Методы и алгоритмы помехоустойчивой обработки электрокардиографической информации

• Автор: Кривоногов, Леонид Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 231 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Помехоустойчивые методы обработки
электрокардиографической информации
1.1. Биоэлектрические сигналы, их структура и
информативные параметры
1.2. Структура, особенности, статистические и спектральные характеристики ЭКС
1.3. Анализ и систематизация помех, возникаюших при получении и обработке ЭКГ информации
1.4. Анализ методов повышения помехозащищенности
CAO ЭКС
1.5. Обзор методов распознавания ЭКС
Основные результаты и выводы
Глава 2. Разработка структурно-интегрального метода
распознавания ЭКС и реализующих его алгоритмов
2.1. Обоснование целесообразности применения укрупненного структурного подхода к распознаванию ЭКС
2.2. Разработка формального описания ИКИ в рамках укрупненного структурного подхода к распознаванию ЭКС
2.3. Разработка методики и критериев для исследования алгоритмов обнаружения и распознавания ИКИ
2.4. Разработка структурно-интегрального метода распознавания ЭКС
2.5. Разработка и исследование алгоритмов, реализующих
структурно-интегральный метод распознавания ЭКС
Основные результаты и выводы
Глава 3. Разработка структурно-рангового метода
распознавания ЭКС и реализующих его алгоритмов
3.1. Обоснование и разработка структурно-рангового метода распознавания ЭКС
3.2. Разработка и исследование структурного корреляционнорангового алгоритма распознавания ЭКС
3.3. Разработка и исследование алгоритма распознавания ЭКС
на основе бинарного квантования дискретных разностей
3.4. Сравнительный анализ алгоритмов обнаружения
элементов ИКИ
3.5. Перспективы дальнейшего совершенствования
ранговых алгоритмов обнаружения и распознавания ЭКС
Основные результаты и выводы
Глава 4. Практическая реализация разработанных методов и
алгоритмов автоматической обработки ЭКС
4.1. Систематизация CAO ЭКС
4.2. Разработка и анализ обобщённых структурных схем
CAO ЭКС для работы в реальном времени
4.3. Схемотехнические решения узлов кардиомониторов, защищенные авторскими свидетельствами и патентами
4.4. Разработка и внедрение CAO ЭКС, работающих в
реальном времени
4.5. Разработка портативных CAO ЭКС
Основные результаты и выводы
Заключение
Перечень сокращений
Список использованных источников
Приложение А. (Листинги разработанных программ)
Приложение Б. (Документы, подтверждающие внедрения)
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Борьба с заболеваниями сердечно-сосудистой системы, занимающими первое место по числу смертельных исходов, является одной из наиболее важных задач современной медицины. Прогресс в этом направлении может быть достигнут за счет привлечения в медицину новых диагностических средств, созданных на основе применения теории информации и анализа биотехнических систем, цифровой обработки сигналов, измерительной техники, а также последних достижений микрокомпьютерных и информационных технологий. Для своевременного выявления, предупреждения и лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы широко используется информация, полученная в результате автоматической обработки ее физического носителя - электрокардиосигнала (ЭКС).
Основными этапами получения и обработки электрокардиографической (ЭКГ) информации являются: обнаружение и распознавание информативных кардиоимпульсов (ИКИ), измерение амплитудно-временных параметров (АВП) сигнала, принятие диагностических решений. Выполнение перечисленных операций обеспечивается средствами автоматической обработки электрокардиосигнала (кардиомониторами), которые в комплексе с биообъектом образуют биотехническую систему (БТС). Отдельные элементы этой системы обладают разнообразными взаимными связями, поэтому ее исследование необходимо проводить на базе системного анализа сложных прикладных объектов.
Основой современных методов автоматической обработки электрокардиосигнала является обнаружение информативных кардиоимпульсов на фоне помех, то есть определение их временного положения. Информация, полученная при этом, используется для дальнейшей обработки и измерения параметров электрокардиосигнала с целью принятия диагностических решений, а также для решения задач биоуправления (синхронизации кардиоуправляемых приборов).
решения этой проблемы используют методы распознавания образов [37— 47], которые применительно к анализу формы ИКИ представляют собой преобразование информации о свойствах сигнала с целью получения заключения о том, к какому классу (эталону, опорной структуре) принадлежит распознаваемый элемент. Эти классы могут быть определены заранее или образованы в процессе распознавания. При этом классом является совокупность элементов, обладающих близкими свойствами.
Кроме анализа формы кардиоимпульсов некоторые алгоритмы распознавания позволяют определить характерные точки ИКИ (точки начала и конца, опорные точки, служащие для измерения кардиоинтервалов, границы сегментов).
Задачей анализа сердечного ритма является распознавание аритмий - сложных явлений электрической дестабилизации в сердце, при которых могут происходить как нарушения электрических связей между отделами сердца, так и появление новых паразитных источников возбуждения [36]. Для распознавания сердечных аритмий, имеющие важное диагностическое значение, используются простые логические решающие правила, состоящие из условий, накладываемых на последовательность интервалов и форму ИКИ. Алгоритмы анализа ритма сердца подробно исследованы в работе [14], где приведен их обзор.
В практике исследования ЭКС можно выделить 4 ситуации, отличающиеся подходом к обнаружению (распознаванию) элементов ЭКС с возрастанием по степени сложности исследования.
1. Форма ИКИ неизменна, уровень помех мал, такая ситуация возникает при кратковременном анализе ЭКС при ограниченной двигательной активности в условиях медицинских учреждений.
2. Форма ИКИ неизменна, уровень помех велик — исследования при свободной двигательной активности у спортсменов, при нагрузке, при