Стаття присвячена питанню розширення функціональних можливостей портативного Кардіоаналізатори при аналізі пізніх потенціалів шлуночків серця на основі методу Симсона. портативний Кардіоаналізатори реєструє електрокардіосигнал, знятий тільки з I стандартного відведення, тоді як по методу Симсона потрібно зареєструвати сигнал з трьох ортогональних відведень X, Y, Z. Тому, форма досліджуваного нами сигналу відрізняється від сигналу, отриманого стандартним методом Сімсона. У роботі ми ставимо і вирішуємо завдання визначення нових граничних значень для параметрів методу Симсона в застосуванні до електрокардіосигналів, зареєстрованому в I стандартному відведенні.

Анотація наукової статті з математики, автор наукової роботи - Сєдов С.С., Щербакова Т.Ф., Галимзянов Е.Р.


ANALYSIS OF LATE POTENTIALS OF HEART VENTRICLES WITH USE OF PORTABLE CARDIO ANALYZERS

The article is devoted to the issue of extending the functionality of a portable cardiac analyzer in the analysis of late heart ventricles potentials on the basis of the Simson method. The portable cardiac analyzer registers an electrocardiac signal taken only from the 1st standard lead, whereas by the Simson method it is required to register a signal from three orthogonal leads X, Y, Z. Therefore, the shape of the signal we are testing is different from the signal obtained by the standard Simson method. In this paper, we set and solve the problem of determining new threshold values ​​for the parameters of the Simson method in application to the electrocardiac signal recorded in the 1st standard lead.


Область наук:
  • Математика
  • Рік видавництва діє до: 2017
    Журнал: Міжнародний науково-дослідний журнал

    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ ПІЗНІХ ПОТЕНЦІАЛІВ ЖЕЛУДОЧКОВ СЕРЦЯ З ВИКОРИСТАННЯМ портативних Кардіоаналізатори'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ ПІЗНІХ ПОТЕНЦІАЛІВ ЖЕЛУДОЧКОВ СЕРЦЯ З ВИКОРИСТАННЯМ портативних Кардіоаналізатори»

    ?Максимальний виграш досягається при застосуванні жорсткого обмеження і становить 5,8 дБ. Але при цьому збільшується рівень внеполосного випромінювання на 25,6 дБ. Отриманий виграш, при використанні віконних функцій, становить від 2,7 дБ до 3 дБ, а рівень внеполосного випромінювання збільшується на значення від 16,8 дБ до 21,9 дБ.

    Список літератури / References

    1. Charan Langton, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Tutorial, 2009. - 22 c.

    2. Prasad R., OFDM for wireless communication systems - Artech House, 2004. - 289 c.

    3. Schulze H., Luders C., Theory and Applications of OFDM and CDMA - John Wiley & Sons, 2005. - 408 c.

    4. Chiueh T., Tsai P., OFDM Baseband Receiver Design for Wireless Communications - John Wiley & Sons (Asia), 2007.

    - 258 c.

    5. Hanzo L., Munster M., OFDM and MC-CDMA for Broadband Multi-User Communications, WLANs and Broadcasting

    - John Wiley & Sons, 2003. - 978 c.

    6. Hanzo L., OFDM and MC-CDMA a primer - John Wiley & Sons, 2006. - 411 c.

    7. Bahai R., Saltzberg R., Multi-Carrier Digital Communications 2nd - Theory and Applications of OFDM - Kluwer Academic Publishers., 2002. - 216 c.

    8. Yang, Multicarrier Communications - John Wiley & Sons Ltd., 2009. - 581 c.

    9. LaSorte Т., Barnes W., The History of Orthogonal Frequency Division Multiplexing - IEEE "GLOBECOM"., 2008

    10. Li Y., Stuber G., Orthogonal frequency division multiplexing for wireless communications - Springer., 2006. - 306 c.

    DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.66.138 Сєдов С.С.1, Щербакова Т.Ф.2, Галимзянов Е.Р.3

