КАРДИОАЙГЕНОСКОП

Область техники.
Устройство «Кардиоайгеноскоп» представляет собой анализатор независимых компонент кардиограмм и относится к медицинским приборам, применяемым в кардиологии. Кардиоайгеноскоп имеет дополнительные функциональные качества, позволяющие раздельно анализировать некоррелированные компоненты кардиосигнала, что может быть полезно при оценке состояния пациента и позволяет лучше фильтровать кардиосигнал от помех. Кардиоайгеноскоп может быть реализован как в виде программно-аппаратного комплекса, так и в виде виртуального прибора на базе стандартного компьютера.
Уровень техники. Аналоги и их недостатки. Прототип.
Известно [1], что процесс кардио диагностики зачастую сопряжен с ошибками. Примерно 38% электрофизиологов (по данным [2]) принимают артефакт кардиосигнала за желудочковую тахикардию, а 55% врачебных заключений (по результатам [3]) Холтеровского суточного мониторирования содержат ошибки методического характера. До 43% ложных тревог от прикроватных мониторов ЭКГ (по данным [5]) вызваны неверной интерпретацией артефактов сигнала встроенным программным обеспечением. По данным [4] ошибки электрокардиодиагностики недопустимо часто приводят к тому, что пациенту назначается неправильное лечение, вплоть до назначения операции по имплантации электрокардиостимулятора. Из сказанного следует, что задача уменьшения вероятности ошибки электрокардиодиагностики актуальна.
Автором [1] проведен анализ литературных источников, каталогов поставщиков и производителей медицинской техники, в процессе которого были рассмотрены модельные ряды приборов от 101 компании-производителя электрокардиографической техники, в том числе 17 отечественных производителей (ООО «Альтоника», ЗАО «ИжМедикал», ООО «Нейрософт» и другие). Установлено, что ведущие иностранные производители на данный момент предлагают для своих приборов дополнительное специализированное программное обеспечение, позволяющее оценивать диагностическую значимость регистрируемого ЭКГ сигнала, например технология Marquette Hookup Advisor от General Electric. Однако большинство производителей предлагает данную функциональность только в старших и наиболее дорогостоящих моделях своих модельных рядов. Например, кардиограф Philips Page Writer Trim II, позволяет оценивать диагностическую значимость сигнала на каждом отведении в режиме реального времени. Но ввиду дороговизны данные приборы не доступны для широкого и повсеместного использования. При этом отечественные приборы практически не обладают должными возможностями. Так, например, электрокар диоанализатор «Анкар-131» фирмы «Медиком-МТД» позволяет следить за качеством установки электродов и индицировать обрыв отведения. Однако он не обеспечивает возможности оценки диагностической значимости и наличия артефактов в сигнале. Автором [1] на данный момент не выявлено публикаций в отечественной литературе, посвященных разработке метрик диагностической значимости электрокардиографического сигнала. В то же время со стороны зарубежного научного сообщества наблюдается повышенный интерес к обозначенной проблеме. Об этом свидетельствует увеличение количества публикаций по данной тематике и проведенный в 2011 г.на базе международного ресурса PhysioNet.com конкурс, направленный на разработку методов повышения качества электрокардиографических исследований, в частности телемедицинских систем на базе мобильных телефонов (смартфонов) [6]. Поэтому чрезвычайно актуальным является совершенствование известных или разработка новых алгоритмов оценки диагностической значимости электрокардиографического сигнала, с целью снижения вычислительной стоимости и расширения возможностей распознавания большего количества артефактов.
Сказанное делает актуальным использование в кардиоскопии новых принципов обработки сигналов, в том числе и основанных на использовании айгеноскопа (Анализатора собственных векторов и компонент сигнала [7]).
Положенный в основу работы Кардиоайгеноскопа принцип совпадает с принципом работы айгеноскопа, который и рассматривается в качестве прототипа (фиг.1). Таким образом, Кардиоайгеноскоп можно рассматривать как специализированный айгеноскоп, адаптированный для анализа кардиограмм, который в силу заявленных конструктивных особенностей позволяет получить заявляемый технический результат.
Раскрытие полезной модели.
Кардиоайгеноскоп предназначен для решения задачи ранней диагностики изменений кардиосигнала; в нем используется совместный анализ некоррелированных компонент и собственных векторов кардиосигнала. Непосредственное использование устройства [7] (прототипа) не позволяет получить ту выразительность некоррелированных компонент, которую обеспечивает кардиоайгеноскоп. Под выразительностью мы понимаем возможность максимально точно аппроксимировать кардиосигнал минимальным числом некоррелированных компонент. Предлагаемое устройство является средством, которое впервые обеспечивает технический результат, состоящий в получении максимальной выразительности первых 2-4 некоррелированных компонент кардиосигнала.
Остановимся на общих чертах айгеноскопа [7] и предлагаемого Кардиоайгеноскопа, конструкции которых в статике (структурные схемы) приведены на фиг.1 и 2, соответственно. В таблице 1 приведены признаки прототипа с выделением тех из них, которые совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели, в таблице 2 наоборот - выделены признаки, которые отличают предлагаемую полезную модель от прототипа.
Таблица 1
Nпп
Признак аналога (прототипа)
Наличие признака в заявляемой полезной модели
1
Блок масштабирования
Отсутствует
2
Блок вычисления матрицы смешанных моментов
Присутствует
3
Блок вычисления собственных векторов и собственных значений
Присутствует
4
Блок вычисления скалярных произведений и анализатора признаков
Отсутствует
5
Связь «Вход устройства - первый вход блока вычисления скалярных произведений и анализатора признаков»
Отсутствует
6
Связь «Выход устройства блок вычисления матрицы смешанных моментов- Блок вычисления собственных векторов и собственных значений
Присутствует
7
Связь «Выход блока вычисления матрицы смешанных моментов - второй вход блока вычисления скалярных произведений и анализатора признаков»
Отсутствует
8
Связи «первый и второй выходы блока вычисления собствнных векторов и собственных значений - третий и четвертый входы блока вычисления скалярных произведений и анализатора признаков»
Отсутствует
9
Двухсторонняя связь «блок вычисления скалярных произведений и анализатора признаков - окружение»
Отсутствует
Таблица 2
Nпп
Признак полезной модели
Наличие признака в прототипе
1
Блок формирования ансамбля кардиоосциляций
Отсутствует
2
Блок вычисления матрицы смешанных моментов
Присутствует
3
Блок вычисления собственных векторов и собственных значений
Присутствует
4
Блок восстановления кардиосигнала и анализа признаков
Отсутствует
5
Связь «Вход вычисления матрицы смешанных моментов - первый вход блока восстановления кардиосигнала и анализа признаков»
Отсутствует
6
Связь «Выход блок вычисления матрицы смешанных моментов - блок вычисления собственных векторов и собственных значений»
Присутствует
7
Связь «Выход блока вычисления матрицы смешанных моментов - второй вход блока вычисления скалярных произведений и анализатора признаков»
Отсутствует
8
Связи «первый и второй выходы блока вычисления собствнных векторов и собственных значений - второй и третий входы блока восстановления кардиосигнала и анализа признаков»
Отсутствует
9
Двухсторонняя связь « блок восстановления кардиосигнала и анализа признаков - окружение»
Отсутствует
Если в айгеноскопе для формирования матрицы смешанных моментов (в том числе и ковариационной матрицы) использовалась т.н. траекторная матрица, то в предлагаемом устройстве матрица смешанных моментов (в частном случае ковариационная матрица) вычисляется на основе матрицы ансамбля кардиоосцилляций, которая формируется из сегмента кардиосигнала, соответствующего нескольким десяткам сердечных сокращений. Каждый элемент ансамбля (строка матрицы) представляет собой отрезок сигнала определенной длины, который содержит в себе сигнал от единственного сердечного сокращения. Этот признак Кардиоайгепоскопа, наряду с другими, отличающими его от прототипа (выделены в таблице 2 подчеркиванием) являются сущностными отличиями, позволяющими получить технический результат, который состоит в значительном уменьшении (по сравнению с прототипом - айгеноскопом) количества энергетически значимых некоррелированных составляющих кардиосигнала, что существенно упрощает их анализ и использование при диагностике.
