Mathematical models and simulation studies of the electrical function of the heart contribute significantly to better understanding and treatment of cardiac arrhythmias. Although great progress has been made in this area, particularly in single cell models, many problems related to macroscopic electrical behavior of the heart remain unsolved or require reevaluation as new experimental data appear. The scope of this thesis is the development of mathematical models of effects of heterogeneity and loss of channel function on electrocardiographic (ECG) signal and cardiac vulnerability. Our studies contribute to better arrhythmia understanding, prediction and prevention. In the first study theoretical body-surface potentials were computed from single, branching and tortuous strands of the Luo-Rudy model cells, representing different areas of an infarct scar. When action potential (AP) propagation either in longitudinal or transverse direction was slow (3-12 cm/s), the depolarization signals contained high-frequency (100- 300 Hz) oscillations. The frequencies were related to macroscopic propagation velocity and strand architecture by simple formulas. Next, we proposed a mathematical model of the QRS-complex that simulates unstable activation wavefront. It combines signals from different strands with small timing fluctuations relative to a large repetitive QRS-like waveform and can account for dynamic changes of real arrhythmogenic micropotentials. Variance spectrum of wavelet coefficients calculated from the composite QRS-complex contained the high frequencies of the individual abnormal signals. We concluded that slow AP propagation through fibrotic regions after myocardial infarction is a source of high-frequency arrhythmogenic components that increase beat-to-beat variability of the QRS, and wavelet variance parameters can be used for ventricular tachycardia risk assessment. xv In the second study we quantify the vulnerable period (VP) in heterogeneous models of ventricular wall and its modulation by loss of cardiac sodium channel function (NaLOF). According to several articles, NaLOF prolongs the VP and, therefore, increases risk of reentrant arrhythmias, but the studies used uniform models neglecting spatial variation of action potential duration (APD). Here, we introduce physiological transmural heterogeneity into one-dimensional cables of the Luo-Rudy model cells. We propose a generalized formula for the VP and describe new phenomena pertaining to the VP that are not present in homogeneous excitable media. We conclude that realistic models of cardiac vulnerability should take into account spatial variations of cellular refractoriness. It reveals several new qualitative and quantitative aspects of the VP and the modulation of the VP by NaLOF differs significantly in heterogeneous and homogeneous models. Finally we examine proarrhythmic potential of E-4031, a class III antiarrhythmic agent that blocks selectively rapid potassium current (IKr), during ischemia. Effective refractory periods (ERP) and action potential durations of the Luo-Rudy dynamic model cell were measured for normal and ischemic conditions, after IKr block and at different basic cycle lengths (BCL). Acute ischemia is introduced into the model by hyperkalemia, acidosis and anoxia. The IKr block caused reverse use-dependent prolongation of APD and ERP for normal and the ischemic conditions. Differences in APD and ERP between normal and acutely ischemic cells increased after the IKr block for all BCLs. We conclude that E-4031 has the potential to amplify electrophysiologic heterogeneity between normal and ischemic cardiac tissue that underlies some serious ventricular arrhythmias. This increased dispersion can cancel out the poor antiarrhythmic effect of AP and ERP prolongation at fast heart rates. / Τα µαθηµατικά µοντέλα και οι µελέτες εξοµοίωσης της ηλεκτρικής δραστηριότητας της καρδιάς συνεισφέρουν σηµαντικά στην καλύτερη κατανόηση και θεραπευτική αγωγή της καρδιακής αρρυθµίας. Παρόλο που έχει πραγµατοποιηθεί µεγάλη πρόοδος στον τοµέα αυτό, ειδικά σε µοντέλα µεµονωµένων κυττάρων, πολλά προβλήµατα που σχετίζονται µε την µακροσκοπική ηλεκτρική δραστηριότητα ακόµη παραµένουν άλυτα ή χρειάζονται επαναξιολόγηση καθώς νέα πειραµατικά δεδοµένα συνεχώς εµφανίζονται. Ο σκοπός αυτής της διατριβής είναι η ανάπτυξη µαθηµατικών µοντέλων µελέτης των επιπτώσεων ετερογένειας και απώλειας της καναλικής λειτουργίας στο Ηλεκτροκαρδιογράφηµα (ΗΚΓ) και στην καρδιακή ευπάθεια. Οι µελέτες µας συνεισφέρουν στην καλύτερη κατανόηση, πρόβλεψη και πρόληψη της καρδιακής αρρυθµίας. Στην πρώτη µελέτη, υπολογίζονται θεωρητικά δυναµικά επιφανείας του σώµατος από µεµονωµένα, διακλαδωτά και µε ελικοειδή µορφή πλέγµατα των κύτταρων βασισµένα στο µοντέλο Luo-Rudy, τα οποία αντιπροσωπεύουν διαφορετικές περιοχές µε ουλή εµφράγµατος. Στις περιπτώσεις αργής µετάδοσης του δυναµικού δράσεως (∆∆) είτε κατά την διαµήκη ή εγκάρσια κατεύθυνση (3-12cm/s), τα σήµατα εκπόλωσης εµπεριείχαν ταλαντώσεις υψηλής συχνότητας (100- 300Hz). Οι συχνότητες συσχετίστηκαν µε την µακροσκοπική ταχύτητα µετάδοσης και µε την αρχιτεκτονική του πλέγµατος µε τη χρήση απλών µοντέλων. Κατόπιν, προτείνουµε ένα µαθηµατικό µοντέλο για το σύµπλεγµα-QRS το οποίο εξοµοιώνει κυµατοµορφές διάδοσης µε µη σταθερή µορφή. Το µοντέλο συνδυάζει σήµατα από διαφορετικά πλέγµατα µε µικρές διακυµάνσεις σε σχέση προς µία µεγάλη επαναληπτική κυµατοµορφή τύπου QRS και µπορεί να λάβει υπόψη τις δυναµικές µεταβολές πραγµατικών µικρό-δυναµικών αρρυθµογενών περιοχών Το φάσµα των συντελεστών κυµατίου (wavelet) το οποίο υπολογίστηκε από το σύνθετο σύµπλεγµα-QRS, εµπεριείχε τις υψηλές συχνότητες από τα µεµονωµένα ανώµαλα σήµατα. Συµπεράναµε ότι η αργή µετάδοση του ∆∆ δια µέσου ινωµατωειδών περιοχών µετά από έµφραγµα µυοκαρδίου, αποτελεί πηγή αρρυθµογενικών συνιστωσών υψηλής συχνότητας, οι οποίες αυξάνουν την µεταβλητότητα από παλµό σε παλµό του συµπλέγµατος QRS, και οι παράµετρες µεταβλητότητας των συντελεστών κυµατίου µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την αποτίµηση της επικινδυνότητας κοιλιακής ταχυκαρδίας. ix Στην δεύτερη µελέτη, ποσοτικοποιούµε την περίοδο ευπάθειας (ΠΕ) σε ετερογενή µοντέλα του κοιλιακού τοιχώµατος και την διαµόρφωση του κατά την απώλεια λειτουργίας του καρδιακού καναλιού νατρίου (NaLOF). Σύµφωνα µε διάφορα επιστηµονικά άρθρα, το NaLOF επεκτείνει την ΠΕ και, εποµένως, αυξάνει την επικινδυνότητα επαναεισερχόµενων αρρυθµιών, αλλά οι µελέτες αυτές χρησιµοποίησαν οµοιογενή µοντέλα αγνοώντας την χωρική µεταβλητότητα της διάρκειας των δυναµικών δράσεως (∆∆). Σε αυτή την µελέτη, εισάγουµε την φυσιολογική διατοιχωµατική ετερογένεια σε µοντέλα κυττάρων Luo-Rudy τα οποία είναι διατεταγµένα σε αλυσίδες µίας διαστάσεως. Προτείνουµε ένα γενικό µοντέλο για την ΠΕ και περιγράφουµε νέα φαινόµενα που χαρακτηρίζουν την ΠΕ τα οποία δεν υπάρχουν στην περίπτωση οµογενούς διεγέρσιµου µέσου. Καταλήγουµε, ότι τα ρεαλιστικά µοντέλα της καρδιακής ευπάθειας θα πρέπει να λαµβάνουν υπόψη τις χωρικές µεταβολές της ανερέθιστης περίοδου. Αποκαλύπτονται νέες ποιοτικές και ποσοτικές όψεις της ΠΕ και η µεταβολή της ΠΕ από το NaLOF διαφέρει σηµαντικά σε οµογενή και ετερογενή µοντέλα. Τέλος, εξετάζουµε τη προαρρυθµική δράση του E-4031, που είναι ένα αντιαρρυθµικό φάρµακο οµάδας ΙΙΙ που µπλοκάρει επιλεκτικά του ταχέως ρεύµατος καλίου (IKr) κατά την ισχαιµία. Οι σχετικές ανερέθιστες περίοδοι (ΣΑΠ) και η διάρκεια των δυναµικών δράσεως του δυναµικού µοντέλου κυττάρων Luo-Rudy µετρήθηκαν για φυσιολογικές και ισχαιµικές συνθήκες, µετά από το µπλοκάρισµα του IKr και για διαφορετικά βασικά µήκη κύκλων (ΒΜΚ). Η περίπτωση οξείας ισχαιµίας εισήχθηκε στο µοντέλο µε υπερκαλιαιµία, οξέωση και ανοξαιµία. Το µπλοκ του IKr προκάλεσε αντίστροφη επιµήκυνση εξαρτώµενη από τη χρήση του ∆∆ και ΣΑΠ για φυσιολογικές και ισχαιµικές συνθήκες. Η διαφορές µεταξύ του ∆∆ και ΣΑΠ µεταξύ φυσιολογικού και µε οξεία ισχαιµία κυττάρων αυξήθηκαν µετά το µπλοκ του IKr για όλα τα BMK. Καταλήγουµε στο συµπέρασµα ότι το E-4031 έχει την δυνατότητα να ενισχύει την ηλεκτροφυσιολογική ετερογένεια µεταξύ του φυσιολογικού και του ισχαιµικού καρδιακού ιστού που αποτελεί την βασική εξήγηση µερικών σοβαρών κοιλιακών αρρυθµιών. Αυτή η αυξηµένη διασπορά µπορεί να ακυρώσει την φτωχή αντιαρρυθµιακή επίδραση της επιµήκυνσης του ∆∆ και ΣΑΠ σε αυξηµένους καρδιακούς ρυθµούς.

Dynamics of cardiovascular indices during the 24 hours and exercise training session in aerobics SUMMARY Objects: The aim of this study was to assess the peculiarities in functioning of cardiovascular system during 24 hours and aerobic exercise session. Goals: 1) to monitor the functioning of cardiovascular system during 24 hours. 2) to assess the dynamic of ECG parameters during 24 hours and aerobic exercise. 3) to compare the variability of ECG parameters during 24 hours and aerobic exercise sessions. 4) to assess the distribution of ECG parameters during 24 hours and aerobic exercise. Research contingent: The participants in this study were 29 voluntary students (age of 22,6±0,43) who attended healthiness aerobic exercise club for 2-3 times per week Methods: The computerized system “Cardio Scout” designed for registration and analysis of 5 lead ECG was used for this purpose. The questionnaire for all participants was presented. Results: The values of JT interval and ST-segment depression during the highest intensity phase of exercise session increased significantly and was different in mobilization and recovery phases (p<0.05). We found-out that values of hart rate (HR) was the lowest and JT intervals was the longer during 24 hours monitoring (p<0.0001). During the exercise HR was higher than during the all time of 24 hours monitoring. The amplitude of R wave of ECG during 24 hours was completely the same and ST-segment depression was similar (p>0.05). Statistically... [to full text]

Didelė dalis širdies susirgimų diagnostinių kriterijų gaunama registruojant ir analizuojant kardiosignalus, kurie atspindi tiek elektrinės širdies veiklos sutrikimus (EKG), tiek ir hemodinaminės bei mechaninės veiklos pokyčius, t.y. impedanskardiograma (IKG) ir seismokardiograma (SKG). Dar daugiau, efektyvus širdies susirgimų diagnostikos problemų sprendimas yra naujų kardiosignalų analizės technologijų kūrimas. Jau kelis dešimtmečius Furjė transformacija taikoma EKG dažnumų analizei, tuo tarpu kai IKG ir SKG dažnio charakteristikų vertinimui šis metodas nebuvo naudojamas. Darbo tikslas buvo pritaikyti Furjė analizę įvertinant bei palyginant tris sinchroniškai užregistruotus kardiosignalus, nes jie atspindi elektrinės širdies, hemodinaminės bei mechaninės širdies veiklos pokyčius geriau nei vienas EKG signalas. Kitas darbo tikslas buvo pritaikyti Furjė analizę įvertinant bei palyginant trijų sinchroniškai užregistruotų signalų - EKG, IKG ir SKG dažnio charakteristikas ir koherenciją bei klasifikuoti dvi grupes - "sveikas" ir "ligonis". Rezultatai rodo, kad koherencijos vertinimas ir spektrinė analizė gali būti naudinga gali būti naudingas širdies kraujagyslių bei plaučių sistemų ligų diagnostikai. / A big part of heart disease diagnostics criteria is collected by registration and analysis of cardio signals that reflect the disturbances of the electric heart activity – electrocardiogram (EСG), changes of hemodynamic - impedance cardiograms (IСG) and mechanic activity - seismocardiogram (SСG). ECG analysis is generally applying in clinic practice, but usually in visual way only. Due to the development of the technologies, the bigger amount of data could be stored and more exact analysis of information could be carried out. Therefore, a solution of problem of effective diagnostics of heart diseases is the creation of new technologies for analysis of cardio signals. Previously Fourier series were applied to frequency analysis of ECG, but this method was not applied for estimation of ICG and SCG frequency characteristics. In this thesis the frequency analysis method was applied to three cardio signals, because they reflect the electrical and mechanical work of the human heart better as entirely ECG signal. The main aim of this work was to adapt Fourier transformation to assessing and comparing some characteristics of hereinbefore signals, such as coherence and classify two searching groups - “healthy” and “sick”. Results showed that rating of coherence and spectral analysis could be useful for rightly analyzing and classifying the searching groups.

Darbe pirmiausia aprašoma EKG prasmė ir kompiuterinės analizės raida. Apžvelgiami pagrindiniai EKG kompiuterinės analizės uždaviniai – EKG įvedimas, saugojimas, parametrų nustatymas, klasifikacija ir interpretacija. Ištirta prieinama EKG analizės programinė įranga, kuri yra arba atviro kodo, arba komercinė (Demo versijos). Nustatyta, kad EKG analizės programinė įranga pagal paskirtį yra trijų tipų: EKG modeliavimo, mokymo ir analizės. Literatūros analizė parodė, kad atviros EKG kompiuterinės analizės programos yra daugiausia skirtos EKG mokymui. Išnagrinėtos EKG modeliavimo, mokymo ir analizės programinės įrangos aprašai pateikti lentelėse. Atlikti eksperimentai su realiais iš duomenų bazės atsisiųstais EKG įrašais. Eksperimentuose naudotos laisvai prieinamos Octave sistema sukurtos programos. Darbe sukurta vaizdinė vartotojo sąsaja, apjungianti šias programas, kuria demonstruojamas šių programų veikimas: EKG nuskaitymas, filtravimas ir parametrų nustatymas. / In this master work firstly is described the aim and development of ECG computer’s analysis. Also the main tasks of ECG computer’s analysis are analyzed including ECG input, saving, parameters’ detection, classification and interpretation. Besides available ECG analysis program is investigated which is an open source code or commercial (Demo version). ECG analysis software can be divided to the three types: ECG modeling, ECG learning and ECG analysis. The analysis given in the references showed that an open ECG software is mainly intended for ECG learning. All these investigated programs are described in the provided tables. The real ECG records from the data bases were taken and the experiments have been performed using the programs which were created by the Octave system. In this work the graphic interface was created which combined all these above mentioned programs. This graphic interface demonstrated the whole process of the program comprising getting ECG data, filtering and parameters detection.

No description available.

Kompleksinės sistemos pasižymi naujomis savybėmis, kurias neįmanoma prognozuoti tiriant atskirus tų sistemų elementus. Buvo pastebėta, kad žinomi nesudėtingų sistemų analizės metodai yra neadekvatūs naujiems uždaviniams, neatsako į užduodamus klausimus, todėl kompleksinėms sistemoms analizuoti reikia kurti naujus metodus. Kompleksinių sistemų teorija yra palyginti nauja teorija ir viena iš pagrindinių jos taikymo sričių yra žmogaus organizmo funkcinės būklės vertinimo, mokslinių hipotezių tikrinimo, naujų žinių paieškos uždaviniai. Pasirinkta darbo tematika neabejotinai yra aktuali šiandienos teorijai ir praktikai. Darbe buvo nagrinėjami šeši elektrokardiografiniai parametrai: trukminiai RR-DQRS-DJTp ir amplitudiniai AR-AT1-ATS2. Iš parametrų skirtumų sudaromos matricų sekos ir skaičiuojami invariantiniai parametrai. Trečios eilės charakteringosios lygties didysis ir mažasis diskriminantai atvaizduojami jungtinėje fazinėje plokštumoje. Duomenims buvo pasirinkti kriogeninės terapijos elektrokardiogramų parametrai. / Complex systems have new features that can not be predicted testing of the individual elements of the system. It was noted that the known systems of simple analytical methods are inadequate for new tasks, not respond to questions, therefore, to analyze complex systems need to develop new methods. Complex systems theory is a relatively new theory, and one of its major application areas is human body's functional status assessment, scientific hypothesis testing, and the new knowledge-based search tasks. Selected topics of work are certainly actual today's theory and practice. Were analyzed six electrocardiographic parameters in this work: durational RR-DQRS DJTp and amplitudical-AR-AT1-ATS2. Differences between parameters of the sequence of matrices drawn up and calculated invariantical parameters. Third-order characteristic equations, great and small discriminants are represented in the united phase plane. Electrocardiograms cryogenic therapy parameters have been chosen for data.

Understanding the mechanisms behind unexplained abnormal heart rhythms is important for diagnosis and prevention of arrhythmias. Many studies have investigated the mechanisms at organ, tissue, cellular and molecular levels. There is considerable information available from tissue level experiments that investigate local action potential properties and from optical imaging to observe activity propagation properties at an organ level. By combining those electrophysiological properties together, in the present study we developed a simulation model that can help in estimation of the resulting body surface potentials from a specific electrical activity pattern within the myocardium. Some of the potential uses of our model include: 1) providing visualization of an entire electrophysiological event, i.e. surface potentials and associated source which would be optical imaging data, 2) estimation of QT intervals resulting from local action potential property changes, 3) aiding in improving defibrillation therapy by determining optimal timing and location of shocks.

Zur deskriptiven Darstellung der kardiologischen Untersuchung von Golden Retrievern wurden 50 vorberichtlich und klinisch gesunde Hunde der genannten Rasse untersucht. Die Probanden erfuhren eine allgemeine klinische Untersuchung mit besonderer Beurteilung des Herz-Kreislaufsystems, eine Blutdruckmessung, eine elektrokardiografische sowie eine echokardiografische Untersuchung. Zur Abklärung systemischer Erkrankungen, die die Herz-Kreislauffunktion beeinflussen können, wurden zudem Blutuntersuchungen durchgeführt. Während der klinischen Untersuchung lag die Herzfrequenz der Probanden bei 97,7 ± 28,0 Schlägen pro Minute. Auskultatorisch konnte bei keinem der Probanden ein besonderer Befund erhoben werden. Der Blutdruck wurde bei den untersuchten Tieren mittels Doppler-Sphygmomanometrie ermittelt. Dabei ergab sich ein systolischer Blutdruck von 152,5 ± 24,0 mmHg. Vier der Golden Retriever waren mit einem systolischen Blutdruck von 200 bis 220 mmHg hypertensiv. Mehrere Hunde wiesen zudem grenzwertig hohe Blutdruckwerte zwischen 160 und 180 mmHg auf. Anhand der durchgeführten Untersuchungen konnte keine Ursache für diese systemische Hypertension gefunden werden. Folgeerscheinungen der Hypertension ließen sich nicht nachweisen. Wahrscheinlich handelt es sich hierbei um eine aufregungsassoziierte kurzfristige Blutdruckerhöhung. Anhand der Laboruntersuchungen konnten geringgradige Veränderungen festgestellt werden, die allerdings keinen Einfluss auf die kardiale Funktion haben sollten. Mit Hilfe der elektrokardiografischen Untersuchung konnten keine Arrhythmien nachgewiesen werden. Acht der untersuchten 50 Hunde wurden aufgrund morphologischer pathologischer Veränderungen von der Erhebung echokardiografischer Referenzwerte ausgeschlossen, um eine Beeinflussung der Normalparameter zu verhindern. Von den Golden Retrievern mit pathologischen Veränderungen wiesen sieben eine geringgradige Subaortensstenose auf und ein Hund eine systolische Dysfunktion in Form einer okkulten dilatativen Kardiomyopathie. Anhand der durchgeführten Untersuchungen konnten echokardiografische Normalparameter für den Golden Retriever etabliert werden. Ähnliche Untersuchungen anderer Hunderassen zeigen die Wichtigkeit der Etablierung rassespezifischer Referenzwerte auf. Sieben der vorberichtlich und klinisch gesunden Golden Retriever wiesen eine geringgradige Subaortenstenose auf, einer eine okkulte Kardiomyopathie. Aufgrund der Gefahr der Vererbung der genannten Erkrankungen kann durch die vorliegende Untersuchung gezeigt werden, wie wichtig eine kardiologische Screening-Untersuchung von Golden Retrievern vor Zuchtnutzung ist.

D'une manière générale, la biométrie a pour objectif d'identifier des individus, notamment à partir de leurs caractéristiques biologiques. Cette pratique tend à remplacer les méthodes traditionnelles de vérification d'identité des individus ; entre autres, les mots de passe et les codes de sécurité. Au quotidien, la biométrie trouve de vastes applications et la recherche de nouvelles méthodes biométriques est d'actualité. L'objectif de notre thèse consiste à développer et d'évaluer de nouvelles modalités biométriques basées sur des caractéristiques infalsifiables, ne pouvant être modifiées volontairement. Dans ce contexte, les signaux physiologiques sont pris en considération. Ainsi, nous avons proposé trois méthodes d'identification biométriques. La première méthode utilise l'électrocardiogramme (ECG) comme signature individuelle, alors que la deuxième est basée sur l'utilisation des signaux électromyographiques (EMG) de surface en réponse à une force d'intensité fixe. Enfin, la dernière technique explorée, utilise les réponses motrices obtenues suite à une stimulation électrique. Ces méthodes consistent d'abord à acquérir les signaux physiologiques chez des personnes saines. Ces signaux sont modélisés par des réseaux d'ondelettes afin d'en extraire des caractéristiques pertinentes. La phase d'identification automatique est effectuée par des réseaux de neurones. D'après les résultats obtenus suite à des expériences effectuées, les méthodes proposées conduisent à des performances d'identification intéressantes. La première méthode, utilisant le signal électro- cardiographique, permet d'obtenir un taux de reconnaissance de 92%, alors que l'identification par les signaux EMG, en réponse à une force d'une intensité fixe, permet une identification correcte à 80%. Enfin, une performance de 95% est obtenue par l'identification par réponse motrice. Pour ces trois techniques explorées, la robustesse par rapport au bruit à été étudiée

Separating unknown signal mixtures into their constituent parts is a difficult problem in signal processing called blind source separation. One of the benchmark problems in this area is the extraction of the fetal heartbeat from an electrocardiogram in which it is overshadowed by a strong maternal heartbeat. This thesis presents a study of a signal separation technique called independent component analysis (ICA), in order to assess its suitability for the maternal-fetal ECG separation problem. This includes an analysis of ICA on deterministic, stochastic, simulated and recorded ECG signals. The experiments presented in this thesis demonstrate that ICA is effective on linear mixtures of known simulated or recorded ECGs. The performance of ICA was measured using visual comparison, heart rate extraction, and energy, information theoretic, and fractal-based measures. ICA extraction of clinically recorded maternal-fetal ECGs mixtures, in which the source signals were unknown, were successful at recovering the fetal heart rate.