Ученые создали технологию для выявления и лечения сложных аритмий

12:55, 27 апреля 2021

Метод позволяет за минуту диагностировать патогенные участки в сердце

DGM при регулярной предсердной тахикардии в случае локализованного повторного входа. Иллюстрация: Frontiers in Physiology.

Исследователи из Бельгии, Нидерландов, России и Италии разработали прорывной метод быстрого, точного и надежного диагностирования сердечных аритмий Directed Graph Mapping (картирование с помощью направленных графов, DGM). Один из участников исследовательского коллектива — Александр Панфилов, ведущий научный сотрудник научной лаборатории «Математическое моделирование в физиологии и медицине с использованием суперкомпьютерных технологий» УрФУ, руководитель группы биофизики Гентского университета (Бельгия), профессор в отделении кардиологии Лейденского университета (Нидерланды). Исследования возглавила его ученица — Нели Вандерсикл из Гентского университета. Описание технологии опубликовано в журнале JACC: Clinical Electrophysiology.

Сердечные аритмии, как правило, возникают под действием вращающихся электрических волн, которые нарушают нормальный ритм работы сердца и могут вызвать серьезные осложнения и даже внезапную смерть.

Чтобы вылечить аритмию, нужно удалить патогенный участок в сердце и, таким образом, сделать невозможным вращение электрической волны. Для этого в сердце помещают электроды, с помощью которых устанавливают, где вращается волна и удаление какого участка приведет к лечению аритмии. Кардиологи пропускают через электроды электрический ток высокого напряжения, который выжигает проблемный участок сердечной ткани и погашает волну. Этот метод, наиболее эффективный в устранении аритмий, называется абляцией. В некоторых случаях абляцию проводят на нескольких соседних участках сердца, чтобы создать целый барьер на пути распространяющегося вихря.

Определение участков вращения волны по записям электродов — сложная задача. В большинстве случаев кардиолог должен принимать решение во время операции «вручную». Имевшиеся до сих пор методы автоматической идентификации таких источников показали свою неэффективность, особенно в случаях сложных аритмий. Как следствие, интерпретация ситуации зависела от квалификации врачей, на определение тактики лечения требовалось дополнительное время, а процедура абляций отличалась трудоемкостью. Эти факторы снижали вероятность положительного результата операций и повышали риски осложнений.

«Первопроходческий шаг в нашей работе заключается в том, что, зафиксировав с помощью электродов моменты прихода волны, мы соединяем эти точки в единую трехмерную сеть и так отслеживаем последовательный маршрут волны. В математике подобные направленные сети называют графами, они находят широкое применение, например, в создании многообразных алгоритмов для поисковых систем и социальных сетей, при диагностике болезни Альцгеймера, рассеянного склероза и эпилепсии. Мы впервые приложили теорию графов к задачам описания электрической активности сердца, локализации источников сердечных аритмий, выявления их механизмов и определения потенциальных мишеней абляции», — поясняет Александр Панфилов.

Сначала с помощью DGM они обработали результаты экспериментов другой группы ученых. Опыты провели на собаках с загадочными аритмиями типа «пируэт», которые возникают спонтанно и тесно связаны с пробочным воздействием лекарств. Так удалось скорректировать первоначальные выводы и точно установить природу возникновения аритмий.

Затем DGM прошел клинические испытания в одной из лучших клиник Бельгии. В испытаниях участвовал 51 пациент со сложной предсердной тахикардией. При этом кардиологи использовали новейшую систему CARTO ведущей медико-технологической компании Biosense Webster (США). Эта система с помощью электродов визуализирует динамическую карту возмущения волн и таким образом позволяет определить конкретный участок сердца, где образуются аритмии.

Результаты испытаний: метод справился с заданием в 38 случаях, профессиональные кардиологи — в 33 случаях. Другими словами, DGM подтвердил высокую эффективность почти в 75% случаях.

«Наш метод дает возможность полностью в автоматическом режиме, то есть независимо от человеческого фактора, всего за минуту, с большой точностью и надежностью диагностировать участки происхождения аритмий и помогает в кратчайшие сроки устранять их. С учетом того, что в ручном режиме интерпретация данных может занимать до четверти часа, процесс убыстряется в 15 раз», — комментирует Александр Панфилов.

Авторы методики занимаются ее дальнейшим усовершенствованием — в целях более глубокого понимания природы образования аритмий и лечения еще более сложных сердечных заболеваний, таких как фибрилляция предсердий и желудочковая тахикардия.