Мордак В.І., Сарана В.М., Єліна О.В., Моцний М.П.

Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна

Засоби автоматизації діагностики аритмій

Діагностика виявлення порушень серцевих ритмів і провідності пацієнтів нерідко є важкими для терапевтів і кардіологів. В останні роки було опубліковано немало досліджень, які суттєво уточнюють діагностику порушень ритму і провідності серця [1].

До серцевих аритмій в широкому розумінні відносять зміни нормальної частоти серцевих скорочень (ЧСС), регулярності і джерела збудження серця, а також розладу проведення імпульса, порушення зв’язку і (або) послідовності між активацією передсердь і шлуночків [2].

Для створення автоматизованого програмного комплексу діагностики аритмій запропоновано користуватись потужним програмним комплексом MATLAB. В середовищі для розробки необхідне знаходження основних елементів електрокардіосигналу (ЕКС), а саме виявлення P-, T- хвиль і QRS-комплексу. На основі PQRST-комплексу потрібно виявляти без посередньо R-R-інтервали, амплітуди хвиль і піків.

Розроблено та виготовлено пристрій для моніторингу серцевого ритму в трьох стандартних відведеннях (рис. 1). Дане рішення виконано з використанням готових блоків: монітору для вимірювання серцевого ритму Sparkfun AD8232 Heart Rate Monitor, мікрокотролеру Atmel Atmega 328p на платформі Arduino Nano v.3.0 і захистом від імпульсів дефібрилятора на мікросхемі SP724 фірми Littlefuse.

За допомогою створеної програми для MATLAB і мікроконтролеру з’явилась можливість в режимі реального часу знімати показники одночасно з трьох відведень та робити запис у файли наступних форматів - .txt, .xls, .csv та .mat для подальшої обробки і аналізу порушень роботи серця.

Для аналізу та знаходження порушень роботи серця використовується база кардіосигналів з аритміями MIT-BIH Arrhythmia Database, яка знаходиться на сайті https://physionet.org і має 48 електрокардіограм людей в двох відведеннях, взяті з випадкового проміжку Холтерівського моніторингу. ЕКС відцифровані з частотою 360 Гц. [3]

Рис. 1. Функціональна схема пристрою для зняття ЕКС

Виявлення та відображення QRS-комплексу розглянемо на прикладі сигналу 101 (рис. 2) в відведенні MLII (модифіковане ІІ стандартне відведення), яке відбувається за допомогою наступних етапів:

1. Прибираємо постійну складову і нормуємо шкалу на одиницю по осі Y

2. Застосовуємо до ЕКС фільтр нижніх і верхніх частот (рис. 3)

3. Виділяємо похідну сигналу за допомогою диференційного фільтру

4. Отриманий сигнал підносимо до квадрату та усереднюємо

5. Використовуючи порогову процедуру пошуку по алгоритму Пана-Томпкінса знаходимо Q-, R- та S-зубці. (рис. 4)

Рис. 2. Вхідний електрокардіосигнал

Рис. 3. ЕКС після ФВЧ і ФНЧ

Рис. 4. Виявлення та відображення QRS-комплексу

До ЕКС застосовано фільтр Баттерворта другого порядку з граничними частотами від 0.5 до 40 Гц для знаходження Р- і Т-хвиль (рис. 5).

Рис. 5. Знаходження Р- і Т-хвиль

Критерії для виявлення порушень роботи серця в основному базувались на ресурсі для клінічної розшифровки електрокардіограм [4]. Програма розроблена в MATLAB виявляє наступні види порушень роботи серця:

- брадикардія і тахікардія;

- асистолія і фібриляція шлуночків;

- надшлуночкова (передсердна) екстрасистола;

- шлуночкова екстрасистола;

- І ступінь атриовентрикулярної блокади;

- блокада лівої та правої ніжок пучка Гіса;

- суправентрикулярна (надшлуночкова) тахікардія;

- вентикулярна тахікардія з блокадою правої ніжки пучка Гіса.

Приклад роботи програми з виявленням аритмій проведено на сигналі 207 з сайту physionet.org (рис. 6).

Рис. 6. Результат роботи розробленої програми

Література:

1. Аритмии сердца: монография; изд. 5, перераб. и доп./ Белялов Ф.И. – Иркутск: РИО ИМАПО, 2011. 333 с.

2. М.С. Кушаковский. Аритмии Сердца – Санкт-Петербург: «ГИПОКРАТ», 1992

3. Ресурс для дослідження складних фізіологічних сигналів [Електронний ресурс]: https://physionet.org

4. Clinical ECG interpretation [Електронний ресурс]: https://ecgwaves.com/