Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Основные исходные положения 13
1.1 Основные понятия метода электрокардиографии 13
1.1.1 Биофизические основы электрокардиографии 13
1.1.2 Клинические приложения электрокардиографического метода... 16
1.1.3 Автоматический анализ сердечной деятельности 18
1.2 Основные понятия теории дефибрилляции 20
1.2.1 Понятие дефибрилляции 21
1.2.2 Классификация ритмов сердца по необходимости проведения дефибрилляции 22
1.2.3 Метод дефибрилляции и технические средства его реализующие..24
1.3 Характеристика шоковых ритмов сердца 28
1.3.1 Характеристика ЭКГ при желудочковой фибрилляции 28
1.3.2 Характеристика ЭКГ при желудочковой тахикардии 31
1.4 Методы автоматического распознавания шоковых и нешоковых ритмов сердца 33
1.4.1 Методы распознавания шоковых и нешоковых ритмов сердца, применяемые во внешних дефибрилляторах 34
1.4.2 Эффективность автоматического распознавания шоковых и нешоковых ритмов сердца существующими методами 39
ГЛАВА 2. Распределение относительных частот сигнала экг по интервалам амплитуды при различных ритмах сердца 42
2.1 Статистическое исследование распределения относительных частот сигнала ЭКГ по интервалам амплитуды при ШРС и НШРС 45
2.2 Анализ распределения относительных частот сигнала ЭКГ при конкретных видах НШРС 48
2.3 Анализ распределения относительных частот сигнала ЭКГ при конкретных видах ШРС 59
ГЛАВА 3. Распознавание шоковых и нешоковых ритмов сердца внешним дефибриллятором методом межпорогового анализа ЭКГ 64
3.1 Способы использования распределения относительных частот ЭКГ по интервалам амплитуды для распознавания ШРС и НШРС 64
3.2 Распознавание ШРС и НТТТРС методом межпорогового частотно-временного анализа ЭКГ 68
3.2.1 Детектирование легкоразличимых НШРС на первом этапе метода 70
3.2.2 Детектирование ШРС на втором этапе метода 72
3.3 Выбор оптимальной длительности временных отрезков ЭКГ
для распознавания ШРС и НТТТРС методом межпорогового анализа...76
3.4 Выбор пороговых значений для решающего фактора в методе межпорогового анализа 78
ГЛАВА 4. Сравнение эффективности работы методов распознавания шоковьгх и нешоковьгх ритмов сердца, применяемых во внешних дефибрилляторах 84
4.1 Анализ достоверности разделения шоковых и нешоковых ритмов сердца наиболее эффективными методами 84
4.1.1 Метод надпороговых интервалов 85
4.1.2 Метод спектрального анализа 88
4.1.3 Метод фильтра желудочковой фибрилляции 91
4.2 Сравнение достоверности распознавания ШРС и НШРС наиболее эффективными методами 95
4.3 Сравнение помехоустойчивости методов распознавания ШРС и НШРС 98
4.4 Оценка вычислительной сложности методов распознавания ШРС и НШРС 108
Заключение ill
Литература 115
Приложение 123
- Классификация ритмов сердца по необходимости проведения дефибрилляции
- Анализ распределения относительных частот сигнала ЭКГ при конкретных видах НШРС
- Распознавание ШРС и НТТТРС методом межпорогового частотно-временного анализа ЭКГ
- Сравнение достоверности распознавания ШРС и НШРС наиболее эффективными методами
Введение к работе
Актуальность темы
Внешняя электрическая дефибрилляция сердца человека широко
распространенный и эффективный метод в реаниматологии, в системах
жизнеобеспечения и защиты человека. Со времени своего появления в
начале шестидесятых годов XX века внешние электрические
кардиовертеры/дефибрилляторы (ВЭКД) превратились из простых импульсных генераторов в высокоинтеллектуальные электронные системы, которые способны реализовывать сложные аналоговые и цифровые функции. Решение медико-технических задач при их разработке требует междисциплинарного подхода, основанного на синтезе знаний физиологии, электроники, системного анализа, управления и обработки информацией.
