Projekt vedeckej grantovej agentúry VEGA 2/7092/27

Doba riešenia: 01/2007 - 12/2009

Vedúci projektu: Doc. Ing. Milan Tyšler, CSc.

Finančné zabezpečenie: (žiadané: kapitálové 375 tis.Sk, bežné 1 240 tis. Sk)

Anotácia projektu

Cieľom projektu je výskum metód na neinvazívne zisťovanie funkčného stavu srdca, žalúdka a mozgu na základe viaczvodových meraní ich vonkajších elektrických polí a znalosti geometrie a elektrických parametrov tkanív a orgánov. Dôraz bude kladený na inverzné metódy, ktoré umožnia určenie a zobrazenie stavu orgánu ako distribuovaného procesu, popísaného lokálnymi transmembránovými napätiami, aktivačnými sekvenciami alebo povrchovými potenciálmi. Pre pochopenie súvislostí medzi vlastnosťami vyšetrovaných orgánov a generovanými elektrickými poliami budú skúmané komplexné modely umožnujúce simuláciu dejov na subcelulárnej, celulárnej aj orgánovej úrovni. Budú hľadané vhodné kombinácie partikulárnych modelov popísaných v literatúre s cieľom zachytiť diagnosticky významné špecifiká štruktúry a aktivity orgánov, napr. správanie sa bunkových membrán, rôzne vlastnosti intra- a extracelulárneho priestoru, nehomogenitu a anizotropiu elektrických vlastností a individuálnu geometriu tela získanú z MR, CT alebo UZV zobrazovania. Súčasťou riešenia bude implementácia vybraných metód do inteligentných meracích systémov a ich overovanie v spolupráci so Slovenskou zdravotníckou univerzitou, Ústavom patologickej fyziológie LFUK a Národným ústavom srdcových a cievnych chorôb.

Splnenie cieľov riešenia

Všetky hlavné ciele projektu boli splnené: boli naštudované metódy na inverzné určenie zdrojov bioelektrických polí a bola navrhnutá metóda na identifikáciu ischemických ložísk v srdci pomocou rozdielových integrálových máp EKG a dipólových modelov ich generátorov. Metóda umožňuje použitie individuálnej geometrie hrudníka. Boli posúdené chybové vplyvy na výsledky metódy. Bol vyvinutý mnohokanálový systém na meranie EKG a EEG a navrhnuté metódy boli implementované do jeho softvéru. Metódy boli overené na simulovaných dátach s využitím zdokonaleného modelu a tiež experimentálne v spolupráci s lekárskymi pracoviskami. Vyvinutý systém bol opakovane zrealizovaný aj pre partnerské pracoviská. Nebola riešená metóda FEM pre modelovanie EKG, pretože potrebné výsledky boli získané v rámci spolupráce (prof. Potse, Holandsko). Použitie vlnkovej transformácie bolo obmedzené na identifikáciu zmien v EKG, nie na inverzné riešenia. Využitie inverzných riešení pre analýzu poľa mozgu bolo prenesené do nadväzujúceho grantu.

Anotácia hlavných výsledkov

Bol vypracovaný spresnený model srdcového generátora s viac ako 5300 segmentmi na riešenie priamej úlohy, umožňujúci štúdium ložiskových ischemických zmien v endo- a epikardiálnej oblasti srdca.

Bola navrhnutá inverzná metóda na lokalizáciu jedného alebo dvoch ischemických ložísk využívajúca zmeny v integrálových mapách EKG, obecnú alebo individuálnu geometriu hrudníka pacienta a dipólový model ischemických ložísk. Boli preskúmané možnosti použitia rôznych intervalov EKG signálu pre výpočet integrálových máp na riešenie inverznej úlohy a vybraný bol interval QRST.

Bol preskúmaný dopad zmeny srdcovej frekvencie medzi meraniami na lokalizáciu ischémie a boli navrhnuté spôsoby jej kompenzácie.

Navrhnutá inverzná metóda na lokalizáciu ischémie bola experimentálne overená na dátach z 21 subjektov z 2 spolupracujúcich pracovísk (KFKI Budapešť, IBIB PAN Varšava).

Bol vyvinutý a opakovane realizovaný EKG mapovací systém ProCardio 8 a navrhnuté metódy boli implementované v jeho softvéri.