Разработка и отладка программного обеспечения для подавления артефактов в электрокардиограмме | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №14 (94) июль-2 2015 г.

Дата публикации: 18.07.2015

Статья просмотрена: 38 раз

Библиографическое описание:

Алиев Н. Э. Разработка и отладка программного обеспечения для подавления артефактов в электрокардиограмме // Молодой ученый. — 2015. — №14. — С. 117-120. — URL https://moluch.ru/archive/94/20855/ (дата обращения: 18.10.2018).

В данной статье описана спроектированная программа, представляющая виртуальную программу для подавления артефактов в электрокардиограмме, написанная в среде Mathcad. Так же был построен график спектральной области, по которому можно найти оптимальное решение для подавления артефактов и улучшения самого сигнала.

 

Mathcad — система компьютерной алгебры из класса систем автоматизированного проектирования, ориентированная на подготовку интерактивных документов с вычислениями и визуальным сопровождением, отличается легкостью использования и применения для коллективной работы.

Mathcad был задуман и первоначально написан Алленом Раздовом из Массачусетского технологического института (MIT), соучредителем компании Mathsoft, которая с 2006 года является частью корпорации PTC (Parametric Technology Corporation).

Mathcad имеет интуитивный и простой для использования интерфейс пользователя. Для ввода формул и данных можно использовать как клавиатуру, так и специальные панели инструментов.

Работа осуществляется в пределах рабочего листа, на котором уравнения и выражения отображаются графически, в противовес текстовой записи в языках программирования. При создании документов-приложений используется принцип WYSIWYG (What You See Is What You Get — «что видишь, то и получаешь»).

Несмотря на то, что эта программа, в основном, ориентирована на пользователей-непрограммистов, Mathcad также используется в сложных проектах, чтобы визуализировать результаты математического моделированияпутем использования распределённых вычислений и традиционных языков программирования. Также Mathcad часто используется в крупных инженерных проектах, где большое значение имеет трассируемость и соответствие стандартам.

Mathcad достаточно удобно использовать для обучения, вычислений и инженерных расчетов. Открытая архитектура приложения в сочетании с поддержкой технологий .NET и XML позволяют легко интегрировать Mathcad практически в любые ИТ-структуры и инженерные приложения. Есть возможность создания электронных книг (e-Book).

Количество пользователей в мире — около 1.8 млн.

Актуальность темы обусловлена тем, что во время формирования данных в Холтеровском мониторировании (ХМ) ЭКГ почти всегда возникают эпизоды искажения ЭКГ сигнала — артефакты. Артефакты являются ахиллесовой пятой при Холтеровском мониторировании. Основные сложности в расшифровке результатов мониторирования, как правило, связаны с артефактами, имитирующими нарушения ритма сердца. Псевдоаритмии могут серьезно повлиять на результаты исследования и в конечном итоге на постановку правильного диагноза и определение всей тактики ведения больного.

Суть способа: алгоритм уменьшает влияние артефактов на поток ЭКГ, при этом незначительно искажая комплексы QRS. Алгоритм состоит из Модуля Обновления усредненного комплекса QRS с малым N, Модуля Обновления усредненного комплекса QRS с большим N и Функции Вычитания усредненного комплекса из текущей ЭКГ, дающей на выходе разностный сигнал. Разностный сигнал проходит через фильтры нижних и верхних частот, после чего складывается с усредненным комплексом с малым N и с большим N, при этом блок принятия решения (БПР) выбирает, пропустить ли полученный сигнал, чтобы подавить артефакт на выходном сигнале. (Рисунок 1)

Рис. 1. Блок-схема адаптивного фильтра

 

Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата, получаемого при осуществлении изобретения, в виде возможности создании новых образцов электрокардиографов с улучшенными возможностями подавления артефактов.

Модель разработанного способа заключается в том, что мы подавляем артефакты в ЭКГ и из временной области переходим в спектральную через преобразование Фурье, для определения оптимального нахождения m (определение верхней помехи НЧ границы) и выделения на сигнале именно артефакта и уменьшения его, не подавляя при этом полученный на выходе сигнал, который тоже выравнивается по амплитуде и по времени.