По областям применения современные ВЭКД разделяют на следующие классы аппаратов: клинические (полуавтоматические) ВЭКД, автоматические внешние дефибрилляторы (АВД), носимые внешние дефибрилляторы (НВД). При использовании клинических ВЭКД решение о воздействии электрическим импульсом на пациента в данный момент времени принимает специально подготовленный медицинский персонал. При использовании автоматических и носимых внешних дефибрилляторов соответствующее решение принимается и выполняется аппаратом на основе автоматического анализа электрокардиограммы (ЭКГ) человека и алгоритма принятия соответствующего решения.
Форма и параметры участка ЭКГ при котором необходимо воздействовать внешним электрическим импульсом на сердце человека называется шоковым ритмом сердца (ШРС). Участок ЭКГ, имеющий форму и параметры, при которых такое воздействие не рекомендуется, называют нешоковым ритмом сердца (НШРС).
Несмотря на достаточно интенсивные исследования, до настоящего времени нет общепринятых методов и средств автоматической обработки
7 электрокардиографической информации для распознавания ШРС и НШРС, полностью пригодных для использования в автоматических и носимых внешних дефибрилляторах. Кроме того, информация о реализации тех или иных методов распознавания ШРС и НШРС в конкретных ВЭКД как правило, недоступна.
Таким образом, актуальной задачей является дальнейшее
t исследование методов и средств анализа электрокардиографической
информации для распознавания ШРС и НШРС, совершенствование систем
^ принятия решений, с целью повышения эффективности функционирования
автоматических и носимых внешних дефибрилляторов и, в конечном итоге, с целью повышения эффективности жизнеобеспечения и защиты человека методом внешней электрической дефибрилляции.
Цель и задачи исследования
Целью исследования являлась разработка нового метода и средств анализа электрокардиографической информации, нового критерия
і»
принятия решения для автоматического распознавания шоковых ритмов сердца на основе межпорогового частотно-временного анализа электрокардиограммы с целью повышения эффективности функционирования автоматических и носимых внешних дефибрилляторов:
анализ существующих методов автоматического распознавания ШРС и НШРС, выявление их преимуществ и недостатков;
разработка нового метода межпорогового частотно-временного анализа ЭКГ для распознавания ШРС и НШРС, удовлетворяющего ограничениям на время принятия решения, необходимым для эффективного применения во внешнем дефибрилляторе;
исследование достоверности и помехоустойчивости предложенного метода;
внедрение результатов исследования в разработки кафедры
биомедицинских систем МИЭТ по ВЭКД.
8 Научная новизна работы состоит в следующем:
В пределах изменения амплитуд ЭКГ впервые установлено существование узкой области, обладающей необходимой информативностью для распознавания ШРС и НШРС. Установлена взаимосвязь ширины выделенной области амплитуд ЭКГ и ее информативности для распознавания ШРС и НШРС. Установлена зависимость информативности выделенной области амплитуд от длительности временного отрезка ЭКГ, используемого при распознавании ШРС и НШРС.
Из набора параметров, характеризующих ЭКГ, для распознавания ШРС и НШРС впервые предложено использовать время, в течение которого сигнал ЭКГ каким-либо образом переходит через выделенную узкую область амплитуд.
Установлена зависимость времени, в течение которого ЭКГ каким-либо образом переходит через выделенную область амплитуд при ШРС и НШРС от длительности временного отрезка сигнала, используемого для анализа.
Разработан новый линейный метод распознавания ШРС и НШРС, который удовлетворяет условиям, необходимым для его применения в автоматических и носимых внешних дефибрилляторах. Установлена зависимость достоверности распознавания ШРС и НШРС предлагаемым методом от вида помех и артефактов, влияющих на ЭКГ.
Практическая значимость работы
Установлена эффективность работы методов распознавания ШРС и НШРС, реализуемых в ВЭКД, при разделении конкретных видов шокового и нешокового ритма;
Разработан новый линейный алгоритм для распознавания ШРС и НШРС автоматическим или носимым внешним дефибриллятором, на основе межпорогового частотно-временного анализа ЭКГ;
9 Проведено сравнение достоверности, помехоустойчивости и вычислительной сложности методов детектирования ШРС показавшее, что новый линейный алгоритм удовлетворяет требованиям, предъявляемым к НВД, в большей мере, чем методы, предложенные ранее.
