Использование отсчетов электрокардиосигнала на TP -сегменте

Для устранения действующих на электрокардиосигнал аддитивных помех без потери информативных составляющих электрокардиосигнала могут быть применены рассмотренные выше фильтрационные и интерполяционные методы, если для выделения сигнала помехи из исходной смеси ЭКС и помехи использовать отсчеты, которые будут являться дискретными отсчетами именно сигнала помехи.

На ЭКС существует три участка, которые, как считается, лежат на изолинии: сегмент PQ, ST-сегмент и TP-сегмент. Сегмент PQ отражает физиологическую задержку передачи импульса возбуждения и в норме может быть изоэлектрическим или слабоотрицательным. ST-сегмент характеризует период полного охвата возбуждением желудочков, поэтому на электрокардиограмме в этот момент регистрируется изолиния. Нарушения в работе миокарда смещает этот сегмент выше или ниже изолинии и искажает его форму, делая ее выпуклой или вогнутой.

TP-сегмент соответствует электрической диастоле сердца и при отсутствии помех лежит на нулевой линии. Если на электрокардиосигнал действует низкочастотная аддитивная помеха, на отрезке ЭКС между зубцами Т и Р присутствует только сигнал этой помехи. Таким образом, отсчеты электрокардиосигнала, взятые на TP-сегменте, будут являться дискретными отсчетами действующих на него помех.

 

 Устранение дрейфа изолинии

Для устранения дрейфа изолинии на TP-сегменте выделяются отсчеты ЭКС, которые в данном случае являются дискретными отсчетами сигнала дрейфа изолинии и представляют собой модулированные по амплитуде прямоугольные импульсы, следующие с частотой сердечных сокращений (рисунок 11.8, а). Для этого используется блок выделения отсчетов электрокардиосигнала на TP-сегменте.

а – отсчеты ЭКС на TP-сегменте; б – преобразование отсчетов в АИМ-2; в – восстановленный сигнал дрейфа изолинии; г – ЭКС после устранения дрейфа изолинии

Рисунок 11.8– Устранение дрейфа изолинии

Спектр последовательности таких импульсов (см. раздел 2, тему 5) содержит в нулевой спектральной зоне составляющие, определяющие исходный непрерывный сигнал, то есть сигнал дрейфа изолинии (рисунок 11.9):

(11.1)

где U ₀ – амплитуда немодулированных импульсов; τ– длительность импульса; Т - период дискретизации; F_onp – частота опроса; F _С – частота модулирующего сигнала; m – коэффициент модуляции.

Рисунок 11.9 – Спектр дрейфа изолинии и амплитудно-частотная характеристика фильтра нижних частот

 

Исходный непрерывный сигнал может быть восстановлен, если дискретные отсчеты этого сигнала пропустить через фильтр нижних частот с полосой частот пропускания, определяемой шириной частотного спектра непрерывного сигнала (см. раздел 5, тему 9). Амплитудно-частотная характеристика такого фильтра показана пунктиром на рисунке 11.9.

 На выходе фильтра при этом выделяется полезная составляющая, которая в данном случае является сигналом помехи:

                                       (11.2)

где τ- длительность отсчета, Т - период дискретизации (длительность цикла сердечных сокращений), Ud (t) - исходный непрерывный сигнал.

Как видно из выражения (11.2), выходной сигнал фильтра оказывается ослабленным в T /τ раз. Последующим усилением можно довести этот сигнал до уровня исходного непрерывного сигнала.

Другим, более удобным для практической реализации, способом является предварительное преобразование дискретных отсчетов сигнала с амплитудно-импульсной модуляцией 1-го рода (АИМ-1) к виду с АИМ-2 (рисунок 11.8,б) Спектр такого сигнала имеет вид (см. раздел 2, тему 5).:

 (11.3)

В данном случае τ ≈ T (рисунок 11.8,б), поэтому амплитуда полезной составляющей в спектре сигнала практически равна амплитуде исходного сигнала (рисунок 11.8,в)  и не требует последующего дополнительного усиления сигнала.

Для исключения искажений, связанных с нелинейностью фазо-частотной характеристики ФНЧ, необходимо применять фильтры с конечной импульсной характеристикой, то есть нерекурсивные фильтры, поскольку они имеет линейную фазо-частотную характеристику, поэтому для таких фильтров время задержки однозначно определяется длительностью импульсной характеристики фильтра и равно половине этой длительности (см. раздел 5, тему 10).

Фильтрация полученного сигнала позволяет получить восстановленный сигнал дрейфа изолинии с амплитудой, практически равной амплитуде исходного непрерывного сигнала, без дополнительного усиления (рисунок 11.8, в).

При фильтрации сигнала происходит его задержка, поэтому исходный сигнал также необходимо задержать на время, равное времени запаздывания фильтра. Для этого используется блок задержки. С помощью вычитающего блока из исходной задержанной смеси ЭКС и сигнала помехи производится вычитание выделенного сигнала дрейфа изолинии, что позволяет устранить последний, освободив от его влияния электрокардиосигнал (рисунок 11.8, г).

Структурная схема устройства для реализации рассмотренного способа устранения дрейфа изолинии  представлена на рисунке 11.10.

 

Рисунок 11.10 – Структурная схема устройства устранения дрейфа изолинии

 

Описанный метод позволяет выделить истинный сигнал дрейфа изолинии и устранить его, не искажая при этом информативные составляющие электрокардиосигнала.