Технічні
науки/6. Електротехніка та радіоелектроніка
Одіяка К.В., доц. Кісельов Є.М.
Запорізька державна інженерна академія, Україна
Дослідження
фільтрації сигналу ЕКГ для побудови системи моніторингу передінфарктних станів
Розпізнавання
характерних елементів ЕКГ і вимірювання параметрів є найважчими завданнями, що
виникають на етапах комп'ютерного ЕКГ-аналізу. При
цьому, необхідно виявити характерні елементи ЕКГ і
виміряти їх параметри, з суміші корисного сигналу та шкідливих складових,
викликаних шумом, тремором м’язів, зовнішніми наведеннями і т.п., які будуть
використовуватися для
інтерпретації ЕКГ з метою встановлення правильного діагнозу.
Тому для вивчення спотворення ЕКГ шкідливими сигналами було проведено його
імітаційне моделювання в системі VisSimComm 6.0 [1]. При цьому використовувалась схема вимірювання спектральної
щільності потужності (СЩП) сигналу ЕКГ.
Аналіз спектральної
щільності потужності ЕКГ сигналів з спотвореннями різного рівня показує, що зі
збільшенням шкідливої складової сигналу характер зміни СЩП типової ЕКГ
наближається за виглядом до СЩП ЕКГ інфарктів різної локалізації. Таким чином,
з метою підвищення надійності розпізнавання передінфарктних станів, необхідно
знизити рівень шкідливих складових сигналів шляхом використання системи
аналогової фільтрації ЕКГ.
З цією метою було
проведено імітаційне моделювання фільтрації сигналу ЕКГ з адитивної суміші
інформаційної складової та випадкового шуму.
Завдання для моделювання наведено на рис. 1. При цьому у якості
сигналу ЕКГ були застосовані результати, отримані при моделюванні СЩП.
Рисунок 1 - Завдання для
моделювання аналогової фільтрації сигналу ЕКГ
На виході суматора 2
маємо спотворений сигнал ЕКГ шкідливими складовими, на рівні -80 дБ/Гц, які
генеруються блоком 4, а сама ЕКГ – блоком 1. Безпосередня фільтрація виконується блоком 5 – фільтром типу IIR, який є цифровим аналогом фільтрів Чєбишева,
Баттерворта й ін. При досліджуваннях виконувались зміни параметрів фільтрів
(алгоритм фільтрації, тип фільтру, частоту зрізу, порядок фільтру, послаблення
в дБ).
Для кожного
відфільтрованого сигналу різними типами фільтрів проводився кореляційний аналіз [2] з
опорними даними нормальної ЕКГ. При
цьому зміни значень величин супроводжують систематичній зміні значень інших
величин.
Кореляційний аналіз
показує, що в якості фільтра аналогового сигналу ЕКГ краще використовувати
низькочастотний фільтр другого порядку Баттерворта, оскільки сигнал,
відфільтрований ним, найбільш близький по формі та амплітуді до сигналу
нормальної ЕКГ, так як коефіцієнт кореляції (К) має найменше значення для цього
випадку.
Відповідно до
результатів імітаційного моделювання (рис.
2) було розроблено низькочастотний фільтр другого порядку
Баттерворта.
Рисунок 2 – Результат імітаційного моделювання аналогової
фільтрації з параметрами: алгоритм – Баттерворта;
тип фільтра – низькочастотний; порядок фільтра – другий; частота зрізу –
30 Гц; ослаблення – 19 дБ; К – 0,345
Проведені
дослідження дозволяють побудувати систему фільтрації ЕКГ у системі моніторингу
передінфарктних станів, що виділяє патологічні ознаки і зменшує рівень
шкідливої складової сигналу.
Подальші дослідження
проводяться у напрямі розробки програмних алгоритмів реалізації і апаратних
засобів розглянутих методів фільтрації.
Література
1.
Карлащук
В.И., Электронная лаборатория на IBM PC. Моделирование элементов
телекоммуникационных и цифровых систем. 6-е изд., перераб. и дополн. – М.:
СОЛОН-ПРЕСС, 2006. –
101 с.