Положения, выносимые на защиту:
Установленная узкая область амплитуд сигнала ЭКГ обладает повышенной информативностью к характеру ритма сердца и позволяет построить эффективный метод распознавания ШРС и НШРС для автоматического внешнего дефибриллятора.
Предложенный способ детектирования НШРС, основанный на определении относительной частоты сигнала ЭКГ в области амплитуд изоэлектрической линии, позволяет определить большинство нешоковых видов ритма и тем самым упростить распознавание ШРС.
Предложенный способ детектирования ШРС, основанный на измерении времени перехода сигнала ЭКГ через информативную область амплитуд, позволяет достичь высокой достоверности и помехоустойчивости анализа ритма сердца, проводимого носимым внешним дефибриллятором.
Достоверность результатов
Достоверность полученных результатов обусловлена
использованием кардиограмм реальных пациентов из общедоступных баз данных и использованием общепринятого математического аппарата для обработки сигналов.
Внедрение результатов работы
Результаты диссертационной работы были использованы при подготовке и реализации следующих проектов кафедры биомедицинских систем МИЭТ.
Научно-исследовательские работы по тематическому плану вуза:
«Моделирование биомедицинских электронных систем на базе фундаментальных принципов биоинформатики, твердотельной электроники, микроэлектроники и наноэлектроники», 2003-2004 гг,
Научно-техническая программа «Научные исследования высшей
школы по приоритетным направлениям науки и техники»:
«Малогабаритный внешне носимый электрический кардиовертер-
дефибриллятор, средства контроля за сердечной деятельностью в
чрезвычайных ситуациях», 2003-2004 гг. (рис. 1.а).
Рис. 1 Типы ВЭКД, в которых использованы результаты диссертационной
работы: прототип НВД (Lifecor, а), полуавтоматический ВЭКД (УОМЗ, б),
автоматический внешний дефибриллятор (Metrax, в)
Грант РФФИ
«Автоматизированный комплекс для исследования эффективности внешней дефибрилляции/кардиоверсии при различных формах и параметрах биполярного электрического импульса», 2005-2008 гг.
Договорные НИР и международное сотрудничество:
«Разработка макетного образца малогабаритного внешне носимого
кардиовертера-дефибриллятора», 2002-2005 гг. Заказчик - «METRAX
GmbH», г. Ротвайль, Германия (рис. 1.а).
«Разработка программного обеспечения и аппаратных средств для модернизации автоматических внешних дефибрилляторов М250 и М290», 2004-2005 гг. Заказчик - «METRAX GmbH», г. Ротвайль, Германия (рис. 1 .в).
«Разработка и изготовление экспериментальных образцов блоков управления и индикатора для дефибриллятора», 2000-2003 гг. Заказчик - ФГУП ПО «Уральский оптико-механический завод», г. Екатеринбург, Россия (рис. 1.6).
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях и семинарах:
Микроэлектроника и информатика — 2005. Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Москва, МИЭТ, 2005 г.
Современные информационные технологии. Международная научно-техническая конференция, Пенза, ПТИ, 2004 г.
Медико-экологические информационные технологии - 2004. VII Международная научно-техническая конференция, Курск, КГТУ, 2004 г.
Микроэлектроника и информатика - 2004. Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Москва, МИЭТ, 2004 г.
Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии. VI Международная научно-техническая конференция, Владимир, ВлГУ, 2004 г.
Микроэлектроника и информатика — 2003. Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Москва, МИЭТ, 2003 г.
На научных семинарах кафедры биомедицинских систем Московского государственного института электронной техники.
12 Публикации по теме диссертации
По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, списка основных сокращений, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 73 наименования, и приложения. Объем основного текста работы составляет 122 страниц, включая 33 иллюстрации и 16 таблиц.
Классификация ритмов сердца по необходимости проведения дефибрилляции
Как было отмечено выше, желудочковые тахиаритмий могут быть прерваны с помощью дефибрилляции только при определенных условиях. К этим условиям относят разные факторы (длительность аритмии с начала ее возникновения, физиологические особенности человека...), но главным среди них является конкретный вид желудочковой тахиаритмии. Установлено, что для одних ритмов дефибрилляция эффективна, для других (например, для учащенного идиовентрикулярного ритма) она может ухудшить состояние пациента.
