University, 2004 944 s.

12. Титомир Л.И. Электрический генератор сердца. М.: «Наука», 1980. 371 стр.12. Titomir L.I. Electric heart generator. M .: "Science", 1980. 371 pp.

13. Титомир Л.И., Трунов В.Г., Айду Э.А.И. Неинвазивная электрокардиотопография // М.: Наука, 2003. - 198 с.13. Titomir L.I., Trunov V.G., Aydu E.A.I. Non-invasive electrocardiotography // M .: Nauka, 2003 .-- 198 p.

14. Клинические рекомендации. Диагностика и лечение нарушений ритма сердца и проводимости. Часть 1 / Голицын СП., Кролачева Е.С., Майков Е.Б., Миронов Н.Ю.. Панченко Е.П.. Соколов С.Ф., Шлевков Н.Б. Кардиологический вестник. №2. 2014. T.IX. С. 3-43.14. Clinical recommendations. Diagnosis and treatment of cardiac arrhythmias and conduction. Part 1 / Golitsyn SP., Krolacheva ES, Maykov EB, Mironov N.Yu. Panchenko EP .. Sokolov SF, Shlevkov NB Cardiological Bulletin. No. 2. 2014. T.IX. S. 3-43.

15. Клинические рекомендации / Москва, Министерство здравоохранения РФ. 2013. - 195 с. 15. Clinical recommendations / Moscow, Ministry of Health of the Russian Federation. 2013 .-- 195 p.

16. Алиев P.P. Компьютерное моделирование электрической активности сердца / Успехи физических наук, 2010. Том. 41, №3. С. 44-63.16. Aliyev P.P. Computer simulation of the electrical activity of the heart / Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 2010. Volume. 41, No. 3. S. 44-63.

17. Бокерия О.Л., Ахобеков А.А. Ионные каналы и их роль в развитии нарушений ритма сердца / Анналы аритмологии. 2014. - T. 11., №3. Стр. 177-184.17. Bockeria O.L., Akhobekov A.A. Ion channels and their role in the development of cardiac arrhythmias / Annals of arrhythmology. 2014. - T. 11., No. 3. Page 177-184.

18. Кузьмин B.C., Розенштраух Л.В. Ионные механизмы действия аритмических препаратов III класса. Кардиология. 2010. №7. - стр. 49-61.18. Kuzmin B.C., Rosenstrauh L.V. Ionic mechanisms of action of arrhythmic drugs of class III. Cardiology. 2010. No. 7. - p. 49-61.

19. Полосин В.Г., Бодин О.Н. Энтропийно-параметрический критерий проверки адекватности модели распределения ионных токов миокарда / Информационные технологии. М.: Том 22. №1, 2016. С. 65-71.19. Polosin V.G., Bodin O.N. Entropy-parametric criterion for checking the adequacy of the distribution model of ionic currents of the myocardium / Information technology. M .: Volume 22. No. 1, 2016.S. 65-71.

20. Полосин В.Г., Першенков П.П. Информационный способ установления справедливости гипотез несимметричных распределений / Измерительная техника. №12, 2013 г. С. 8-10.20. Polosin V.G., Pershenkov P.P. An informational method of establishing the validity of hypotheses of asymmetric distributions / Measuring technique. No. 12, 2013, pp. 8-10.

21. Чернова А.А., Никулина С.Ю., Гульбис А.В. Генетические аспекты врожденного синдрома удлиненного интервала QT / Рациональная Фармакотерапия в кардиологии 2012, 8(5)-С. 694.21. Chernova A.A., Nikulina S.Yu., Gulbis A.V. Genetic aspects of the congenital syndrome of the prolonged QT interval / Rational Pharmacotherapy in Cardiology 2012, 8 (5) -C. 694.

