ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2011, № 7 · БИОМЕДИЦИНСКАЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

Неоднородная электродинамическая модель грудной клетки человека в форме эллиптического цилиндра

Н.О. Стрелков1, М.Н. Крамм1, Г.В. Жихарева1

1 Московский энергетический институт (Технический Университет)
Полный текст (PDF) EDN OJKPZV

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.

  • грудная клетка
  • картины линий токов
  • torso
  • current streamline figure
  • электрокардиография
  • прямая задача ЭКГ
  • карта поверхностного электрического потенциала
  • неоднородность
  • проводимость среды
Abstract (in English)

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.

Для цитирования

Стрелков Н.О., Крамм М.Н., Жихарева Г.В. Неоднородная электродинамическая модель грудной клетки человека в форме эллиптического цилиндра // Журнал радиоэлектроники. – 2011. – № 7.

Литература

  1. Титомир Л. И., Кнеппо П. Математическое моделирование биоэлектрического генератора сердца. - М.: Наука. Физматлит, 1999. - 447 с.
  2. Einthoven, W. Weiteres uber das Elektrokardiogramm. // Pflüger Archiv fur die Gesamte Physiologie. 1908. V. 122. P. 517-548.
  3. Geselowitz D.B. Dipole theory in electrocardiography. // Amer. J. of Cardiology. 1964. V. 14. Issue 3. P. 301-306.
  4. Мурашко В.В., Струтынский А.В. Электрокардиография. - М.: МЕДпресс-информ, 2007. - 320с.
  5. Лебедев В.В., Крамм М.Н., Жихарева Г.В., Иванов Г.Г., Попов Ю.Б. Система электродных отведений для измерения координат источников в области миокарда. // Медицинская техника. - 2006. - № 4. С. 7-9.
  6. Klepfer R.N., Johnson C.R., MacLeod R.S.. The Effects of Inhomogeneities and Anisotropies on Electrocardiographic Fields: A Three-Dimensional Finite Element Study // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1997. V. 44. N. 8. P. 706-719.
  7. Wilson F.N., Вау1еу R.Н. The electric field of an eccentric dipole in а homogeneous spherical conducting medium //Circulation. 1950. V. 1. P. 84.
  8. Rudy Y., Plonsey R. The eccentric spheres model as the basis for a study of the role of geometry and inhomogeneities in electrocardiography // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1979. V. 7. P. 392.
  9. Yeh G.C.K., Martinek J. The potential of a general dipole in a homogeneous conducting prolate spheroid. // Ann. N. Y. Acad. Sci. 1957. V. 65. N. 6. P. 1003-1006.
  10. Berry P.M. N, M space harmonics of the oblate spheroid // Ann. N. Y. Acad. Sci. 1957. V. 65. N. 6. P. 1126-1134.
  11. Frank E. The Zero-Potential Contour on a Homogeneous Conducting Cylinder. IRE Trans. Med. Electron. 1, 27 (1953).
  12. Burger H.C., Tolhoek H.A., Backbier F.G. The potential distribution on the body surface caused by a heart vector. // Amer. Heart. J. 1954. V. 48. N. 2. P. 249-263.
  13. Стрелков Н.О., Жихарева Г.В., Крамм М.Н. Влияние параметров грудной клетки на результаты реконструкции эквивалентного токового диполя сердца. // Материалы XXII международной конференции "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы. Биомедсистемы - 2009". - Рязань: РГРТУ, 2009 - 560 с. С. 201-204.
  14. Стрелков Н.О., Жихарева Г.В. Сравнение моделей грудной клетки для решения прямой и обратной задач ЭКГ // Сборник статей IV Всероссийской научно-технической конференции "Информационные и управленческие технологии в медицине и экологии". - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2010. - 152 с. С. 120-122.
  15. Bergman R.A., Afifi A.K., Jew J.Y., Reimann P.C.. Atlas of Human Anatomy in Cross Section. - München: Urban & Schwarzenberg, 1991. - 426 p.