Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ:  Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия ЭкологияТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву 
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Раздел 6. Устранение действия аддитивных помех
на биомедицинский сигнал (на примере электрокардиосигнала)
Тема 11. Источники помех. Методы устранения влияния аддитивных помех на электрокардиосигнал с потерей части информативных составляющих электрокардиосигнала и без потери информативных составляющих электрокардиосигнала
Особое место среди электрофизиологических методов диагностики занимает измерение и обработка электрокардиосигнала (ЭКС). Это связано с тем, что электрокардиограмма (ЭКГ) является основным показателем, который в настоящее время позволяет вести профилактический и лечебный контроль за сердечно-сосудистыми заболеваниями. Переход к автоматической обработке электрокардиосигнала значительно расширяет диагностические возможности метода, поскольку обеспечивает оперативную диагностику состояния пациента. При автоматическом исследовании параметров электрокардиосигнала одной из важнейших операций предварительной обработки является устранение действующих на него аддитивных помех. По источнику возникновения помехи можно разделить на четыре вида: 1) эффект поляризации электродов, приводящий к смещению изоэлектрической линии сигнала; 2) квазигармонический процесс, представленный составляющими наводки напряжения промышленной частоты; 3) артефакты смещения электродов, создающие выбросы случайной амплитуды и длительности; 4) электрофизиологические помехи. Основные статистические параметры аддитивных помех приведены в таблице 11.1. Таблица 11.1 – Параметры помех, сопровождающих регистрацию электрокардиосигнала Наименование Параметра |
Значения параметра помехи | ||||||
| Электромио-грамма покоя | Электромио-грамма при напряжении мышц | Наводка от промышленной сети | Артефакты поляризации и смещения электродов | |||||
| Амплитуда, мВ | 0,01-0,05 | 0,05-3 | 0-104 | 0-103 | ||||
| Диапазон частот, Гц | 0-300 | 0-104 | 50 и гармоники до 1000 Гц | 0-30 | ||||
Типовой электрокардиосигнал с наиболее характерными помехами, дрейфом изолинии и наводки от сети промышленной частоты, показан на рисунке 11.1
Рисунок 11.1 – Электрокардиосигнал с аддитивными помехами
Методы устранения влияния аддитивных помех с потерей части
Информативных составляющих электрокардиосигнала
|
|
Методы устранения дрейфа изоэлектрической линии
Электрокардиосигнала
Одной из основных аддитивных низкочастотных помех, действующих на электрокардиосигнал, является дрейф изоэлектрической линии. Он обусловлен поляризацией электродов, влиянием дыхательных волн, переходными процессами при пропадании контакта электрода с телом. При съеме ЭКГ с конечностей источником дрейфа является движение рук и ног. Иногда дрейф изолинии может быть вызван изменениями температуры и систематическими погрешностями аппаратуры и усилителей. Электрокардиосигнал с дрейфом изолинии был представлен на рисунке 11.1.
В настоящее время известны два метода выделения дрейфа изолинии электрокардиосигнала, которые могут быть использованы при длительном мониторировании в режиме реального времени: фильтрационный и интерполяционный.
Фильтрационные методы
Низкочастотная аддитивная помеха типа дрейфа изолинии может быть устранена с помощью фильтра верхних частот (рисунок 11.2).
1 – спектр ЭКС; 2 – спектр аддитивной помехи; 3 – АЧХ ФВЧ; 4 – теряемая
область спектра ЭКС; 5 – спектр ЭКС после процедуры фильтрации ФВЧ
Рисунок 11.2 – Структурная схема и спектры до и после фильтрации ФВЧ
Результаты использования фильтра верхних частот (ФВЧ на рисунке 11.2,а) для устранения дрейфа изолинии представлены на рисунке 11.3.
а – электрокардиосигнал с помехой; б – электрокардиосигнал после фильтрации
Рисунок 11.3 – Устранение дрейфа изолинии фильтром верхних частот:
В этом случае происходит смещение всего сигнала ниже нулевой линии из-за потери постоянной составляющей электрокардиосигнала. Кроме того, искажаются низкочастотные низкоамплитудные элементы ЭКС, в определенной степени изменяется форма зубцов P и T,, что может стать причиной постановки неверного диагноза.
Увеличение зубца P, например, может быть воспринято как результат увеличения мышечной массы того или иного предсердия – гипертрофии. Заостренная симметричная форма зубца T может быть расценена как результат гипертрофии левого желудочка. Отклонение сегмента ST ниже изолинии может вызвать постановку неверного диагноза о наличии ишемического повреждения, локализованного в субэндокардиальных отделах передней стенки левого желудочка.
|
|
Интерполяционные методы
В данном случае сначала выделяется дрейфа изолинии с помощью сплайн-интерполяции, а затем восстановленный сигнал помехи вычитается из исходной смеси ЭКС и опмехи. Для построения сплайна, моделирующего уровень изолинии, используются отсчеты, принадлежащие только изоэлектрическим участкам кардиоцикла, обычно PQ-сегменту. Для более надежного попадания на изоэлектрический участок PQ-интервала могут быть использованы специальные поисковые процедуры.
На практике чаще всего используют сплайны первой и третьей степени. Популярность кубических сплайнов в прикладных задачах объясняется тем, что они обеспечивают лучшую гладкость интерполирующей функции, чем линейные, за счет незначительного усложнения вычислительного аппарата. Пример выделения сигнала дрейфа изолинии с помощью кубических сплайнов приведен на рисунке 11.4.
1 - интерполирующая кривая; 2 - исходный ЭКС с помехой
Рисунок 11.4 – Интерполяция электрокардиосигнала кубическим сплайном
На рисунке 11.5 изображен электрокардиосигнал после вычитания выделенной помехи (кривая 1 на рисунке 11.4) помехи из исходного сигнала (кривая 2 на рисунке 11.4).
Рисунок 11.5 – Электрокардиосигнал после устранения дрейфа изолинии
с помощью сплайн-интерполяции
Следует отметить, что погрешность интерполяцции является методической, то есть принципиально неустранимой. Кроме того, не всегда в электрокардиосигнале присутствует явно выраженный и лежащий на изолинии PQ-сегмент, что затрудняет выделение опорных точек. Частота опроса сигнала дрейфа изолинии определяется частотой сердечных сокращений, поэтому при увеличении частоты сигнала дрейфа изолинии ухудшается точность его восстановления, а при достижении частотой сигнала дрейфа изолинии значения, равного половине частоты сердечных сокращений, восстановление становится принципиально невозможным.