Такой технический результат получается вследствие всей совокупности признаков заявляемой модели и не достижим в прототипе (об этом отдельно будет сказано ниже); этот результат проявляется объективно при изготовлении и использовании кардиоайгеноскопа всегда, вне зависимости от того как реализованы блоки, входящие в состав кардиоайгеноскопа.
Покажем, что число энергетически значимых некоррелированных компонент кардиосигнала (когда комплекс QRS явно выражен) непосредственно (причинно) связан со способом формирования ансамбля кардиоциклов. На фиг.18 приведено сравнение вклада в энергию кардиосигнала некоррелированных компонент, которые получаются с использованием кардиоайгеноскопа (кривая 1) и прототипа (кривые 2-4) для случая обработки кардиосигнала из группы с инфарктом миокарда (база данных сигналов [10]). Как видно из графиков, кардиоайгеноскоп обеспечивает заявляемый технический результат - максимальный вклад в энергию кардиосигнала первых двух-четырех некоррелированных компонент в этом случае выше чем у прототипа. Так в случае кардиоайгеноскопа (кривая 1 фиг.18) первые 2 некоррелированные компоненты имеют приблизительно 83% вклад в энергию кардиосигнала, тогда как в случае прототипа эта величина колеблется в пределах 46-55% (кривые 2-4 фиг.18). Причина, по которой кардиоайгеноскопом обеспечивается такой технический результат лежит в том как формируется ансамбль кадиоосциляций блоком 1. Аналогичные причинно-следственные связи наблюдаются и для других нозологических групп кардиосигналов. Таким образом, технический результат обеспечивается именно за счет блока формирования ансамбля кардиоосциляций и его связей с другими блоками.
Еще раз отметим, что такой эффект проявляется объективно безотносительно к тому как реализованы блоки, входящие в состав устройства и к какой нозологической группе относится анализируемый кардиосигнал.
Таким образом, причиной, препятствующей получению технического результата в прототипе является то, что в прототипе в блоке вычисления матрицы смешанных моментов используется траекторная матрица, формируемая на произвольном интервале анализа никак не связанном с периодом кардиоосциляций, а в полезной модели блок 1 формирования ансамбля кардиоосциляций формирует ансамбль, в котором R-пик имеет фиксированное положение, что способствует получению технического результата. Следовательно, совокупность признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, заключается в наличии блока формирования ансамбля кардиоосциляций, связанного с блоком вычисления матрицы смешанных моментов.
Заявляемое устройство представляет собой в неизменном (неработающем состоянии) совокупность блоков, назначение которых (что они должны делать в работающем, но не делают в статическом состоянии, сохраняя готовность это делать) дано в описаниях фигур 1,2 и 3. Блоки 2 и 3 - такие же, как и в прототипе. Блок 1 в статическом состоянии состоит из блоков, представленных на фигуре 2, а блок 4 в статическом состоянии состоит из блоков, представленных на рис.4. Представленные на этих фигурах взаимосвязи (стрелки) между блоками также присутствуют в статическом состоянии и представляют собой интерфейсы ввода-вывода данных (input-output interface devices - [8, стр.120]).
Устройство содержит двухстороннюю связь с оружением. Слово «окружение» в техническом языке является общепринятым. Так например оно включено в словарь [8, стр.195] как перевод английского слова environment. Под окружением системы обычно понимается множество элементов и их существенных свойств, которые не являются частями системы, но изменение в любом из них может стать причиной изменения состояния системы.
К типичным но, очевидно, не единственным окружениям кардиоайгеноскопа могут относиться:
- устройство сбора информации и отображения информации- в случае если несколько кардиоайгеноскопов подключены к одному рабочему месту (например, дежурного в палате реанимации)
- устройство дистанционного управления кардиоайгеноскопом (например, позволяющего изменять режимы его работы). Для связи с окружением могут быть использованы многообразные
общеизвестные устройства (которые можно подразделить в зависимости от уровня
описания):
1. Соединительные шнуры (path cord) - [8, стр.367]
2. Шины данных (data bus) - [8, стр.365]
3. Интерфейс (interface device) - [8, стр.120]]
Сенсорный экран (touch-sensitive screan) - [8, стр.371]
Кардиоайгеноскоп обрабатывает последовательные сегменты дискретизированного и оцифрованного кардиосигнала, имеющие длительность N дискретов, в которую, как уже отмечалось, укладывается несколько десятков кардиоосцилляций. Сигнал на каждом из таких сегментов задается последовательностью дискретных отсчетов  Пример кардиосигнала, в котором наблюдается доминирование пиков, приведен на фиг.5.а. Такой сигнал наблюдается далеко не всегда. На фиг.5.6 приведен кардиосигнал, соответствующий фибрилляции (пациент находится в коме). Как видно из рисунка, пики в этом случае не доминируют.
Каждая из последовательностей длины N центрируется и приводится (если это необходимо) к «нормальному» виду (с положительными пиками, если последние доминируют). Если пики доминируют, то определяется их положение и средний период их следования , а затем формируется ансамбль кардиоосцилляций. Если доминирования пиков нет, то сразу определяется средний период, а затем формируется ансамбль. Каждый элемент ансамбля представляет собой матрицу-строку, описывающую отдельный сегмент кардиосигнала на интервале, равном (как правило) среднему периоду. В случае доминирования пиков, в центре строки расположен пик кардиоосцилляций, а общая длина матрицы-строки равна дискретному значению среднего периода . Пример такого ансамбля приведен на фиг.б.а - для случая домнирования пиков, а на фиг.б.б - для случая отсутствия доминирования.
