Электронный журнал открытого доступа Кардиометрия. Выпуск 16, Мая 2020

More documents

Recommendations

Info

Помехи, возникающие при записи ЭКС, а именнонизкочастотная и высокочастотная, относятсяк основным факторам, снижающим точность обработкиЭКС. При записи ЭКС низкочастотныепомехи возникают при плохом соприкосновенииконтактных токопроводящих веществ измерительныхэлектродов между биообъектом и электродом– при дыхании человека и т.д. [1-3,5-8,12]. Высокочастотныеэлектрические помехи в основномформируется от подключенных в сеть внешнихэлектрических приборов, в том числе, таких какхирургические и физиотерапевтические устройства[1-9,12]. Кроме того, к высокочастотным помехамтакже можно отнести мышечные помехи,возникающие в результате активности скелетныхмышц биообъекта при движении [3,5-7,12,13].Влияние перечисленных видов помех в значительнойстепени приводит к снижению точностианализа параметров ЭКС, в частности при измеренияхамплитудно-временных параметров сигнала,осуществляемых с помощью автоматизированныхсистем, и при ручной обработке врачом [14].Анализу параметров низкочастотной помехипосвящен ряд работ [2-8,12,15], из которых можноотметить, что низкочастотная помеха ЭКС представляетсобой сумму детерминированных компонентс частотой от 0,1 Гц до 0,3 Гц, но не более 1Гц, со случайной амплитудой.Анализу параметров высокочастотной помехипосвящен также ряд работ [2-8,12,13], из которыхможно отметить, что электрическая помеха носитузкополосный характер детерминированного сигналамедленно изменяющую гармонику разныхфаз с частотой 50 Гц. Следовательно, мышечнаяпомеха представляет собой широкополосный шумс нулевым средним значением, перекрывающийсяс частотным спектром ЭКС [13,16]. Мышечная помехаявляется наиболее опасной и трудно устранимойпомехой из-за высокой мышечной активностиво время записи сигнала. С учётом этихособенностей миографической помехи во времяобработки ЭКС используется так называемыйподход «отбраковки», т.е. сильно зашумленныеучастки ЭКС исключаются из рассмотрения [14].Однако, несмотря на проведенные исследования,посвященные анализу характеристик влияющихпомех, в частности узкополосной электрическойпомехи, в современности наблюдаетсяпостоянный рост уровня помех из-за увеличенияэнергопотребления во всех сферах деятельности,что может привести к ухудшению общего электромагнитногофона [17]. Помимо этого также наблюдаетсяпоявление высокочастотной электрическойпомехи, наводимой при помощи внутренних узловноутбуков [18]. Учитывая все это, проведенныеисследования в работе [9] позволили предположить,что во время регистрации ЭКС с помощьюноутбука при отключении сетевого кабеля естьвозможность возникновения широкополоснойэлектрической помехи, наводимой внутреннимиузлами ноутбука. Частотная составляющая даннойпомехи с помощью дискретного преобразованияФурье идентифицирована вблизи диапазонаот 44 Гц до 56 Гц при центральной частоте помехи50 Гц. Данная помеха, также как узкополоснаясетевая помеха, может влиять на амплитудные ивременные параметры ЭКС, в частности на видзазубренности вершин RR-интервалов сигнала.Однако идентифицированная широкополоснаяпомеха по частотным характеристикам отличаетсяот узкополосной сетевой помехи.В научной литературе для устранения вышепроанализированных помех, а именно низкочастотнойи высокочастотной помехи, наиболее частоиспользуются фильтры, аппроксимированныеполиномами Баттерворта, а другие полиномы,например, Чебышева (I и II рода), Бесселя, Кауэра,применяются реже. В работах [1-7,19] экспериментальнымирезультатами было доказано и установлено,что полиномы Чебышева (I,II), Бесселя,Кауэра для фильтрации помех ЭКС менее эффективные.Это связано с невысокими значениямиточности получаемых результатов обработки ЭКС,которую можно связать с выработкой наибольшихзначений собственной ошибки фильтров, исходяиз их частотных характеристик. Вместе с темфильтры на основе полинома Баттерворта характеризуютсяравномерностью и гладкостью частотнойхарактеристики относительно перечисленныхвидов фильтров [2-8]. Полиномы Баттерворта являютсяобщепринятым видом размещения в круговуюструктуру корней передаточной функции[20,21]. Также известны использования полиномовНьютона для аппроксимации передаточныххарактеристик режекторных фильтров [9].Полиномы Ньютона при аппроксимациях передаточныххарактеристик фильтра используютсяв силу того, что теоретически выводимые86 | Cardiometry | Выпуск 16. Май 2020
свойства фильтра удачно соответствуют структуремногокомпонентных сигналов. Данную особенностькрайне важно учитывать при обработкесложно структурированных импульсных сигналовкардиоваскулярного происхождения, что иобосновывает применение полинома Ньютонадля решения задач обработки электрокардиографическойинформации, в частности для фильтрациинизкочастотной и высокочастотной помехи.Отметим, что данный полином является одним изэлементов теории автоматического управления,которые в настоящее время применяются для синтезаобъектов систем управления и демонстрируютрезультаты наилучшего качества [21]. Однаков настоящее время применение полинома Ньютонадля повышения эффективности обработкиЭКС, в частности для аппроксимации передаточныххарактеристик средств фильтрации, являетсяменее освещенными.Известно, что низкочастотные помехи, возникающиепри плохом контакте токопроводящих веществизмерительных электродов, довольно частонаходятся в низкочастотном диапазоне сигнала, и,как правило, для их подавления применяют фильтрывысоких частот. При этом для устранения высокочастотныхсоставляющих электрической помехи,близких к частоте 50 Гц, обычно применяютрежекторные фильтры, частотная характеристикакоторых имеет провал на данной частоте. В этойсвязи для устранения низкочастотной помехицелесообразно использовать фильтр высоких частот,так как он позволяет подавлять помехи внизкочастотном диапазоне при минимальных искаженияхинформативных параметров ЭКС. Вместес тем для устранения электрической помехинаиболее целесообразно использовать режекторныйфильтр, в значительной степени устраняющийвысокочастотную составляющую на частотеэлектрической помехи. В аппроксимациях передаточныххарактеристик фильтра высоких частот ирежекторного фильтра необходимо использоватьполином Ньютона для выработки наименьшихзначений собственной ошибки, исходя из частотныххарактеристик самого фильтра.В предлагаемой работе рассматривается решениедвух задач обработки ЭКС, основанных наповышении точности фильтрации. Первая задачасвязана с высокочастотной фильтрацией низкочастотнойпомехи многоканальной записи ЭКС,снятых различными электродами длительногомониторинга параметров сердца. Вторая задачаоснована на режекторной фильтрации широкополоснойэлектрической помехи одноканальнойзаписи ЭКС. Для оценки характеристик натурныхпомех в каждой из решаемых задач используетсяметод, основанный на вычитании помех.Формулируется постановка двух решаемых задачфильтрации при наличии натурных измеренийЭКС. Рассматривается способ высокочастотнойи режекторной фильтрации на основе полиномовНьютона и сравнивается его точность обработки схорошо зарекомендовавшим себя фильтром высокихчастот и режекторным фильтром Баттерворта.Цель исследованийРазработка и исследование способа фильтрациинизкочастотной и высокочастотной помехидля повышения точности анализа обработкиэлектрокардиосигналов.Материалы и методыМатериалом для исследований служили зарегистрированныезашумленные образцы многоканальнойзаписи сигнала, полученные при помощи12-канального Холтер-монитора «КАРДИОТЕХ-НИКА-07-3/12» фирмы ИНКАРТ у человека вНациональном медицинском исследовательскомцентре имени В.А. Алмазова. Для оценки характеристикнизкочастотных помех зашумленные образцымногоканальной записи сигнала снимались4 видами различных электродов длительного мониторингапараметров сердца. Для съема сигналабыли выбраны следующие широко применяемыемодели влажных электродов: «H92SG», «H99SG»,«MSGLT-05MGRT» и «М2202А»[11]. При этом, дляучёта природы возникновения низкочастотнойпомехи, а именно флуктуации амплитуды помехи,каждая зарегистрированная многоканальная записьЭКС состояла более чем из 80 кардиоциклов.Зашумленный образец одноканальной записиЭКС был получен при помощи многофункциональнойизмерительной системы биоэлектрическихсигналов «Мицар-ЭЭГ 202» фирмы «MITSARDIAGNOSTICS SOLUTIONS» в Институте кардиологическойтехники (ИНКАРТ). Кроме того, дляучёта детерминированной частоты помехи [9], зарегистрированнаяодноканальная запись зашумленнойЭКС состояла более чем из 20 кардиоциклов.Выпуск 16. май 2020 | Cardiometry | 87
Page 1 and 2:
Выпуск 16. май 2020 | Card
Page 3 and 4:
Дорогой читатель!К
Page 5 and 6:
Dr. Hong LeiЧунцинская Ш
Page 7 and 8:
76 Исследование гем
Page 9 and 10:
В память об учёном
Page 11 and 12:
вызывает образован
Page 13 and 14:
Почему важно сочет
Page 15 and 16:
Таблица 1.Весовые п
Page 17 and 18:
клеточной энергети
Page 19 and 20:
ГлюкозаПировиногр.
Page 21 and 22:
BANAD + NADH4ΔμH+NADH NAD+FADH2 F
Page 23 and 24:
диапазоне концентр
Page 25 and 26:
опьянения и алкого
Page 27 and 28:
59. Гривенникова В.Г.
Page 29 and 30:
Выпуск 16. май 2020 | Card
Page 31 and 32:
все еще требуют бол
Page 33 and 34:
Рис. 2. Демонстрация
Page 35 and 36:
стимулами с помощь
Page 37 and 38: ОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕ
Page 39 and 40: Таблица 2. Зависимо
Page 41 and 42: Рис. 4Рис. 5Рис. 6 Рис.
Page 43 and 44: шает значение, 4 - по
Page 45 and 46: Выпуск 16. май 2020 | Card
Page 47 and 48: С другой стороны, н
Page 49 and 50: 2. Сосудистые харак
Page 51 and 52: нении аускультатив
Page 53 and 54: затель — податливо
Page 55 and 56: гипертонии, охвате
Page 59 and 60: тах, которые ассоци
Page 61 and 62: Таблица 7Собственн
Page 63 and 64: Особого внимания з
Page 67 and 68: троль основных био
Page 69 and 70: 6. Кормен, Томас Х., Л
Page 71 and 72: лочной железы, а к ч
Page 73 and 74: а)б)в)г)Рис. 2. Фрагме
Page 75 and 76: а)б)в)г)в)г)Рисунок 4.
Page 77 and 78: кардиотоксичности
Page 79 and 80: 2. Параметры метабо
Page 83 and 84: Рис. 1. Форма импуль
Page 85 and 86: реализовать только
Page 87: ОТЧЕТ Подача: 25.02.2020
Page 91 and 92: Рассчитанные непре
Page 93 and 94: jω jω jωZe ( ) = Xe ( ) H1( e )
Page 95 and 96: Рис. 4. Фильтрация ш
Page 97 and 98: порождаемой различ
Page 99 and 100: электрокардиосигн
Page 101 and 102: Выпуск 16. май 2020 | Card
Page 103 and 104: ной области активн
Page 105 and 106: ких систем являютс
Page 107 and 108: − социальный конте
Page 109 and 110: В общем, многие МРС
Page 111 and 112: for predicting and identifying hear
Page 113 and 114: частности средств
Page 115 and 116: что дало возможнос
Page 119 and 120: торах, влияющих на
Page 121 and 122: Таблица 1Динамика к
Page 123: Вклад авторов в раб
show all

Электронный журнал открытого доступа Кардиометрия. Выпуск 16, Мая 2020

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?