Рис. 2. Результаты исследований

 

На рисунке 2 видно, что амплитуда полученного сигнала стала меньше и более равномерна, что было задумано осуществить. При этом выделен сигнал артефакта из исходного сигнала и обработан через адаптивный фильтр, что привело к уменьшению артефакта, не искажая сам сигнал.

Через спектральную область выбрано оптимальное значение m, которое лежит в диапазоне от 0 до 9.

Далее на рисунке 3 продемонстрирован анализ спектра ЭКС. Рассматривается ЭКС без артефакта, с артефактом, и графики их спектров соответственно.

Рис. 3. Анализ спектра ЭКС

 

Если не сделать спектральный анализ ЭКС, и ошибиться в границе выбора решения, то можно исказить форму сигнала, что нежелательно и не нужно. Это очень хорошо продемонстрировано на рисунке 4, где рассматривается ЭКС с артефактом и значениями m равными 10, 12 и 15.

Рис. 4. Результаты исследований при изменении m

Заключение

Была написана программа в программной среде Mathcad, реализующая подавление артефактов в ЭКГ. Были получены промежуточные и конечные результаты в виде изображений. Был приведен пример работы программы.

Таким образом, можно сказать, что разработанный способ эффективно подавляет артефакты в электрокардиограмме, не подавляя сам сигнал и на этой основе можно продолжать дальнейшее развитие в этой области и непосредственно совершенствовать данную программу в лучшую ее сторону.

 

Литература:

 

1.                  Адаптивные фильтры [Текст] / Под ред. Ф. Н. Коуэна и П. М. Гранта. — М.: Мир, 1988, 392 с.

2.                  Синютин С. А. Анализ RR интервального ряда водителя в условиях сильных помех с помощью Wavelet преобразования [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, № 3. — Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/919 (доступ свободный) — Загл. с экрана. — Яз. рус.

3.                  Тарасова И.А, Леонова А. В., Синютин С. А. Алгоритмы фильтрации сигналов биоэлектрической природы [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, № 4 (часть 2). — Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1481 (доступ свободный) — Загл. с экрана. — Яз. рус.

4.                  Синютин С. А., Сахаров В. Л. Определение мощности, развиваемой человеком при ходьбе по измерению ускорений [Текст] // Рассеяние электромагнитных волн. Межвед.сб.науч.-техн. статей. — Вып.16/ Под ред.Ю. В. Юханова. — Таганрог: ТТИ ЮФУ. — 229с.

Основные термины (генерируются автоматически): QRS, усредненный комплекс, подавление артефактов, артефакт, адаптивный фильтр, сам сигнал, разностный сигнал, спектральная область, MIT, NET.


Похожие статьи

Пути повышения эффективности систем скрытной радиолокации

Работы по решению задачи адаптивной пространственной обработке принимаемого электромагнитного поля в скрытных РЛС [5, 6] посвящены методам адаптивного формирования диаграмм направленности, теоретически обеспечивающие подавление прямого сигнала...

Адаптивная фильтрация коррелированных помех

Статья посвящена решению 1-й задачи — построению адаптивного нерекурсивного фильтра подавления коррелированных помех, заданного q-го порядка. При этом предполагается, что частота Fs полезного сигнала априорно неизвестна и имеет равномерную функцию плотности...

Модуль подавления шумов для систем звукозаписи

Рис. 4. Спектральное представление сигнала в метро. К записанным аудиосигналам были применены следующие фильтры

Разработка и отладка программного обеспечения для подавления артефактов в электрокардиограмме.

Воздействие элементов фильтрации на биоэлектрический сигнал

Для облегчения интерпретации ЭКГ сигнала необходимо отделить некоторые компоненты сигнала от ненужных артефактов.

Приём сигнала на фоне шума описывается в виде процедуры фильтрации сигнала посредством фильтра, при этом ставится задача...

Моделирование адаптивного компенсатора радиопомех на...