22. Школьникова М.А., Харлап М.С., Ильдарова Р.А., Березницкая В.В., Калинин Л.А. Диагностика, стратификация риска внезапной смерти и лечение основных молекулярно-генетических вариантов синдрома удлиненного интервала QT / Кардиология. 2011. №5.22. Shkolnikova M.A., Kharlap M.S., Ildarova R.A., Bereznitskaya V.V., Kalinin L.A. Diagnosis, stratification of the risk of sudden death and treatment of the main molecular genetic variants of the syndrome of extended QT interval / Cardiology. 2011. No5.

23. Bueno-Orovio A., Cherry Е.М., Fenton F.H. Minimal model for human ventricular action potentials in tissue / Journal of Theoretical Biology, 2008. Doi. 10.1016/jtbi. 2008.03.029.23. Bueno-Orovio A., Cherry E.M., Fenton F.H. Minimal model for human ventricular action potentials in tissue / Journal of Theoretical Biology, 2008. Doi. 10.1016 / jtbi. 2008.03.029.

24. Hodgkin A.L. and Huxley A.F. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. / J. Physiol (Lond) 117: 500-544, 1952.24. Hodgkin A.L. and Huxley A.F. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. / J. Physiol (Lond) 117: 500-544, 1952.

25. Hondeghem L.M., Carlsson L., Duker G. Instability and triangulation of the action potential predict serious proarrhythmia, but action potential duration prolongation is antiarrhythmic. Circulation 2001; 103: 2004-2013.25. Hondeghem L.M., Carlsson L., Duker G. Instability and triangulation of the action potential predict serious proarrhythmia, but action potential duration prolongation is antiarrhythmic. Circulation 2001; 103: 2004-2013.

26. Iyer V., Mazhari R., Winslow R.L. A computational model of the human left ventricular epicardial myocyte. Biopsy's. 2004. V. 87. P. 1507-1525.26. Iyer V., Mazhari R., Winslow R.L. A computational model of the human left ventricular epicardial myocyte. Biopsy's. 2004. V. 87. P. 1507-1525.

27. Kron L.H. The ECG field equation. - Bull. Math. Biophys., 1962, 24, №3, p. 277-278.27. Kron L.H. The ECG field equation. - Bull. Math. Biophys., 1962, 24, No. 3, p. 277-278.

28. Luo C.H., Rudy Y.A.F model of the ventricular cardiac action potential // Circ. Res. 1991. V. 68. P. 1501-1526.28. Luo C.H., Rudy Y. A.F. model of the ventricular cardiac action potential // Circ. Res. 1991. V. 68. P. 1501-1526.

29. Nattel S., Maguy A., Le Bouter S., Yeh Y.H. Arrhythmogenic ion-channel remodeling in the heart: heart failure, myocardial infarction, and atrial fibrillation. Physiol Rev 2007; 87:425-456.29. Nattel S., Maguy A., Le Bouter S., Yeh Y.H. Arrhythmogenic ion-channel remodeling in the heart: heart failure, myocardial infarction, and atrial fibrillation. Physiol Rev 2007; 87: 425-456.

30. Pecaranda A., Cantalapiedra I.R., Bragard J., Echebarria B. Cardiac dynamics: a simplified model for action potential propagation / Theoretical Biology and Medical Modelling. - 2012. http://www.tbiomed.eom/content/9/1/50.30. Pecaranda A., Cantalapiedra I.R., Bragard J., Echebarria B. Cardiac dynamics: a simplified model for action potential propagation / Theoretical Biology and Medical Modeling. - 2012. http: //www.tbiomed.eom/content/9/1/50.

31. Priebe L., Beuckelmann D.J. Simulation study of cellular electric properties in heart failure. // Circ Res V. 82: P. 1206-1223, 1998.31. Priebe L., Beuckelmann D.J. Simulation study of cellular electric properties in heart failure. // Circ Res V. 82: P. 1206-1223, 1998.

32. Schilling R.J., Kadish A.H., Peters N.S. et al. Endocardial mapping of atrial fibrillation in the human right atrium using a non-contact catheter. - European Heart Journal. 2000. 21, P. 550-564.32. Schilling R.J., Kadish A.H., Peters N.S. et al. Endocardial mapping of atrial fibrillation in the human right atrium using a non-contact catheter. - European Heart Journal. 2000.22, p. 550-564.

