СПОСОБ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА
METHOD OF CARDIOSIGNAL REPRESENTATION

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к кардиотехнике, и может быть использовано для преобразования и анализа электрокардиосигналов (ЭКС).
Известен способ представления ЭКС включающий разбиение ЭКС, на RR-интервалы, которые затем накладывают последовательно один на другой, синхронизируя их по максимуму R-зубца на кардиомониторе (Патент RU №2033076). Этот способ позволяет частично подавить шумы в двух-трех смежных кардиокомплексах за счет интегрирующей способности экрана монитора при наложении двух-трех сигналов. Недостатком этого способа является низкая помехозащищенность, так как из-за постоянного изменения частоты сердечных сокращений (ЧСС) наложение большего числа кардиокомплексов не приводит к увеличению помехозащищенности из-за декореляции сигналов, особенно на несинхронизированных концах кардиокомплекса. Этот способ характеризуется низкой помехозащищенностью.
Наиболее близким по технической сущности является способ представления электрокардиосигнала, заключающийся в том, что электрокардиосигнал разбивают на RR-интервалы, синхронизируют RR-интервалы по максимуму R-зубца, выделяют RR-интервалы с одинаковой длительностью и осуществляют их когерентное сложение (Патент RU №2363379).
В записях электрокардиосигнала уровень помехи может значительно варьироваться от кардиокомплекса к кардиокомплексу, поэтому недостатком этого способа является отсутствие использования информации об уровне помехи, присутствующей в каждом складываемом кардиокомплексе, что снижает помехозащищенность и, соответственно, качество накапливаемого кардиокомплекса. Этот способ характеризуется недостаточной помехозащищенностью.
Задачей, решаемой изобретением, является повышение помехозащищенности представляемого ЭКС путем уменьшения влияния помехи на представление ЭКС, что позволяет точно определять информационные параметры кардиосигнала и за счет этого выявлять патологические отклонения в работе сердца.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый способ, как и известный, реализуется путем разбиения электрокардиосигнала на RR-интервалы, синхронизации RR-интервалов по максимуму R-зубца, выделения RR-интервалов с одинаковой длительностью и их когерентного сложения. Но в отличие от известного, в предлагаемом способе в каждом RR-интервале измеряют дисперсию помехи и нормируют уровень электрокардиосигнала на этом интервале пропорционально дисперсии помехи, измеренной для данного RR-интервала.
Достигаемый результат заключается в увеличение точности определения информационных параметров ЭКС.
k
Помехой может быть миографическая помеха (которая принципиально не может быть устранена из-за перекрытия ее спектра и спектра кардиокомплекса), дрейф изоэлектрической линии. Помехи: шумы и дрейф изоэлектрической линии из-за случайности возникновения в разных реализациях могут быть как больше, так и меньше своего среднего значения. Использование нормировки кардиосигнала относительно уровня помехи повышает соотношение сигнал/помеха, по сравнению со сложением без нормировки. Так, использование обратно пропорциональной нормировки  каждого кардиокомплекса относительно дисперсии помехи, присутствующей на данном фрагменте кардиосигнала (D - дисперсия помехи, соответствующей k-ому RR-интервалу), с дальнейшим когерентным сложением N сигналов в каждой группе RR-интервалов с одинаковой или близкой длительностью интервала RR увеличивает соотношение сигнал/помеха по сравнению со сложением без нормировки в  раз. Причем,  так как , а . Данное неравенство превращается в равенство только при одинаковой дисперсии помехи, присутствующей в каждом кардиокомплексе. Выигрыш при использовании нормировки кардиосигнала перед сложением увеличивается при значительном различии дисперсии помехи между кардиокомплексами, что соответствует условиям съема ЭКГ с помощью носимых кардиомониторов с длительной записью кардиосигнала. Таким образом, чем меньше дисперсия помехи, присутствующей в данном кардиокомплексе, по сравнению с дисперсией помехи, присутствующей в других кардиокомплексах, тем больше информации при накоплении несет данный кардиокомплекс, и соответственно, для этого кардиокомплекса должен быть больше коэффициент усиления.
i
Существует много способов измерения дисперсии помехи, присутствующей в ЭКС [Рангайян P.M. Анализ биомедицинских сигналов]. Дисперсия помехи D равна квадрату эффективного значения переменной составляющей напряжения (или тока) помехи и может быть измерена при помощи соответствующих приборов [Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М. Сов. рад. 1966].