Ансамбль представляет собой прямоугольную матрицу  с размером , где К - число элементов ансамбля, равное числу целых кардиоосцилляций размера , которые укладываются в интервал анализа N.
На основании матрицы  определяется ковариационная матрица кардиоосцилляций, задаваемая соотношением
'
Где (…) - означает транспонирование матрицы.
Для ковариационной матрицы (1) находятся собственные векторы и собственные значения, удовлетворяющие соотношению
-3
Размерность ковариационной матрицы для случая дискретизации кардиосигнала с периодом 10 секунды обычно составляет не более 700. Время вычисления ковариационной матрицы на основании соотношения (1) для К≤50 и вычисления собственных векторов и собственных значений матриц при ≤700 с использованием стандартных вычислительных средств составляет 1…5 секунд, что позволяет оценивать собственные векторы и собственные значения ковариационной матрицы. Средняя энергия сигнала, наблюдаемого на интервале , определяется соотношением
Это означает, что последовательность
которую будем далее называть нормированным спектром собственных значений, определяет относительную долю в средней энергии (3), принадлежащую соответствующему собственному вектору. Далее, как и в [7], нормированный спектр собственных значений мы будем упорядочивать по убыванию. Поскольку каждое нормированное собственное значение выражает информацию о доле энергии, которую «объясняет» соответствующий ему собственный вектор, будем называть величину нормированного собственного значения, соответствующего собственному вектору, выразительностью собственного вектора. Далее будем указывать выразительность в %. Суммарное значение выразительностей всех собственных векторов равно 100%. Чем выше выразительность собственного вектора, тем больше информации он несет.
-5
Можно показать, что нормированный спектр собственных значений для ковариационной матрицы (1), построенной с использованием  имеет количество ненулевых собственных значений равное К. На экранной форме, представленной на фиг.7.а (верхнее правое окно) приведен типичный нормированный спектр (4), построенный для случая К=35 и =680. Как видно из графика, представленного в окне, только 35 первых нормированных собственных значений имеют уровень выше 10.
Но даже такое число собственных значений является избыточным для анализа. В верхнем левом окне формы, представленной на фиг.7.а, приведены первые 10 нормированных собственных значений, из которых только 4 имеют выразительность, превышающую 1%, и только 7 имеют выразительность, которая превышает 0.1%. Поэтому для диагностики достаточно визуализировать первые 10 нормированных собственных значений. В нижних окнах экранной формы, представленной на фиг.7.а, показаны графики кумулятивной выразительности. Каждая точка этого графика представляет сумму заданного на оси абсцисс числа первых собственных значений. Так из левого нижнего графика видно, что 4 первых нормированных собственных значения обеспечивают кумулятивную выразительность (объясненную среднюю энергию) на уровне 99%. Такая величина типична для здорового сердца.
-5
В случае фибрилляции ситуация меняется: выразительность первого собственного вектора значительно уменьшается, причем выразительности первого и второго собственных векторов становятся соизмеримыми. Это иллюстрирует экранная форма, представленная на фиг.7.б. В случае отсутствия доминирования, для анализа выразительности уже может оказаться недостаточно первых 10 собственных значений. Поэтому в таком случае рекомендуется использовать все нормированные собственные значения, величина которых превышает 10.
На экранной форме, представленной на фиг.8.б, показан типичный вид первых четырех собственных векторов для случая отсутствия доминирования пиков.
Выразительность собственных векторов может меняться во времени. На экранной форме, представленной на фиг.9, график в верхнем правом окне показывает как менялась выразительность первых четырех собственных векторов на протяжении 11 интервалов анализа; в левом верхнем окне показан исходный кардиосигнал на последнем интервале анализа, а в нижних окнах - нормированный спектр первых 10 собственных значений для последнего интервала анализа (слева) и кумулятивный нормированный спектр для того же интервала анализа (справа).
Анализ нормированных спектров собственных значений показывает, что имеет смысл подвергать анализу только первые собственные векторы, которые обладают наибольшей выразительностью. На экранной форме, представленной на фиг.8.а показаны первые четыре собственных вектора для конкретного интервала анализа - для случая доминирования пиков. Как видно из рисунков, действительно, максимальной выразительностью (более 88%) обладает первый собственный вектор. Остальные три вектора имеет смысл анализировать в специальных случаях. Так, например, при ослаблении уровня кардиосигнала ниже уровня гармонической помехи, первый (а возможно и второй) собственный вектор будет представлять форму помехи, а следующие - выражать кардиосигнал.
Собственные векторы с номерами 2-4 менее выразительны чем первый и, как правило, несут информацию о действующих на кардидиосигнал помехах и его флуктуациях. Для выявления зон нестабильности кардиоосцилляции может быть использован следующий подход. Для модулей собственных векторов с номерами 2-4 определяется среднее геометрическое (пример показан в левом окне экранной формы, представленной на фиг.10). В тех интервалах времени, на которых у всех (с номерами 2-4) собственных векторов наблюдаются большие значения, среднее геометрическое также имеет большие значения. Для среднего геометрического может быть вычислена квантиль
0.97
заданного порядка (на рисунке приведен пример процентили X) и определены границы интервалов времени, на которых значение среднего геометрического превышает квантиль. Эти границы задают зону нестабильности кардиоосцилляции и могут быть визуализированы на графике первого собственного вектора, как это показано в правом окне экранной формы, представленной на фиг.10. Указание на зоны нестабильности облегчает процедуру диагностики.
Наконец, полученные собственные векторы могут быть использованы для восстановления кардиоосцилляции. В этом случае используется соотношение
где
- ансамбль, состоящий из К кардиоосцилляций.восстановленных с помощью L собственных векторов,
- исходный ансамбль кардиоосцилляции, используемый для построения собственных векторов,
- матрица собственных векторов, используемых при восстановлении (собственные векторы записаны в эту матрицу как столбцы).
На фиг.11 и 12 приведен пример восстановления с использованием соотношения (5) для случая L=4 и L=2, соответственно.
В кардиоайгеноскопе с описанной выше структурой можно осуществлять различные варианты визуализации. Наиболее экономным является интерфейс с двумя экранными формами, использование которого для случая доминирования пиков и отсутствия доминирования представлено на фиг.13 и 14.