33. Stewart P., Aslanidi O., Noble D., Noble P.J., Boyett M. R., Zhang H. Mathematical models of the electrical action potential of Purkinje fibre cells // (Philosophical Transactions of the Royal Society) Phil. Trans. R. Soc. A (2009). 367, P. 2225-2255, doi: 10.1098 / rsta.2008.0283.33. Stewart P., Aslanidi O., Noble D., Noble P.J., Boyett M. R., Zhang H. Mathematical models of the electrical action potential of Purkinje fiber cells // (Philosophical Transactions of the Royal Society) Phil. Trans. R. Soc. A (2009). 367, P. 2225-2255, doi: 10.1098 / rsta.2008.0283.

34. Ten Tusscher KHWJ, Noble D., Noble P.J., Panfilov A.V. A model for human ventricular tissue/ Am. J. Physiol. Head. Circ. Physiol. 2004. V. 286. P. H1573-H1589.34. Ten Tusscher KHWJ, Noble D., Noble P.J., Panfilov A.V. A model for human ventricular tissue / Am. J. Physiol. Head Circ. Physiol. 2004. V. 286. P. H1573-H1589.

35. Winslow R.L., Cortassa S., O'Rourke В., Hashambhoy Y.L., Rise J.J., Greenstein J.L. Integrative modeling of the cardiac ventricular myocyte / WIREs Systems Biology and Medicine. 2010.35. Winslow R.L., Cortassa S., O'Rourke B., Hashambhoy Y.L., Rise J.J., Greenstein J.L. Integrative modeling of the cardiac ventricular myocyte / WIREs Systems Biology and Medicine. 2010.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙLIST OF ACCEPTED ABBREVIATIONS

АВAB АтриовентрикулярныйAtrioventricular ВОЗWHO Всемирная организация здравоохраненияWorld Health Organization КДСKDS Компьютерная диагностическая системаComputer Diagnostic System ТМПДTMPD Трансмембранный потенциал действияTransmembrane action potential ЭКГECG ЭлектрокардиограммаElectrocardiogram ЭКСTHE EX ЭлектрокардиосигналElectrocardiogram ОЗ ЭКГOZ ECG Обратная задача электрокардиографииInverse electrocardiography task KMCKmc Компьютерная модель сердцаComputer model of the heart ЛЖLV Левый желудочекLeft ventricle МИСMIS Медицинская информационная системаMedical Information System МКБICD Международная классификация болезнейInternational Classification of Diseases СССSTS Сердечно-сосудистая системаThe cardiovascular system ЭАСEAS Электрическая активность сердцаElectrical activity of the heart ЭЭГСEEGS Эквивалентный электрический генератор сердцаEquivalent electric heart generator ДТМПДDTMPD длительность трансмембранного потенциала действияduration of transmembrane action potential ДИDI диастолический интервалdiastolic interval ИИКIIC информационно-измерительного квантаinformation measuring quantum АПAP Модель Алиева-ПанфиловаModel Aliev-Panfilov LRdLRd Модель Luo-RudyModel Luo-Rudy РВRV Модель Priebe-BeuckelmannModel Priebe-Beuckelmann TNNPTNNP Модель Tusscher-Noble-Noble-PanfilovModel Tusscher-Noble-Noble-Panfilov IMWIMW Модель Iyer-Mazhari-WinslowModel Iyer-Mazhari-Winslow

Claims (46)