    : ORCID: 0000-0002-9417-3919, доцент, кандидат технічних наук, доцент, 2ORCID: 0000-0002-1733-968X, доцент, кандидат технічних наук, доцент, 3ORCID: 0000-0002-6500-4366, старший викладач, Казанський національний дослідницький технічний університет ім. А.Н. Туполєва -КНІТУ-КАИ АНАЛІЗ ПІЗНІХ ПОТЕНЦІАЛІВ ЖЕЛУДОЧКОВ СЕРЦЯ З ВИКОРИСТАННЯМ портативних Кардіоаналізатори

    анотація

    Стаття присвячена питанню розширення функціональних можливостей портативного Кардіоаналізатори при аналізі пізніх потенціалів шлуночків серця на основі методу Симсона. Портативний Кардіоаналізатори реєструє електрокардіосигнал, знятий тільки з I стандартного відведення, тоді як за методом Сімсона потрібно зареєструвати сигнал з трьох ортогональних відведень X, Y, Z. Тому, форма досліджуваного нами сигналу відрізняється від сигналу, отриманого стандартним методом Сімсона. У роботі ми ставимо і вирішуємо завдання визначення нових граничних значень для параметрів методу Симсона в застосуванні до електрокардіосигналів, зареєстрованому в I стандартному відведенні.

    Ключові слова: портативний Кардіоаналізатори, електрокардіосигнал, метод Симсона, пізні потенціали шлуночків, електрокардіографічне відведення.

    Sedov S.S.1, Shcherbakova T.F.2, Galimzyanov E.R.3

    1ORCID: 0000-0002-9417-3919, Associate professor, PhD in Engineering,

    2ORCID: 0000-0002-1733-968X, Associate professor, PhD in Engineering,

    3ORCID: 0000-0002-6500-4366, Senior Lecturer, Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev (KNRTU-KAI) ANALYSIS OF LATE POTENTIALS OF HEART VENTRICLES WITH USE OF PORTABLE CARDIO

    ANALYZERS

    Abstract

    The article is devoted to the issue of extending the functionality of a portable cardiac analyzer in the analysis of late heart ventricles potentials on the basis of the Simson method. The portable cardiac analyzer registers an electrocardiac signal taken only from the 1st standard lead, whereas by the Simson method it is required to register a signal from three orthogonal leads X, Y, Z. Therefore, the shape of the signal we are testing is different from the signal obtained by the standard Simson method. In this paper, we set and solve the problem of determining new threshold values ​​for the parameters of the Simson method in application to the electrocardiac signal recorded in the 1st standard lead.

    Keywords: portable cardio analyzer, electrocardiogram, Simson method, late ventricular potentials, electrocardiographic leads.

    Вступ

    В даний час сучасна електрокардіографія активно розвивається в області реєстрації та аналізу низькоамплітудних потенціалів (НАП) серця. Цей напрямок носить назву електрокардіографії високого дозволу (ЕКГ ВР) [1], [2, С. 15-21]. Аналіз НАП дозволяє отримати важливі додаткові відомості про стан серця пацієнта. Одним з видів НАП є пізні потенціали шлуночків серця (ППШ). Їх виникнення на електрокардіосигналів (ЕКС) в кінці QRS-комплексу і початку ST-сегмента означає підвищений (до 50%) ризик розвитку аритмій серця у даного пацієнта, в тому числі і небезпечних для життя. Однак, проблема полягає в тому, що на звичайній кардіограмі ППШ не вдається виявити, тому що їх рівень нижче рівня шумів.

    В рамках ЕКГ ВР стандартним методом реєстрації та аналізу ППШ є метод Симсона [3, С. 235 -242], [4, С. 26-29], заснований на тимчасовому синхронному накопиченні безлічі кардіоциклу і подальшому аналізі усередненого сигналу. В результаті тимчасового накопичення ми підвищуємо відношення сигнал / шум в необхідну кількість разів, так як корисний сигнал складається при цьому синфазно. Відповідно до даного методу спочатку проводиться реєстрація ЕКС з поверхні тіла людини за трьома біполярним ортогональним відведенням X, Y, Z [5, С. 79-87]. Далі сигнал усереднюється в часі і фільтрується в певній галузі частот. Потім обчислюється амплітуда вектора ЕРС серця, звана фільтрованим QRS-комплексом, для якої обчислюються три амплітудно-тимчасових параметра [3, С. 236-237]. Якщо будь-які два з цих трьох параметрів перевищують певні порогові значення, то робиться висновок про наявність ППШ на досліджуваному ЕКС. Зазначені параметри і їх порогові значення мають наступні назви і значення:

