Система и алгоритм обнаружения информативных импульсов электрокардиосигнала в условиях интенсивных помех

• Автор: Истомин, Борис Александрович
• Шифр специальности: 05.11.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 216 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА

Вводные замечания

1.1 Электрокардиосигнал и его основные свойства

1.2 Проблемы, возникающие при анализе сердечного ритма

1.2.1 Нарушения сердечного ритма и проводимости

1.2.2 Влияние интенсивного информационного воздействия на сердечный

ритм

1.3 Виды помех, возникающих при анализе ЭКС

1.4 Способы повышения помехоустойчивости обнаружения (Д18-

комплексов электрокардиосигнала
1.5 Выбор алгоритмов обнаружения ИИ ЭКС, эффективных при различных
видах помех
Основные результаты
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА СОГЛАСОВАННОЙ АГРЕГАЦИИ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ИИ ЭКС
Вводные замечания
2.1 Основные операции, применяемые при обнаружении ИИ ЭКС
2.1.1 Алгоритмы обнаружения ИИ ЭКС на основе дифференцирования
2.1.2 Алгоритмы обнаружения ИИ ЭКС на основе интегрирования
2.1.3 Алгоритмы обнаружения ИИ ЭКС на основе разложения ЭКС по базисным функциям
2.1.4 Алгоритмы обнаружения ИИ ЭКС на основе определения рангов
2.2. Систематизация алгоритмов анализа ЭКС по степени их помехоустойчивости
2.2.1 Известные систематизации алгоритмов обнаружения ИИ ЭКС
2.2.2 Предлагаемая систематизация алгоритмов анализа ИИ ЭКС для
выделения наиболее помехоустойчивых методов
2.3 Обнаружение информативных импульсов ЭКС на основе алгоритма согласованной агрегации решений
2.3.1 Анализ алгоритмов распознавания сигналов
2.3.2 Алгоритмы коллективного распознавания сигналов

2.3.3 Использование областей компетенции для выделения наиболее
эффективного алгоритма
2.4 Разработка алгоритма согласованной агрегации решений для обнаружения ИИ ЭКС
2.4.1 Алгоритм согласованной агрегации решений для обнаружения ИИ ЭКС
2.4.2 Исследование алгоритма согласованной агрегации решений для
обнаружения ИИ ЭКС
Основные результаты
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА И АПРОБАЦИЯ СИСТЕМЫ ТЕСТИРОВАНИЯ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ УПРАВЛЯЕМОЙ ИМИТАЦИИ СИГНАЛЕНО-ПОМЕХОВОЙ ОБСТАНОВКИ И ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ ИИ

Вводные замечания
3.1 Разработка технических требований к СТАПС
3.2 Разработка СТАПС для тестирования при нарастающих помехах различного вида
3.2.1 Разработка обобщенной структуры СТАПС
3.3 Разработка методики работы СТАПС
3.4 Формирование базы входных сигналов для тестирования
3.4.1 Разработка тестовых моделей реальных импульсов ЭКС, зашумленных искусственными помехами различного вида
3.4.2 Разработка тестовых моделей на основе международной базы ЭКГ-данных
3.4.3 Разработка специализированной многоуровневой базы тестовых ЭКС
3.5 ЯОС-анализ для оценки эффективности работы средств обнаружения ИИ
ЭКС в условиях управляемой сигнально-помеховой обстановки
3.5. Аналитический обзор способов оценки эффективности кардиомониторных систем
3.5.2 Аналитический обзор вариантов ЯОС-анализа ЭКС
3.5.3 Разработка помехоустойчивого ИОС-анализа (М-ШЭС) алгоритмов обнаружения ИИ ЭКС
3.5.4 Применение помехоустойчивого ЯОС-анализа в качестве показателя компетентности алгоритма обнаружения ИИ ЭКС
3.6 Результаты исследований с помощью СТАПС
3.7 Анализ полученных результатов

Основные результаты

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА И АПРОБАЦИЯ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ИНФОРМАТИВНЫХ ИМПУЛЬСОВ ЭКС В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНЫХ ПОМЕХ НА ОСНОВЕ АЛГОРИТМА СОГЛАСОВАННОЙ АГРЕГАЦИИ РЕШЕНИЙ
Вводные замечания
4.1 Обзор систем для кардиодиагностики
4.2 Разработка обобщенной структуры системы обнаружения информативных импульсов ЭКС в условиях интенсивных помех
4.3 Разработка и исследование блока аналоговой обработки СОИИЭКСУИП на основе алгоритма САР
4.3.1 Разработка схемных решений для создания блока аналоговой обработки СОИИЭКСУИП на основе алгоритма САР
4.3.2 Разработка блока подавления импульсов пейсмекера
4.3.3 Разработка блока подавления НЧ помех
4.3.4 Исследование работы блока аналоговой обработки ЭКС
4.4 Разработка и исследование блока сопряжения для СОИИЭКСУИП на основе алгоритма САР
4.4.1 Сравнительная характеристика плат серии PCI
4.4.2 Реализация блока сопряжения СОИИЭКСУИП на основе алгоритма САР с испльзованием платы PCI-1710
4.5 Разработка программного обеспечения для систем тестирования и обнаружения ИИ ЭКС
4.6 Разработка и исследование СОИИЭКСУИП на основе алгоритма

Основные результаты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б

проблему. Поэтому создание системы помехоустойчивого обнаружения ИИ ЭКС устраняющей эти недостатки, является актуальной задачей.
При выборе алгоритма обнаружения ИИ ЭКС для использования в составе кардиомонитора могут потребоваться значительные вычислительные и временные ресурсы. Для наглядности данной процедуры рассмотрено и промоделировано несколько классических алгоритмов обнаружения, произведена оценка их эффективности с параметрами, взятыми из описания (результаты приведены в приложении). Сравнение проводилось при наложении различных видов помех (миографические помехи, сетевая наводка 50 Гц, дрейф изолинии, и смешанный тип из всех выше названных).
Ни один из алгоритмов не оказался способным выделить все С®.8 -комплексы без ошибок для всех типов помех при их наивысшем уровне, когда соотношение сигнал/помеха менее 10 Дб. Алгоритмы, основанные на вычислении величины наклона и амплитуды, имеют наилучшую производительность при анализе ЭКС, зашумленного миографическими помехами. Алгоритмы, использующие цифровые фильтры, имеют наилучшую производительность для сигнала со смешанным типом помех.
Эффективность каждого алгоритма определяется путем деления числа правильно обнаруженных данным алгоритмом пиков на их общее количество. Для тестирования использована база физиологических сигналов М1Т-В1Н, содержащая аннотации с координатами К-зубцов, которые используются в качестве истинных значений.
Среди классических алгоритмов, были выбраны те, которые, согласно проведенным исследованиям, имеют наибольшую помехоустойчивость и небольшое число ложных срабатываний. Их можно разделить на несколько групп:
- основанные на анализе амплитуды и первой производной;