Способ неинвазивного определения электрофизиологических характеристик сердца, заключающийся в том, что регистрируют электрокардиосигнал (ЭКС) и измеряют потенциалы, генерируемые сердцем, регистрируют фронтальный и левобоковой флюорографические снимки сердца пациента, определяют по снимкам геометрические параметры сердца пациента, синтезируют компьютерную модель сердца пациента, определяют потенциалы, генерируемые сердцем на торсе пациента, определяют дипольные моменты и потенциалы эпикарда ϕ в опорных точках компьютерной модели сердца пациента, моделируют распространение волны возбуждения в эпикарде, синтезируют модельный ЭКС, сравнивают модельный ЭКС с зарегистрированным ЭКС, корректируют расчетные параметры модели распространения волны возбуждения в эпикарде путем изменения параметров при определении моментных распределений основных электрофизиологических характеристик на поверхности сердца и визуализируют электрофизиологические характеристики сердца на трехмерной модели сердца средствами компьютерной графики в наиболее удобном для восприятия виде, отличающийся тем, что дополнительноA non-invasive method for determining the electrophysiological characteristics of the heart, which consists in recording the electrocardiogram (EX) and measuring the potentials generated by the heart, recording the frontal and left-side fluorographic images of the patient’s heart, determining the patient’s heart heart parameters, synthesizing a computer model of the patient’s heart, determining potentials, generated by the heart on the patient’s torso, determine the dipole moments and epicardial potentials ϕ at the reference points of the computer model the patient’s hearts, model the propagation of the excitation wave in the epicardium, synthesize a model EX, compare the model EX with the registered EX, correct the calculated parameters of the model of propagation of the excitation wave in the epicardium by changing the parameters when determining the moment distributions of the main electrophysiological characteristics on the surface of the heart and visualize the electrophysiological characteristics of the heart on a three-dimensional heart models using computer graphics in the most convenient form for perception e, characterized in that it further - формируют данные для стохастической модели тока реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца путем:- generate data for a stochastic model of epicardial repolarization current at reference points of a computer model of the heart by: определения информационно-измерительного кванта (ИИК) γ для выборок значений потенциала эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца для одного кардиоцикла: γ=Δϕ⋅Δt, где Δt - время, необходимое для получения одного отсчета;
Figure 00000214
- мера ИИК, ϕmax, ϕmin и N - максимальное, минимальное значение и число отсчетов в выборке значений потенциала эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца;
determining the information-measuring quantum (IIC) γ for samples of the epicardial potential values at the reference points of the computer model of the heart for one cardiocycle: γ = Δϕ⋅Δt, where Δt is the time required to obtain one sample;
Figure 00000214
- the measure of IIC, ϕ max , ϕ min and N is the maximum, minimum value and the number of samples in the sample values of the epicardial potential at the reference points of the computer model of the heart;
определения количества ИИК Nγ для стохастической модели тока реполяризации эпикарда
Figure 00000215
, где ϕi - i-e значение потенциала в выборке {ϕ} одного кардиоцикла;
for determining the number of IIC N γ for a stochastic model of epicardial repolarization current
Figure 00000215
, where ϕ i - ie the value of the potential in the sample {ϕ} of one cardiocycle;
определения количества m ранжированных значений
Figure 00000216
минимальных
Figure 00000217
и максимальных
Figure 00000218
границ для временных интервалов группирования ИИК
determine the number m of ranked values
Figure 00000216
the minimum
Figure 00000217
and maximum
Figure 00000218
boundaries for the time intervals of grouping IIK
Figure 00000219
Figure 00000219
Figure 00000220
где
Figure 00000221
если
Figure 00000222
иначе
Figure 00000223
Figure 00000220
Where
Figure 00000221
if
Figure 00000222
otherwise
Figure 00000223
где j - порядковый номер временного интервала группирования ИИК;where j is the sequence number of the time interval grouping IIK; определения распределения вероятностей ИИК
Figure 00000224
и
Figure 00000225
в j-м интервале группирования ИИК для положительных и отрицательных значений потенциала эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента:
determining the probability distribution of IIC
Figure 00000224
and
Figure 00000225
in the jth interval of the IIR grouping for positive and negative values of the epicardial potential at the reference points of the computer model of the patient’s heart:
Figure 00000226
Figure 00000226
определения разности распределений вероятностей ИИК pj в j-м интервале группирования для значений потенциала в опорных точках эпикарда компьютерной модели сердца пациента:
Figure 00000227
determining the difference in the probability distributions of the IIR p j in the jth grouping interval for potential values at the reference points of the epicardium of the computer model of the patient’s heart:
Figure 00000227
формирования выборок отсчетов времени для положительных и отрицательных разностей распределений вероятностей ИИК
Figure 00000228
the formation of samples of time samples for positive and negative differences in the probability distributions of IIC
Figure 00000228
выделения временного интервала фазы начальной быстрой реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента
Figure 00000229
allocation of the time interval of the phase of the initial rapid epicardial repolarization at the reference points of the computer model of the patient’s heart
Figure 00000229
выделения временного интервала монотонной реполяризации эпикарда, включающего монотонную реполяризацию фазы плато и фазу конечной быстрой реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациентаthe allocation of the time interval of monotonous repolarization of the epicardium, including monotonous repolarization of the plateau phase and the phase of the final rapid repolarization of the epicardium at the reference points of the computer model of the patient’s heart
Figure 00000230
Figure 00000230
нормирования распределения вероятности ИИК для выборок значений потенциала временного интервала монотонной реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента
Figure 00000231
, где PM - вероятность обнаружения ИИК во временном интервале монотонной реполяризации эпикарда
Figure 00000232
normalization of the probability distribution of IIR for samples of the potential values of the time interval of the monotonous repolarization of the epicardium at the reference points of the computer model of the patient’s heart
Figure 00000231
, where P M is the probability of detecting IIC in the time interval of monotonous repolarization of the epicardium
Figure 00000232
- определяют токи калия аномального выпрямления в опорных точках компьютерной модели сердца путем:- determine the currents of potassium abnormal rectification at the reference points of a computer model of the heart by: формирования стохастической модели токов калия задержанного и аномального выпрямления
Figure 00000233
где
Figure 00000234
- стохастическая модель тока калия быстрого задержанного выпрямления;
Figure 00000235
- стохастическая модель тока калия медленного задержанного выпрямления;
Figure 00000236
- стохастическая модель тока калия аномального выпрямления;
Figure 00000237
- плотности распределений ИИК для тока калия быстрого и медленного задержанного выпрямления и для тока калия аномального выпрямления соответственно;
Figure 00000238
и
Figure 00000239
- весовые коэффициенты стохастической модели токов калия быстрого и медленного задержанного и аномального выпрямления соответственно;
Figure 00000240
- параметры распределений;
the formation of a stochastic model of delayed and abnormal rectification potassium currents
Figure 00000233
Where
Figure 00000234
- stochastic model of potassium current fast delayed rectification;
Figure 00000235
- stochastic model of potassium current slow delayed rectification;
Figure 00000236
- stochastic model of potassium current of abnormal rectification;
