VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Выявление заболеваний сердечно – сосудистой системы является актуальной проблемой. Её решение невозможно без использования высокоточной аппаратуры для проведения ЭКГ. Электрокардиография высокого разрешения в расширенной полосе частот способна решить данную проблему. ЭКГ высокой частоты на основании теории Фурье позволяет более точно описать импульсы, однако возрастает количество шумов, избавление от которых требует схемотехнических и алгоритмических решений. Обнаружение патологий на ранней стадии и своевременное лечение позволят предотвратить ВСС, а следовательно спасти много человеческих жизней.

1.  

   1. Измеряемые параметры при снятии электрокардиограммы

Основные исследования при установлении диагноза больному по ЭКГ сводятся к измерению характерных временных интервалов, определению изолинии и измерению амплитуды зубцов ЭКГ. Ниже приводятся только самые основные измеряемые параметры.

Измерение амплитуд зубцов ЭКГ в клинической практике традиционно производится по записи сигнала на бумажной ленте (в миллиметрах). При пересчете соответствующих значений в размерность электрического напряжения следует помнить, что стандартная установка чувствительности записывающих устройств при электрокардиографических исследованиях составляет 1 мВ=10 мм.

Зубцы ЭКГ обозначаются латинскими буквами. Если амплитуда зубца QRS-комплекса со стандартного электрокардиографа составляет больше 5 мм, то этот зубец обозначается прописной (заглавной) буквой, если меньше строчной (малой) буквой. На рис. 1 дано схематическое изображение зубцов нормальной ЭКГ.[1]

Рисунок 1.1 Схематическое изображение зубцов и интервалов нормальной ЭКГ

1.2 Подходы к анализу сигналов

Большинство медицинских сигналов имеет сложные частотно-временные характеристики. Как правило, такие сигналы состоят из близких по времени, короткоживущих высокочастотных компонент и долговременных, близких по частоте низкочастотных компонент.

Для анализа таких сигналов нужен метод, способный обеспечить хорошее разрешение и по частоте, и по времени. Первое требуется для локализации низкочастотных составляющих, второе – для разрешения компонент высокой частоты.

Вейвлет-преобразование является одним из таких методов, завоевавшим популярность в столь разных областях, как телекоммуникации, компьютерная графика, биология, астрофизика и медицина. Благодаря хорошей приспособленности к анализу нестационарных сигналов оно стало мощной альтернативой преобразованию Фурье в ряде медицинских приложений. Так как многие медицинские сигналы нестационарные, методы вейвлет анализа используются для распознавания и обнаружения ключевых диагностических признаков.

Преобразование Фурье представляет сигнал, заданный в некоторой временной области, в виде разложения по ортогональным базисным функциям (синусам и косинусам), выделяя таким образом частотные компоненты. Недостаток преобразования Фурье заключается в том, что частотные компоненты не могут быть локализованы во времени, что накладывает ограничения на применимость данного метода к ряду задач (например, в случае изучения динамики изменения частотных параметров сигнала на временном интервале).

Существует два подхода к анализу нестационарных сигналов такого типа. Первый – локальное преобразование Фурье (short-time Fourier transform). Следуя этому пути, мы работаем с нестационарным сигналом, как со стационарным, предварительно разбив его на сегменты (окна). Второй подход – это вейвлет - преобразование. В этом случае нестационарный сигнал анализируется путем разложения по базисным функциям, полученным из некоторого прототипа путем сжатий, растяжений и сдвигов. Функция прототип называется материнским, или анализирующим вейвлетом.[2]

1.  

   1. Структурная схема ЭК высокого разрешения

Структурная схема ЭК с расширенной полосой частот существенно не отличается от структурной схемы ЭК с полосой частот 100-250 Гц.

На структурной схеме приведены основные блоки разрабатываемого прибора, среди которых: ИУ – инструментальный усилитель, ОУ – операционный усилитель, АЦП – аналого-цифровой преобразователь, ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь.

С помощью резисторов R2, R5, R8, R11 и R14 устанавливаются коэффициенты усиления ИУ. Далее сигналы идут на входы операционных усилителей (ОУ) DA6-DA10.

Далее сигналы поступают на АЦП DD1-DD5. Вся схема управляется микроконтроллером DD6. После оцифрованные сигналы в виде двоичного кода передаются на ЦАП DD7-DD11, откуда поступают на входы ОУ DA6-DA10 по обратной связи, таким образом происходит вычитание вновь поступившего сигнала и уже прошедшего АЦП и ЦАП, что помогает уменьшить дрейф изолинии на входе системы.

В отличии от ЭК с низкой полосой частот, в данной схеме используются АЦП: ADS1294 с тактовой частотой 10 кГц.

Список Литературы

1. Орлов В. Н. Руководство по электрокардиографии. М.: Медицина, 1984. (82-85)

2. Съем и обработка биоэлектрических сигналов: Учебное пособие

Автор/создатель: Зайченко К.В., Жаринов О.О., Кулин А.Н. и др. Год: 2001 (96-101)

Код для цитирования: Скопировать