Алгоритмы устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала на основе преобразования его спектра тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.17, кандидат технических наук Блинов, Павел Александрович

  • Блинов, Павел Александрович
  • кандидат технических науккандидат технических наук
  • 2011, Рязань
  • Специальность ВАК РФ05.11.17
  • Количество страниц 148
Блинов, Павел Александрович. Алгоритмы устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала на основе преобразования его спектра: дис. кандидат технических наук: 05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения. Рязань. 2011. 148 с.

Заключение диссертации по теме «Приборы, системы и изделия медицинского назначения», Блинов, Павел Александрович

4. Результаты работы, касающиеся средств подготовки электрокардиосигналов к обработке в микропроцессорных системах, использованы при выполнении гранта Российского фонда фундаментальных исследований «Теория и проектирование медицинских измерительно-информационных систем на основе нейробионических технологий» (№ 10-08-97525-рцентр-а, 01.2010) и ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала Высшей школы» по гранту (№ РНП 2.1.2.6390 от 12.12. 2008 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований предложены и исследованы методы для выделения и устранения дрейфа изолинии ЭКС, позволяющие расширить частотный диапазон устраняемого дрейфа до частоты сердечных сокращений (0,6-2,2 Гц) при обеспечении остаточного дрейфа не более 1% от исходного и сохранении всех спектральных составляющих электрокардиосигнала.

1. Проанализирована предметная область задачи устранения дрейфа изолинии ЭКС. Показано, что решение данной задачи остается актуальным в настоящее время. Проанализированы существующие методы устранения дрейфа изолинии ЭКС. Выявлены недостатки существующих методов устранения дрейфа изолинии ЭКС. Обоснована целесообразность использования преобразования отсчетов ЭКС на ТР-сегменте в ИССФ и возможность выделения сигнала дрейфа изолинии низкочастотной фильтрацией полученных ИССФ при расширении частотного диапазона до частоты сердечных сокращений.

2. Установлена взаимосвязь структуры импульсных сигналов сложной формы с частотой сердечных сокращений, позволяющая определить количество подавляемых спектральных зон в их спектре, необходимое для выделения дрейфа изолинии с заданной шириной спектра в широком диапазоне изменения частоты сердечных сокращений (40-140 уд/мин), разработан алгоритм формирования ИССФ.

3. Проанализированы источники неточного устранения дрейфа изолинии ЭКС. Источниками неточностей при устранении дрейфа изолинии являются шумы квантования аналого-цифровых преобразователей и регистры микропроцессорной системы. Произведена оценка влияния шума квантования на амплитудные параметры преобразуемых отсчетов электрокардиосигнала в импульсные сигналы сложной формы. Получены аналитические выражения относительного изменения амплитуды дрейфа изолинии за счет неполного устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала, позволяющие установить зависимость разрядности аналого-цифрового преобразователя и разрядности микропроцессорной системы с точностью устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала.

4. Предложен способ формирования опорных отсчетов в условиях наличия дрейфа изолинии ЭКС, позволяющий производить преобразование исходных отсчетов электрокардиосигнала в импульсные сигналы сложной формы, не чувствительный к изменению частоты сердечных сокращений, позволяющий устранять дрейф изолинии электрокардиосигнала в возможном диапазоне изменения частоты сердечных сокращений. Предложен подход к формированию отсчетов импульсных сигналов сложной формы.

5. Проанализирована возможность сокращения объема вычислительных затрат в процедуре устранения' дрейфа- изолинии с прореживанием по частоте и времени. Показана актуальность использования прореживания по времени. Разработана двухкаскадная структура фильтра для выделения из спектра отсчетов ЭКС на ТР-сегменте нулевой спектральной зоны с дрейфом изолинии, обеспечивающая необходимый уровень снижения интермодуляционных искажений при меньшем объеме вычислительных затрат по сравнению с однокаскадной структурой.

6. Предложены алгоритмы для устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала. Предложен подход к преобразованию отсчетов электрокардиосигнала в импульсные сигналы сложной формы на основе заранее сформированной матрицы коэффициентов преобразования.

7. Разработана программа устранения дрейфа изолинии на языке псевдокода, игнорирующая несущественные подробности и специфический синтаксис языков программирования.

8. Полученные результаты позволяют разрабатывать пригодные для практической реализации устройства [21,39] и программные продукты [32,40], осуществляющие эффективное устранение дрейфа изолинии электрокардиосигнала. Предложенные подходы устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала просто поддаются алгоритмизации и программированию, что подтверждено программой на языке псевдокода и полученным на его основе приложением для устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала. Предложенные подходы были экспериментально апробированы на электрокардиосигналах из базы ЭКГ В1Т-М1Н и программе синтеза электрокардиосигналов. Результаты апробации подтвердили эффективность предложенных алгоритмов устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала.

9. Все предложенные научно-технические идеи, изложенные в диссертации, были представлены на всероссийских и международных научно-технических конференциях, опубликованы в виде статей. Новизна предложенных подходов и реализующих их технических решений подтверждена патентом на изобретение. Практическая ценность предложенных идей и технических решений подтверждена соответствующими актами апробации и использования в МУЗ «Ижевская больница» и в учебном процессе Рязанского государственного радиотехнического университета в курсе «Методы обработки биомедицинских сигналов и данных» при подготовке специалистов по направлению 200401 «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» и 200402 «Инженерное дело в медико-биологической практике». Результаты работы, касающиеся средств подготовки электрокардиосигналов к обработке в микропроцессорных системах, использованы при выполнении гранта Российского фонда фундаментальных исследований «Теория и проектирование медицинских измерительно-информационных систем на основе нейробионических технологий» (№ 10-08-97525-рцентр-а, 01.2010) и ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала Высшей школы» по гранту (№ РНП 2.1.2.6390 от 12.12. 2008 г.).

На основе проведенного диссертационного исследования решена важная научно-практическая задача повышения эффективности устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала в режиме реального времени без искажения его амплитудно-временных параметров за счет расширения частотного диапазона выделяемого сигнала помехи до частот, достигающих частоты сердечных сокращений, на основе алгоритмов преобразования спектра отсчетов ТР-сегмента.

Вышеизложенное позволяет утверждать, что все поставленные задачи решены, и цель диссертационной работы достигнута.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Блинов, Павел Александрович, 2011 год

1. Blinov P.A. Detection of Cardiac Complex Using Cyclic Convolution // Biomedical Engineering, Vol. 43, No 6, 2010 PP. 274-275.

2. Embree P.M. С algorithms for real-time dsp A Simon&Schuster Company, 1995.- 125 p.

3. Lai E. Practical Digital Signal Processing for Engineers and Technicians -Elsevier, 2003. 299 p.

4. Mitra S.K. Digital Signal Processing. Second Edition. McGraw-Hill, 2005. - 866 p.

5. Nadisetti V.K., Williams D.B. Digital Signal Processing Chapmen&Hall CRCnetBase, 1999. - 1690 p.

6. Parks T.W. Digital filter design John Wiley&Sons, Inc, 1987. - 342 p.

7. Rorabaugh C.B. Digital Filter Designer's Handbook. Tab Books, 1989. -332 p.

8. Stranneby D. Digital Signal Processing. DSP and Applications. Newnes, 2001.-230 p.

9. Thede L. Practical Fnflog And Digital Design. Artech House, Inc, 2004. -270 p.

10. Vaseghi S.V. Advanced Digital Signal Processing and Nois Reduction, Second Edition John Wiley&Sons Ltd, 2000. - 473 p.

11. Айфичер Э. С., Джервис Б. У. Цифровая обработка сигналов: практичесикй подход, 2-е издание. : Пер. с англ. М: Издательский дом "Вильяме", 2008. - 992 с.

12. Албахари Дж. С# 3.0. Справочник: Пер. с англ. / Дж. Албахари, Б. Албахари. 3-е изд. - СПб.: БХВ-Петербург, 2009. - 944 с.

13. Антонью А. Цифровые фильтры: анализ и проектирование: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1983. 320 с.

14. Барабанов С.В. Физиология сердца: Учебное пособие / Под ред. акад. Б.И. Ткаченко. 2-е изд. испр. и доп. СПб.: СпецЛит, 2001. - 143 с.

15. Барановский A.JI. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ / А. Л. Барановский, А.Н. Калиниченко, Л.А. Манило и др.: Под ред. А. Л. Барановского и А. П. Немирко. М.: Радио и связь. 1993.-204 с.

16. Басс Л., Клементе П., Кацман Р. Архитектура программного обеспечения на практике. 2-е издание СПб.: Питер, 2006. - 575 с.

17. Белодедов М.В. Методы проектирования цифровых фильтров: Учебное пособие. Волгоград: Издательство Волгоградского государственного университета, 2004. - 64 с.

18. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. - 448 с.

19. Блинов П.А. Анализ интерполяционных методов компенсации дрейфа изолинии электрокардиосигнала // Физика полупроводников. Микроэлектроника. Радиоэлектронные устройства. Рязань: РГРТУ, 2009. С.20-22.

20. Блинов П.А. Компенсация дрейфа изолинии в частотной области // Физика полупроводников. Микроэлектроника. Радиоэлектронные устройства. Рязань: РГРТУ, 2009. С.22-25.

21. Блинов П.А. Обнаружение кардиокомплкса на основе циклической свертки // Медицинская техника. №6. 2009. С.37-38.

22. Блинов ПА. Применение интерполяции с неравномерным шагом для \с выделения дрейфа изолинии // Физика полупроводников,г Микроэлектроника. Радиоэлектронные устройства. Рязань:: РГРТУ,2008. С. 17-19.

23. Блинов П.А. Фильтр ограничения спектра электрокардиосигнала // Науный потенциал студенчества в XXI веке: материалы IV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. СМУС СевКавГТУ, 2010. С.240-242

24. Блинов П.А. Эффективный двухкаскадный фильтр для выделения дрейфа электрокардиосигнала // Приоритетные направления развития науки и технологий: материалы VII Всероссийской научно-технической конференции. ТОООХО им. Д.И. Менделеева, 2010. С. 140-142

25. Блинов П.А., Андреев А.Н. Информационная обработка электрокардиосигнала // Медико-экологические информационные технологии — 2009 Текст.: сборник материалов XII Междунар. науч.-техн. конф. / Курск, гос. техн. ун-т. Курск, 2009. С.95-97

26. Блинов П.А., Андреев А.Н. Программный эмулятор электрокардиосигналов // Математическое и программное обеспечение вычислительных систем: Межвуз. сб. науч. трудов, 2009. С.117-118

27. Блинов П.А., Михеев A.A. Анализ методов компенсации дрейфа изолинии электрокардиосигнала // Вестник рязанского государственного радиотехнического университета. №4. 2009. С.94-97

28. Богнер Р., Константинидис А. Введение в цифровую фильтрацию: Пер. с англ. М.: "Мир", 1977. - 216 с.

29. Брунченко A.B., Бутырский Ю.Т., Гольденберг JI.M., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровые фильтры в электросвязи и радиотехнике / Брунченко A.B., Бутырский Ю.Т., Гольденберг Л.М.и др.; Под ред. Л.М.Гольденберга. М.: Радио и связь, 1982. - 224 е., ил.

30. Варнавкий А.Н., Мельник О.В., Михеев A.A. Метод выделения опорной точки в каждом кардиоцикле. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 2005, №1-2. - С.36-39.

31. Варнавский А.Н. Новое направление в определении начала кардиоцикла. //Измерительные и информационные технологии в охране здоровья. МЕТРОМЕД-2007. Труды Международной научной конференции. 2007. С.41-43.

32. Варнавский А.Н., Михеев A.A. Выделение опорной точки электрокардиосигнала на TP сегменте. //Медицинские приборы и технологии. Мёжвуз. сб. науч. статей Тульского Государственного университета.Тула. 2005. С.107-111.

33. Васильев В.П. Основы теории и расчета цифровых фильтров: Учеб. пособие для высш. учеб. заведений / В.П: Васильев, Э.Л. Муро, G.M. Смольский; под' ред. С.М.Смольского. М.: Издательский центр "Академия", 2007. - 272 с.

34. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов / Е.С. Вентцель. 8-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2002. - 575 е.: ил.

35. Вечерский Г. А. Справочник по клинической электрокардиограмме. Минск: Медиздат. 1985. 381 С.

36. Витязев.В.В. Цифровая частотная селекция сигналов. М.: Радио и связь, 1993. - 240 е.: ил.

37. Габриэль Хан М. Быстрый анализ ЭКГ: Пер. с англ. /Под ред. В. Н. Хирманова. СПб М.: Невский диалект - Издательство БИНОМ, 2000. -286 с.

38. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Высш. шк., 1998. 479 с.

39. Голд Б., Рейдер Ч. Цифровая обработка сигналов: Пер. с англ. под ред. A.M. Трахтмана. М.: "Сов. радио", 1973. - 368 с.

40. Гольденберг JI.M. Цифровые фильтры. М.: "Связь", 1974. - 160 е.: ил.54