Область наук:
  • Медичні технології
  • Рік видавництва: 2006
    Журнал: Известия Південного федерального університету. Технічні науки
    Наукова стаття на тему 'Аналіз варіабельності серцевого ритму засобами Matlab'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз варіабельності серцевого ритму засобами Matlab»

    ?ванность датчиками), у2 = 0,57 (основні режими сканування УЗС), у3 = 0,05 (додаткові функції), у4 = 0,12 (якість зображення)

    При вирішенні подібних завдань, як правило, бере участь кілька експертів. Т. Сааті пропонує їх «усереднювати» на вході, створюючи усереднені матриці суджень через операцію «середньогеометричні». Ми пропонуємо проводити усереднення на виході, попередньо перевіривши однорідність експертів (за критеріями Фішера або Пірсона).

    Аналогічним чином можна отримати матриці суджень про кожну з оцінюваних УЗС, по кожному з критеріїв. Частина суджень як і раніше визначається з експертного опитування, тільки із застосуванням інших лінгвістичних шкал. Інша частина суджень виходить нормуванням відповідних технічних параметрів УЗС. Так, наприклад, за критерієм «якість зображення» ми могли б отримати від експерта матрицю суджень табл. 4.

    Таблиця 4

    Матриця суджень _________________________________

    A Aloka SSD-5500 ProSound PHD Ultramark 9 HDI Shimadzu SDU-350

    Aloka SSD-5500 ProSound PHD 1/1 3 5

    Ultramark 9 HDI 1/3 1/1 3

    Shimadzu SDU-350 1/5 1/3 1/1

    Узагальнена оцінка перевагу УЗС за всіма критеріями знаходиться шляхом згортки значень перевагу за окремими критеріями з урахуванням знайдених раніше рангів цих критеріїв. Найпростішим варіантом такої згортки є зважена сума.

    БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

    1. Саати Т. Прийняття рішень. Метод аналізу ієрархій. - М .: Радіо і Зв'язок, 1993.

    2. Пахарьков Г.Н., піклувальників Є.П. Принципи та методи забезпечення якості медікотехніческого оснащення охорони здоров'я: Навчальний посібник. СПб: Изд-во СПб ГЕТУ "ЛЕТІ", 2002. -120 с.

    В.Н. Ананченко, А.В. Литвин, В.В. Головкін

    АНАЛІЗ ВАРІАБЕЛЬНОСТІ СЕРЦЕВОГО РИТМУ ЗАСОБАМИ

    MATLAB

    При нормальному стані серцево-судинної системи тимчасові інтервали між двома скороченнями серцевого м'яза змінюються випадковим чином. Така мінливість названа варіабельністю серцевого ритму (ВСР).

    Відомо, що скорочувальна діяльність серця регулюється двома типами сигналів центральної нервової системи - симпатичними і парасимпатичними, дія яких має бути збалансовано [1].

    В даний час розроблені різні методики аналізу варіабельності серцевого ритму (ВСР), в тому числі засновані на статистичному аналізі динамічних рядів кардіоінтервалів (RR-інтервалів) [2].

    До статистичних характеристик динамічних рядів RR-інтервалів відносяться: стандартне відхилення кардіоінтервалів (SDNN), квадратний корінь з суми квадратів різниці величин послідовних пар RR-інтервалів

    (RMSSD), відсоток кількості пар послідовних кардіоінтервалів в кардіограмі, що відрізняються більш ніж на 50 мс (PNN50) і коефіцієнт варіації (CV) [3].

    У теперішній час показники ВСР широко використовуються в діагностиці серцево-судинних захворювань, при оцінці функціонального стану серцево-судинної системи.

    Статистичний аналіз ВСР можна проводити, використовуючи різні математичні пакети або розробляти спеціальні програми. Для дослідницьких робіт перевагу слід віддати математичним системам таким як електронні таблиці Excel, MATLAB, MATHCAD і ін.

    Зі стандартних математичних систем перевагу слід віддати системі MATLAB, яка має всі необхідні засоби для повноцінного вирішення завдань аналізу ВСР.

    Для дослідження ВСР на базі математичної системи MATLAB був розроблений дослідний зразок апаратно-програмного комплексу (АПК) і складена прикладна програма на об'єктно-орієнтованої мови програмування системи MATLAB, з використанням середовища розробки додатків GUIDE.

    Апаратна частина комплексу складається з комп'ютерного кардіографа з електродами відведення ЕКС, персональної ЕОМ і принтера.

    Програмна частина АПК включає в себе, крім системного програмного забезпечення, програму реєстрації ЕКГ, виділення RR-інтервалів, аналізу ВСР.

    За допомогою АПК виконувалася запис ЕКС в стандартних відведеннях: I, II, III, aVR, aVL, aVF. Оцифровані ЕКС допомогою спеціального драйвера послідовного порту надходила в оперативну пам'ять комп'ютера і використовувалася для комп'ютерного аналізу в системі MATLAB.

    З огляду на, що корисний сигнал має інший (відмінний від перешкод) частотний спектр, для усунення перешкод виділення R зубців застосовувалася фільтрація ЕКС з пропускною здатністю в діапазоні частот корисного сигналу. Розроблена комп'ютерна програма автоматичного визначення RR-інтервалів дозволяє виробляти фільтрацію вихідного сигналу і потім, задавшись певним граничним значенням, визначати положення точок екстремуму на записи. Час між двома послідовними точками екстремуму приймається за RR-інтервал і заноситься в масив для подальшого аналізу засобами MATLAB.

    Програма дозволяє виконати побудову графіків RR-інтервалів, ритмо-грам, гістограм, скатерограмм. Визначити необхідні статистичні характеристики: середнє арифметичне значення RR-інтервалів, стандартне відхилення кардіоінтервалів (SDNN), квадратний корінь з суми квадратів різниці величин послідовних пар RR-інтервалів (RMSSD), відсоток кількості пар послідовних кардіоінтервалів в кардіограмі, що відрізняються більш ніж на 50 мс ( PNN50) і коефіцієнт варіації (CV).

    Спектральний аналіз тривалості серцевих циклів проводиться за різними методиками: швидке перетворення Фур'є, MUSIC і ін.

    При аналізу ВСР вивчається закон розподілу кардіоінтервалів як випадкових величин, будується крива розподілу кардіоінтервалів - гістограма і визначаються її основні характеристики, до них відносяться мода (Mo), амплітуда моди (AMo), варіаційний розмах (MxDMn).

    Значення моди визначалося за формулою [4].

    M0 = х + _____________ flMo - flMo-1 ___________ Л

    0 (ff) ff - f) ,

    \ J Mo J Mo-1 / ^ VMo J Mo + 1 /

    де х0 - нижня межа модального інтервалу; fMo - частота в модальному інтервалі; fMo-i - частота в попередньому інтервалі; fMo + i - частота в інтервалі, наступного за модальним; Д - величина інтервалу.

    Стрес - індекс (SI), що визначає ступінь напруги регуляторних систем організму, обчислювався за формулою SI = AMo 100% / (2-Mo-MxDMn).

    Для виконання статистичного аналізу RR-інтервалів використовувалися вбудовані статистичні функції MATLAB.

    Спектральний і кореляційний аналізи виконувалися за допомогою функцій: fft - розрахунок параметрів швидкого перетворення Фур'є; pmusic - визначення псевдоспектра, використовуючи алгоритм MUSIC (Multiple Signal Classification); pyulear - визначення спектральної потужності, використовуючи Авторегрессіонний метод Юлі Уора, xcorr - розрахунок значень автокореляційної функції.

    Для побудови графіків і скатерограмм використовувалися графічні функції plot, bar, hist. На малюнку показаний фрагмент аналізу ВСР.