Figure 00000237
- IIC distribution density for potassium current of fast and slow delayed rectification and for potassium current of anomalous rectification, respectively;
Figure 00000238
and
Figure 00000239
- weighting coefficients of the stochastic model of potassium currents of fast and slow delayed and abnormal rectification, respectively;
Figure 00000240
- distribution parameters;
задания весовых коэффициентов стохастической модели токов калия быстрого
Figure 00000241
и медленного
Figure 00000242
задержанного и аномального
Figure 00000243
выпрямления, где qj=1, если
Figure 00000244
, иначе qj=0;
assignment of weight coefficients of a stochastic model of potassium currents fast
Figure 00000241
and slow
Figure 00000242
delayed and abnormal
Figure 00000243
rectification, where q j = 1, if
Figure 00000244
otherwise q j = 0;
определения параметров
Figure 00000245
стохастической модели токов калия быстрого и медленного задержанного и аномального выпрямления путем минимизации решения уравнения
parameter definitions
Figure 00000245
a stochastic model of potassium currents of fast and slow delayed and abnormal rectification by minimizing the solution of the equation
Figure 00000246
Figure 00000246
где
Figure 00000247
- матрица стохастической модели токов калия быстрого и медленного задержанного и аномального выпрямления;
Figure 00000248
- матрица нормированных вероятностей ИИК;
Where
Figure 00000247
- matrix of a stochastic model of potassium currents of fast and slow delayed and abnormal rectification;
Figure 00000248
- matrix of normalized probabilities of IIC;
определения распределения вероятностей ИИК токов калия быстрого задержанного
Figure 00000249
и медленного задержанного
Figure 00000250
и аномального выпрямления
Figure 00000251
на j-м интервале группирования ИИК;
determining the probability distribution of IIC currents of potassium fast delayed
Figure 00000249
and slow detainee
Figure 00000250
and abnormal straightening
Figure 00000251
on the jth interval of the IIK grouping;
определения критерия адекватности
Figure 00000252
модели токов калия быстрого и медленного задержанного и аномального выпрямления в опорной точке компьютерной модели сердца пациента, где составляющие критерия вычисляют по формулам
determination of the adequacy criterion
Figure 00000252
models of potassium currents of fast and slow delayed and abnormal rectification at the reference point of the computer model of the patient’s heart, where the components of the criterion are calculated by the formulas
Figure 00000253
Figure 00000253
где
Figure 00000254
- коэффициенты энтропии и контрэксцесса симметричных распределений для тока калия быстрого и медленного задержанного и аномального выпрямления;
Where
Figure 00000254
- coefficients of entropy and counterexcess of symmetric distributions for potassium current of fast and slow delayed and anomalous rectification;
сравнения критерия r2≤3⋅ln(α-2), где α - уровень значимости принятия решения;comparing the criterion r 2 ≤3⋅ln (α -2 ), where α is the significance level of decision making; коррекции весовых коэффициентов стохастической модели токов калия быстрого
Figure 00000255
и медленного
Figure 00000256
задержанного и аномального
Figure 00000257
выпрямления в опорных точках компьютерной модели сердца пациента;
correction of weight coefficients of the stochastic model of potassium currents fast
Figure 00000255
and slow
Figure 00000256
delayed and abnormal
Figure 00000257
straightening at reference points of a computer model of the patient’s heart;
принятия решения: «Параметры стохастической модели тока калия
Figure 00000258
задержанного и аномального выпрямления определены корректно»;
decision: “Parameters of the stochastic model of potassium current
Figure 00000258
delayed and abnormal rectification determined correctly ”;
определения значений
Figure 00000259
тока калия аномального выпрямления по формуле
value definitions
Figure 00000259
potassium current abnormal rectification according to the formula
Figure 00000260
Figure 00000260
- определяют ток реполяризации эпикарда
Figure 00000261
в опорных точках компьютерной модели сердца пациента путем:
- determine the repolarization current of the epicardium