    - Dqrs - тривалість фільтрованого QRS-комплексу (duration of QRS); DqRS>120 мс;

    - LAS - тривалість низькоамплітудних кінцевої частини (нижче 40 мкв) фільтрованого QRS-комплексу (low amplitude signals); LAS>39 мс;

    - RMS - среднеквадратическая амплітуда останніх 40 мс фільтрованого QRS-комплексу (root mean square); RMS<25 мкВ.

    Мета і завдання роботи

    Метою цієї роботи є модифікація методу Симсона для аналізу ППШ в портативних Кардіоаналізатори. Такі Кардіоаналізатори використовуються в лікарнях, комерційних клініках, а також приватними особами в якості персонального пристрою для контролю стану серця. Дуже важлива при цьому завдання розширення функціональних можливостей портативних Кардіоаналізатори. Так, наприклад, якщо у людини виявлені ППШ, то можна своєчасно вжити заходів до усунення ризику виникнення аритмій. Таким чином, мета роботи вельми актуальна.

    Однак Кардіоаналізатори реєструють ЕКС, як правило, тільки в одному - I стандартному відведенні [6, С. 412 414], [7, С. 1-2]. Тому форма фільтрованої QRS-комплексу, отриманого з одного відведення, буде відрізнятися від форми фільтрованої QRS-комплексу, отриманого з трьох ортогональних відведень X, Y, Z. Застосовувати стандартні порогові значення параметрів методу Симсона при використанні одного відведення не можна. Отже, необхідно отримати нові порогові значення для трьох амплітудно-часових параметрів методу Симсона при новій формі фільтрованої QRS-комплексу. В роботі [8, С. 253] ми отримали попередні порогові значення для невеликої кількості записів ЕКС (149) з бази даних www.physionet.org. Тому завданням даної роботи є уточнення зазначених порогових значень на основі статистичного аналізу більшої кількості сигналів.

    Наукова новизна роботи полягає в застосуванні відомого методу виявлення низькоамплітудних потенціалів - методу Симсона для виявлення і подальшого аналізу НАП на ЕКС з I стандартного відведення. Отримані при цьому нові порогові значення амплітудно-часових параметрів методу Симсона є науковими знаннями, що представляють практичний інтерес.

    матеріали та методи

    Для дослідження були взяті 290 записів ЕКС з бази даних PTB Diagnostic ECG Database [9]. Всі сигнали були проаналізовані з використанням стандартного методу Симсона на наявність або відсутність ППШ за трьома біполярним ортогональним відведенням X, Y, Z. Результати аналізу сигналів - наявність (51 випадок) і відсутність ППШ (239 випадків) - приймемо за основу для подальших досліджень. Тобто розбиття всього масиву даних на 2 класу - наявність ППШ і відсутність ППШ за результатами обробки стандартним методом Сімсона по трьом відведенням ми приймаємо достовірним. Далі був проведений аналіз цих же записів (290 ЕКС) на наявність або відсутність ППШ з використанням методу Симсона, але по I стандартному відведення. При цьому на відміну від стандартного методу, обчислення фільтрованої QRS-комплексу проводилося за сигналом одного відведення. А порогові значення амплітудно-часових параметрів були взяті з роботи [8, С. 253].

    результати

    В результаті проведеного аналізу в 16,2% випадків висновок про наявність чи відсутність ППШ на ЕКС по I стандартному відведення не співпало з висновком, узятим за основу. Отже, необхідно провести уточнення порогових значень параметрів методу Симсона для аналізу ЕКС по I стандартному відведення.

    На прикладі параметра тривалості фільтрованого QRS-комплексу Dqrs покажемо принцип отримання нового порогового значення. В першу чергу на одному графіку були побудовані дві гістограми розподілу параметра Dqrs для випадків наявності і відсутності ППШ.

