Создание набора данных с диспозицией и транспозицией наложения электрокардиографических электродов при записи электрокардиограммы в 12 отведениях

Полный текст

ОБОСНОВАНИЕ

Электрокардиография (ЭКГ) ― одна из наиболее простых, широко распространённых, недорогих и информативных методик в кардиологии, однако её диагностическая ценность резко снижается при неправильном проведении. Наиболее распространённым изменением методики регистрации является смещение (дислокация) электродов. Следует различать диспозицию (сознательное и необходимое изменение расположения электродов) и транспозицию (ошибочное изменение расположения электродов в сравнении со стандартной схемой наложения).

Предпринималось несколько попыток систематизировать ошибки и отклонения при наложении электродов, но все они касались наиболее частых вариантов (перестановка электродов красного и жёлтого, жёлтого и зелёного, грудных ― выше или ниже стандартной схемы) [1–7]. Для того чтобы избежать ошибок интерпретации записи ЭКГ, разрабатываются алгоритмы, способные выявить ошибки такого рода. Машинные алгоритмы стабильно распознают транспозицию RL (Right–Left ― справа налево).

Для оценки качества и определения критериев возможности применения таких алгоритмов необходимо создать наборы данных ЭКГ для обучения и тестирования как алгоритмов автоматического анализа ЭКГ, так и медицинских специалистов ― врачей и среднего персонала.

Цель исследования ― создать набор данных ЭКГ с разными вариантами транспозиций и диспозиций электродов при регистрации ЭКГ для обучения и тестирования систем машинного обучения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Критерии включения

В исследование включены пациенты в возрасте от 18 до 75 лет, 27 мужчин и 22 женщины. Все пациенты давали добровольное информированное согласие на проведение регистрации ЭКГ.

Условия проведения

Работа проведена на базе ГБУЗ города Москвы «Городская клиническая больница № 67 имени Л.А. Ворохобова» Департамента здравоохранения города Москвы.

Описание медицинского вмешательства

Пациенты были разделены на 6 групп:

1) пациенты с ЭКГ, являющейся вариантом нормы (записи, начинающиеся на 101,102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110);

2) пациенты с ЭКГ-признаками гипертрофии левого желудочка или полной блокады левой ножки пучка Гиса (записи, начинающиеся на 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209);

3) пациенты с ЭКГ-признаками блокады правой ножки пучка Гиса (записи, начинающиеся на 301, 302, 303, 304, 305, 306);

4) пациенты с зарегистрированной депрессией сегмента ST(-) (записи, начинающиеся на 401, 402, 403, 404, 405, 406, 407, 408, 409);

5) пациенты с зарегистрированной элевацией сегмента ST(+), в том числе с феноменом ранней реполяризации желудочков (записи, начинающиеся на 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507);

6) пациенты с любым несинусовым ритмом, предпочтительно характеризующимся отрицательными P в I, II, V1, V2 отведениях (записи, начинающиеся на 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608).

Кардиограмму регистрировали с использованием прибора «Модульная система для регистрации и дистанционной передачи ЭКГ «EASY ECG» по ТУ 9441-001-42447560-2012 с принадлежностями» (ООО «АТЕС МЕДИКА СОФТ», Россия; Регистрационное удостоверение № РЗН 2018/7062).

Для регистрации ЭКГ использовали исправные серебряно-хлоридсеребряные электроды с размером пластин 26×47 мм для накладываемых на конечности и диаметром чашечки 22 мм для грудных.

Оцифрованные кардиосигналы записывали в формате edf+ (European Data Format) [8]. Запись велась в 12 общепринятых отведениях с частотой дискретизации 500 Гц, продолжительность записи ― 10 секунд, размах сигнала ― 10 мВ. Фильтрация сигнала не проводилась, полоса пропускания ― от 0,05 до 150 Гц.

Этическая экспертиза

На проведение исследования получено одобрение независимого этического комитета Московского регионального отделения Российского общества рентгенологов и радиологов (НЭК МРО РОРР).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Каждому пациенту во время одного визита последовательно регистрировали ЭКГ с корректным наложением электродов и различными вариантами дис- и транспозиций. Кодировка и описание схем наложения приведены в табл. 1.

