Скачать 179.25 Kb.
|
Инженерный вестник Дона, №2, ч.2 (2015) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2p2y2015/3058 Модификация алгоритма распознавания QRS комплексов в реальном времени Пана-Томпкинсона А.В. Леонова, А.А. Агейченко Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону Аннотация: В статье рассматривается алгоритм Пана-Томпкинсона для распознавания QRS комплексов в реальном времени, при применении его на ПК для анализа записей не в реальном времени, а записанных заранее.Пан и Томпкинсон разработали алгоритм реального времени для обнаружения QRS комплексов ЭКГ сигналов. Однако, в настоящем времени алгоритм достаточно сильно устарел. С помощью определенных изменений и современных возможностей, можно повысить параметры скорости работы и качества анализа. Модифицированная версия алгоритма была разработана для использования в клиентском программном обеспечении мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргонометрии. Более качественный и точный анализ положения QRS комплексов в сигнале позволяет более точно производить оценку состояния сердечно-сосудистой системы человека, что является важным фактором при лечении и диагностике заболеваний сердца на ранних стадиях. Ключевые слова: ЭКГ, точный анализ, обнаружение QRS, алгоритм Пана-Томпкинсона, сердечно-сосудистая система. ВведениеОсновой программного обеспечения широкого круга диагностических и терапевтических систем поддержки деятельности Сердечнососудистой системы (ССС) человека является программный модуль регистрации и распознавания элементов электрокардиосигнала (ЭКС). От качества его работы в максимальной степени зависит качество диагностики состояния ССС и эффективность проводимой терапии. Современные аппаратно-программные комплексы регистрации ЭКС оперируют с длительностями регистрации порядка 24 и более часов, что соответствует 105 и более количествам QRS. При таком большом количестве анализируемых элементов сигнала качество распознавания должно быть очень высоким, например, 0,1 процента неверно распознанных QRS соответствует 100 комплексам, которые придется обрабатывать вручную. Существующие алгоритмы имеют качество распознавания даже ниже 0,1 процента, поэтому весьма актуальной является задача распознавания QRS – комплексов с высоким уровнем чувствительности и специфичности. Постановка задачиЗадача обнаружения QRS комплексов в ЭКС изучена достаточно хорошо, существует множество разработанных методов и способов, отличающихся различной погрешностью и временем обработки [1][2][3]. Из множества методов был выбран алгоритм Пана-Томпкинсона, как один из наиболее простых в реализации, быстрых по выполнению и дающих погрешность достаточно низкую, для проведения качественного анализа записей ЭКС [4][5][6]. Оригинальный алгоритм Пана-Томпкинсона при проверке на базе данных MIT-BIH дает погрешность в 0.675 процентов ложно обнаруженных и пропущенных комплексов[7]. Как сказано выше, это соответствует 600 – 800 комплексам в зависимости от ЧСС пациента при 24-часовом периоде наблюдения. Требуется улучшить чувствительность и специфичность алгоритма хотя бы до уровня 0,2 процента. Для этого необходимо более внимательно отнестись к участкам ЭКС, искаженным артефактами движения и электромагнитными наводками. Кроме того, состояние ССС не является стационарным процессом, а подвержено изменениям, поэтому базовая форма QRS – комплекса претерпевает определенные суточные изменения. Алгоритм должен это учитывать и адаптировать свои пороги и уставки в соответствии с этими изменениями. Для решения этой задачи необходимо выявить основные причины ложного распознавания и пропуска QRS – комплексов и разработать дополнения к алгоритму, реагирующие на эти причины. Анализ ошибок и модификация алгоритма распознавания QRS В результате работы было выявлено несколько способов по повышению качества анализа оригинального алгоритма [8]. При использовании данного алгоритма на практике, при анализе записей ЭКГ на ПК, был выявлен ряд недостатков, а именно:
Наибольший вклад в ошибку, при распознавании комплексов с помощью оригинального алгоритма, вносили артефакты и сильные шумы[11]. Для снижения влияния артефактов и шумов на распознавание комплексов было принято решение о необходимости обнаружения артефактов до анализа, а их границы учитывать при анализе [12]. Алгоритм обнаружения артефактных участков следующий:
Переменные fe и fi вычисляются экспериментально, fe должна быть наиболее близкой степенью двойки не меньше fi. Разница в 2.3 раза получена опытным путем. После вычисления артефактных участков, необходимо произвести фильтрацию сигнала [15][16]. В оригинальном алгоритме использовался полосовой фильтр 5-11 Гц 2го порядка, разработанный для применения в режиме реального времени. Вместо этого, было принято решение использовать полосовой фильтр Чебышева 1го типа, 4го порядка [17][18]. Модифицированная версия алгоритма содержит следующие этапы:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5) где min это минимальное значение функции на данном участке, max максимальное значение функции на данном участке