Figure 00000261
at reference points of a computer model of the patient’s heart by:
формирования стохастической модели тока
Figure 00000262
реполяризации эпикарда
Figure 00000263
, где
Figure 00000264
- стохастическая модель переходного транзитного тока эпикарда;
Figure 00000265
- стохастическая модель медленного деполяризующего тока кальция;
Figure 00000266
и
Figure 00000267
- весовые коэффициенты стохастической модели тока реполяризации эпикарда;
Figure 00000268
и
Figure 00000269
- плотности распределений ИИК для переходного транзитного тока и медленного деполяризующего тока кальция соответственно;
Figure 00000270
- параметры распределений;
forming a stochastic current model
Figure 00000262
epicardial repolarization
Figure 00000263
where
Figure 00000264
- stochastic model of transient transition current of the epicardium;
Figure 00000265
- stochastic model of slow depolarizing current of calcium;
Figure 00000266
and
Figure 00000267
- weighting coefficients of the stochastic model of epicardial repolarization current;
Figure 00000268
and
Figure 00000269
- the density of the distribution of the IIC for the transient transit current and slow depolarizing current of calcium, respectively;
Figure 00000270
- distribution parameters;
определения параметров стохастической модели тока
Figure 00000271
реполяризации эпикарда путем минимизации решения уравнения
determining the parameters of a stochastic current model
Figure 00000271
repolarization of the epicardium by minimizing the solution to the equation
Figure 00000272
Figure 00000272
где
Figure 00000273
- матрица стохастической модели тока реполяризации эпикарда;
Figure 00000274
- матрица разностей распределений вероятностей ИИК;
Where
Figure 00000273
- matrix of a stochastic model of epicardial repolarization current;
Figure 00000274
- matrix of differences in the probability distributions of the IIC;
определения значения тока
Figure 00000275
реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента
determining current value
Figure 00000275
epicardial repolarization at reference points of the patient’s computer model of the heart
Figure 00000276
Figure 00000276
- восстанавливают потенциал ϕmod в опорных точках эпикарда компьютерной модели сердца пациента путем:- restore the potential ϕ mod at the reference points of the epicardium of the computer model of the patient’s heart by: определения коэффициента приведения потенциала эпикарда
Figure 00000277
determining the coefficient of reduction potential of the epicardium
Figure 00000277
определения коэффициента приведения тока
Figure 00000278
determine the coefficient of current reduction
Figure 00000278
определения значений восстановленного потенциала ϕmod i, в опорных точках эпикарда компьютерной модели сердца пациента
Figure 00000279
determining the values of the restored potential ϕ mod i , at the reference points of the epicardium of the computer model of the patient’s heart
Figure 00000279
- сравнивают восстановленный ϕmod потенциал эпикарда с потенциалом эпикарда ϕ определенном на ЭКС- compare the restored ϕ mod the potential of the epicardium with the potential of the epicardium ϕ determined on the EX
Figure 00000280
Figure 00000280
- корректируют параметры распределений
Figure 00000281
стохастической модели тока
Figure 00000282
реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента;
- adjust distribution parameters
Figure 00000281
stochastic current model
Figure 00000282
epicardial repolarization at reference points of the patient’s computer model of the heart;
- принимают решение: «Значения тока
Figure 00000283
реполяризации эпикарда в опорных точках компьютерной модели сердца пациента определены корректно».
- make a decision: “Current values
Figure 00000283
the repolarization of the epicardium at the reference points of the computer model of the patient’s heart was determined correctly. "
RU2016120449A 2016-05-25 2016-05-25 Noninvasive method for electrophysiological heart characteristics determination RU2615286C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016120449A RU2615286C1 (en) 2016-05-25 2016-05-25 Noninvasive method for electrophysiological heart characteristics determination

