Магнитокардиография в диагностике ишемической болезни сердца: достижения и неудачи.

И.А. Чайковский.

Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАНУ и МОНУ, г. Киев.

В номере 4 «Украинского кардиологического журнала» за 2007 год опубликована статья А.А. Бородая и соавторов «Диагностика безболевой ишемии миокарда у больных с высокой толерантностью к физической нагрузке при использовании магнитокардиографического картирования». Эта, безусловно, очень интересная статья описывает результаты магнитокардиографического исследования у двух больных с безболевой ишемией миокарда.

Цель настоящей работы – обсуждение методологической части статьи А.А. Бородая и соавторов, прежде всего, подходов к анализу и интерпретации магнитокардиографических данных.

В статье указывается, что анализ каждой одномоментной магнитокардиографической карты основывается на следующих принципах: направление и месторасположение максимальных по величине векторов (при этом показывается, какое именно направление вектора является нормальным, а какое – патологическим); наличие и взаимное расположение групп других «больших векторов», а для всего периода реполяризации оценивается стабильность направления и месторасположения максимального вектора на протяжении ST-T интервала. Эти принципы анализа магнитокардиографических карт (тогда еще карт распределения магнитного поля) начали разрабатываться в магнитокардиографической лаборатории Национального научного центра «Институт кардиологии им. Н.Д. Стражеско» с середины 90-х годов прошлого столетия [3]. Затем эта работа была продолжена нами в научных фирмах «SQUID AG» и «Magscan» (Германия) уже с использованием карт распределения плотности тока. Было создано специализированное программное обеспечение, определены числовые показатели нормы и патологии.

За это время было опубликовано не менее 30 теоретических, клинических, экспериментальных статей, методических материалов, диссертаций, патентов с изложением вышеуказанных принципов анализа магнитокардиографических карт, а также числовых параметров и результатов исследований. Ниже приводим некоторые из этих публикаций [1, 2, 6–10, 13, 16–18]. Аналитическое программное обеспечение, реализованное в рамках пакета «MAGWIN» [5], основанное на указанных принципах, с успехом применялось независимыми исследовательскими группами [19]. Кроме того, предложенные нами подходы к анализу магнитокардиографических данных использовались и другими группами, в том числе из ведущих госпиталей США (клиники Майо, Цедар-Синай, Джона Гопкинса) для своих исследований [11, 20, 21]. Во всех этих статьях, а также в обзорных работах и последних монографиях по магнитокардиографии, есть ссылки на наши более ранние работы. В этой связи вызывает сожаление, что в статье А.А. Бородая и соавторов, в которой имеется достаточно большая библиография, включающая упомянутые нами выше работы западных авторов, нет ни одного упоминания этих наших работ. На наш взгляд, эта интересная статья наиболее прямо и непосредственно, в том числе с частичным использованием тех же числовых параметров и экранных форм представления результатов, продолжает цикл исследований ишемии миокарда у трудных для диагностики больных с неинформативными результатами рутинных тестов, начатый в НИИ кардиологии им. Н.Д. Стражеско в 1995 г.

Взгляд авторов статьи на достигнутые магнитокардиографией чувствительность и специфичность в диагностике ишемической болезни сердца, представляется, к сожалению, чрезмерно оптимистичным. В статье приводятся результаты двух относительно небольших по количеству пациентов исследований, в которых показатели диагностической точности метода достигают 85–90 %. Достаточно масштабные многоцентровые исследования в магнитокардиографии до сих пор организованы не были. Однако, как указано в наиболее полном и авторитетном обзоре по магнитокардиографии, опубликованном R. Fenici и соавторами [15], проведено уже несколько десятков одноцентровых исследований возможностей магнитокардиографии в диагностике ишемической болезни сердца (к слову, многие из них были инициированы публикациями Киевской магнитокардиографической группы, как было отмечено в докладе профессора Алекса Брагинского «Informal notes on MCG history, including major instrumentations development», сделанном по заказу кардиологического общества Нидерландов в 2003 г.). По данным авторов этого обзора, средняя точность магнитокардиографии покоя в диагностике ишемии составляет примерно 75 %. Такие же результаты достигнуты и в уже упоминавшемся исследовании Хайлер и соавторов [17] – наиболее крупном на сегодня в мире по числу обследованных пациентов и здоровых добровольцев (n=417).

