مهندس مسعود قاسمی ،مهندس حمید سعد آبادی ، مهندس علی جلالی ، مه

  
 
 
 
جام جم : در چند سال اخیر پیشرفت های عظیمی در زمینه تشخیص عیوب قلب با روش های پردازش سیگنال حاصل شده اند. این پیشرفت ها که با همکاری مشترک دانشکده های مهندسی و پزشکی انجام شده ، توانسته اند افق های روشن و نزدیکی را برای پیشگیری از عوارض قلبی جبران ناپذیر از طریق تشخیص به موقع نارسایی های قلبی فراهم کنند.
درمیان تمام تلاشهای جهانی که در این حوزه صورت می گیرند، پژوهشگران گروه قلب دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی هم در اولین حضور خود در هشتمین دوره مسابقات بین المللی قلبی - عروقی که در امریکا برگزار شد با ارائه دو مقاله مقام نخست را کسب کردند.این گروه که در زمینه تشخیص بیماری های قلبی فعالیت می کند از 4سال پیش فعالیت خود را آغاز کرده و با همکاری یک تیم شش نفره از دانشجویان در اولین حضور خود در این مسابقات به این مقام دست یافتند و از کشورهای کانادا، آلمان و انگلیس که به ترتیب در مقام های بعدی قرار گرفتند پیش افتادند.گروه تحقیقاتی قلب دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی (گروه CVRG)از حدود 4 سال پیش تحت سرپرستی پروفسور علی غفاری کار خود را در زمینه های متنوع تحقیقاتی قلب و عروق مانند مدل سازی سیستم قلبی عروقی ، تشخیص عیب قلب ، شناسایی سیستم و پردازش سیگنال های قلبی شروع کرده است.
از این گروه تاکنون مقالات متعددی در مجلات و کنفرانس های معتبر داخلی و بین المللی به چاپ رسید و یا ارائه شده است و در اوایل اکتبر سال جاری هم ، یک تیم 6نفره از این گروه در مسابقه جهانی پردازش سیگنال های قلبی که توسط مرکز فیزیونت دانشگاه MIT و در دانشگاه دوک امریکا برگزار شد، مشترکا_ با تیمی از کشور امریکا موفق به کسب رتبه نخست شد و کشورهای کانادا، آلمان و انگلیس به ترتیب در مقام های بعدی قرار گرفتند. البته این اولین باری است که از کشور ایران گروهی در این رقابت شرکت می کند. اعضای تیم شرکت کننده در این مسابقه رامهندس مسعود قاسمی ،مهندس حمید سعد آبادی ، مهندس علی جلالی ، مهندس محمد عطارد، مهندس پرهام قربانیان و دکترحامی گلبیانی تشکیل می دهند. این مسابقات که هر ساله توسط مرکز فیزیونت دانشگاه MITامریکا برگزار می شود با انتخاب موضوعی اساسی ، فعالیت های پژوهشی مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی جهان را در زمینه تشخیص عیب قلب به چالش می کشد. موضوع مسابقه سال جاری که در دانشگاه دوک امریکا برگزار شد نیز، تعیین دقیق محل و شدت انفارکتوس قلبی (Myocardial Infarction) با توجه به داده های سیگنال قلبی الکتروکاردیوگرام بیمار تعیین شده بود.

