Метод нелинейной динамики для анализа сигналов транспальпебральной реоофтальмографии
Цель исследования — оценка возможности анализа сигналов транспальпебральной реоофтальмографии (ТП РОГ) методами нелинейной динамики, определение параметров нелинейной фильтрации и верификация этих параметров для анализа сигналов ТП РОГ у больных первичной открытоугольной глаукомой (ПОУГ).
Материалы и методы. Определение параметров нелинейного фильтра осуществляли на основе анализа литературных данных и собственных исследований множества сигналов ТП РОГ в группе из 10 испытуемых (средний возраст — 54,2±15,4 года) без офтальмопатологии. Верификацию этих параметров проводили на ТП РОГ-сигналах у 10 пациентов с ПОУГ, разделенных на две группы: 1-я группа — 6 пациентов со II стадией ПОУГ (средний возраст — 72,0±8,2 года); 2-я группа — 4 пациента с III стадией ПОУГ (средний возраст — 69,4±6,8 года).
При анализе сигналов ТП РОГ в рассматриваемых группах использовали метод нелинейной динамики с реконструкцией аттрактора сигнала, для чего проводили выбор временной задержки, определение размерности фазового пространства и построение аттрактора в пространстве выбранных координат. После вычисления барицентра каждого реконструированного аттрактора осуществляли анализ сигналов ТП РОГ графически в фазовом пространстве представления аттракторов.
Результаты. Использование методов нелинейной динамики для анализа сигналов ТП РОГ показало возможность более четкой по сравнению с ранее использовавшейся обработкой сигналов дифференцировки сигналов во временной области. Применение нелинейной фильтрации дает возможность представления сигнала ТП РОГ в пространстве выбранных координат аттрактором, который характеризует амплитудные, временные и структурные особенности сигнала, непосредственно связанные с биофизическим состоянием кровеносных сосудов глаза. Показано применение данной методики на примерах анализа сигнала у пациентов с ПОУГ. Установлено, что в зависимости от наличия и стадии заболевания изменяется положение барицентра реконструированного аттрактора в выбранной для анализа системе координат. Это позволяет уточнить диагноз на ранних стадиях заболевания, а также может быть использовано для дальнейшего изучения связи состояния гемодинамики глаза со стадией глаукомы.
Заключение. Рассмотрена методика количественного сравнения сигналов ТП РОГ на основе положения барицентра аттрактора в пространстве выбранных координат. Использование предложенного алгоритма нелинейной фильтрации позволяет дифференцировать сигналы ТП РОГ с учетом совокупности его амплитудных и временных характеристик. Методика верифицирована на сигналах ТП РОГ группы пациентов с ПОУГ различных стадий, что свидетельствует о целесообразности ее использования при обработке и анализе диагностической информации о нарушении глазного кровотока.
- Goldberger A.L. Non-linear dynamics for clinicians: сhaos theory, fractals, and complexity at the bedside. Lancet 1996; 347(9011): 1312–1314, https://doi.org/10.1016/s0140-6736(96)90948-4.
- Subramaniam B., Khabbaz K.R., Heldt T., Lerner A.B., Mittleman M.A., Davis R.B., Goldberger A.L., Costa M.D. Blood pressure variability: can nonlinear dynamics enhance risk assessment during cardiovascular surgery? J Cardiothorac Vasc Anesth 2014; 28(2): 392–397, https://doi.org/10.1053/j.jvca.2013.11.014.
- Ишбулатов Ю.М., Караваев А.С., Пономаренко В.И., Киселев А.Р., Сергеев С.А., Селезнев Е.П., Безручко Б.П., Прохоров М.Д. Фазовая синхронизация колебаний контуров вегетативной регуляции кровообращения в математической модели сердечно-сосудистой системы. Нелинейная динамика 2017; 3(13): 381–397, https://doi.org/10.20537/nd1703006.
- Лазаренко В.И. Функциональная реография глаз. Красноярск: Растр; 2000; 160 c.
- Лужнов П.В., Парашин В.Б., Шамаев Д.М., Иомдина Е.Н., Маркосян Г.А., Напылова О.А. Использование тетраполярной методики при реоофтальмографии для оценки кровоснабжения глаза. Биомедицинская радиоэлектроника 2012; 10: 18–21.
- Лужнов П.В., Шамаев Д.М., Иомдина Е.Н., Тарутта Е.П., Маркосян Г.А., Шамкина Л.А., Сианосян А.А. Транспальпебральная тетраполярная реоофтальмография в задачах оценки параметров системы кровообращения глаза. Вестник Российской академии медицинских наук 2015; 70(3): 372–377, https://doi.org/10.15690/vramn.v70i3.1336.
- Иомдина Е.Н., Лужнов П.В., Шамаев Д.М., Тарутта Е.П., Киселева Т.Н., Маркосян Г.А., Рамазанова К.А., Напылова О.А., Курылева И.М., Шамкина Л.А. Оценка транспальпебральной реоофтальмографии как нового метода исследования кровоснабжения глаза при миопии. Российский офтальмологический журнал 2014; 7(4): 20–24.
- Shamaev D., Luzhnov P., Pika T., Iomdina E., Kleyman A., Sianosyan A. Applying transpalpebral rheoophthalmography to monitor effectiveness of the treatment of patients with glaucoma. International Journal of Biomedicine 2016; 6(4): 287–289, https://doi.org/10.21103/article6(4)_oa8.
- Лужнов П.В., Парашин В.Б., Шамаев Д.М., Шамкина Л.А., Иомдина Е.Н., Маркосян Г.А., Напылова О.А., Тарутта Е.П. Особенности моделирования различных сред глаза при реоофтальмографии. Биомедицинская радиоэлектроника 2013; 10: 35–39.
- Shamaev D.M., Luzhnov P.V., Iomdina E.N. Modeling of ocular and eyelid pulse blood filling in diagnosing using transpalpebral rheoophthalmography. EMBEC & NBC 2017; 65: 1000–1003, https://doi.org/10.1007/978-981-10-5122-7_250.
- Иванов Л.Б., Макаров В.А. Лекции по клинической реографии. М: Антидор; 2000; 320 с.
- Лужнов П.В., Пика Т.О., Шамаев Д.М., Николаев А.П. Особенности определения показателей формы при контурном анализе реографических сигналов. Биомедицинская радиоэлектроника 2015; 7: 25–30.
- Соколова И.В., Ронкин М.А., Максименко И.М. Основы пульсовой гемодинамики. М: Самшит-издат; 2007; 172 с.
- Шильников Л.П., Шильников А.Л., Тураев Д.В., Чуа Л. Методы качественной теории в нелинейной динамике. Москва–Ижевск; 2003; 428 с.
- Gracia J., Seppä V.-P., Pelkonen A., Kotaniemi-Syrjänen A., Mäkelä M., Malmberg P., Viik J. Nonlinear local projection filter for impedance pneumography. EMBEC & NBC 2017; 65: 306–309, https://doi.org/10.1007/978-981-10-5122-7_77.
- Luzhnov P.V., Shamaev D.M., Iomdina E.N., Markosyan G.A., Tarutta E.P., Sianosyan A.A. Using quantitative parameters of ocular blood filling with transpalpebral rheoophthalmography. In: Eskola H., Väisänen O., Viik J., Hyttinen J. (editors). EMBEC & NBC 2017. IFMBE Proceedings, vol. 65; p. 37–40, https://doi.org/10.1007/978-981-10-5122-7_10.