(6) (7)
(8)
(9)
(10) То вычислить новое значение как (11)
В формулах используются следующие переменные:
Проверка качества работы модифицированного алгоритма Для испытания алгоритма были проанализированы записи из базы данных MIT/BIH. База данных содержит 48 получасовых записей по 2 канала каждый, те же самые, которые использовались при испытании оригинального алгоритма Пана-Томпкинсона. В таблице 1 приведены результаты анализа этих файлов[23, 24]. Таблица № Результаты анализа файлов базы данных MIT/BIH
Заключение К оригинальному алгоритму добавилась функция анализа артефактных участков, изменился фильтр, были изменены коэффициенты. В результате испытаний на записях базы данных MIT/BIH была получена ошибка 0.09%, что в 7 раз меньше ошибки оригинального алгоритма, которая составляла 0.67%. Так же, по сравнению с оригинальным алгоритмом снизилось время анализа. Проверка проводилась на ПК, путем реализации оригинального и модифицированного алгоритмов на языке С++ и последующим запуском синтезированных программ для анализа одинаковых записей. Оригинальный алгоритм обрабатывает запись длительностью 0.5 часа в течение 36 секунд в среднем за 48 записей. Запись длительностью 24 часа обрабатывается 14 минут. Время анализа одной записи модифицированным алгоритмом, длительностью 0.5 часа, происходит за 8 секунд, запись длительностью 24 часа обрабатывается за 7.5 минут, что в 2 раза меньше времени работы оригинального алгоритма. Достоинства модифицированного алгоритма: Сокращение требуемого количества времени для анализа записи ЭКГ, предварительный полуавтоматический анализ артефактных участков позволяет избежать их влияния на работу алгоритма, повышение точности анализа. Недостатки модифицированного алгоритма: Необходимость использования более сложной функции фильтрации и БПФ для анализа артефактов. Результаты исследований, изложенные в данной статье, получены при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках реализации проекта "Создание высокотехнологичного производства по изготовлению мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии" по постановлению правительства №218 от 09.04.2010г. Исследования проводились в ФГАОУ ВО ЮФУ. Литература
References
© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015 |
Инструкция: Сколько слов в предложении «Мама режет ножом капусту» При работе с детьми, имеющими речевое недоразвитие, учителю-логопеду бывает необходимо оценить результаты своей работы и выявить... |
Техническое задание на оказание услуг по регламентному обслуживанию... Предметом оказания услуг является: регламентное обслуживание переносных комплексов на основе технологии меченых нейтронов для обнаружения... |
||
Техника устного перевода. Итальянский – русский Уровень сложности учебных материалов достаточно высок, пособие ориентировано на студентов, хорошо владеющих итальянским и русским... |
Техника устного перевода. Итальянский – русский Уровень сложности учебных материалов достаточно высок, пособие ориентировано на студентов, хорошо владеющих итальянским и русским... |
||
Техническое задание на оказание услуг по регламентному обслуживанию... Предмет оказания услуг: регламентное обслуживание переносных комплексов на основе технологии меченых нейтронов для обнаружения взрывчатых... |
После скачивания программы, для установки потребуется: a распаковать... Далее, для подключения образов можно использовать множество программ, коих достаточно в инете |
||
Самогонный аппарат «Магарыч Машковского» 12 л: отзывы, инструкция Моделей такого оборудования существует множество. При этом, по мнению многих любителей домашнего самогона и вина, одной из самых... |
Подготовка к использованию Убедитесь, что место, где будет использоваться дистиллятор, хорошо освещено для своевременного обнаружения возможных утечек пара... |
||
Те и другие обладают определенными признаками ... |
Задача «Доктор Айболит» Кроме того, задача большая по объему, поэтому очень важно правильно распределить работу между собой. Надеемся, что вам понравится... |
||
Задача воспитателя Зительности, логики, пространственного воображения, математических и прочих способностей и приёмов мышления. При этом главное, на... |
Задача «Synergy Center» По результатам применения или при изменении требований нормативных документов, на основании которых разработан документ |
||
Опарина О. П., учитель-логопед мадоу д/С №291 В ряде задач, стоящих перед дошкольным учреждением. Важное место занимает задача подготовки детей к школе. Одним из основных показателей... |
Лекция 1 Умный промышленный комплекс Основные проблемы промышленных комплексов. Главное направление развития промыщленных комплексов на ближайшую перспективу |
||
О проведении запроса котировок Измерительные параметры: чсс, интервал частоты пульса, длительность qrs, qt/QTc, оси p-r-t |
Руководство пользователя системой ucoz. Тема создания собственного... Система UcoZ дает Вам уникальную возможность сразу после регистрации пользоваться выбранным Вами уже полностью готовым сайтом!!! |
Поиск |