تحول در روش های تشخیصی

الکترودکاردیوگرام به معنای ثبت فعالیت الکتریکی قلب در سطح بدن است و به وسیله آن می توان برخی ویژگی های اصلی عضله قلبی را ثبت و بررسی کرد. الکتروکاردیوگرام یا ECG عبارت از ثبت اختلاف پتانسیل بافت قلب به وسیله الکترودهای نصب شده روی سطح بدن است.
به طورکلی در آغاز قرن بیستم ، امواج ثبت شده ECG توسط آینتهوون نامگذاری شد. او منحنی های ثبت شده را با حروف PQRST نامگذاری کرد.البته ECG تنها فعالیت الکتریکی قلب را نشان می دهد و عملکرد مکانیکی آن را ثبت نمی کند.دراین میان محدودیت های متعددی در کاربرد 12اشتقاق استاندارد در مطالعه فعالیت الکتریکی قلب وجود دارد. از مهمترین آن می توان به عدم پوشش کامل سطح سینه توسط این اشتقاق ها اشاره کردکه البته در جهت رفع این محدودیت ها، استفاده از تعداد بیشتری الکترود (19 تا 352الکترود) روی سطح سینه بیمار پیشنهاد شده است که تمام اطلاعات فعالیت الکتریکی قلب را از روی سطح سینه ثبت می کند.
به این ترتیب و با کمک این وسیله می توان اطلاعات کاملی در مورد فعالیت الکتریکی قلب داشت.
امروزه کاربرد پتانسیل سطح سینه بیمار یا BSPM در تشخیص انواع بیماری ها و آریتمی های قلبی به خصوص در تشخیص آنفارکتوس قلبی روز به روز در حال افزایش است و استفاده از این داده ها در تشخیص گرفتگی های قلب در آینده ای نزدیک جایگزین روش های عکسبرداری MRI خواهد شد.
به گفته حمید سعد آبادی ،از اعضای تیم ایرانی شرکت کننده در مسابقه جهانی پردازش سیگنال های قلبی ، داده های مورد استفاده قرار گرفته در این مسابقه توسط این تیم شامل اطلاعات الکتروکاردیوگرافی BSPM مربوط به چهار بیمار است که در مورد دو نفر علاوه بر اطلاعات مزبور، نوع ، محل و شدت گرفتگی آنها به عنوان الگو کاملا مشخص و معین است و مساله به تخمین نوع، محل و شدت دو فرد دیگر محدود می شود.

جایگزینی مناسب برای mri

در این مسابقه آنچه که طراحی شده یک دستگاه نبوده است بلکه یک الگوریتم بوده است که بتواند فقط با آنالیز نوار قلب بیمار و بدون استفاده از عکسبرداری محل گرفتگی را تعیین کند. خوشبختانه درحال حاضرروش هایی که توسط گروه پژوهشگران گروه قلب دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی در این مسابقه ارائه شدند قابل پیاده سازی هستند. بدین معنی که با طراحی یک سیستم ثبت پتانسیل الکتریکی سطح بدن بیمار یا BSPM و یک سیستم پردازشگر رایانه ای ، محل و شدت گرفتگی قلبی با دقت خوبی تعیین می شود. درواقع با وجود چنین سیستمی نیاز به عکسبرداری MRI کاهش می یابد و می توان از مضرات آن جلوگیری کرد. همچنین با طراحی چنین سیستمی امکان تشخیص گرفتگی قلبی را می توان حتی در مراحل اولیه بیماری انجام داد.
 

به طورکلی دراین مسابقات هرتیم شرکت کننده در رقابت نتایج خود را که شامل اطلاعاتی همچون شدت گرفتگی که با معیار EPD سنجیده می شود، محل گرفتگی قلب (المان هایی از قلب که دچار گرفتگی شده اند بر اساس مدل المان بندی استاندارد قلب ) که با معیار SO سنجیده می شودو محل مرکز گرفتگی قلب که با معیار CED سنجیده می شودبرای برگزار کنندگان فرستادند.
نتایج فرستاده شده به مرکز فیزیونت (برگزارکننده این مسابقه) با مقادیر واقعی آنها مقایسه شد و شرکت کنندگان به این وسیله رتبه بندی شدند.گروه تحقیقاتی قلب دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی هم با ارائه دو روش در این رقابت شرکت کرد.

