Способ селекции r-зубца электрокардиосигнала

 

Изобретение относится к области медицины и предназначено для определения RR-интервалов по электрокардиограмме. В процессе съема электрокардиосигнала проводят его цифровую фильтрацию с частотой среза фильтра низких частот 100 Гц. Вычисляют значение энергетической функции электрокардиосигнала Е(Т) в первые несколько секунд для определения Е_max, а затем в каждой точке вычисляют Е(Т) и сравнивают ее с Е_max. При Е(Т) > 0,4·Е_max идентифицируется передний фронт R-зубца. После этого определяют пик R-зубца по условию (Y(i)-Y(i-l))· (Y(i+l) - Y(i)) < 0, причем если (Y(i+l) - Y(i)) = 0, то первая часть произведения (Y(i) - Y(i-1)) запоминается и на следующей точке не вычисляется. После идентификации R-зубца следующий интервал времени 0,186 с не анализируется для пропуска заднего фронта R-зубца. Данный способ позволяет повысить точность и снизить количество ошибок распознавания R-зубцов, кроме того, он позволяет вести распознавание R-зубцов прямо в момент съема электрокардиосигнала, т.е. в реальном масштабе времени.

Изобретение относится к области медицины и предназначено для определения RR-интервалов по электрокардиограмме.

Известны способы селекции R-зубца электрокардиосигнала (ЭКС) [1, 2]. В первом используются числовые отсчеты ЭКС и требуется 3-10 предшествующих значений измеренных временных интервалов для формирования дополнительных сигналов, на основании которых, корректируя значения уровней выделения в каждом кардиоцикле, выдают сигнал наличия R-зубца. Во втором выделяют фронт QRS-комплексов кардиосигнала, увеличивая его размах в 2-3 раза относительно исходной величины и одновременно подавляя высокочастотную составляющую сигнала, обостряют фронты QRS-комплекса до соотношения сигнал-шум в 15-20 раз и подавляют высокочастотную составляющую сигнала, увеличивают амплитуду участка RS, превышающего амплитудное значение шумовой составляющей, до заданного уровня, получая таким образом выделенный R-зубец ЭКС. Недостатком обоих способов является их сложность.

За прототип принят способ регистрации ЭКГ [3], включающий стадии предварительных и основных измерений, определение значений энергетической функции ЭКС и ее максимального значения E_max на предварительной стадии, цифровую фильтрацию и определение зубца R как точки, в которой значение энергии E(T) превысит пороговый уровень K·E_max, где K - коэффициент, равный 0,8. Недостатками прототипа является то, что возможен пропуск R-зубца, если энергия не достигнет вследствие изменения амплитуды R-зубца этого порогового значения, а также что эта точка не находится точно на вершине R-зубца.

Таким образом, целью изобретения является повышение точности и снижения количества ошибок выделения R-зубца.

Предложен способ селекции R-зубца, при котором энергия вычисляется как модуль суммы третьих степеней разностей амплитуд соседних точек ЭКC что позволяет повысить энергию R-зубца ЭКС по сравнению с его другими участками. Значение коэффициента K для определения порогового значения энергии ЭКС определяется минимальным значением, достоверно превышающим энергии всех остальных участков ЭКС, т.е. динамическим равновесием между уровнем ошибок пропуска R-зубца и принятия за R-зубец какого-то другого пика или помехи. На стадии основных измерений в каждой точке ЭКС вычисляется энергия E(T) и начиная с точки превышения его порогового уровня, ищется пик R-зубца по условию (Y_(i) - Y_(i-1)) · (Y_(i+1) - Y_(i)) < 0, причем, если (Y_i+1) - Y_(i)) = 0, то первая часть произведения (Y_(i) - Y_(i-1)) запоминается и на следующей точке не вычисляется. Эта точка точно соответствует пику R-зубца ЭКС и RR-интервал может быть измерен с точностью до интервала оцифровки. После идентификации R-зубца следующий интервал времени 0,186 с не анализируется для пропуска заднего фронта R-зубца.