Эти результаты позволяют сохранять интерес к магнитокардиографии в научном сообществе, но, очевидно, недостаточны для ее широкого распространения, в том числе с экономической точки зрения, то есть соотношения цена/эффект. Как известно, такие вполне доступные неинвазивные методы диагностики, как стресс-эхокардиография, сцинтиграфия миокарда, позволяют достигнуть существенно лучших результатов. При этом стоимость магнитокардиографических систем, даже наиболее дешевых, работающих в неэкранированном помещении, выше стоимости стандартных эхокардиографических систем и сравнима со стоимостью оборудования для радионуклидной диагностики. Эксплуатационные расходы в магнитокардиографии также существенны. Преимуществом магнитокардиографии остается ее абсолютная неинвазивность, даже пассивность, то есть отсутствие какой-либо энергии, индуцируемой на тело обследуемого. Однако в последнее время появляются публикации о том, что и современные методы анализа электрокардиограммы покоя позволяют достичь достаточно высокой точности в диагностике ишемии миокарда. Исследования, проведенные в НИИ кардиологии им. Н.Д. Стражеско, подтверждают эту точку зрения [4].

Нам представляется, что минимальный уровень точности в диагностике ишемии миокарда, необходимый для более широкого распространения магнитокардиографии, составляет 85– 90 %. Это именно тот уровень точности, который приведен в обзорной части статьи А.А. Бородая и соавторов. Однако такой уровень должен быть стандартным для метода, а не исключением из правил.

Несомненно, магнитокардиографический метод обладает значительным потенциалом роста в диагностике ишемии миокарда. Для достижения указанного уровня диагностической точности необходимо осуществить ряд мероприятий, которые мы бы разделили на технические, связанные с усовершенствованием протокола исследования и связанные с усовершенствованием методов анализа и интерпретации данных. Технические мероприятия имеют целью улучшение соотношения сигнал/шум, что особенно актуально для неэкранированной магнитокардиографической системы того типа, который описан в статье А.А. Бородая и соавторов. Протокол магнитокардиографического исследования целесообразно расширить за счет внедрения методики магнитокардиографического обследования в условиях фармакологического стресс-теста, аналогично другим неинвазивным визуализирующим методам диагностики ишемической болезни сердца (ИБС) – стресс-эхокардиографии, сцинтиграфии, компьютерной и магнитнорезонансной томографии. Это, в свою очередь, влечет за собой необходимость технического усовершенствования измерительной системы, а именно – увеличения числа измерительных каналов.

Особенно перспективными нам кажутся меры, связанные с усовершенствованием методов анализа магнитокардиографических карт. В статье А.А. Бородая и соавторов анализ карт построен целиком на характеристиках вектора максимальной плотности тока, то есть только одного из 100 имеющихся в карте векторов. Информация, связанная с характеристиками остальных 99 векторов карты, игнорируется. Нам представляется, что такой подход имеет существенные недостатки, не использует все преимущества, предоставляемые реконструкцией карты распределения векторов плотности тока. Кроме того, в каждой карте имеется обычно не один, а несколько наибольших, очень близких по величине векторов, которые, однако, часто существенно отличаются друг от друга по направлению и месторасположению на карте. Случайные факторы, например уровень шума, определяют, какой из этих близких по величине векторов окажется максимальным. В двух соседних картах, практически одинаковых по структуре, самыми большими могут оказаться разные, противоположно направленные векторы. Это создает ложное впечатление нестабильности процесса реполяризации. На рисунках представлены карты распределения векторов тока в период реполяризации желудочков с шагом 10 мс. Эти карты очень мало отличаются друг от друга, однако в одном случае максимальный вектор направлен в зеленую зону, а в другом случае – в красную.

Поэтому мы в своих работах чаще анализировали направление и месторасположение не единственного наибольшего вектора, а наибольшей группы (кластера) векторов. Для оценки стабильности реполяризации оценивали коэффициент корреляции между картами на протяжении ST-T интервала. Это повышает надежность такого типа анализа.

Однако надо заметить, что такой подход в принципе не является исчерпывающим, поскольку вне анализа остается собственно структура карты. Более многосторонним представляется подход, основанный на выделении большого количества числовых параметров карты, и затем на построении решающего правила с помощью методов мультивариантной статистики [10]. Автоматическое выделение и анализ свойств вихрей тока в каждой карте также является обоснованным и перспективным [2].

Однако самые лучшие результаты были достигнуты при визуальной классификации карт опытными врачами-экспертами. Чувствительность и специфичность такого анализа превысила результаты всех используемых нами вариантов автоматического распознавания и в некоторых случаях достигала 85 % даже по результатам магнитокардиографического обследования в состоянии покоя. Это объяснимо, поскольку опытный врач-эксперт оценивает структуру карты, то есть взаимное расположение зон повышенной и пониженной электрической активности, во всей ее полноте. Со временем он формирует «образы» нормальной карты и карты больного с ИБС, основываясь на плохо формализуемых, но наиболее информативных признаках и правилах. Нами составлен первый вариант атласа карт распределения плотности тока, в котором представлены наиболее типичные карты больных с ИБС.

