СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА
METHOD OF ELECTRIC CARDIOSIGNAL PROCESSING

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к кардиотехнике, и может быть использовано для преобразования и анализа электрокардиосигналов (ЭКС).
Известен способ обработки 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 достоверность представляемого ЭКС, так как из-за постоянного изменения частоты сердечных сокращений (ЧСС) наложение большего числа кардиокомплексов не приводит к увеличению достоверности представляемого ЭКС из-за декореляции сигналов, особенно на несинхронизированных концах кардиокомплекса. Этот способ характеризуется низкой достоверностью диагностической информации, представляемой врачу.
Наиболее близким по технической сущности является способ обработки электрокардиосигнала, заключающийся в том, что кардиосигнал 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 кардиосигнала могут присутствовать кардиокомплексы, различающиеся по форме, но имеющие одинаковую длительность RR-интервала, например, экстрасистолы, комплексы с нарушением внутрижелудочковой проводимости, поэтому недостатком этого способа является возможность сложения кардиокомплексов различной морфологии, что приводит к ошибке накопления и, соответственно, искажает форму накапливаемого кардиокомплекса и, тем самым, может снижать достоверность и точность обработки мониторограммы.
Задачей, решаемой изобретением, является повышение достоверности представляемого ЭКС, получаемого с помощью накопления кардиокомплексов, путем уменьшения влияния нетипичных кардиокомплексов на представление ЭКС, что позволяет более точно определять информационные параметры кардиосигнала. Типичным является кардиокомплекс, идентичный усредненному.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый способ, как и известный, реализуется путем разбиения кардиосигнала на RR-интервалы, синхронизации RR-интервалов по максимуму R-зубца, выделения RR-интервалов с одинаковой длительностью, но в отличие от известного, в предлагаемом способе дополнительно устраняют дрейф изоэлектрической линии и из RR-интервалов с одинаковой длительностью выделяют RR-интервалы с одинаковой энергией и осуществляют когерентное сложение только тех выделенных RR-интервалов, коэффициент взаимной корреляции каждого из которых и опорного сигнала больше наперед заданного значения.
Достигаемым техническим результатом является повышение достоверности диагностической информации, представляемой врачу.
Совокупность признаков, сформулированная в п.2, характеризует способ обработки кардиосигнала, в котором в качестве опорного сигнала выбирают RR-интервал, выделенный врачом при визуальной оценке кардиосигнала.
Достигаемым техническим результатом является возможность выделять и накапливать только те кардиокомплексы, функциональный вид которых интересует врача (например, кардиокомплексы с изменением формы соответствующей определенной патологии), что позволит значительно снизить временные затраты на анализ длительных мониторограмм.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен фрагмент кардиосигнала, содержащий нормальные кардиокомплексы и желудочковую экстрасистолу, значительно отличающуюся по форме от нормального кардиокомплекса, а на фиг.2 - фрагмент кардиосигнала, содержащий нормальные кардиокомплексы и экстрасистолу, по форме, близкую к нормальному кардиокомплексу, но значительно отличающуюся по уровню энергии.
Для адекватной оценки энергии RR-интервала и коэффициента взаимной корреляции опорного сигнала и исследуемого кардиокомплекса, для случая присутствия в мониторограмме дрейфа изоэлектрической линии, вначале оценивают данный дрейф и затем вычитают это смещение из мониторограммы. Для этого можно воспользоваться известными способами, например, с помощью фильтра верхних частот Баттерворда 8-го порядка, с частотой среза 2 Гц [P.M.Рангайян. Анализ биомедицинских сигналов], или вычитании из зашумленного кардиосигнала сплайн аппроксимации дрейфа изоэлектрической линии, построенной по узловым точкам кардиокомплексов [Кардиомониторы - аппаратура непрерывного контроля ЭКГ: Учеб. пособие для вузов / под ред. Барановского А.Л., Немирко А.П.].
Энергия RR-интервала электрокардиосигнала в случае отсутствия смещения изоэлектрической линии равна интегралу от квадрата значения переменной составляющей напряжения (или тока) и может быть измерена при помощи соответствующих приборов [В.И.Тихонов. Статистическая радиотехника. М. Сов. рад. 1966].
Измерение энергии кардиосигнала на RR-интервале можно осуществить путем интегрирования квадрата электрокардиосигнала x(t) на RR-интервале
i
i
i
i
где x(t) - электрокардиосигнал, [t, T+t] - интервал i-го RR-интервала, T - длительность i-го RR-интервала.
i
i
i
оп
Взаимный коэффициент корреляции электрокардиосигнала х(t) на интервале [t, T+t] и опорного сигнала S(t) определяется как
оп
где Е - энергия i-го RR-интервала, Е - энергия опорного сигнала.
i
ОП
Значение коэффициента корреляции r может быть измерено при помощи нормировки сигнала на выходе коррелометра. В качестве нормы выступает квадратный корень от произведений энергий опорного и исследуемого сигнала на соответствующем RR-интервале [В.И.Тихонов. Статистическая радиотехника. М. Сов. рад. 1966]. Физический смысл использования коэффициента заключается в том, что в результате данного подхода когерентно складываются только идентичные кардиокомплексы, так как только близкие по форме кардиокомплексы имеют высокое значение коэффициента корреляции между собой. Коэффициент взаимной корреляции равен 1 в случае равенства x(t)=αS(t), где α - безразмерный коэффициент. Это приводит к тому, что могут накапливаться сигналы с одинаковой формой, но разной амплитудой, если в качестве критерия отбора использовать только коэффициент взаимной корреляции. Поэтому вводится дополнительный критерий отбора - сортировка по энергии, что в сумме с сортировкой по взаимному коэффициенту корреляции позволит накапливать только идентичные кардиокомплексы (близкие по форме и уровню амплитуд зубцов и сегментов кардиокомплекса), что приведет к повышению точности накопления.
Способ осуществляют, например, следующим образом. Выполняется съем электрокардиосигнала пациента кардиомонитором. С помощью стандартной программы предварительной обработки ЭКС (соответствующие программы прилагаются к кардиомониторам изготовителями аппаратуры) в снятой записи электрокардиосигнала устраняется дрейф изоэлектрической линии, мониторограмма разбивается на RR-интервалы и совместно с информацией о временных положениях RR-интервалов заносится в память вычислительного устройства (например, персонального компьютера). Одновременно врач может определить интересующие его RR-интервалы (данные RR-интервалы могут быть использованы в качестве опорного сигнала), местоположение которых также заносится в память компьютера.
порог
Дальнейшая обработка происходит с помощью известных и общедоступных пакетов обработки данных, например, EXEL, MatLab. На основе информации о местоположении кардиокомплексов измеряется величина энергии каждого RR-интервала. Затем отбираются RR- интервалы с одинаковой длительностью и энергией. В персональный компьютер пользователем (врачом) заносится пороговое значение для коэффициента корреляции (например, r=0,85). Для поиска RR- интервалов с сугубо конкретной формой, в качестве опорного RR- интервала принимается RR-интервал, заданный врачом на исследуемой мониторограмме (врач задает время его начала и конца), или RR- интервал, выбранный из архивной базы записей кардиосигналов или базы эталонных RR-интервалов.
порог
Вычисляется коэффициент взаимной корреляции между каждым из отобранных RR-интервалов (с одинаковой длительностью и энергией) и опорным сигналом. Осуществляется синхронизация RR-интервалов по максимуму R-зубца и последующее сложение только тех RR-интервалов, для которых коэффициент взаимной корреляции с опорным сигналом превысил r.
По результатам обработки на экран монитора выводится накопленный RR-интервал и осуществляется запись данной информации в память компьютера.
Достигаемый результат заключается в увеличение достоверности определения информационных параметров ЭКС.
Повышение достоверности накапливаемого кардиокомплекса 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 и артефактов, вызванных физической активностью пациента.
Использование заявленного способа позволяет повысить точность определения информационных параметров представляемого ЭКС и за счет этого улучшить диагностику.