Анализ функционирования модели адаптивного компенсатора помех при подаче на его вход смесей приведенных выше показал уверенное подавление исследуемых помех.

Литература. 1. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер. с англ.

Радиосигналы в спутниковых радионавигационных системах...

- искажением формы сигнала в приемнике вследствие прохождения через фильтр 0.511 МГц- не более 0

Спектральные характеристики такого сигнала имеют разнесенный спектральный

Для синусных сигналов наибольшее подавление боковых компонент спектра происходит для...

Потенциальные возможности пространственно-корреляционного...

2. Долгих В. Н., Орощук И. М., Прищепа М. В. Вероятностные характеристики обнаружения сигналов корреляционным пространственным фильтром

Потенциальные возможности расширения круга задач, решаемых с помощью мониторинга в транспортном комплексе.

Моделирование особенностей бинаурального слуха...

Моделирование особенностей бинаурального слуха и исследование спектрального состава звуковых сигналов.

Внедрение иего перспективы. Данный программно-аппаратный комплекс будет внедрен в МГТУ им. Н. Э. Баумана на кафедре ИУ10 в качестве...

Пути повышения эффективности систем скрытной радиолокации

Работы по решению задачи адаптивной пространственной обработке принимаемого электромагнитного поля в скрытных РЛС [5, 6] посвящены методам адаптивного формирования диаграмм направленности, теоретически обеспечивающие подавление прямого сигнала...

Адаптивная фильтрация коррелированных помех

Статья посвящена решению 1-й задачи — построению адаптивного нерекурсивного фильтра подавления коррелированных помех, заданного q-го порядка. При этом предполагается, что частота Fs полезного сигнала априорно неизвестна и имеет равномерную функцию плотности...

Модуль подавления шумов для систем звукозаписи

Рис. 4. Спектральное представление сигнала в метро. К записанным аудиосигналам были применены следующие фильтры

Разработка и отладка программного обеспечения для подавления артефактов в электрокардиограмме.

Моделирование адаптивного компенсатора радиопомех на...

Анализ функционирования модели адаптивного компенсатора помех при подаче на его вход смесей приведенных выше показал уверенное подавление исследуемых помех.

Литература. 1. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер. с англ.

Радиосигналы в спутниковых радионавигационных системах...

- искажением формы сигнала в приемнике вследствие прохождения через фильтр 0.511 МГц- не более 0

Спектральные характеристики такого сигнала имеют разнесенный спектральный

Для синусных сигналов наибольшее подавление боковых компонент спектра происходит для...

Потенциальные возможности пространственно-корреляционного...

2. Долгих В. Н., Орощук И. М., Прищепа М. В. Вероятностные характеристики обнаружения сигналов корреляционным пространственным фильтром

Потенциальные возможности расширения круга задач, решаемых с помощью мониторинга в транспортном комплексе.

Моделирование особенностей бинаурального слуха...

Моделирование особенностей бинаурального слуха и исследование спектрального состава звуковых сигналов.

Внедрение иего перспективы. Данный программно-аппаратный комплекс будет внедрен в МГТУ им. Н. Э. Баумана на кафедре ИУ10 в качестве...

Выделение границ фонем речевого сигнала с помощью...

К каждому кадру применяется блок мел-фильтров — треугольных пересекающихся фильтров, расположенных наиболее плотно в области нижних частот.

Определение оптимального разложения речевого сигнала в адаптивном вейвлет-базисе в задаче сжатия речевого сигнала.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Пути повышения эффективности систем скрытной радиолокации

Работы по решению задачи адаптивной пространственной обработке принимаемого электромагнитного поля в скрытных РЛС [5, 6] посвящены методам адаптивного формирования диаграмм направленности, теоретически обеспечивающие подавление прямого сигнала...

Адаптивная фильтрация коррелированных помех

Статья посвящена решению 1-й задачи — построению адаптивного нерекурсивного фильтра подавления коррелированных помех, заданного q-го порядка. При этом предполагается, что частота Fs полезного сигнала априорно неизвестна и имеет равномерную функцию плотности...