К сожалению, визуальный анализ магнитокардиографических карт имеет существенные недостатки, свойственные визуальной классификации любых медицинских изображений. К этим недостаткам относится необходимость довольно длительного периода обучения и относительно слабая воспроизводимость результатов. Поэтому мы в настоящее время предпринимаем усилия по созданию программного обеспечения для анализа магнитокардиографических карт, основанного на современных методах искусственного интеллекта, например, с использованием нейронных сетей. Первые результаты являются весьма обнадеживающими.

В статье А.А. Бородая и соавторов высказывается гипотеза о том, что патологическое направление максимального вектора в картах, расположенных от начала сегмента ST до вершины зубца Т, свидетельствует о региональной электрической негомогенности миокарда, а от вершины зубца Т до конца зубца Т – о трансмуральной электрической негомогенности. Трансмуральная негомогенность связывается со свойствами клеток среднего слоя миокарда (M-cells). Характеристики М-клеток хорошо изучены в экспериментах на изолированных клетках и в срезах миокардиальной ткани, однако их роль в целом сердце интенсивно дискутируется. В экспериментах на изолированном сердце и во время операций на открытом сердце с помощью микроэлектродной техники было показано, что дисперсия продолжительности потенциала действия в разных слоях миокарда оказывается меньше, чем можно было предполагать, основываясь на данных, полученных in vitro [12]. Кроме того, как справедливо указывается в статье А.А. Бородая и соавторов, магнитокардиографическая карта распределения векторов плотности тока представляет собой только проекцию на фронтальную плоскость трехмерных источников электрической активности в сердце, при этом расстояние между точками регистрации магнитного сигнала составляет несколько сантиметров. Учитывая это, мы полагаем, что по магнитокардиографическим данным не представляется возможным дифференцировать региональную и трасмуральную электрическую негомогенность миокарда. Неизбежно происходит суммация сигналов от разных зон и слоев миокарда.

Интересным представляется вопрос о возможностях магнитокардиографии в локализации ишемических изменений. В статье А.А. Бородая и соавторов указывается, что отклонение максимального вектора влево, вероятно, является признаком электрических нарушений в левых отделах сердца, а отклонение вправо – признаком нарушений в правых отделах сердца. Нам такой подход представляется упрощенным. Мы проводили исследование возможностей магнитокардиографии в локализации ишемии миокарда по сравнению с результатами количественного анализа коронарных артериограмм [14]. Было выявлено, что о локализации стенозов венечных артерий можно в определенной степени судить не по направлению максимального вектора, а по расположению в определенных квадрантах карты дополнительных, патологических областей векторов плотности тока. Наилучшие результаты были достигнуты в локализации стеноза проксимальных отделов правой венечной артерии (78 %) и нисходящей ветви левой венечной артерии (71 %). Сходные результаты были достигнуты в нашем небольшом исследовании, посвященном сравнению магнитокардиографии и позитронной эмиссионной томографии в диагностике ишемии миокарда. Таким образом, на наш взгляд, по магнитокардиографическим данным можно приблизительно судить о локализации ишемических изменений.

Магнитокардиография имеет несомненные широко известные теоретические достоинства, о которых говорится и в обсуждаемой статье. Имеются области применения метода, где эти достоинства реализуются в полной мере и делают метод очевидно полезным с точки зрения цена/эффект. Это магнитокардиография плода, экспериментальная кардиология, особенно эксперименты на мелких лабораторных животных. Однако в области диагностики наиболее распространенных заболеваний сердца, особенно ИБС, где в настоящее время имеется множество альтернативных методов, роль магнитокардиографии до сих пор интенсивно обсуждается. По нашему мнению, потенциал этого метода еще далеко не исчерпан. Необходимы дальнейшие усовершенствования как технических, так и клинических аспектов технологии, особенно когда речь идет о магнитокардиографии в неэкранированном помещении. При условии реализации этих усовершенствований, магнитокардиография имеет все шансы стать широко востребованной в клинике методикой. Статья А.А. Бородая и соавторов является очередным заметным шагом в накоплении и осмыслении клинического материала по магнитокардиографии и, несомненно, способствует прогрессу метода.

Литература

Укркардіо