Как это показано на фиг.14.б, при необходимости, восстановление компонент кардиосигнала может производиться неоднократно. На экранной форме, представленной на фиг.14.б показан восстановленный кардиосигнал (верхнее окно), из которого далее были изъяты первые 4 компоненты, для полученного таким образом «остатка» повторно был сформирован ансамбль, на его основе получены новые собственные вектора и по первым двум - проведено повторное восстановление. В результате выявляется высокочастотная компонента кардиосигнала, имеющая частоту около 4.3 Гц, тогда как восстановленная по первым двум собственным векторам составляющая имеет частоту около 2.4 Гц.
Формирование ансамбля кардиоосцилляций для случая доминирования и отсутствия ярко выраженных пиков происходит, как уже отмечалось, на интервале равном среднему периоду кардиоосцилляций (соответствует частоте пульса). Однако алгоритм измерения среднего периода отличается для этих двух случаев. Устройство должно автоматически различать тип кардиосигнала, который анализируется на интервале анализа.
Для исследования различения кардиосигналов с доминированием и отсутствием пиков было проанализировано четыре критерия, приведенных в таблице 1.
На фиг.15 приведены оценки плотности вероятностей для указанных в таблице 1 критериев различения. Как видно из рисунков, наибольшим качеством различения
1
отличается критерий использующий коэффициент асимметрии γ, вычисляемый по стандартной формуле  выборочная дисперсия,  - выборка кардиосигнала на интервале анализа.
Как показывает анализ фиг.15.а, наилучшим значением порога для критерия доминирования, использующего коэффициент асимметрии, является величина 2. Поэтому в устройстве предлагается использовать следующее решающее правило:
1
если γ≥1, то имеется доминирование пиков,
1
если γ<2, то доминирование пиков отсутствует.
Остановимся на том, как в устройстве формируется ансамбль кардиоосцилляций, используемый далее для вычисления ковариационной матрицы и ее собственных векторов и собственных значений.
Таблица 3
Критерии и решающие правила выявления доминирования пиков кардиосигнала
Nпп
Критерий
Решающее правило
1
Коэффициент асимметрии γ<sub>1</sub>
если γ<sub>1</sub>≥1, то имеется доминирование пиков, если γ<sub>1</sub><2, то доминирование пиков отсутствует.
2
Отношение уклонений экстремумов кардиосигнала от выборочного среднего <img file="00000016.tif" he="15" wi="36" img-content="undefined" img-format="tif" />, <img file="00000015.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" /> - выборка кардиосигнала на интервале анализа.
если <img file="00000017.tif" he="8" wi="19" img-content="undefined" img-format="tif" />, то имеется доминирование пиков, если <img file="00000018.tif" he="8" wi="19" img-content="undefined" img-format="tif" />, то доминирование пиковотсутствует, где <img file="00000019.tif" he="8" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" /> число, выбираемое в пределах <img file="00000020.tif" he="10" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
3
Отношение уклонений экстремумов кардиосигнала от выборочной медианы <img file="00000021.tif" he="14" wi="41" img-content="undefined" img-format="tif" />, <img file="00000015.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" /> - выборка кардиосигнала на интервале анализа.
если <img file="00000022.tif" he="9" wi="23" img-content="undefined" img-format="tif" />, то имеется доминирование пиков, если <img file="00000023.tif" he="10" wi="23" img-content="undefined" img-format="tif" />, то доминирование пиковотсутствует, где <img file="00000024.tif" he="7" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" /> число, выбираемое в пределах <img file="00000025.tif" he="7" wi="29" img-content="undefined" img-format="tif" />.
4
Отношение уклонений квантили q<sub>0,95</sub> и q<sub>0,05</sub> от медианы q<sub>0,5 </sub><img file="00000026.tif" he="13" wi="32" img-content="undefined" img-format="tif" />
если <img file="00000027.tif" he="7" wi="19" img-content="undefined" img-format="tif" />, то имеется доминирование пиков, если <img file="00000028.tif" he="8" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />, то доминирование пиковотсутствует, где <img file="00000029.tif" he="9" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" /> число, выбираемое в пределах <img file="00000030.tif" he="7" wi="30" img-content="undefined" img-format="tif" />
Структурная схема формирования ансамбля кардиоосцилляций представлена на фиг.3. Все блоки, входящие в состав блока формирования ансамбля кардиоосцилляций 1 имеют двухсторонние связи с блоком программного управления 14; действия выполняемые блоками описаны в таблице 2. Так как при одинаковом составе блоков, входящих в блок 1, в разных режимах они по-разному взаимодействуют друг с другом под управлением блока 14, то раздельно рассмотрим формирование ансамбля кардиоосцилляций в режимах присутствия и отсутствия доминирования пиков.
Режим присутствия доминирования пиков. После того, как для сегмента кардиосигнала в блоке 10 был вычислен коэффициент асимметрии и оказалось, что его величина превышает пороговое значение 2, вступает в действие схема формирования ансамбля для режима доминирования пиков. Блок 9 вычисления порога в этом режиме определяет на текущем
0.95
0.97
интервале анализа N для анализируемого сегмента кардиосигнала квантиль q или q - Величина порядка квантили выбирается такой, чтобы квантиль находилась на близком к линейному участке функции распределения значений кардиосигнала. На фиг.16.а представлена типичная функция распределения для режима доминирования пиков. Сравнение фиг.16.а и 16.б показывает, что в режиме отсутствия доминирования верхний правый участок функции распределения имеет выгнутый (близкий к квадратичному) характер.
Значение порога с выхода блока 9 передается в блок 14, который передает это значение вместе с отсчетами кардиосигнала на интервале анализа (все вместе или последовательно поотсчетно) в блок определения положения 11, который формирует две последовательности номеров отсчетов. Первая последовательность соответствует ситуации когда два смежных отсчета  удовлетворяют логическому условию ; в этом случае номер отсчета i записывается в первую последовательность. Вторая последовательность соответствует ситуации когда два смежных отсчета  удовлетворяют логическому условию ; в этом случае номер отсчета i записывается во вторую последовательность. Таким образом, в эти последовательности записываются номера элементов выборки кардиосигнала на анализируемом интервале, которые соответствуют переходам кардиосигнала через пороговое значение «снизу-вверх» и «сверху-вниз», соответственно. Нижний рисунок фиг.17 иллюстрирует сказанное. Естественно, может наблюдаться ситуация, когда длины этих последовательностей не совпадают. Последовательности (целиком или частями) передаются из блока 11 в блок 14; после того как эти последовательности сформированы полностью в этом же блоке определяется положение максимумов (пиков) кардиосигнала. Положение максимумов может быть определено как по переходам «снизу-вверх» и «сверху-вниз», так и по средним значениям, находящимся между этими переходами. Естественно, это возможно только в том случае, если длины последовательностей переходов «снизу-вверх» и «сверху-вниз» совпадают.Определенные одним из перечисленных способов положения передаются в блок 14 где запоминаются для дальнейшего использования при формировании ансамбля кардиоосцилляций, и передаются в блок 12. Итак, в блок 12 поступает последовательность номеров отсчетов исходного сегмента кардиосигнала, которым соответствуют максимумам пиков. В блоке 12 вычисляется длительность (в дискретах) интервалов между пиками, после чего она усредняется, и от полученного значения берется целая часть. Эта величина и представляет собой средний период следования кардиоосцилляций (целое число); она передается в блок 14.
