Магнитокардиография в диагностике ишемической болезни сердца: достижения и неудачи.

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

1. Буднік М., Чайковський І. Магнітокардіографія: аналіз даних з точки зору медичного застосування: Методичні вказівки. – К.: Національний університет ім. Тараса Шевченка, 2005.
2. Васецкий Ю.М., Файнзильберг Л.С., Чайковский И.А. Метод анализа структуры распределения токов в проводящей среде применительно к магнитокардиографии // Электронное моделирование. – 2004. – T. 26. – C. 95-115.
3. Лутай М.И., Чайковский И.А., Сосницкий В.М. и др. Распределение магнитного поля в процессе реполяризации при хронической ишемической болезни сердца по данным магнитокардиографии // Укр. кардіол. журн. – 1995. – №6. – С.9-11.
4. Коваленко В.Н., Чайковский И.А., Файнзильберг Л.С. и др. Диагностическая ценность электрокардиографии в фазовом пространстве для скрининга ишемической болезни сердца // Укр. кардіол. журн. – 2007. – №6. – С.13-19.
5. Файнзильберг Л.С. Автореферат дис. д-ра техн. наук. – К., 2004.
6. Chaikovsky I. Magnetocardiography in unshielded location in coronary artery disease detection using computerized classification of current density vectors maps: Dissertation on doctor of medicine. University Duisburg-Essen, Germany, 2005.
7. Chaikovsky I., Budnik N., Fainzilberg L. et al. Possibilities of MCG in coronary artery disease detection in patients with normal or unspecifically changed ECG // Coronary artery diseases: Prevention to intervention / Eds. B. Lewis, D. Halon, M. Flugelman, P. Touboul. – Bologna: Monduzzi Editore, 2000. – P. 415-421.
8. Chaikovsky I., Katz D., Katz M. Principles of MCG Maps – Classification and CAD Detection // Int. J. Bioelectromagne-tism. – 2003. – Vol. 5. – P. 100-101.
9. Chaikovsky I., Primin M., Hugenholtz P. et al. Approaches and methods for the clinical interpretation of the magnetocardiogram // Управляючі cистеми і машини. – 2006. – № 2. – P. 50-62.
10. Chaikovsky I., Primin M., Nedayvoda I. et al. Computerized classification of patients with CAD but normal or unspecifically changed ECG and healthy volunteers // Proc. of the 13-th Int. Conf. on Biomagnetism. – Berlin: VDE Verlag, 2002. – P. 534-536.
11. Chen J., Thomson P.D., Nolan V., Clarke J. Age and sex dependent variations in the normal magnetocardiogram compared with changes associated with ischemia // Ann. Biomedical Engineering. – 2004. – Vol. 32 – P. 1088-1099.
12. Сonrath C., Opthof T. Ventricular repolarization: An overview of pathophysiology, sympathetic effects and genetic aspects // Progress in Biophysics and Molecular Biology. – 2006. – Vol. 92. – P. 269-307.
13. Duncker D., Chaikovsky I., van Deel E. et al. MCG alterations associated with regional myocardial ischemia and reperfusion in swine // Int. J. Bioelectromagnetism. – 2003. – Vol. 5. – P. 104-105
14. Ebmeyer S., Chaikovsky I., Erbel R. et al. Predictive value of the magnetocardiogram for location of regional ischemia of infarction as detected by quantitative analysis of the coronary arteriogram // J. Intern. Congress Series. – 2007. – Vol. 1300. – P. 463-467.
15. Fenici R., Brisinda D., Maloni A. Clinical application of magnetocardiography // Expert Rev. Mol. Diagn. – 2005. – Vol. 5. – P. 291-313.
16. Hailer B., Chaikovsky I., Auth-Eisernitz S. et al. Magnetocardiography in coronary artery disease with a new system in an unshielded setting // Clin. Cardiol. – 2003. – Vol. 26. – P. 465-471.
17. Hailer B., Chaikovsky I., Auth-Eisernitz S. et al. The value of MCG in pts with and without relevant stenoses of the coronary arteries using an unshielded system // PACE. – 2005. – Vol. 28. – P. 8-15.
18. Hailer B., van Leeuwen P., Chaikovsky I. et al The value of magnetocardiography in the course of coronary intervention // Ann. Noninvasive Electrocardiology. – 2005. – Vol. 10. – P. 188-196.
19. Quan W.W., Lu G.P., Qi W.H. et al. Diagnostic value of magnetocardiography in patients with coronary heart disease and in-stent restenosis // Chinese Med. J. – 2008. – Vol. 121. – P. 22-26.
20. Steinberg B., Roguin A., Watkins S. et al. Magneto-cardiogram recording in nonshielded environment – reproducibility and ischemia detection // Ann. Noninvasive Electrocardiology. – 2005. – Vol. 10. – P. 152-160.
21. Tolstrup K., Madsen B.E., Ruiz J.A. et al. Non-invasive resting magneto-cardiographic imaging for the rapid detection of ischemia in subjects presenting with chest pain // Cardiology. – 2006. – Vol. 106. – P. 270-276.

И.А. Чайковский.

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