Обработка биомедицинских сигналов: Учебное пособие, страница 11

В качестве начального порогового значения DW_пор можно использовать величину 0.9DW_max, полученную в первом (установочном) кардиоцикле. Значение DW_max  для последующих кардиоциклов вычисляется как среднее из максимальных значений для каждого из предыдущих кардиоциклов.

Наряду с DW в качестве стробирующей функции используется также нормированная сумма модулей первой производной DWM:

 .                                                       (39)

Функция (39) требует меньших вычислительных затрат на расчет текущих значений DWM_i и по форме и свойствам близка к DW, определяемой выражением (36). Использование DWM является более удобным при аппаратной реализации либо в условиях экономии вычислительных ресурсов. Недостатком DWM по сравнению с DW является более высокая чувствительность к изменению других зубцов и комплексов, что теоретически может привести к сбою в работе алгоритма при ярко выраженных аномалиях ЭКС, проявляющихся, например, в наличии высокоамплитудных и имеющих небольшую длительность зубцов Т.

QRS-стробирование с верификацией

 Для повышения надежности обнаружения ST-сегмента помимо основной стробирующей функции используется дополнительная (верифицирующая) функция.

Зададим ширину временного окна WW заведомо превышающей интервал T_QRS + T_SТ, например равной ¾ расчетного интервала QT. В этом случае «полочка» максимального уровня перекрывает как ST-сегмент, так и часть переднего фронта Т-зубца. Введем в процедуру обработки вторую (верифицирующую) функцию DDW, принимающую значения, близкие к нулю, на медленно меняющихся участках сигнала (ТР, PQ, ST).

Установив пороги срабатывания для DDW (DDW_пор) (в идеальном случае равные нулю) и для DW или DWM (DW_пор или DWМ_пор), определим решающее правило для выделения интервала ST-сегмента (формирования стробирующего импульса Ustr) следующим образом:

Ustr=Ustr1∙Usrt2,                                                (40)

где       или    ,

.

Простейшим примером верифицирующей функции является модуль первой производной сигнала, эквивалент которой для дискретного сигнала – модуль разности первого порядка:

                                                                                                                        (41)

(показана на рис. 23,в сплошной линией).

Формирование стробирующего импульса для выделения ST-сегмента представлено на рис. 23. Пунктиром на рис. 23 показан кардиосигнал. Стробирующая функция DWM (сплошная линия на рис. 23,а) сравнивается с пороговым уровнем (штриховая линия на рис. 23,а), вычисленным как 0.9DWМ_max. В результате формируется первый стробирующий сигнал (рис. 23,б). При отличии верифицирующей функции DDW  (рис. 23,в) от нуля формируется второй стробирующий сигнал (рис. 23,г). При перемножении стробирующих сигналов в соответствии с (40) формируется стробирующий сигнал (рис. 23,д), совпадающий во времени с ST-сегментом.

Для реального сигнала, обладающего большим разбросом параметров формы зубцов и комплексов и искажаемого наличием случайных помех, описание верифицирующей функции усложняется. Чтобы уменьшить влияние случайных шумовых артефактов, можно использовать в качестве DDW значения нормированной суммы модулей первых производных,  вычисленных во временном окне длительностью 4-8 интервалов дискретизации. С увеличением ширины временного окна, в котором вычисляется DDW, снижается влияние шума на результат преобразования, но также падает и чувствительность к обнаружению незначительных изменений формы сигнала. Число дискретных временных отсчетов, используемых в процедуре вычисления, может быть увеличено при повышении частоты дискретизации исходного сигнала.

   

DWМ

а

Ustr1     

            б

DDW

в

Ustr2

г

         Ustr

  д

Рис. 23. Формирование сигнала Ustr для метода с независимой

верифицирующей функцией

Обнаружение окончания ST-сегмента, то есть момента перехода к Т-зубцу, не всегда достоверно не только при использовании автоматических алгоритмов, но и при трактовке ЭКГ специалистами. В данном методе в случае наличия выраженного перехода ST-Т происходит обнаружение момента окончания ST-сегмента с точностью, соответствующей точности обнаружения точки JN, в противном случае используется расчетная длительность.

4.3.2. Оценка информативных параметров и классификация типа формы ST-сегмента

К значимым медицинским параметрам формы ST-сегмента относят:

-  абсолютную величину и знак смещения;

-  направление наклона и его выраженность;

-  наличие выпуклости или вогнутости и их выраженность.

Можно выделить точечные и интегральные классы методов оценки указанных параметров.

В классе точечных методов оценка параметров ST-сегмента производится путем измерения уровня сигнала в характерных точках и сравнения полученных значений с пороговыми уровнями. Отличия существующих методов заключаются в методе выделения начала ST-сегмента, количестве точек, в которых оценивается сигнал (от 1 до 4 на каждый кардиоцикл), и в методе выбора временной локализации  этих точек.

Классификация точечных методов оценки параметров ST-сегмента приведена на рис. 24.  Можно выделить:

1. Методы с использованием фиксированных временных интервалов. Например, уровень сигнала измеряется в точках, отстоящих на 20 и 60 мс от точки JN.

2. Методы с использованием временных интервалов, принимающих различные значения для нескольких фиксированных диапазонов значений ЧСС. Например, уровень сигнала измеряется в точке, отстоящей от JN на 80 мс при

Рис. 24. Методы оценки параметров ST-сегмента

ЧСС меньше 100 уд/мин, на 72 мс – при 100<ЧСС≤110, на 64 мс – при 110<ЧСС≤120, на 60 мс – при ЧСС>120.

3. Методы с использованием временных интервалов, динамически зависящих от ЧСС.