Далее величина среднего периода следования кардиоосцилляций, последовательность следования пиков и последовательность отсчетов кардиосигнала на интервале анализа передаются в блок 13, в котором формируется ансамбль кардиоосцилляций. Формирование ансамбля происходит следующим образом. Перебирается последовательность пиков. Если пик отстоит от левого или правого края интервала анализа на величину, превышающую целую часть половины среднего периода следования кардиоосцилляций, то в матрицу ансамбля кардиоосцилляций в качестве матрицы-строки, соответствующей элементу ансамбля, записывается сегмент кардиосигнала, отстоящего от пика (влево и вправо) на величину, равную целой части половины среднего периода следования кардиоосцилляций. Сказанное иллюстрируется фиг.6.а.
0.50
0.95-0.97
В случае отсутствия доминирования кардиоосцилляций, формирование ансамбля осуществляется аналогично. Отличие состоит в том, что блок вычисления порога 9 определяет медиану q, а не квантиль q - Пример таким образом сформированного ансамбля кардиоосцилляций приведен на фиг.6.б.
Выбор в качестве интервала анализа среднего периода (как в случае доминирования, так и в случае его отсутствия) обладает тем преимуществом (как показали специально произведенные исследования), что в этом случае наблюдается максимальная выразительность собственных векторов. Сказанное в большей степени относится к случаю доминирования пиков. Не исключается ситуация когда в качестве интервала, на котором происходит формирование ансамбля кардиоосцилляций, выбирается интервал не равный среднему периоду. Для этого в приборе предусматривается режим фиксированного выбора периода (как с привязкой к пику, когда он ставится в середину элемента ансамбля, так и без привязки).
В таблице 2 достаточно подробно описана работа каждого из блоков, входящих в кардиоайгеноскоп.
Таблица 4
N блока
Наименование и описание работы блока
1
Блок формирования ансамбля кардиоосцилляций: формирует матрицу <img file="00000004.tif" he="11" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" />
2
Блок вычислителя матрицы смешанных моментов: вычисляет матрицу <img file="00000034.tif" he="14" wi="55" img-content="undefined" img-format="tif" />
3
Блок вычислителя собственных векторов и собственных значений: определяет φ<sub>i</sub>, и λ<sub>i</sub>, удовлетворяющие соотношению <img file="00000035.tif" he="11" wi="65" img-content="undefined" img-format="tif" />
4
Блок анализа признаков: осуществляет подготовку информации для визуального качественного и количественного анализа собственных векторов и спектра собственных значений, осуществляет восстановление кардиосигнала.
5
АЦП: осуществляет преобразование аналогового сигнала, поступающего на его вход, в цифровой (может отсутствовать в случае, если Кардиоайгеноскоп представляет собой приставку к кардиографу с цифровым выходом).
6
Блок хранения отсчетов на интервале анализа: обеспечивает хранение отсчетов <img file="00000036.tif" he="8" wi="20" img-content="undefined" img-format="tif" />, поступающих на вход блока 6 и их пересылку в другие блоки через блок программного управления 14.
7
Блок центрирования: вычисляет на интервале анализа N среднее значение для последовательности отсчетов, поступающих на его вход <img file="00000015.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" /> по формуле <img file="00000037.tif" he="12" wi="29" img-content="undefined" img-format="tif" /> и вычисляет центрированную последовательность по формуле <img file="00000038.tif" he="7" wi="30" img-content="undefined" img-format="tif" />
8
Блок инвертирования: обеспечивает умножение последовательности <img file="00000039.tif" he="7" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />, на (-1), если это необходимо для формирования нормального вида (пиками вверх) кардиосигнала.
Таблица 4 (продолжение)
N блока
Наименование и описание работы блока
9
Блок вычисления порога: определяет квантиль порядка 0.95 или 0.97 для анализирумого сегмента кардиосигнала (случай доминирования пиков) или медиану (случай отсутствия доминирования).
10
Блок вычисления коэффициента асимметрии; Вычисляет коэффициент асимметрии γ<sub>i</sub> для анализируемого сегмента кардиосигнала. Полученное значение передается в блок программного управления 14, в котором сравнивается с величиной порога равной 2. В случае превышения порога коэффициентом асимметрии, принимается решение о присутствии доминирования пиков; в противном случае - об его отсутствии.
11
Блок определения положения: Формирует две последовательности номеров отсчетов в анализируемом сегменте кардиосигнала. Если <img file="00000040.tif" he="9" wi="41" img-content="undefined" img-format="tif" />, то в первую последовательность записывается i. Если <img file="00000041.tif" he="7" wi="42" img-content="undefined" img-format="tif" />, то во вторую последовательность также записывается число i. При доминировании пиков z=0.95-0.97, при отсутствии доминирования z=0.5. x<sub>i</sub> - отсчеты.
12
Блок вычисления среднего периода следования кардиоосцилляций: определяет интервалы t<sub>i</sub>,. между соседними пиками кардиосцилляций и затем на их основе вычисляет средний период по формуле <img file="00000042.tif" he="16" wi="38" img-content="undefined" img-format="tif" />,.где М - число интервалов между пиками кардиоосцилляций на интервале анализа N, ceil(.) - целая часть числа, стоящего в скобках.
Таблица 4 (продолжение)
N блока
Наименование и описание работы блока
13
Блок формирования матрицы ансамбля кардиоосцилляций: на основании величины среднего периода следования кар диоосцилляций <img file="00000043.tif" he="9" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" /> и последовательности моментов дискретного времени на интервале анализа, соответствующих пикам кардиоосцилляций t<sub>i</sub>, а также последовательности отсчетов приведенного к «нормальной» форме (с положительными пиками)кардиосигнала <img file="00000044.tif" he="9" wi="20" img-content="undefined" img-format="tif" /> формирует ансамбль кардиосцилляций. Каждый элемент ансамбля представляет собой матрицу-строку, получаемую из<img file="00000045.tif" he="11" wi="24" img-content="undefined" img-format="tif" /> как сегмент <img file="00000046.tif" he="10" wi="25" img-content="undefined" img-format="tif" />, в котором номера соответственно равны: <img file="00000047.tif" he="9" wi="58" img-content="undefined" img-format="tif" />. Где i-те номера отсчетов максимумов (пиков) кардиосигналов, для которых A<sub>i</sub>. и B<sub>i</sub>, не выходят за границы интервала анализа <img file="00000048.tif" he="8" wi="17" img-content="undefined" img-format="tif" /> - коэффициент пропорциональности, который как правило равен 0.5. Таким образом сформированная матрица <img file="00000004.tif" he="11" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" /> поступает на выход блока 1.