    При цьому розбиття на класи ППШ + і ППЖ- проводилося на основі стандартного аналізу за трьома ортогональним відведенням X, Y, Z. А тривалості фільтрованих QRS-комплексів - Dqrs були взяті з набраної нами статистики (290 випадків ЕКС) по I стандартному відведення. За допомогою перевірки статистичних гіпотез [10, С. 244-262] було визначено, що математичні очікування двох побудованих гістограм c довірчою ймовірністю p = 0.95 значимо різняться. Після цього за допомогою побудованих гістограм був визначений поріг прийняття рішення за критерієм максимальної правдоподібності. В результаті отримали нове граничне значення для параметра тривалості фільтрованого QRS-комплексу D ^ p, рівне 105 мс.

    Нові порогові значення двох інших амплітудно-часових параметрів методу Симсона були визначені аналогічним способом. Ці параметри - тривалість низькоамплітудних частини (менше 40 мкВ) фільтрованого QRS-комплексу - LAS і среднеквадратическая амплітуда останніх 40 мс фільтрованого QRS-комплексу - RMS. Нові порогові значення для цих параметрів, отримані так само, як і вищеописаний поріг D ^, склали: LAS ^ - 39 мс; RMS ^ - 18 мкв.

    З урахуванням нових уточнених порогових значень амплітудно-часових параметрів було проведено повторний аналіз реалізацій ЕКС на наявність ППШ. В результаті відсоток помилкових висновків знизився до 12%. це

    значення є прийнятним з практичної точки зору для автоматизованих алгоритмів аналізу біоелектричних сигналів серця.

    висновок

    В результаті проведеного дослідження були визначені нові граничні значення амплітудно -Тимчасові параметрів методу Симсона для аналізу ЕКС, зареєстрованого за I стандартному відведення з метою визначення наявності пізніх потенціалів шлуночків серця. Модифікований таким чином метод Симсона може бути використаний в портативних Кардіоаналізатори. Надалі ми плануємо реалізацію зазначеного методу в розробляється портативному Кардіоаналізатори. Це, безумовно, розширить його функціональні можливості.

    Список літератури / References

    1. Іванов Г.Г. Електрокардіографія високого дозволу / Г.Г. Іванов, С.В. Горячева, А.Л. Сиркіна - М .: «Triad -X», 2003. - 304 с.

    2. Куламбаев Б.Б. Електрокардіографія високого дозволу: деякі методичні підходи при аналізі пізніх потенціалів шлуночків / Б.Б. Куламбаев, Г.Г. Іванов, Д. У. Акашева і ін. // Кардіологія. - 1994. - Т. 34, № 5-6. - С. 15-21.

    3. Simson M.B. Use of signals in the terminal QRS complex to identify patients with ventricular tachycardia after myocardial infarction // Circulation. - 1981. - Vol. 64. - P. 235-242.

    4. Галимзянов Е.Р. Оптимізація методу обробки електрокардіосигналів для виявлення низькоамплітудних потенціалів серця. // Методи і пристрої передачі і обробки інформації. - 2011. - Вип. 13. - С. 26-29.

    5. Дехтяр Г.Я. Електрокардіографічних діагностика. М .: Медицина, 1966. - 543 с.

    6. Sherbakova T.F. Cardiac arrhythmia analysis used in the system of electrocardiosignal transmission to the supervision center »/ Sherbakova T.F., Sherbakov G.I., Sedov S.S. // 2015 International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT). - Kharkiv, 2015. - P. 412-414. doi: 10.1109 / ICATT.2015.7136904

    7. Korobkov A.A. A portable device for registration and transfer of patient's electrocardiogram using microwave technologies / Korobkov A.A., Ulanov A.V. // 2015 International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT). -Kharkiv, 2015. - P. 1-2. doi: 10.1109 / ICATT.2015.7136900.

    8. Сєдов С.С. Розширення функціональних можливостей портативних Кардіоаналізатори / Сєдов С.С., Щербакова Т.Ф., Заріпов Б.А. // XVII Міжнародна науково-технічна конференція «Проблеми техніки і технологій телекомунікацій» ПТіТТ-2016. - Самара, 2016. - C. 252-253.