 

Таблица. 1. Варианты расположения электродов и их кодировка

Формулировка на русском	Английский эквивалент	Часть имени файла ЭКГ	Комментарий	Некорректно отображаемые отведения
Стандартное расположение электродов	Standard electrodes’ arrangement	dis_st	Правильно и корректно наложенные электроды	Все отведения корректные и правильные
Грудные электроды: на 2 межреберья выше стандартной схемы	Precordial electrodes’ misplacement: up to 2 intercostal spaces above the standard arrangement	dis_u2	Иногда требуются по клиническим показаниям, но в основном это самое частое нарушение наложения электродов	Правильно: I, II, III, aVR, aVL, aVF. Смещены: V1, V2, V3, V4, V5, V6
Грудные электроды: на 2 межреберья ниже стандартной схемы	Precordial electrodes’ misplacement: below to 2 intercostal spaces down the standard arrangement	dis_d2	Иногда требуются по клиническим показаниям, но в основном это нарушение наложения электродов	Правильно: I, II, III, aVR, aVL, aVF. Смещены V1, V2, V3, V4, V5, V6
Перепутаны красный (R) и жёлтый (L) электроды	Reversal of the two arm electrodes	trns_ry	Ошибка наложения	Неправильно: I, II, III, aVR, aVL, aVF. Правильно: V1, V2, V3, V4, V5, V6
Перепутаны жёлтый (L) и зелёный (F) электроды	Reversal of the left arm and left leg electrodes	trns_yg	Ошибка наложения	Неправильно: I, II, III, aVR, aVL, aVF. Правильно: V1, V2, V3, V4, V5, V6
Все грудные электроды расположены на прямой линии от C1–C6	All chest electrodes are placed at the same line	trns_ln	Ошибка наложения	Правильно: I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1. Неправильно: V2, V3, V4, V5, V6
Перепутаны C1–C2	Reversal of the C1 and C2 electrodes	trns_12c	Ошибка наложения	Правильно: I, II, III, aVR, aVL, aVF, V3, V4, V5, V6. Неправильно: V1, V2
Перепутаны C5–C6	Reversal of the C5 and C6 electrodes	trns-56c	Ошибка наложения	Правильно: I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1, V2, V3, V4. Неправильно: V5, V6
Электроды C4, C5, C6 расположены очень близко друг к другу (соприкасаются)	The C4, C5, C6 electrodes are placed too close to each other (cheek to cheek)	trns_cls	Ошибка наложения	Правильно: I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1, V2, V3. Неправильно: V4, V5, V6
Электроды C4, C5, C6 расположены по межреберью (не по горизонтальной линии, а искривляются вверх)	The C4, C5, C6 electrodes are misplaced along the intercostal space (not at a horizontal line, but curved upwards)	trns_crv	Ошибка наложения	Правильно: I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1, V2, V3. Неправильно: V4, V5, V6

 

Всего было зарегистрировано 486 ЭКГ у 49 пациентов. Структура зарегистрированных ЭКГ приведена в табл. 2.

 

Таблица 2. Распределение кардиограмм, зарегистрированных у пациентов

Тип расположения Подгруппа ЭКГ-изменений	Стандартное расположение электродов	Дислокация грудных электродов	Транспозиция электродов от конечностей	Транспозиция грудных электродов	Итого
Нормальная ЭКГ	10	20	20	49	99
ЭКГ с ГЛЖ или ПБЛНПГ	9	18	18	45	90
ЭКГ с БПНПГ	6	12	12	30	60
ЭКГ с депрессией сегмента ST(-)	9	18	18	43	88
ЭКГ с элевацией сегмента ST(+)	7	14	14	35	70
ЭКГ с любым несинусовым ритмом	8	15	16	40	79
Итого	49	97	98	242	486

Примечание. ЭКГ ― электрокардиограмма; ГЛЖ ― гипертрофия левого желудочка; ПБЛНПГ ― полная блокада левой ножки пучка Гиса; БПНПГ ― блокада правой ножки пучка Гиса.

 

После регистрации все результаты были обез-личены и псевдонимизированы¹, размещены и проаннотированы на платформе ECG.RU с использованием унифицированного тезауруса [9]. Каждый файл ЭКГ был наименован по следующим принципам: первые три цифры ― номер подгруппы пациента и порядковый номер, последующие буквы ― кодировка расположения электродов.

Так, например, название файла «101_dis_st» означало, что это ЭКГ зарегистрирована у пациента с неизменённой ЭКГ, электроды наложены корректно. Имя файла «203_trns_crv» содержит ЭКГ пациента с гипертрофией левого желудочка, электроды C4, C5, C6 расположены по межреберью (не по горизонтальной линии, а искривляются вверх). Имя файла «602_trns_yg» содержит ЭКГ пациента с несинусовым ритмом, перепутаны жёлтый и зелёный электроды.

Примеры зарегистрированных ЭКГ приведены в парных рисунках 1–3 (схема наложения и соответствующая им ЭКГ).

 

Рис. 1. Нарушение наложения электродов L и F.

 

Рис. 2. Нарушение наложения электродов C4–C6.

 

Рис. 3. Смещение электродов C4–C6.

 

ОБСУЖДЕНИЕ

Полученные результаты свидетельствуют о значительной вариативности картины ЭКГ в зависимости от исходных изменений и, вероятно, типа телосложения пациента и состояния молочных желёз. И если вариативность изменений нормальной ЭКГ изучена достаточно [6–8], то вариативность изменений при исходно «ненормальной» ЭКГ ещё предстоит изучить, что мы и предпримем в следующей работе.

При визуальном анализе зарегистрированных ЭКГ определение транспозиции, связанной с перестановкой отведений на руках (красного и жёлтого ― RL) и в грудных C1–C2, не вызывало затруднений. Реже надёжно определялась установка грудных электродов в контакте друг с другом (cheek-to-cheek), в диспозиции с переносом грудных отведений выше или ниже на два межреберья по сравнению со схемой Wilson (upper2, down2). Транспозиции жёлтого и зелёного конечностных электродов (LF), изменение положения грудных электродов, когда их «выстраивают» по прямой линии (line), «задирают» по междеберью (curved) или путают местами C5–C6, затруднительно определять даже при сопоставлении рядом двух кардиограмм ― с правильным и транспозиционным наложением электродов. Вероятно, это зависит как от исходных изменений на ЭКГ, так и от типа телосложения (нормо-, гипер-, астеник), размеров молочной железы или наличия имплантата. Безусловно, такие вопросы, как учёт типа телосложения, наличия трансплантата, возможная детализация исходных изменений ЭКГ в соответствии с редуцированным тезаурусом, а также сравнение эффективности распознавания специалистом и алгоритмами автоматического анализа, требуют дальнейшего изучения.

Несмотря на известные нам недостатки, учитывая высокую значимость проблемы и трудоёмкость получения качественно зарегистрированных данных и проаннотированных ЭКГ, было решено опубликовать полученный набор ЭКГ под открытой лицензией и использовать его как для верификации алгоритмов автоматического анализа ЭКГ, так и для обучения врачей и среднего медицинского персонала.

Ограничения исследования

При обследовании пациентов не всегда учитывались их рост, вес и конституция (соматотипы). Учёт этих факторов, вероятно, позволит увеличить точность определения типа дислокации электродов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Получен набор данных ЭКГ с различными вариантами дислокаций электродов. Набор данных состоит из серий ЭКГ, зарегистрированных у каждого пациента с различными вариантами наложения электродов. В наборе представлены не только нормальные ЭКГ, но и различные варианты ЭКГ-отклонений.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении поисково-аналитической работы.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение поисково-аналитической работы и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Наибольший вклад распределён следующим образом: Д.В. Дроздов ― разработка концепции, организация процесса аннотирования, разработка тезауруса, авторский надзор; Т.М. Газашвили ― организация регистрации ЭКГ, обезличивание и передача записей; Д.В. Шутов ― разработка концепции, организация процессов обезличивания, передачи, аннотирования, авторский надзор; А.С. Шкода ― общее руководство, организация работы центра инструментальной диагностики.

Благодарности. Авторы выражают благодарность ООО «Медицинские Компьютерные Системы», лично директору компании Прилуцкому Дмитрию Анатольевичу и всем сотрудникам платформы ECG.ru. Мещериной Татьяне Евгеньевне и Шалмановой Елене Геннадьевне медицинским сестрам Городской клинической больницы № 67 имени Л.А. Ворохобова за высококвалифицированную регистрацию ЭКГ.

ADDITIONAL INFORMATION

Funding source. This article was not supported by any external sources of funding.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work. D.V. Drozdov ― concept development, organization of annotation process, thesaurus development, author supervision; T.M. Gazashvili ― organization of ECG registration, depersonalization and transfer of records; D.V. Shutov ― concept development, organization of depersonalization, transfer, annotation, author supervision; A.S. Skoda ― general management, organization of the work of the center for instrumental diagnostics.

Acknowledgments. The authors express their gratitude to Medical Computer Systems LLC, personally to the director of the company Prilutsky Dmitry Anatolyevich and all employees of the platform ECG.ru. Meshcherina Tatiana Evgenievna and Shalmonova Elena Gennadievna for highly qualified ECG registration.

¹ ГОСТ Р 55036-2012/ISO/TS 25237:2008. Группа П85. Национальный стандарт Российской Федерации. Информатизация здоровья. Псевдонимизация. Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200100339.

Об авторах

Тамара Михайловна Газашвили

Городская клиническая больница № 67 имени Л.А. Ворохобова

Email: Tamaradoc24@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5875-9699
SPIN-код: 4208-2303
Россия, Москва

Дмитрий Владимирович Дроздов

Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии имени академика Е.И. Чазова

Email: cardioexp@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7374-3604
SPIN-код: 2279-9657

канд. мед. наук

Россия, Москва

Дмитрий Валерьевич Шутов

Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий

Email: ShutovDV@zdrav.mos.ru
ORCID iD: 0000-0003-1836-3689
SPIN-код: 9381-2456

д-р мед. наук

Россия, Москва

Андрей Сергеевич Шкода

Городская клиническая больница № 67 имени Л.А. Ворохобова

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.shkoda@67gkb.ru
ORCID iD: 0000-0002-9783-1796
SPIN-код: 4520-2141

д-р мед. наук

Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы