Długotrwałe badanie EKG dostarcza ogromnej ilości informacji. Na tradycyjnym wykresie dobrze widać pojedyncze uderzenie serca, ale wielogodzinny zapis tworzy bardzo długą linię, którą trudno szybko przejrzeć. Z kolei wykresy zmienności rytmu pokazują, jak zmieniają się odstępy między uderzeniami, lecz pomijają większość informacji o kształcie każdego z nich.

Zespół Tomasza Gradowskiego z Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej zaproponował połączenie obu perspektyw w jednym obrazie. Naukowcy nazwali go carpet plot, czyli wykresem dywanowym. Metodę opisali w czasopiśmie „Computer Methods and Programs in Biomedicine” (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0169260726003603).

Punktem odniesienia jest załamek R – wyraźny szczyt widoczny w każdym cyklu EKG. Program wycina wokół kolejnych szczytów fragmenty zapisu o tej samej długości i ustawia je jeden pod drugim tak, aby załamki R znalazły się w tej samej pionowej linii. Każdy fragment staje się jednym rzędem obrazu, a mierzone napięcie zostaje zastąpione kolorem.

Powstaje mapa, na której oś pionowa odpowiada kolejnym uderzeniom i upływowi czasu, a pozioma – przebiegowi sygnału przed wybranym załamkiem R i po nim. Zapisów nie rozciąga się ani nie ściska, dlatego położenie następnego uderzenia nadal pokazuje rzeczywisty odstęp RR, a więc chwilowy rytm serca. Jednocześnie układ barw zachowuje informacje o kształcie zespołu QRS, odcinka ST i załamka T.

Regularna praca serca tworzy na takiej mapie uporządkowane pasma. Zaburzenie rytmu albo zmiana kształtu EKG przerywa ten wzór, wygina go lub zastępuje inną strukturą. Dzięki temu zjawisko trwające krótko może wyróżnić się na tle wielu tysięcy uderzeń, choć na zwykłym, wielogodzinnym zapisie łatwo byłoby je przeoczyć.

Autorzy sprawdzili metodę na zapisach z kilku ogólnodostępnych baz danych, obejmujących osoby zdrowe oraz pacjentów z różnymi zaburzeniami pracy serca. Na mapach widoczne były m.in. epizody migotania przedsionków, dodatkowe pobudzenia komorowe, długie przerwy w rytmie i blok przedsionkowo-komorowy. U osoby z zespołem długiego QT można było obserwować, jak wraz z rytmem zmieniają się odstęp QT i kształt załamka T. W próbie wysiłkowej oddzielne wzory tworzyły spoczynek, wysiłek i powrót organizmu do stanu wyjściowego.

Metoda pozwala również zestawić EKG z innymi sygnałami zarejestrowanymi w tym samym czasie. Te same szczyty R wykorzystano do uporządkowania pomiarów ciśnienia tętniczego i ciśnienia wewnątrzczaszkowego. Takie obrazy mogą pomóc badać, jak praca serca wiąże się ze zmianami ciśnienia w układzie krążenia i wewnątrz czaszki.

Kolorowa mapa ma być czytelna dla człowieka, ale jej dwuwymiarowa postać ułatwia także analizę komputerową. Badacze przekazali jeden z wykresów sieci neuronowej ResNet18, wcześniej uczonej rozpoznawania zwykłych obrazów. Jej kolejne warstwy reagowały na różne elementy mapy: jedne na kształt uderzeń, inne na powtarzające się wzory występujące w dłuższym czasie. Była to jednak demonstracja techniczna, a nie próba automatycznego rozpoznawania chorób.

Naukowcy podkreślają, że wykres dywanowy nie jest jeszcze narzędziem diagnostycznym ani algorytmem przeznaczonym do wykrywania konkretnej choroby. Pokazali przede wszystkim, że w jednym zwartym obrazie można zachować informacje, które dotąd oglądano oddzielnie. Kolejne etapy mają objąć badania na większych grupach pacjentów, ocenę skuteczności diagnostycznej, jednoczesną prezentację wielu odprowadzeń EKG oraz przygotowanie wyspecjalizowanych modeli uczenia maszynowego. (PAP)

kmp/ agt/