    9. PhysioNet [Electronic resource] / PTB Diagnostic ECG Database. - URL: https://physionet.org/physiobank/database/ptbdb/ (дата звернення: 12.05.2017)

    10. Смирнов Н.В. Курс теорії ймовірностей і математичної статистики / Н.В. Смирнов, І.В. Дунін-Барковський - М .: Наука, 1969. - 511 с.

    Список літератури англійською мовою / References in English

    1. Ivanov G.G. Jelektrokardiografja vysokogo razreshenija [High-resolution electrocardiography] / G.G. Ivanov, S.V. Gorjacheva, A.L. Syrkina - М .: «Triad -X», 2003. - 304 p. [In Russian]

    2. Kulambaev B.B. Jelektrokardiografja vysokogo razreshenija: nekotorye metodicheskie podhody pri analize pozdnih potencialov zheludochkov [High-resolution electrocardiography: some methodical approaches in the analysis of late potentials of the ventricles.] / B.B. Kulambaev, G.G. Ivanov, D.U. Akasheva and others // Kardiologija [Cardiology]. - 1994. - Vol. 34, № 5-6. - P. 15-21. [In Russian]

    3. Simson M.B. Use of signals in the terminal QRS complex to identify patients with ventricular tachycardia after myocardial infarction // Circulation. - 1981. - Vol. 64. - P. 235-242. [In English]

    4. Galimzyanov E.R. Optimizacija metoda obrabotki jelektrokardiosignalov dlja vyjavlenija nizkoamplitudnyh potencialov serdca [Optimization of method for electrical cardiac signal processing to detect low-amplitude potentials of the heart] // Metody i ustrojstva peredachi i obrabotki informacii [Methods and devices of information transmission and processing]. -2011. - №13. - P. 26-29. [In Russian]

    5. Dehtjar 'G.Ja. Jelektrokardiograficheskaja diagnostika [Electrocardiography diagnostics]. M .: Medicina, 1966. - 543 p. [In Russian]

    6. Sherbakova T.F. Cardiac arrhythmia analysis used in the system of electrocardiosignal transmission to the supervision center »/ Sherbakova T.F., Sherbakov G.I., Sedov S.S. // 2015 International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT). - Kharkiv, 2015. - P. 412-414. doi: 10.1109 / ICATT.2015.7136904 [in English]

    7. Korobkov A.A. A portable device for registration and transfer of patient's electrocardiogram using microwave technologies / Korobkov A.A., Ulanov A.V. // 2015 International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT). -Kharkiv, 2015. - P. 1-2. doi: 10.1109 / ICATT.2015.7136900 [in English]

    8. Sedov S.S. Rasshirenie funkcional'nyh vozmozhnostej portativnyh kardioanalizatorov [The expansion of the functionality of portable cardiac analyzers] / Sedov S.S., Shherbakova T.F., Zaripov B.A. // XVII Mezhdunarodnaja nauchno-tehnicheskaja konferencija «Problemy tehniki i tehnologij telekommunikacij» PTiTT-2016 [XVII International scientific and technical conference "Problems of telecommunications engineering and technologies" PTEaT 2016]. - Samara, 2016. - P. 252-253. [In Russian]

    9. PhysioNet [Electronic resource] / PTB Diagnostic ECG Database. - URL: https://physionet.org/physiobank/database/ptbdb/ (accessed: 12.05.2017) [in English]

    10. Smirnov N.V. Kurs teorii verojatnostej i mate-maticheskoj statistiki [Course of the theory of probability and mathematical statistics] / N.V. Smirnov, I.V. Dunin-Barkovskij - M .: Nauka, 1969. - 511 p. [In Russian]


    Ключові слова: ПОРТАТИВНИЙ Кардіоаналізатори / PORTABLE CARDIO ANALYZER / електрокардіосігнала / ELECTROCARDIOGRAM / МЕТОД Сімсон / SIMSON METHOD / ПОЗДНИЕ ПОТЕНЦІАЛИ ЖЕЛУДОЧКОВ / LATE VENTRICULAR POTENTIALS / ЕЛЕКТРОКАРДІОГРАФИЧНІ ВІДВЕДЕННЯ / ELECTROCARDIOGRAPHIC LEADS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити