Неоднородная электродинамическая модель грудной клетки человека в форме эллиптического цилиндра

Н. О. Стрелков, М. Н. Крамм, Г. В. Жихарева
Московский энергетический институт (Технический Университет)

Получена 12 июля 2011 г.

Аннотация. Целью данной работы является сравнение различных моделей грудной клетки (ГК), которые позволяют исследовать распределения электрического потенциала, возбуждаемого токовым источником в проводящей среде внутри ГК в квазистатическом приближении. Необходимость этого сравнения  связана с задачей построения такой модели, которая, с одной стороны, была бы достаточно простой для интерпретации сигналов ЭКГ и для расчетов потенциала в прямых задачах электрокардиографии, и, с другой стороны, не вносила бы заметных искажений в карту потенциала на поверхности ГК. В работе рассматриваются модели ГК, в которых поверхность ГК имеет вид эллиптического цилиндра, а внутренняя проводящая среда содержит различные неоднородности, учитывающие проводимость и конфигурацию различных органов – сердца, заполненного кровью, легких, скелетных мышц, костей скелета и т.п. Проводится сравнение карт поверхностного потенциала (КПП), возбуждаемого дипольным токовым источником, по форме – с помощью коэффициента корреляции и нормированной погрешности, и по уровням потенциалов. Показано, что, полная неоднородная модель, включающая различные неоднородности, имеет карту поверхностных потенциалов, близкую по форме к карте для однородной грудной клетки, с коэффициентом корреляции, превышающим уровень 0.99.

Ключевые слова: грудная клетка, электрокардиография, прямая задача ЭКГ, карта поверхностного электрического потенциала, неоднородность, проводимость среды, картины линий токов.

Abstract. The aim of this study was to compare several torso models, which helps to analyze electric potential distributions caused by current source in conductive medium inside torso with quasi-static approximation. The necessity of such comparison comes from construction a model, which in on the one hand will be simple for electrocardiographic (ECG) signal interpretation and on the other hand will not add sufficient distortion to body surface potential map (BSPM). In this paper we presented different torso models, in which torso was constructed from elliptic cylinder with several inhomogeneities (represent heart with blood, lungs, skeletal muscle, skeletal bones, etc.). We did a comparison of BSPMs calculated from dipolar current source with help of correlation coefficient, normalized relative error, and potential levels. The results show that full inhomogeneous model (contains all inhomogeneities) has a BSPM which is similar to homogeneous torso model with correlation coefficient over 0.99.

Keywords: torso, electrocardiography, ECG forward problem, body surface potential map, inhomogeneity, medium conductivity, current streamline figure.