    Мал. Фрагмент аналізу ВСР

    Використання перерахованих методів аналізу ВСР можна застосовувати для оцінки вегетативної регуляції серцевого ритму у практично здорових і людей з різними серцевими захворюваннями, визначення типу вегетативної регуляції, адаптаційної діяльності організму, виділенню груп ризику по різним видам кардіопатологій, ефективності лікувальних і профілактичних заходів, прогнозування функціонального стану організму.

    БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

    1. Рибкіна Т.В., СоболевА.В. Варіабельність ритму серця. - М .: Старк, 1998..

    2. Семенов ЮН, Баєвський РМ. Апаратно-програмний комплекс "Варікард" для аналізу

    варіабельності серцевого ритму і перспективи його розвитку // Комп'ютерна електрокардіографія на рубежі століть. Міжнародний симпозіум. - М :. 1999.

    3. Зарубін Ф.Е. Варіабельність серцевого ритму: стандарти вимірювання, показники, особливості методу // Вісник аритмології. - 1998. Вип 10.

    4. Єлісєєва І.І., Юзбашев М.М. Загальна теорія статистики. -М .: Фінанси і статистика, 2002.

    О.Л. Ахремчик

    ДОСЛІДЖЕННЯ приладова РЯДУ РЕГУЛЯТОРОВ ТЕМПЕРАТУРИ ДЛЯ БІОМЕДИЧНИХ ДОДАТКІВ

    Сучасні біомедичні прилади та апарати характеризуються широкою номенклатурою засобів і систем управління режимами їх роботи. Використання технічних засобів різних виробників визначає значні труднощі при експлуатації приладів, об'єднанню їх в програмно-технічні комплекси, а також при підготовці фахівців з технічного обслуговування. У той же час є великий перелік апаратів біомедичного призначення, де застосування спеціалізованих технічних засобів недостатньо виправдане. Як приклад слід розглядати апарати, в яких необхідна підтримка заданих температурно-вологісних режимів: медичні стерилізатори, сушильні шафи, інкубатори для новонароджених, апарати штучної вентиляції легенів, устаткування для підтримки мікроклімату в опікових відділеннях. Раціональним в подібних біомедичних системах є застосування регулюючих приладів загальнопромислового застосування.

    У статті подаються результати дослідження приладового ряду регуляторів температури для медичних стерилізаторів, що дозволяють оцінити процес вибору узагальнених показників загальнопромислових приладів при проектуванні систем управління апаратами біомедичного призначення та формування моделі регулятора, використовуваної при підготовці персоналу, що займається експлуатацією і обслуговуванням стерилізаторів.

    Сучасні медичні стерилізатори включають в свій склад систему управління, що забезпечує контроль і підтримку в встановлених межах температури і тиску в стерилізаційної камері, рівня води в парогенераторі. Діапазон робочих температур в залежності від виду стерилізуємих матеріалів і режиму стерилізації коливається від 120 до 150 ° С з точністю 1 2 оС в залежності від режиму.

    Формально розгляд регулятора температури як складової стерилізатора (апарату біомедичного призначення) визначається:

    Рг е Ар, (1)

    де Рг - безліч типів регулюючих приладів, Ар - безліч типів стерилізаторів.

    Огляд випускаються вітчизняними виробниками (ТОВ "Автомедтехні-ка", м Пенза, ВАТ "Київський завод медичного обладнання та інструментів" і ін.) Медичних стерилізаторів показав, що системи управління будуються на різній елементній базі. Можна визначити чотири види елементної бази, що використовується для побудови систем управління стерилізаторами: релейний техніка, електронні компоненти, спеціалізовані мікроЕОМ, загальнопромислові регулятори. Релейная техніка та електронні регулятори застосовуються в експлуатованих апаратах і при проектуванні сучасних медичних стерилізаторів і систем управління ними не використовуються.


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити