Алгоритм обнаружения QRS-комплексов ЭКГ-сигналов на основе вейвлет-преобразования

• Автор: Ладяев, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ. МОДЕЛЬ ЭКГСИГНАЛА

1.1. Дипольная концепция распространения возбуждения в миокарде

1.2. Нормальная электрокардиограмма

1.2.1. Стандартные электрокардиографические отведения

1.2.2. Генез нормальной электрокардиограммы

1.3. Линейноквадратичная аппроксимация с различными интерполяционными методами

1.3.1. Общая математическая модель ЭКГсигнала

1.3.2. Линейноквадратичная аппроксимация ЭКГсигнала

1.3.3. Интерполяция смоделированных ЭКГсигналов

1.3.4. Шумовые составляющие модели
1.3.5. Точность моделирования
1.4. Выводы
2. ПРИНЦИПЫ ПРОГРАММНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СтЭКОМПЛЕКСОВ
2.1. Значимость точности определения К8комплекса в задаче анализа ЭКГсигналов
2.2. Подходы к определению 0И8комплекса
2.2.1. Несинтаксический подход
2.2.2. Синтаксический подход
2.2.3. Трансформативные методы
2.3. Выводы
3. ПРИМЕНЕНИЕ ВЕЙВЛЕТОВ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ ОБНАРУЖЕНИЯ ОЯБКОМПЛЕКСОВ
3.1. Кратномасштабное представление сигналов
3.2. Алгоритм быстрого вейвлетпреобразования алгоритм Малла
3.2. Практика применения вейвлетов в обнаружении НБкомплексов
3.3. Характеристика вейвлетов семейства Добеши
3.4. Выводы
4. АЛГОРИТМ ОБНАРУЖЕНИЯ ЗЯБКОМПЛЕКСОВ ЭКГСИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ ВЕЙВЛЕТПРЕОБРАЗОВАНИЯ
4.1. Повышение точности обнаружения ОИвкомплексов с применением вейвлетгрешхолдннга сигналов
4.1.1. Понятие вейвлеттрешхолдинга
4.1.2. Жесткий и мягкий вейвлеттрешхолдинг
4.1.3. Способы трешхолдинга
4.2. Применение различных способов расчета пороговых значений вейвлеткоэффициентов при вейвлетанализе ЭКГсигналов
4.2.1. метод
4.2.2. Методы несмещенной оценки риска Штейна
4.2.3. Штрафной метод БергаМассара
4.3 Описание алгоритма обнаружения ЗВБкомнлексов на основе применения вейвлетпреобразования и штрафного метода трешхолдинга БергаМассара
4.4 Выводы
5. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ
5.1. Международные стандарты хранения биомедицинской информации
5.1.1. Стандарты хранения ЭКГсигналов
5.1.2. База данных биосигналов М1ТВ1Н
5.2. Структуры программных комплексов и основные алгоритмы
5.2.1. Выбор средств разработки программных комплексов
5.2.2. Программный комплекс генерации ЭКГсигналов
5.2.3. Программа Вейвлетанализатор ЭКГсигналов
5.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Разработаны программные комплексы, осуществляющие создание моделей ЭКГ-сигналов с учетом различных параметров и обнаружение ОБ-Б-комплексов. Материалы результатов диссертационной работы используются в курсе «Цифровая обработка сигналов и данных» для студентов специальности «Автоматизированные системы обработки информации и управления» Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева. Представляется к защите. Линейно-квадратичная модель ЭКГ-сигналов с применением интерполяционных полиномов Эрмита и учетом различных шумовых компонент. Обоснование выбора типа вейвлет-носителя для применения в реализации дискретного вейвлет-преобразования, осуществляющего дискретный анализ электрокардиологических сигналов. Обоснование выбора метода трешхолдинга вейвлет-коэффициентов для повышения точности обнаружения рЯБ-комплексов ЭКГ-сигналов. Алгоритм обнаружения (^ЛБ-комплексов, основанный на использовании дискретного вейвлет-преобразования и штрафного метода Берга-Массара. Апробация результатов работы. Всероссийской научной конференции «Проектирование научных и инженерных приложений в среде МАТЬАВ» (г. Москва, г. XXXIV Огаревские чтения» (г. Саранск, г. V Международной научно-технической конференции «Информационновычислительные технологии и их приложения» (г. Пенза, г. Пенза, г. Е.В. Воскресенского (г. Саранск, г. Публикации. По теме диссертации опубликовано печатных работ, из них 1 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 3 - свидетельства об официальной регистрации программ ЭВМ. В соавторстве опубликованы 2 работы. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 4 наименования. Основная часть работы изложена на 5 страницах машинописного текста. Работа содержит рисунков и таблиц, а также 2 приложения на 8 листах. Первая глава освещает вопросы, связанные с генезом электрокардиографических сигналов. Также в ней представлена линейноквадратичная модель ЭКГ-сигналов с применением интерполяционных полиномов Эрмита и учетом различных шумовых составляющих. Во второй главе представлены обзор существующих в мировой практике подходов к обнаружению (ЗЯБ-комплексов на основе использования несинтаксических (цифровой фильтрации, математической морфологии), синтаксических и трансформативных методов (преобразования Гильберта, Фурье, вейвлет). Третья глава посвящена применению вейвлет-анализа для обработки ЭКГ- сигналов. Рассмотрено применение стандартных вейвлет-базисов в решении задачи обнаружения (-комплексов. DB-2 (вейвлет Добеши-2). В четвертой главе описаны различные методы шумоподавления, основанные на алгоритмах мягкого и жесткого трешхолдинга вейвлет-коэффициентов, и результаты их применения. Рассмотрены основные особенности и преимущества применения штрафного метода трешхолдинга Берга-Массара. Получены эмпирические доказательства преимущества его применения для обнаружения QRS-комплексов. Найдена эмпирическая зависимость уровня штрафного порога и точности определения QRS-комплексов для вейвлета DB-2. Пятая глава посвящена рассмотрению созданных программных комплексов для генерации тестовых моделей ЭКГ-сигналов и средства для обнаружения QRS-комплексов с применением различных вейвлетов и методов шумоподавления. Также в ней описан предлагаемый формат хранение данных о местоположении QRS-комплексов на основе языка XML. В заключении кратко повторно перечислены основные результаты и выводы, полученные в диссертации. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ. На рис. Нго можно условно представить как перемещение двойного слоя зарядов, расположенных на границе возбужденного (-) и невозбужденного (+) участков волокна. Эти заряды, равные по величине и противоположные по знаку, находятся на бесконечно малом расстоянии друга от друга и обозначаются как элементарные сердечные диполи. Положительный полюс диполя (+) всегда обращен в сторону невозбужденного, а отрицательный полюс (-) - в сторону возбужденного участка миокардиального волокна. Диполь создает элементарную электродвижущую силу (ЭДС). Рисунок 1.