В 1997 году на основе опыта, накопленного методом дефибрилляции в течение 36 лет развития, Американская кардиологическая ассоциация (АКА) сформировала классификацию ритмов сердечной деятельности в зависимости от необходимости проведения дефибрилляции [19]. Согласно классификации АКА ритмы сердца делятся на три группы:
1) шоковые ритмы сердца (ШРС) — при их возникновении, требуется незамедлительное проведение дефибрилляции; для таких ритмов дефибрилляция является единственной эффективной терапевтической процедурой;
2) нешоковые ритмы сердца (НШРС) - при их возникновении, не рекомендуется проведение дефибрилляции; соответственно для них проведение дефибрилляции неэффективно;
3) переходные ритмы сердца - ритмы сердечной деятельности, для которых не дается однозначной рекомендации на проведение дефибрилляции; при их возникновении дефибрилляция не всегда является наиболее эффективной терапевтической процедурой.
Группа ШРС включает в себя два вида ритма: крупноволновая желудочковая фибрилляция и высокочастотная желудочковая тахикардия.
Желудочковая фибрилляция считается крупноволновой, если на ЭКГ она имеет амплитуду от пика до пика более 200 мкВ [20]. Желудочковая тахикардия называется высокочастотной, если ЧСС превышает некоторый заранее заданный порог. Величина порога не регламентируется, однако наиболее часто для него принимают 160...200 уд/мин [21, 22].
Группа НШРС включает в себя: нормальный синусовый ритм, атриа-вентрикулярную тахикардию, синусовую брадикардию, трепетание предсердий, фибрилляцию предсердий, идиовентрикулярные ритмы, блокады различного рода и степени, другие ритмы, воздействие на которые дефибрилляцией терапевтически невыгодно. Отдельно оговаривается недопустимость использования дефибрилляции при электромеханической диссоциации. АКА. не рекомендует также проводить дефибрилляция при асистолии.
Группа ПРС состоит из ритмов, для которых дефибрилляция рекомендована, если альтернативная терапия не может быть применена. Например, если рядом с человеком, испытывающим какой-либо ритм из группы ПРС, находится кардиолог, и он осуществляет медикаментозное лечение, то дефибрилляцию следует заменить непрямым массажем сердца. Если же дефибрилляция оказывается единственной терапевтической процедурой, которой можно незамедлительно воздействовать на потерпевшего, то она проводится и для группы переходных ритмов сердца.
Согласно [19] к ПРС относятся: мелковолновая желудочковая фибрилляция (при пиковой амплитуде на ЭКГ менее 200 мкВ), трепетание желудочков, желудочковая тахикардия, не попавшая в группу ШРС.
В зависимости от того, каким способом импульс дефибрилляции сообщается сердцу, можно выделить два метода проведения процедуры: прямая дефибрилляция, импульс дефибрилляции сообщается сердцу непосредственно и трансторакальная дефибрилляция, импульс сообщается сердцу через грудную клетку.
В зависимости от того, кто принимает решение о необходимости терапевтического вмешательства, можно выделить два метода дефибрилляции:
- ручная, в этом случае кардиолог анализирует состояние человека, его ЭКГ и принимает решение, необходимо ли проводить дефибрилляцию; - автоматическая, в этом случае техническое средство самостоятельно принимает решение о необходимости дефибрилляции, на основе анализа регистрируемых физиологических параметров человека.
Ручная прямая дефибрилляция является первым способом применения процедуры и в течение 10 лет с 1947 г. была единственным способом прерывания желудочковой фибрилляции [23]. В настоящее время она используется в основном при научных исследованиях и в редких клинических случаях, когда нарушена целостность грудной клетки (например, при операциях на открытом сердце).
Ручную трансторакальную дефибрилляцию впервые осуществил Золл (Zoll) в 1956 г. и с тех пор она прочно укрепилась в клинической практике как главный способ воздействия на шоковые ритмы сердца. Несмотря на то, что этот метод претерпел ряд изменений, сущность его осталась прежней: врач следит за ЭКГ пациента и при возникновении ШРС приводит в действие специальное техническое средство, дефибриллятор, который сообщает импульс электрического тока человеку через электроды, удерживаемые на грудной клетке.
Анализ распределения относительных частот сигнала ЭКГ при конкретных видах НШРС
Согласно обзору, проведенному в п. 1.2-1.3, к НШРС относится большое множество различных видов ритма сердца. На ЭКГ они могут значительно различаться между собой, приобретая определенные сходства с ЭКГ шоковых ритмов. Ниже представлено исследование распределения относительных частот сигнала ЭКГ по интервалам амплитуды при НШРС. Исследование позволило выявить общие черты распределения, свойственные всем нешоковым ритмам [69].
Для уточнения величины и положения информативной области амплитуд при редких видах нешокового ритма проведен отдельный анализ 11 кардиограмм с НШРС. Для этого использовались кардиограммы реальных пациентов из базы данных желудочковых тахиаритмий университета Крейтона, (cudb) [59] и из базы данных аритмий Массачусетского технологического института, (mitdb) [63]. Выбирались отрезки ЭКГ длительностью 1 мин, без помех с неизменным ритмом. Каждый отрезок сигнала ЭКГ проходил этап дополнительной фильтрации помех: ФНЧ с частотой среза 30 Гц; ФВЧ с частотой среза 1 Гц. Такая обработка записей ЭКГ позволяла полностью избежать влияния помех и артефактов на проводимое исследование. Записи ЭКГ, отобранные для анализа и прошедшие фильтрацию, обрабатывались описанным выше методом при Г = 2с и К = 20 интервалов.
Распределение относительной частоты Wt по интервалам амплитуды представлялось графически в виде гистограммы (см. рисунки ниже). При этом ось абсцисс указывала на интервал амплитуд /, а ось ординат на, соответствующую величине столбца относительную частоту Wt. Каждый интервал обозначался соответствующим ему значением медианы (в отношении к величине максимального пика ЭКГ на анализируемом временном отрезке). Нумерация интервалов, используемая в тексте при описании, велась слева направо, начиная с единицы. Таким образом, изоэлектрическая линия сигнала ЭКГ, x(t), совпадала с верхней границей 10-го и нижней границей 11-го интервала (см. рис. 2.1).
Синусовый ритм сердца
При синусовом ритме сердца источником возбуждения (водителем ритма) является синоатриальный пояс, от которого возбуждение распространяется по проводящей системе сердца ко всем его отделам. В норме при таком ритме прослеживаются все элементы стандартного вида ЭКГ: зубцы Р, QRS и Т (см. рис. 1.2). Отметим, что нормальный синусовый ритм (как и любой другой ритм) может проявляться на ЭКГ в различной форме в зависимости от физиологических параметров человека и используемого электрокардиографического отведения (см. рис. 2.3-2.6). При этом изменяются следующие параметры ЭКГ, существенные для проводимого исследования: 1) амплитуда и полярность наибольшего пика; 2) частота сердечных сокращений (ЧСС); 3) амплитуда и полярность зубцов Р, Q, R, S, Т. На рис. 2.3 представлен один и тот же синусовый ритм сердца в двух отведениях: МП и V2, ЧСС составляет 55 уд/мин. При этом на ЭКГ имеются следующие различия:
- в отведении V2 наибольшим элементом ЭКГ является положительный R-пик с амплитудой 1,7мВ, а в отведении МП — попеременно, либо положительный R-пик с амплитудой 1 мВ, либо отрицательный S-пик с амплитудой =-1 мВ, в зависимости от момента наблюдения;
- в отведении МИ амплитуда зубца Т сравнима с амплитудой наибольшего элемента, 0,7 мВ, а в отведении V2 она в два-три раза меньше амплитуды максимума, 0,6 мВ. В обоих случаях гистограмма относительньгх частот сигнала ЭКГ имеет ярко выраженный пик в одиннадцатом интервале (значение медианы 0,05 Мах). Второй по величине пик находится в десятом интервале (значение медианы -0,05 Мах). При этом на четыре центральных интервала, i = 9... 12 (соответствующие значения медиан: -0,15; -0,05; 0,05; 0,15 Мах), приходится более 0,80 отн. ед. суммарной относительной частоты сигнала ЭКГ.
