Magyarországon épp úgy, mint a világ fejlettebb országaiban, a keringési rendellenességek az emésztőrendszeri problémák mellett mortalitási és morbiditási szempontból vezető helyen szerepelnek a statisztikákban, a fellnőttkorú lakosság 51%-át érintik. A keringési betegségeken belül az egyik legjelentősebb csoport a szívkoszorúér-problémáké, mely a lakosság számottevő részét érinti és nagy terhet ró a gazdaságra, valamint az egészségügyi ellátó szektorra. Hazánkban az elmúlt évtizedben csak a koronarográfiás beavatkozások száma 30-36.000 között mozgott éves szinten. A keringési rendszer megbetegedéseivel ambuláns szakrendelésen megjelenők száma pedig havonta 375-530.000 páciensközött mozog [1]. A probléma hátterében elsősorban a helytelen életmód, az elhízás, a stressz, a mozgáshiány, a dohányzás és egyéb környezeti ártalmak. állnak. A megelőzés és az új életmódra nevelés mellett - ami talán a későbbi generációknál hozhat átütő eredményt - a jelen feladata a nagy számú kardiológiai beteg szűrése, megfelelő módon történő diagnosztizálása, a helyes terápia és rehabilitációs eljárás kiválasztása és alkalmazása, lehetőleg az egyén adottságaira szabva. A kardiovaszkuláris morbiditást leginkább befolyásoló megbetegedéseknek két fő csoportja ismert.
Egyik a koronária megbetegedések (coronary artery diseases - CAD) csoportja, melyek egyfajta oxigénhiányos állapotból a szív szöveteinek bioelektromos elváltozásait idézik elő. Ezek rendszerint ischemiás tünetekkel kezdődnek, típusos esetben a szövődményként miokardiális infarktushoz vezethetnek. A másik csoportba a vezetési rendellenességek és aritmiás zavarok tartoznak, ez utóbbiak rendszerint a szív ingervezető rendszerének kóros elváltozásaiból, vagy a szívritmus rendellenességeiből adódnak és sok esetben hirtelen szívhalálhoz vezetnek.
A szív által generált elektromos jelek vizsgálata már több mint egy évszázadra tekint vissza. A legelterjedtebb noninvazív eljárás az elektrokardiológiai vizsgálat (EKG) nemzetközileg elfogadott, szabványosított napi rutin eljárássá vált és megjelentek egyéb specializálódott alkalmazások is. Az elmúlt évtizedekben az orvosi, a méréstechnikai és az informatikai rendszerek is ugrásszerű fejlődésen mentek keresztül. Mindezek hatására egyszerűbbé, olcsóbbá és gyorsabbá vált a jelfeldolgozás, valamint pontosabbá vált a diagnosztika. Az új eljárások közül a noninvazív módszereket mind a páciensek, mind pedig az egészségügyi intézmények a kisebb beavatkozási rizikó miatt előnyben részesítik. A ma már „hagyományosnak” mondott 12 elvezetéses EKG mellett az elmúlt 40 évben már nem csak a kutatólaboratóriumokban, hanem az orvosi gyakorlatban is megjelentek az új noninvazív módszerek között a több-elvezetéses testfelszíni potenciáltérképező rendszerek. Testfelszíni potenciáltérképezés (TPT) alatt olyan mérési eljárást értünk, mely a szív elektromos aktivitása hatására a testfelület mentén a hely és időfüggő elektromos és/vagy mechanikus tevékenység meghatározására és változásának követésére alkalmas.
A mért testfelszíni potenciál-eloszlás és a forrás közötti összefüggések pontosan –főleg patológiás állapotban – jelenleg nem, vagy csak korlátozottan ismertek. Ezeknek az összefüggéseknek a
kimutatására klinikai mérési, statisztikai és modellezési feladatok –sokszor egyszerre történő -használata szükséges.
A szívizom lokalizált diagnosztikai problémái tisztázásához szükséges információ, a testfelszínén mérhető potenciál-eloszlás finom térbeli részleteiben rejlik. Amennyiben ezt a mérés, feldolgozás, adattömörítés és kifejtés nem tudja elegendő pontossággal rekonstruálni, a lényeget – az információt - veszíthetjük el. A megfelelően nagy térbeli és időbeli mintavételi sűrűséggel mért TPT olyan – nem akut - esetekben lehet hasznos diagnosztikai információforrás, ahol az EKG térbeli felbontása jelenti a korlátot: emiatt azon problémák megoldásában lehet hasznos, ahol lényeges a lokális szívizom rendellenességek felderítése. Ebbe a kategóriába tartozik: pl. a szívizom ischemia detektálása, az életveszélyes aritmiák gócainak, vagy (re-entry) pályáinak felderítése, a hirtelen szívhalálra vezető aritmia feltételek vizsgálata (a szívizom akciós potenciáljainak lokalizált, jelentős megváltozása), a koszorúér betegség diagnosztikájának problémája, stb. Ezen mechanizmusok hátterében a szívizom anyagcseréjének abnormalitásai, kóros ion és metabolit koncentráció-változások vannak. A szív megbetegedései általában strukturális abnormalitásból (kóros ingerületképzés, pacemaker aktivitás) vagy átmeneti funkciózavarból (kóros ingerületvezetés: re-entry exitáció) adódnak.
