Method of automatic determination of the heart’s electrical axis in cardiological decision support systems

Abstract

The work is devoted to solving the scientific and practical problem of automating the heart’s electrical axis calculation to im-prove the quality of morphological analysis of biomedical signals with locally concentrated features in cardiological decision support systems, which in turn reduces the likelihood of medical errors. The work shows that existing methods for in the determining the electrical axis of the heart require morphological analysis of an electrocardiogram. The method is based on determining the integral signal in the frontal plane from all limb leads, taking into account the lead angle in the hexaxial reference system. In graphic form in polar coordinates, the integral electrocardiological signal is a figure, predominantly elongated along the axis, the direction’n of which corresponds to the heart’s electrical axis. The position of the heart’s electrical axis is calculated as the angle between the axis of standard lead I and the vector, the end of which is at the center of mass of the locus of the points the farthest away from the reference point. Cluster analysis is used to find the most distant points from the reference point. The proposed method for of calculating the heart’s electrical axis makes it possible not to carry out a preliminary morphological analysis of an electrocardiogram. To implement the method proposed in the article, a program was written in the Matlab language, which is connected as a dynamic link library to the cardiological decision support system “TREDEX telephone” operating as part of the medical diagnostic complex “TREDEX” manu-factured by “Company TREDEX” LLC, Kharkiv. Verification of the results was carried out using a database of electrocardiograms, which were recorded using a transtelephone digital 12-channel electrocardiological complex “Telecard”, which is part of the medical diagnostic complex “TREDEX”, and deciphered by cardiologists of the communal non-profit enterprise of the Kharkiv Regional Council “Center for Emergency Medical aid and disaster medicine”. Comparison of the results of calculating the heart’s electrical axis according to electrocardiograms by a doctor and automatically using the proposed method showed that in the overwhelming majority of cases the decisions made coincide. At the same time, cardiologists make mistakes, and errors are made during automatic calculation using the proposed method. The paper explains the reasons for these errors.Робота присвячена вирішенню наукової-практичної задачі автоматизації розрахунку електричної осі серця для підви-щення якості морфологічного аналізу біомедичних сигналів з локально зосередженими ознаками в кардіологічних системах підтримки прийняття рішень, що в свою чергу дозволяє знизити ймовірність лікарських помилок. В роботі показано, що існуючі методи визначення електричної осі серця вимагають виконання морфологічного аналізу електрокардіограми. Авторами запропонований метод автоматичного визначення електричної осі серця без необхідності попереднього аналізу електрокардіограми. Метод заснований на визначенні інтегрального сигналу у фронтальній площині по всьому відведенням від кінцівок з урахуванням кута відведення в гексаксіальной системі відліку. У графічному вигляді (в полярних координатах) інтегральний електрокардіологічний сигнал є фігура, переважно витягнута уздовж осі, напрямок якої збігається з електричною віссю серця. Розташування електричної осі серця обчислюється як кут між віссю стандартного відведення I і вектором, кінець якого знаходиться в центрі мас геометричного місця точок, які найбільш віддалені від початку координат. Для реалізації запропонованого в статті методу написана програма на мові Matlab, яка підключена у вигляді динамічної бібліотеки до кардіологічної системі підтримки прийняття рішень “TREDEX telephone”, що працює в складі медичного діагностичного комплексу “TREDEX” виробництва ТОВ Компанія “TREDEX”, м. Харків. Верифікація результатів проводилася з викорис-танням бази даних електрокардіограм, які були записані за допомогою транстелефонної цифрового 12-канального електро-кардіологічний комплексу «Телекард», що входить до складу медичного діагностичного комплексу “TREDEX”, та розшифровані лікарями-кардіологами комунального некомерційного підприємства Харківської обласної ради «Центр екстреної медичної допомоги та медицини катастроф». Порівняння результатів розрахунку електричної осі серця по електрокардіограм лікарем і автоматично за допомогою запропонованого методу показав, що в переважній більшості випадків прийняті рішення збігаються. При цьому помилки допускають як кардіологи, так і автоматичний розрахунок за допомогою запропонованого методу. В роботі пояснені причини цих помилок.