Дисперсию помехи можно измерить на основе анализа сегмента P-Q (сегмент P-Q отсчитывается от конца зубца Р до начала зубца Q). Если сегмент P-Q для незашумленного кардиосигнала является изоэлектрическим, что почти всегда выполняется [Рангайян Р.М. Анализ биомедицинских сигналов], измерение дисперсии можно осуществить путем интегрирования квадрата сигнала на сегменте P-Q с дальнейшей нормировкой к его длительности
i
i
i
i
где x(t) - электрокардиосигнал, [t, T+t] - интервал i-го сегмента P-Q, T - длительность i-го сегмента P-Q. Принимая дисперсию помехи одинаковой для всего кардиокомплекса, можно считать, что дисперсия помехи для всего кардиокомплекса равняется дисперсии помехи, измеренной на сегменте P-Q. Если сегмент P-Q для незашумленного кардиосигнала не является изоэлектрическим, то вначале оценивают это смещение и затем вычитают это смещение из соответствующего сегмента P-Q.
Повышение помехозащищенности позволяет решить ряд технических и диагностических проблем:
- точное измерение временного положения характерных точек (границ сегментов);
- выявление диагностически значимых отклонений сегмента ST, связанных с ишемией, при наличии помех, вызванных физической активностью пациента;
- исследование малых отклонений ЭКС, что позволит получить новые диагностические признаки, например, при наличии смещения сегмента ST на высокой частоте сердечных сокращений можно обнаруживать начальные проявления ишемии, дифференцируя их от неспецифических тахизависимых изменений.
На фигуре 1 и 2 представлены фрагменты ЭКС из суточной мониторограммы;
на фигуре 3 - результат обработки (накопленный RR-интервал).
Способ осуществляют, например, следующим образом. Выполняется съем электрокардиосигнала пациента кардиомонитором. Снятая запись электрокардиосигнала стандартными программами сопряжения заносится в память вычислительного устройства (например, персонального компьютера). С помощью известных пакетов обработки ЭКС осуществляется разбиение записи электрокардиосигнала на RR-интервалы и измеряется уровень дисперсии помехи, присутствующей в соответствующем RR-интервале, с дальнейшей записью в оперативную память или на жесткий диск данных о временных положениях RR-интервалов и уровне дисперсии помехи для соответствующего RR-интервала. На основе «размеченной» записи электрокардиосигнала (запись электрокардиосигнала с известными границами RR-интервалов) стандартными средствами современных пакетов обработки данных, например, EXEL, MatLab, осуществляется операция нормировки соответствующего кардиокомплекса обратно пропорционально уровню дисперсии помехи для соответствующего RR-интервала с последующим сложением нормированных RR-интервалов с одинаковой длительностью и дальнейший вывод на экран усредненного кардиокомплекса.
При исследовании фрагмента ЭКС, представленного на фигуре 1 (фрагмент А), практически невозможно правильно произвести анализ сегмента ST (основной диагностический фрагмент для определения ишемической болезни сердца) и достоверно поставить диагноз. Фрагмент электрокардиосигнала на фигуре 2 имеет меньшую степень искажения, чем электрокардиосигнал на фигуре 3, однако и для этого фрагмента точное измерение параметров сегмента ST невозможно (фигура 2, фрагмент В). Так, в результате обработки электрокардиосигнала (фигура 3) предлагаемым способом были накоплены нормированные RR-интервалы с одинаковой длительностью но с разной нормировкой (ЭКС на фигуре 1 зашумлен сильней, чем на фигуре 2, поэтому разные значения коэффициента нормировки), становится возможным точно оценить изменение электрокардиосигнала на сегменте ST: определить тип смещения (горизонтальное нисходящее) и его амплитуду, что позволило точно диагностировать ишемическую болезнь сердца.
Использование заявленного способа позволяет повысить точность определения информационных параметров представляемого ЭКС и за счет этого улучшить диагностику.