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016120449A RU2615286C1 (en) 2016-05-25 2016-05-25 Noninvasive method for electrophysiological heart characteristics determination

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2615286C1 true RU2615286C1 (en) 2017-04-04

Family

ID=58506929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016120449A RU2615286C1 (en) 2016-05-25 2016-05-25 Noninvasive method for electrophysiological heart characteristics determination

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2615286C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2725058C1 (en) * 2019-07-29 2020-06-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина" Method of analysing rate of depolarization in myocardium by electrocardiography
RU2746904C1 (en) * 2020-08-11 2021-04-22 Виталий Германович Полосин Method for controlling uncertainty of stochastic system with conditional estimate of distribution density center

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2435518C2 (en) * 2008-11-27 2011-12-10 Амиран Шотаевич РЕВИШВИЛИ Method of non-invasive electrophysiological examination of heart

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2435518C2 (en) * 2008-11-27 2011-12-10 Амиран Шотаевич РЕВИШВИЛИ Method of non-invasive electrophysiological examination of heart

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RU 2435518 C2, (Ревишвили Амиран Шотаевич) 10.12.2011. РЕВИШВИЛИ А.Ш. и др. Верификация новой методики неинвазивного электрофизиологического исследования сердца, основанной на решении обратной задачи электрокардиографии, Вестник аритмологии, 2008, 51, с.7-13. *
Winslow R.L., Cortassa S., O'Rourke В., Hashambhoy Y.L., Rise J.J., Greenstein J.L. Integrative modeling of the cardiac ventricular myocyte / WIREs Systems Biology and Medicine. 2010. *
ДЕНИСОВ A.M. и др. Применение метода регуляризации Тихонова для численного решения обратной задачи электрокардиографии, Вестник Московского университета, Серия 15, Вычислительная математика и кибернетика, 2008, 2, с.5-10. *
РЕВИШВИЛИ А.Ш. и др. Верификация новой методики неинвазивного электрофизиологического исследования сердца, основанной на решении обратной задачи электрокардиографии, Вестник аритмологии, 2008, 51, с.7-13. ДЕНИСОВ A.M. и др. Применение метода регуляризации Тихонова для численного решения обратной задачи электрокардиографии, Вестник Московского университета, Серия 15, Вычислительная математика и кибернетика, 2008, 2, с.5-10. Winslow R.L., Cortassa S., O'Rourke В., Hashambhoy Y.L., Rise J.J., Greenstein J.L. Integrative modeling of the cardiac ventricular myocyte / WIREs Systems Biology and Medicine. 2010. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2725058C1 (en) * 2019-07-29 2020-06-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина" Method of analysing rate of depolarization in myocardium by electrocardiography
RU2746904C1 (en) * 2020-08-11 2021-04-22 Виталий Германович Полосин Method for controlling uncertainty of stochastic system with conditional estimate of distribution density center
WO2022035348A1 (en) * 2020-08-11 2022-02-17 Виталий Германович ПОЛОСИН Method and devices for monitoring the uncertainty of a stochastic system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Courtemanche et al. Ionic mechanisms underlying human atrial action potential properties: insights from a mathematical model
D’Alto et al. Echocardiographic prediction of pre-versus postcapillary pulmonary hypertension
Relan et al. Coupled personalization of cardiac electrophysiology models for prediction of ischaemic ventricular tachycardia
Ling et al. Accuracy and interobserver concordance of echocardiographic assessment of right ventricular size and systolic function: a quality control exercise
Lamata et al. Images as drivers of progress in cardiac computational modelling
Lee et al. Computational modeling for cardiac resynchronization therapy
Ukwatta et al. Image‐based reconstruction of three‐dimensional myocardial infarct geometry for patient‐specific modeling of cardiac electrophysiology
DE112013003363T5 (en) System and method for the integrated and predicative analysis of molecular, image and clinical data for the patient-specific management of diseases
Ukwatta et al. Myocardial infarct segmentation from magnetic resonance images for personalized modeling of cardiac electrophysiology
Kamphuis et al. Electrocardiographic detection of right ventricular pressure overload in patients with suspected pulmonary hypertension
Camps et al. Inference of ventricular activation properties from non-invasive electrocardiography
Abela et al. Left ventricular Trabeculations in athletes: epiphenomenon or phenotype of disease?
Nielsen et al. On the use of the resting potential and level set methods for identifying ischemic heart disease: An inverse problem
RU2615286C1 (en) Noninvasive method for electrophysiological heart characteristics determination
Lines et al. Simple t-wave metrics may better predict early ischemia as compared to st segment
Potyagaylo et al. ECG adapted fastest route algorithm to localize the ectopic excitation origin in CRT patients
Lee et al. Sex-dependent QRS guidelines for cardiac resynchronization therapy using computer model predictions
Loewe et al. Cardiac ischemia-insights from computational models
de Lepper et al. From evidence-based medicine to digital twin technology for predicting ventricular tachycardia in ischaemic cardiomyopathy
Vondrak et al. Review of processing pathological vectorcardiographic records for the detection of heart disease
Schocken Electrocardiographic left ventricular strain pattern: Everything old is new again
Okada et al. Clinical and pharmacological application of multiscale multiphysics heart simulator, UT-Heart
Ros et al. ECG characterization of paroxysmal atrial fibrillation: parameter extraction and automatic diagnosis algorithm
Sun et al. Joint cardiac tissue conductivity and activation time estimation using confirmatory factor analysis
Loring et al. Low lead one ratio predicts clinical outcomes in left bundle branch block

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190526