Модуль подавления шумов для систем звукозаписи

Рис. 4. Спектральное представление сигнала в метро. К записанным аудиосигналам были применены следующие фильтры

Разработка и отладка программного обеспечения для подавления артефактов в электрокардиограмме.

Воздействие элементов фильтрации на биоэлектрический сигнал

Для облегчения интерпретации ЭКГ сигнала необходимо отделить некоторые компоненты сигнала от ненужных артефактов.

Приём сигнала на фоне шума описывается в виде процедуры фильтрации сигнала посредством фильтра, при этом ставится задача...

Моделирование адаптивного компенсатора радиопомех на...

Анализ функционирования модели адаптивного компенсатора помех при подаче на его вход смесей приведенных выше показал уверенное подавление исследуемых помех.

Литература. 1. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер. с англ.

Радиосигналы в спутниковых радионавигационных системах...

- искажением формы сигнала в приемнике вследствие прохождения через фильтр 0.511 МГц- не более 0

Спектральные характеристики такого сигнала имеют разнесенный спектральный

Для синусных сигналов наибольшее подавление боковых компонент спектра происходит для...

Потенциальные возможности пространственно-корреляционного...

2. Долгих В. Н., Орощук И. М., Прищепа М. В. Вероятностные характеристики обнаружения сигналов корреляционным пространственным фильтром

Потенциальные возможности расширения круга задач, решаемых с помощью мониторинга в транспортном комплексе.

Моделирование особенностей бинаурального слуха...

Моделирование особенностей бинаурального слуха и исследование спектрального состава звуковых сигналов.

Внедрение иего перспективы. Данный программно-аппаратный комплекс будет внедрен в МГТУ им. Н. Э. Баумана на кафедре ИУ10 в качестве...

Пути повышения эффективности систем скрытной радиолокации

Работы по решению задачи адаптивной пространственной обработке принимаемого электромагнитного поля в скрытных РЛС [5, 6] посвящены методам адаптивного формирования диаграмм направленности, теоретически обеспечивающие подавление прямого сигнала...

Адаптивная фильтрация коррелированных помех

Статья посвящена решению 1-й задачи — построению адаптивного нерекурсивного фильтра подавления коррелированных помех, заданного q-го порядка. При этом предполагается, что частота Fs полезного сигнала априорно неизвестна и имеет равномерную функцию плотности...

Модуль подавления шумов для систем звукозаписи

Рис. 4. Спектральное представление сигнала в метро. К записанным аудиосигналам были применены следующие фильтры

Разработка и отладка программного обеспечения для подавления артефактов в электрокардиограмме.

Моделирование адаптивного компенсатора радиопомех на...

Анализ функционирования модели адаптивного компенсатора помех при подаче на его вход смесей приведенных выше показал уверенное подавление исследуемых помех.

Литература. 1. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер. с англ.

Радиосигналы в спутниковых радионавигационных системах...

- искажением формы сигнала в приемнике вследствие прохождения через фильтр 0.511 МГц- не более 0

Спектральные характеристики такого сигнала имеют разнесенный спектральный

Для синусных сигналов наибольшее подавление боковых компонент спектра происходит для...

Потенциальные возможности пространственно-корреляционного...

2. Долгих В. Н., Орощук И. М., Прищепа М. В. Вероятностные характеристики обнаружения сигналов корреляционным пространственным фильтром

Потенциальные возможности расширения круга задач, решаемых с помощью мониторинга в транспортном комплексе.

Моделирование особенностей бинаурального слуха...

Моделирование особенностей бинаурального слуха и исследование спектрального состава звуковых сигналов.

Внедрение иего перспективы. Данный программно-аппаратный комплекс будет внедрен в МГТУ им. Н. Э. Баумана на кафедре ИУ10 в качестве...

Выделение границ фонем речевого сигнала с помощью...

К каждому кадру применяется блок мел-фильтров — треугольных пересекающихся фильтров, расположенных наиболее плотно в области нижних частот.

Определение оптимального разложения речевого сигнала в адаптивном вейвлет-базисе в задаче сжатия речевого сигнала.

Задать вопрос