A TPT mint diagnosztikai eszköz célja tehát, a test felszíni potenciál-eloszlás térbeli és időbeli függvényéből a szív bioelektromos tevékenységének megadása; vagyis hogy megoldja - páciensre szabottan- az elektrokardiológia inverz problémáját és a normáltól eltérő funkcionális és/vagy elektromos testfelszíni állapotokról a szív szöveti szintjére vonatkoztatva tudjunk diagnózist alkotni.
Ennek a problémának a megoldása azonban –matematikailag- nem egyértelmű.
Az orvosi informatika, mint interdiszciplináris tudományág ezen szűk területével, a testfelszíni potenciáltérképek információban gazdag tárházával foglalkoztam kutatásaim során, pontosabban a szív, mint bioelektromos forrás és a test felszínén mérhető jelek kapcsolatának kvantitatív jellemzésével. A mérések elektrokardiológiai variabilitásának technikai, biofizikai, élettani okait, valamint az invazív vizsgálatok korlátait figyelembe véve, a disszertációban ismertetett kutatási eredmények a patológiás események háttérben meghúzódó bioelektromos, szívszöveti elváltozások fontosságát és noninvazívan - statisztikai és modell vizsgálatokkal- is kimutatható hatását kívánták kihangsúlyozni. A disszertáció tárgyalja és bizonyítja, hogy egyes kardiológiai patológiás állapotok vonatkozásában a TPT informatívabb, mint a hagyományos 12 elvezetéses EKG. Mivel az EKG az elmúlt több, mint 100 évben elsődleges információ-forrássá vált, egyes esetekben az eredményeket a 12 elvezetéses EKG elvezetéseire vonatkoztatva is szerepelnek.
A disszertáció célja, hogy rávilágítson azokra a lényegi információkra, melyek elősegíthetik egyes kardiológiai megbetegedések, rendellenességek előrejelzését és diagnosztizálását kizárólag noninvazív módszerekkel. Az ehhez szükséges döntéstámogatási eszközöket és az általa generált javaslatokat az orvosok rendelkezésére lehet bocsátani, de nem szabad szem elől téveszteni, hogy a diagnosztizálás és a terápia meghatározása továbbra is a kardiológus feladata lesz. A disszertációban részletezett
problémákat jellemzően orvosok vetették fel, de megoldás csak az informatika és statisztika széles eszköztárával adható kérdéseikre: modellezési vizsgálatokkal (koncepcionális és hipotézis vizsgálatok) valamint mérési, adatgyűjtési és statisztikai értékeléssel, eljárás-fejlesztéssel.
A későbbi klinikai felhasználás miatt TPT értelmezés statisztikai és egyedi szinten, a biofizikai források szintjére visszavezetve kell, hogy történjen, hiszen az orvosi diagnosztikai tevékenységet ez segíti elő.
Mivel a disszertáció egy multidiszciplináris tudományágat tárgyal, emiatt a következő fejezetben a szív és az elektrokardiográfia alapdefinícióit (2.1), majd a test felszíni potenciáltérképezés módszereinek és kapcsolódó fogalmainak (2.2), illetve a bioelektromos jelenségek modellezésének alapjait ismertetem (2.3), miközben áttekintem a témához kapcsolódó irodalmat és ismertetem az ezek közül általam használt módszereket is (ezeket később a saját eredményeknél külön nem részleteztem).
A 3. fejezettől kezdődően bemutatom az általam végzett kísérleteket és kapott eredményeimet. A 4-7 fejezetek azokat az originális kutatásokat, vizsgálatokat tartalmazzák, melyek a téziseimet megalapozták. A 8. fejezetben találhatók a tézisek (angolul és magyarul) feltüntetve melyik fejezet(ek) eredményeinek következtetéseit tartalmazzák. A 9. fejezet a disszertáció tartalmi összefoglalása, ezt a hivatkozott irodalmak listája követi.
2. A SZÍV BIOELEKTROMOS TULAJDONSÁGÁNAK JELLEMZÉSE TESTFELSZÍNI