14
Блок программного управления: Обеспечивает согласованную во времени работу блоков 5-13. Взаимодействует с блоком анализа признаков 4.
15
Блок памяти: обеспечивает хранение данных, используемых при визуализации, программном и ручном управлении.
16
Блок программного управления: обеспечивает согласованную работу блоков Кардиоайгеноскопа и программную реализацию алгоритмов.
Таблица 4 (продолжение)
N блока
Наименование и описание работы блока
17
Блок ручного управления: обеспечивает ручное изменение параметров и режимов работы кардиоайгеноскопа.
18
Блок визуализации собственных векторов и собственных значений: обеспечивает (по требованию пользователя) визуализацию в рамках изменяемого набора графических интерфейсов.
19
Блок вычисления статистик собственных векторов: обеспечивает расчет статистических характеристик, необходимых для функционирования блока визуализации собственных векторов и собственных значений.
20
Блок восстановления кардиоосцилляций: обеспечивает восстановление кардиоосцилляций в соответствии с соотношением (5).
Приведем описание устройства, представленного на фигуре 2, в действии, дополняя информацию приведенную в таблице 2.
Блок формирования ансамбля кардиоосциляций 1 действует следующим образом:
1. Блок превращает отрезки кардиосигнала определенной длительности (примеры представлены на фигурах 5.а и 5.б - для случая когда отрезок представлен 10000 дискретов, что при частоте дискретизации 1 кГц соответствует длительности отрезка кардиосигнала 10 секунд, в ансамбли кардиоосциляций. Каждому из ансамблей соответствует прямоугольная матрица, в каждой из строк которой содержится информация об отдельной кардиоосциляций. Длина строк определяется как средняя величина периода следования R пиков (если они доминируют) или средний период пересечений кардиосигналом медианной линии, если R пики не доминируют.Визуально ансамбль для этих двух случаев изображен на рисунке б.а и 6.б. На этих рисунках каждой строке соответствует своя линия.
2. Если R пики доминируют (как это показано на фигуре 5.а), то определяется положение каждого из R пиков, как это показано на нижнем рисунке фигуры 17. Считается число R пиков на анализируемом отрезке сигнала, и число дискретов между первым и последним R пиками. Вычисляется число интервалов между R пиками (оно равно числу пиков минус единица) и число дискретов между первым и последним R пиками на интервале (путем вычитания из номера дискрета, соответствующего последнему R пику, номера дискрета, соответствующего первому R пику). Затем путем деления таким образом определенного числа дискретов на число пиков определяется средний период между R пиками. Эта величина делится пополам и округляется (с использованием любого правила округления). От каждого R пика откладывается влево и вправо полученное вышеуказанным образом целое число дискретов; если такая операция откладывания удается (она может оказаться неудачной для первого и последнего R пиков), то мы получаем границы соответствующей строки матрицы, описанной в п.1. 3. Если R пики не доминируют, то операции формирования строк матрицы
происходят аналогично описанным в п.2 с той разницей, что вместо положения максимумов R пиков определяются дискретные моменты перхода сигнала через его медианное значение (или только снизу вверх, или только сверху вниз - безразлично, какой из вариантов будет выбран при реализации блока)
Приведенное выше описание действия блока 1 соответствует первому пункту формулы. Этот блок может иметь конкретную реализацию представленную в формуле пунктом 2. Описание этого конкретного варианта дано ниже.
Аналого-цифровой преобразователь 5, управляемый блоком программного управления 14 (который задает параметры преобразования, к числу которых относится и интервал дискретизации) передает оцифрованные отсчеты в блок хранения отсчетов на интервале анализа, который имеет двухстороннюю связь с блоком программного управления 14. Блок программного управления задает интервалы анализа (которые, как уже говорилось выше, могут включать от нескольких до нескольких десятков периодов сердечных сокращений), а также получает от блока 6 выборку оцифрованных отсчетов на интервале анализа и передает ее в блок центрирования 7; отцентрированная выборка через блок программного управления передается в блок инвертора, где, если это необходимо, происходит инвертирование выборки, после чего выборка отправляется через блок программного управления в блок 6 для дальнейшего хранения и блок вычисления коэффицента асимметрии 10. Блок 10 вычисляет коэффициент асимметрии для всей выборки и передает его значение в блок программного управления. Далее блок программного управления 14 запрашивает выборку, которая ранее была обработана блоками 7 и 8 и хранится в блоке 6 и передает ее в блок вычисления порога 9. Если величина коэффициента асимметрии, определенная блоком 10 выше некоторого наперед заданного порогового значения (рекомендуется величина равная 2), то блок программного управления 14 передает блоку вычисления порога управляющий сигнал, который инициирует в этом блоке вычисление порога, значение которого принимается равны квантили достаточно высокого порядка (рекомендуется 0.9 - 0.97). Если величина коэффициента асимметрии, определенная блоком 10 ниже наперед заданного порогового значения, то в качестве порога берется величина медианы (квантили порядка 0.5). Величина таким образом вычисленного порога передается в блок программного управления 14, который передает эту величину вместе с выборкой, ранее была обработаной блоками 7 и 8 и хранящейся в блоке 6, в блок определения положения 11. Блок определения положения 11 анализирует смежные пары отсчетов поступившей в него выборки и если первый отсчет в паре меньше, а второй отсчет больше значения порога, поступившего в блок, то значение второго отсчета запоминается. После анализа всей выборки последовательность отсчетов, которые запомнил блок 12, передаются в блок программного управления 14, который передает их в блок вычисления среднего периода 12. Блок вычисления среднего периода 12 упорядочивает полученную последовательность по возрастанию, вычисляет разности смежных элементов и вычисляет их среднее арифметическое значение, которое затем округляется до целого значения (используется любой способ округления). Полученное таким образом среднее значение передается в блок программного управления 14, который передает его вместе с выборкой,ранее была обработаной блоками 7 и 8 и хранящейся в блоке 6, и вместе с последовательностью номеров дискретов, поступивших из блока определения положения, в блок формирования ансамбля кардиоосциляций 13. Одновременно в блок 13 из блока 14 передается сигнал о превышении коэффициентом асимметрии установленного порога. В случае, если поступил сигнал, свидетельствующий о превышении коэффициентом асимметрии порога (что свидетельствует о доминировании R пиков) блок формирования матрицы ансамбля кардиоосциляций осуществляет деление среднего периода, поступающего из блока 14, пополам с последующим округлением (используется любой способ округления), затем из каждого значения последовательности (сформированной блоком определения положения 11) вычитается половна среднего периода, а также к каждому значению прибавляется половина среднего периода - так определяются границы осциляций для случая доминирования R пиков. Если границы не выходят за пределы интервала анализа, то эти границы считаются допустимыми и используются далее для формирования ансамбля. Для каждой из допустимых границ определяется последовательность отсчетов выборки (которая хранится в блоке 6 после центрирования и, если это было необходимо, инвертирования); каждая из таких последовательностей считается строкой ансамбля кардиоосциляций (порядок строк в матрице не имеет значения). Если из лока программного управления 14 поступает сигнал, соответствующий коэффициенту асимметрии меныиену чем порог (что соответствует отсутствию доминирования R пиков), то в качестве строк матрицы ансамбля кардиоосциляций берутся отрезки выборки начиная с отсчета, следующего за нижней границей очередного интервала (начиная с первого) до его верхней границы (допустимыми считаются все интервалы). Полученная таким образом матрица ансамбля передается через блок программного управления на вход блока 2 вычисления матрицы смешанных моментов.
Все действия, осуществляемые блоками 7-13 (во взаимодействии с блоком 6) под управлением блока 14, должны выполняться за время меньшее чем выбранный интервал анализа. Во время выполнения вышеописанных действий блок 6 под управлением блока 14 продолжает принимать информацию от блока 5 - таким образом формируется выборка дискретных цифровых отсчетов для следующего интервала анализа. По окончания приема следующей выборки цикл вышеописанной обработки повторяется.
Блок 2 вычисления матрицы смешанных моментов в самом простом случае вычисляет матрицу вторых смешанных нецентральных моментов (ковариационную матрицу) по соотношению, приведенному в таблице 2. Блок вычисления собственных векторов и собственных значений вычисляет собственные векторы и собственные значения любым известным способом. Блоки 2 и 3 должны выполнять действия за время не превышающее интервала анализа. Если суммарное время выполнения операций (действий) в блоках 1,2 и 3 не превышает интервала анализа (что вполне реализуемо при современном уровне техники), то информация в блок 4 поступает с задержкой на один интервала анализа, в противном случае эта задержка составляет два интервала анализа (что вполне допустимо для большинства вариантов использования кардиоаппаратуры).
Блок восстановления кардиосигнала и анализа признаков 4 реализует выполнет следующие действия:
1. Изъятие из кардиоосциляций любых некоррелированных компонент (элиминация некоррелированных компонент)
2. Визуализация исходного ансамбля кардиооосциляций, собственных векторов, спектра собственных значений, ансамбля кардиоосциляций с изъятыми (элиминированными) некоррелированными компонентами и их статистик
3. Программное управление и ручное управление элиминацией компонент, визуализацией, хранением результатов, а также с окружением (об окружении айгеноскопа и связи айгеноскопа с окружением см. в ответе на 7 замечание экспертизы) кардиоайгеноскопа, которое получает от него визуальную и невизуальную информацию и управляет параметрами айгеноскопа через блок программного управления.
Описание фигур-чертежей.
Фиг.1. Структурная схема Анализатора собственных векторов и компонент сигнала (айгеноскопа [1]) по п.1 формулы полезной модели 116242RU: 21 - блок масштабирования, 2 - блок вычислителя матрицы смешанных моментов, 3 - блок вычислителя собственных векторов и собственных значений, 22 - блок вычислителя скалярных произведений и Кардиоайгеноскопа признаков.
Фиг.2. Кардиоайгеноскоп: 1 - блок формирования ансамбля кардиоосцилляций, 2 - блок вычислителя матрицы смешанных моментов, 3 - блок вычислителя собственных векторов и собственных значений, 4 - блок восстановления кардиосигнала и анализа признаков.
Фиг.3. Блок формирования ансамбля кардиосциляций: 5 - АЦП, 6 - блок хранения отсчетов на интервале анализа, 7 - блок центрирования, 8 - блок инвертора, 9 - блок вычисления порога, 10 - блок вычисления коэффициента асимметрии, 11 - блок определителя положения, 12 - блок вычисления среднего периода следования кардиоосцилляций, 13 - блок формирования матрицы ансамбля кардиоосцилляций, 14 - блок программного управления.
Фиг.4. Блок восстановления кардиосигнала и анализа признаков: 15 - блок памяти, 16 - блок программного управления, 17 - блок ручного управления, 18 - блок визуализации, 19 - блок вычисления статистик, 20 - блок восстановления кардиоосцилляций.
Фиг.5. Примеры сегмента кардиосигнала для режимов доминирования пиков - 5.а и отсутствия доминирования - 5.б.
Фиг.6. Примеры ансамбля кардиоосцилляций для режимов доминирования пиков - б.а и отсутствия доминирования - 6.б.
Фиг.7. Экранная форма для визуализации нормированного спектра собственных значений (выразительность собственных векторов в%) для режимов доминирования пиков - 7.а и отсутствия доминирования - 7.6:
верхнее левое окно - первые 10 нормированных собственных значений в % (выразительности),
-5
верхнее правое окно - все нормированные собственные значения, превышающие 10,
нижнее левое окно - накопленная сумма первых 10 нормированных собственных значений в % (кумулятивная выразительность),
-5
нижнее правое окно - накопленная сумма всех нормированных собственных значений в %, (кумулятивная выразительность), которые превышают 10.
Фиг.8. Экранная форма для визуализации первых четырех собственных векторов для режима доминирования - 8.а и режима отсутствия доминирования - 8.б. В окнах над графиками указан номер собственного вектора и его выразительность в %.
Фиг.9. Экранная форма для анализа временного ряда выразительностей.
В верхнем левом окне - кардиосигнал для текущего интервала анализа,
в верхнем правом окне - последовательность значений выразительности первых четырех собственных векторов (в %) для последовательности интервалов анализа,
в нижнем левом окне - первые 10 собственных значений в % (выразительность) для текущего интервала анализа,
в нижнем правом окне - накопленная сумма первых 10 собственных значений в % (кумулятивная выразительность) для текущего интервала анализа.
Фиг.10. Экранная форма для анализа вариаций первого собственного вектора. В правом окне первый собственный вектор с указанием зон нестабильности (показаны вертикальными визирами). Для определения зон нестабильности используется график среднего геометрического значения модулей 2-5 собственных векторов (показан в левом окне). По графику среднего геометрического вычисляется значение квантили заданного порядка (слева показан случай квантили уровня 97%), затем вычисляются области превышения средним геометрическим значением значения квантили, которые и указываются на правом окне как зоны нестабильности.
Фиг.11. Экранная форма для визуализации восстановленных кардиоосцилляций. Показаны последние 9 кардиосцилляций (на конкретном интервале анализа, состоящем из 13 осцилляции) восстановленных с использованием первых 4 собственных векторов.
Фиг.12. Экранная форма для визуализации восстановленных кардиоосциляций. Показаны последние 9 кардиосцилляций (на конкретном интервале анализа, состоящем из 13 осцилляции) восстановленных с использованием первых 2 собственных векторов.
Фиг.13. Типовой графический интерфейс кардиоайгеноскопа для отображения кардиосигнала с доминирующими пиками. Первая экранная форма - фиг.13.а:
верхнее левое окно - первый собственный вектор;
нижнее левое окно - выразительность собственных векторов;
верхнее правое окно - временные ряды выразительности первого собственного вектора
(верхний график) и суммарной выразительности всех остальных собственных векторов (нижний график);
нижнее правое окно - временной ряд коэффициента асимметрии. Вторая экранная форма - фиг.13.6:
верхнее окно - кардиосигнал на интервале анализа восстановленный по первым четырем собственным векторам;
нижнее окно - кардиосигнал на интервале анализа восстановленный по первым двум собственным векторам.
Фиг.14. Типовой графический интерфейс кардиоайгеноскопа для отображения кардиосигнала в режиме отсутствия доминирования. Первая экранная форма - фиг.14.а:
верхнее левое окно - первый и второй собственные векторы;
нижнее левое окно - выразительность;
верхнее правое окно - временные ряды выразительности первого собственного вектора
(верхний график) и суммарной выразительности всех остальных собственных
векторов (нижний график);
нижнее правое окно - временной ряд коэффициента асимметрии. Вторая экранная форма - фиг.14.б:
верхнее окно - кардиосигнал на интервале анализа восстановленный по первым двум собственным векторам;
нижнее окно - из кардиосигнала элиминированы составляющие, соответствующие первым четырем собственным векторам, далее для полученного таким образом сигнала построен базис собственных векторов и с использованием двух первых из вновь построенных собственных векторов произведено выявление высокочастотной составляющей.
Фиг.15. Оценки плотностей вероятностей значений критериев доминирования из таблицы 1:
m
15.а - критерий, использующий коэффициент асимметрии; 15.б - критерий K;
med
q
15.в - критерий K; 15.г - критерий K.
0.95
Фиг.16. Функции распределения значения кардиосигнала на интервале длительностью 10000 отсчетов для двух случаев: 16.а - пики кардиоосцилляций доминируют; 16.б - пики кардиоосцилляций не доминируют; на правых графиках с увеличением показаны области больших значений функции распределения. Кружком обозначена точка функции распределения, соответствующая квантили q.
0.95
Фиг.17. Сегмент анализируемого кардиосигнала (верхнее окно) и моменты перехода значений квантили q снизу вверх и сверху вниз (нижнее окно).
Фиг.18. Энергетический вклад некоррелированных компонент кардиосигнала при использовании блока 1 в кардиоайгеноскопе (кривая 1) и в прототипе (кривые 2-4):
1 - Ковариационная матрица формируется из ансамбля кардиоосциляций, когда R пик имеет фиксированное положение при длительности интервала анализа (кардиоайгеноскоп), совпадающей со средним периодом следования R-пиков (первые 2 компоненты имеют приблизительно 83% вклад в энергию)
2 - Ковариационная матрица формируется (как в прототипе) траекторией матрицы, которая в свою очередь получается из следующих друг за другом интервалов, имеющих длительность, совпадающую со средним периодом следования R-пиков (первые 2 компоненты имеют приблизительно 55% вклад в энергию)
3 - Ковариационная матрица формируется как и в п.2, но интервал анализа увеличен приблизительно на 10% (первые 2 компоненты имеют приблизительно 46% вклад в энергию)
4 - Ковариационная матрица формируется как и в п.2, но интервал анализа уменьшен приблизительно на 10% (первые 2 компоненты имеют приблизительно 46% вклад в энергию) По оси абсцисс - номер некоррелированной компоненты (компоненты пронумерованы в соответствии с уменьшением их энергетического вклада). По оси ординат - относительный энергетический вклад (доля от энергии кардиосигнала соответствующая некоррелированной компоненте).
Промышленная применимость полезной модели.
Кардиоайгеноскоп может выпускаться в виде программно-аппаратного устройства или в виде виртуального прибора, дополняющего обычный кардиограф и имеющего с ним связь через его стандартные интерфейсы.
Кардиоайгеноскоп расширяет возможности кардиодиагностики и может применяться в качестве дополнительного устройства, входящего в состав комплектов стационарного и мобильного, в т.ч. портативного, медицинского оборудования.
Источники информации
1. Козюра А.В.Оценка диагностической значимости электрокардиографического сигнала. Труды Х международной научной конференции «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии», Владимир,2012, т.1, стр.152-155.
2. Garcha-NiebIa, J, Technical Mistakes during the Acquisition of the Electrocardiogram / P Llontop-Garcнa, JI Valle-Racero, G Serra-Autonell, V.N.Batchvarov, A.B.De Luna // Ann. Noninvasive Electrocardiology. - 2009. - No 14(4). - P.389-403.
3. Шубик, Ю.В. Качество врачебных заключений по данным суточного мониторирования ЭКГ / Ю.В.Шубик, И.В.Апарина, М.М.Медведев, А.П.Фельдман // Вестник аритмологии. - ЗАО "Институт Кардиологической Техники" ("ИНКАРТ"). - 2007. - No 49. - С.25-34.
4. Knight BP, Pelosi F, Michaud GF, et al. Clinical consequences of electrocardiographic artifact mimicking ventricular tachycardia // N Eng J Med. - 1999. - No341. -P.1270-1274.
5. Abokuhall, A., Nielsen, L., Saeed, M., Mark, R.G., Clifford, G.D., Reducing false alarm rates for critical arrhythmias using arterial blood pressure waveform // Journal of Biomedical Informatics. - 2008. - Vol.41, Issue 3. - P.442-451.
6. Ikaro, S., Moody, G.B., Celi, L. Improving the Quality of ECGs Collected Using Mobile Phones: The PhysioNet/Computing in Cardiology Challenge 2011 // Computers in Cardiology. - 2011. - No38. - P.273-276.
7. Анализатор собственных векторов и компонент сигнала. Полезная модель 116242RU
8. Современный русско-английский словарь по радиоэлектронике/сост. М.С.Тясто, С.Н.Туливертов. - Ростов н/Д: Феникс, 2009. - 377 с.
9. Краткий словарь иностранных слов/сост.С.М.Локшина. М.: Сов энциклопедия, 1966. - 384 с.
10. The PTB Diagnostic ECG Database - The PTB Diagnostic ECG Database  -http://www.physionet.org/physiobank/database/ptbdb/