Способ реализуется следующим образом. Сначала проводится цифровая фильтрация ЭКС, моделирующая фильтр низких частот с частотой среза 100 Гц Затем проводится предварительный цикл измерений в течение 2 с для регистрации хотя бы одного кардиоцикла (такое время выбрано исходя из максимально возможного RR-интервала). Эти измерения необходимы для определения максимального значения E_max энергетической функции E(T), которая вычисляется по формуле: где T - текущая координата точки с определенным значением ЭКС; Δ - интервал времени, равный средней длительности переднего фронта R-зубца, 15-30 мс; Y_(i) - амплитуда в точке интервала (T, T+Δ). Во время основного цикла измерений фиксируют результаты измерений ЭКС, определяют по ним энергетическую функцию E(T) с максимальным значением E_max и осуществляют сравнение E(T) со значением K·E_max, где K эмпирически определенный коэффициент, равный 0,4. Точка ЭКС, в которой E(T) превысит 0.4·E_max, принадлежит переднему фронту R-зубца. Далее, начиная с этой точки ищется пик R-зубца, как точка, в которой изменяется знак наклона кривой. Иными словами, точка Y_(i) считается принадлежащей пику, если выполняется условие: (Y_(i) · Y_(i-1)) · (Y_(i+1 - Y_(i)) < 0, причем если (Y_(i+1) - Y_(i)) = 0 (плоский участок кривой), то первая часть произведения (Y_(i) - Y_(i-1)) запоминается и на следующей точке не вычисляется. Точка, в которой идентифицирован R-зубец, запоминается. Следующие точки, попавшие в интервал времени 0,186 с, не анализируются, т.е. не производится сравнение энергии с пороговым уровнем, так как это минимально возможный RR-интервал [4]. Это необходимо для пропуска заднего фронта R-зубца, также обладающего высокой энергией. Затем аналогично определяется следующий R-зубец и вычисляется RR-интервал как время, прошедшее между двумя пиками.

Предложенный способ позволяет вести распознавание RR-интервалов прямо в момент съема, т. е. в реальном масштабе времени, что особенно важно при длительном мониторировании RR-интервалов. Показатели вариабельности сердечного ритма, вычисляемые по массиву RR-интервалов, служат для оценки адаптивных возможностей человека [5], профессиональных качеств, для профилактических осмотров, а также являются хорошим диагностическим критерием для некоторых заболеваний [6]. Простота способа позволяет его реализовать на базе микропроцессорного комплекта, т.е. в виде индивидуального носимого монитора. Также способ легко реализуется на ЭВМ, необходимо только завести оцифрованный ЭКС в компьютер. Позволяет измерять RR-интервалы с точностью до интервала оцифровки. Данный способ может быть использован в любом стандартном электрокардиографическом отведении, в том числе и когда R-зубец отрицателен.

Литература 1. Авторское свидетельство СССР N 1519647, БИ N 41 от 07.11.1989, МКИ⁶ A 61 B 5/02 - аналог.

2. Патент РФ N 2076629, БИ N 10 от 10.04.1997, МКИ⁶ A 61 B 5/0456 - аналог.

3. Патент РФ N 2063167, БИ N 19 от 10.07.1996, МКИ⁶ A 61 B 5/0402 - прототип.

4. Вычислительные системы и автоматическая диагностика заболеваний сердца. Под редакцией Ц. Касереса и Л. Дрейфуса. Пер. с англ. - М: Мир, 1974. с.118.

5. Баевский Р. М, Кукушкин Ю.А. Марсанов А.В., Романов Е.А. Методика оценки функционального состояния организма человека// Медиц. труда и промышл. экология, 1995, N 3, с.30-34.

6. Доклад рабочей группы Европейского общества кардиологии и Североамериканского общества кардиостимуляции и электрофизиологии// European Hear Journal. - Vol.17, March 1996: 354-381.

Формула изобретения

Способ селекции R-зубца электрокардиосигнала, включающий цифровую фильтрацию электрокардиосигнала, предварительную стадию измерений для регистрации хотя бы одного кардиоцикла и определения максимального значения E_max энергетической функции E(T), а также стадию основных измерений, включающую фиксирование результатов измерений электрокардиосигнала, определение по ним энергетической функции E(T) и сравнение их с E_max, отличающийся тем, что определение энергетической функции электрокардиосигнала осуществляют по формуле где T - текущая координата точки с определенным значением электрокардиосигнала;
Δ - интервал времени, равный нормальной длительности переднего фронта R-зубца, 15 - 30 мс,
Y(i) - амплитуда кардиосигнала в точке интервала (T,T+Δ),
а затем на стадии основных измерений производят сравнение значений энергетической функции E(T) с K · E_max, где K - эмпирический коэффициент, равный 0,4, и при E(T) > 0,4 · E_max идентифицируют передний фронт R-зубца, после чего по условию (Y(i) - Y(i - 1)) · (Y(i + 1) - Y(i)) < 0 определяют точку, принадлежащую пику R-зубца, причем если (Y(i + 1) - Y(i)) = 0, то первую часть произведения (Y(i) - Y(i - 1)) запоминают и на следующей точке не определяют, а также не анализируют следующие точки, попавшие в интервал времени 0,186 с, соответствующие заднему фронту R-зубца.