Сheatsplace.ru

Медицина и лекарственные средства

Цифровой метод анализа ЭКС

В задачах обработки биоэлектрических сигналов (БЭС) с учетом прогресса в развитии технических средств измерения их параметров и в увеличении вычислительной мощности средств цифровой обработки сигналов одной из наиболее актуальных проблем становится их вторичная обработка и атоматизированный анализ. При разработке цифровых методов анализа электрокардиосигналов (ЭКС) для повышения эффективности кардиодиагностики требуется создание новых точных, быстрых и надежных алгоритмов выделения отдельных элементов внутри каждого кардиоцикла и точного вычисления их временных и статистических характеристик. Решение этих задач позволит более точно диагностировать кардиопатологии, улучшит диагностическую ценность уже существующих методик и позволит реализовать новые алгоритмы определения признаков кардиозаболеваний на разных и, что особенно важно, на самых ранних стадиях развития.

Эффективный совместный автоматизированный анализ заданного набора последовательностей кардиоциклов ЭКС требует существенного повышения точности временной синхронизации каждого отдельного кардиоцикла. В данном случае синхронизация рассматривается, как вопрос поиска и высокоточной оценки временного положения характерных точек ЭКС для последующего синхронного анализа как всей выборки в одном отведении, так и всех сигналов многоканального электрокардиографа. Современные методы решения данной проблемы не отличаются высокой точностью, надежностью и эффективностью и не позволяют, ввиду вариабельности сердечного ритма, производить эффективный синхронный анализ кардиоциклов вне ближайшей окрестности R-зубца. Следовательно, для увеличения точности и надежности синхронизации требуется разработка новых алгоритмов высокоточного определения временных характеристик отдельных элементов кардиоцикла.

Наибольшую актуальность вопрос высокоточной синхронизации имеет для кардиографии сверхвысокого разрешения (ЭКГ СВР), в которой извлечение низкоамплитудных составляющих ЭКС накладывает повышенные требования к точности синхронизации и синхронного анализа кардиоциклов. В рамках работы по изучению тонкой структуры биоэлектрических сигналов, проводимой на кафедре медицинской радиоэлектроники Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения, был разработан экспериментальный электрокардиограф сверхвысокого разрешения, структурная схема которого представлена на рис. 1 и подробно описана в

На рис. 1 обозначены: ОРФ - отключаемый режекторный фильтр, МУУ - масштабирующий управляемый усилитель, ФВЧ - фильтр верхних частот, ФНЧ - фильтр нижних частот, БНПФ - блок нелинейных полосовых фильтров.

Отличительной особенностью данного ЭКГ СВР является разделение входного сигнала на два канала - низкочастотный (НЧ) (канал синхронизации) и высокочастотный (ВЧ). Это связано с тем, что в рамках проводимых исследований особое внимание уделяется низкоамплитудным ВЧ составляющим ЭКС (микропотенциалам), выделение и дополнительное усиление которых происходит в ВЧ-канале.

Для современных электрокардиографов величина усиления составляет 100…150, т.е. ЭКС, имеющий максимальную амплитуду 20 мВ, будет усилен до 2…3 В, что укладывается в типичный диапазон входного напряжения АЦП При этом микропотенциалы ЭКС теоретически должны иметь амплитуду от 100…150 мкВ, что составляет 2…3 шага квантования для 16-разрядного АЦП с допустимым диапазоном входного напряжения 0…3 В.

Введение ВЧ-канала позволяет дополнительно усилить ВЧ составляющие ЭКС, имеющие незначительный размах, введя их в диапазон входного напряжения АЦП. Новизна предлагаемого подхода состоит в том, что в данном случае ВЧ компоненты ЭКС ЭКГ СВР укладываются не в 2…3 шага квантования, как в обычной ЭКГ, а занимают практически весь рабочий диапазон АЦП.

На рис. 2 представлен результат прохождения сигнала ЭКГ, снятого в первом отведении, через аналоговый блок разработанного кардиографа сверхвысокого разрешения (рис. 1). Кривая на рис. 2, а представляет сигнал на выходе НЧ-канала, а кривая на рис. 2, б - на выходе ВЧ-канала. Как видно из рис. 2, б, ВЧ сигнал полностью лишен характерных признаков, присущих НЧ составляющим спектра ЭКС. В связи с этим, при разработке ЭКГ СВР было решено, что анализ ВЧ составляющих ЭКС требует высокоточной синхронизации ВЧ-канала по характерным точкам кардиосигнала в НЧ-канале. Для реализации такого рода синхронизации ВЧ-сигналов необходимо осуществлять однозначную временную привязку ВЧ-канала к накалу НЧ. Эта задача решается в НЧ-канале разработанного ЭКС СВР.