کجای قلب گرفته است؟

امروزه نوار قلب را تقریبا در هر کلینیکی می توان دید. درواقع درحال حاضرنوار قلب به عنوان یک ابزار ساده برای تشخیص اولیه بسیاری از ناهماهنگی های سیستم قلبی عروقی یا بیماری های مربوط به آنها کاربرد بیشماری پیدا کرده اند. سعد آبادی درباره ویژگی های روش ارایه شده می گوید: این روش در واقع یک الگوریتم برای تشخیص محل و شدت گرفتگی قلبی یا آنفارکتوس قلبی از روی نوار قلب بوده است.
در واقع در این مسابقه هر شرکت کننده با استفاده از یک روش به تعیین محل گرفتگی می پردازد و در انتها نتایج با هم مقایسه می شوند. سعد آبادی می افزاید: از ویژگی های روش های ارائه شده سادگی و سرعت بالای آنها در تشخیص است و لذا امکان پیاده سازی آنها وجود دارد.ما با دو مقاله یعنی دو روش در این مسابقه شرکت کردیم که روش اول به مقام نخست دست یافت. به طور کلی روش اول بر مبنای استفاده از تحلیل پتانسیل سطحی بیمار و روش دوم بر مبنای تحلیل بردار الکتریکی قلبی است. با توجه به این که روشهای خودکار (رایانه ای) تعیین محل و شدت گرفتگی قلبی با استفاده از نوار قلبی از مسائل جدید و بروز در این زمینه هستند، نتایج بدست آمده از دقت بسیار خوبی برخوردار هستند. هرچند که نیاز به تحقیقات و مطالعات بیشتری در این زمینه کاملا احساس می شود. سعدآبادی با اشاره به اینکه تاکنون هیچ سازمان یا نهاد یا مرکزی با آنها همکاری ویا پشتیبانی نکرده و پروژه انجام گرفته صرفا با همکاری مجدانه تعدادی دانشجوی علاقه مند انجام گرفته است می افزاید: در حال حاضر امکان ساخت این سیستم وجود دارد و حاضر هستیم که با همکاری شرکت ها یا بیمارستان ها یا... و کمک های مالی آنها به تدوین یک طرح پژوهشی برای طراحی و تهیه یک سیستم رایانه ای برای تعیین محل و شدت گرفتگی قلبی بپردازیم. البته ما در اوایل راه هستیم و تا طراحی سیستمی کاملا خودکار که بدون نیاز به حضور پزشک می تواند با آنالیز نوار قلب بیمار محل گرفتگی را تشخیص دهد فاصله داریم. تاکنون از نتایج این کارها دو مقاله برای کنفرانس (Computers in Cardiology (CinC) در امریکا (که از معتبرترین کنفرانس های کاربرد رایانه در مسائل مربوط به قلب و عروق است)، استخراج و فرستاده شده است که مورد پذیرش قرار گرفته اند. مقالاتی هم برای کنفرانسهای مهندسی پزشکی و مهندسی برق ایران فرستاده شده است.
هم اکنون نیز تیم در حال تدوین و تکمیل این مقالات برای ارسال آنها برای مجلات معتبر بین المللی است.
سعدابادی در پایان آینده این طرح را بسیار روشن ارزیابی می کند و می گوید: هر ساله در مسابقه مرکز فیزیونت دانشگاه (MIT انستیتو تکنولوژی ماساچوست)، یک سوال مهم و اساسی مربوط به کاربرد پرازش سیگنال های قلبی مطرح می شود و پژوهشگران از اقصا نقاط کشورهای دنیا فراخونی می شوند تا روی یک مساله خاص فعالیت کنند. به نظر من و نیز به نظر برگزارکنندگان آن ، مسابقه امسال سخت ترین مسابقه در بین سال های گذشته بوده است و در عین حال جزو کاربردی ترین مسائل مربوط به قلب است.
مسلما نتایج این مسابقه استفاده های بیشماری برای برگزارکنندگان آن دارد. چه بهتر که ما خود دست به کار شویم و با یک برنامه ریزی منظم از داشته های خود بهترین استفاده را ببریم.
البته هرچند هنوز استفاده از روش های ریاضی پردازش سیگنال الکتروکاردیوگرام هنوز به آن درجه دقت روش های عکسبرداری نرسیده است ، ولی مسابقه امسال نشان داد که تا حد بسیار خوبی می توان امیدوار بود که این امر دست یافتنی است و تا آینده ای نه چندان دور این روش ها جایگزین روش های عکسبرداری خواهد شد.

بهاره صفوی