Распознавание ШРС и НТТТРС методом межпорогового частотно-временного анализа ЭКГ
Исходя из анализа представленного в п. 3.1 для автоматического распознавания ШРС и НШРС предложено использовать двухэтапный метод, который получил название - метод межпорогового частотно-временного анализа трансторакальной ЭКГ (далее метод межпорогового анализа). Совокупность двух этапов должна обеспечить низкую вычислительную сложность и высокую достоверность метода. При этом задача первого этапа состоит в том, чтобы детектировать легкоразличимые НШРС с помощью простейших вычислительных операций. Задача второго этапа - отделить трудноразличимые НШРС и определить присутствие на ЭКГ шокового ритма. Ввиду того, что в процессе жизнедеятельности человек чаще всего испытывает легкоразличимые нешоковые ритмы, такой подход обеспечивает низкое энергопотребление, а сужение группы НШРС на втором этапе детектирования ШРС позволяет достичь высокой достоверности. Структурная схема метода межпорогового анализа представлена на рис. 3.2.
Регистрируемый с поверхности тела, сигнал ЭКГ проходит предварительную обработку: отсекается короткий временной отрезок ЭКГ для последующего анализа, выделяется информативный сигнал путем фильтрации помех (ФНЧ 1 Гц, ФВЧ 30 Гц, режекторный фильтр 50 Гц), проверяется наличие асистолии на данном отрезке. Такой этап предварительной обработки считается наиболее эффективным и применяется в подавляющем большинстве дефибрилляторов [45, 47]. Для выделения легкоразличимых HTTIPC на первом этапе анализа ритма решающим фактором является сумма относительных частот сигнала ЭКГ, приходящаяся на информативную область амплитуд (без учета сдвига). По своей сути, это третий вариант решающего фактора (см. п. 3.1.1). На втором этапа анализа ритма решающим фактором является среднее время, в течение которого сигнал ЭКГ каким либо образом переходит через информативную область амплитуд (среднее время перехода). При этом положение информативной области на данном этапе скорректировано с учетом смещения.
Сравнивая с порогом относительную частоту сигнала ЭКГ, приходящуюся на информативную область амплитуд, можно детектировать НШРС (см. п. 3.1.1). При этом для большинства видов НШРС информативная область располагается симметрично относительно изоэлектрической линии, а ее величина составляет: D = [-0,2 Мах; 0,2 Мах], где Мах - элемент ЭКГ, обладающий наибольшим абсолютным значением амплитуды на анализируемом временном отрезке (см. рис. 3.1). Под относительной частотой, WD, понимается количество дискретных отсчетов оцифрованного сигнала ЭКГ, амплитуда которых находится в данной области, относительно общего числа дискретных отсчетов сигнала ЭКГ, содержащихся на анализируемом временном отрезке. Определяя ее величину можно построить решающее правило первого этапа распознавания ШРС и НШРС (см. рис. 3.3).
Математическое описание первого этапа
Рассмотрим дискретный сигнал ЭКГ, x(t), во временной области: fe[0, оо]. После предварительной обработки он разбит на одинаковые отрезки величиной Т, на каждом из которых проводится анализ ритма сердца.
Сравнение достоверности распознавания ШРС и НШРС наиболее эффективными методами
Для распознавания ШРС и НШРС в носимом внешнем дефибрилляторе предложено использовать метод межпорогового анализа сигнала ЭКГ. При этом выдвинуто предположение, что достоверность анализа ритма сердца, проводимого данным методом, удовлетворяет предъявляемым требованиям в большей степени, чем при ранее предложенных методах. А именно: высокий показатель чувствительности ( 75 %) сочетается с показателем избирательности не ниже 95 % [19, 39].
Проверка этого предположения проводилась на кардиограммах реальных пациентов из базы данных желудочковых фибрилляций Массачусетского технологического института (vfdb) и базы данных желудочковых тахиаритмий университета Крейтона (cudb). В открытом доступе базы данных vfdb находились 20 файлов, каждый из которых содержал запись ЭКГ в двух отведениях. При этом каждая запись имела длительность 35 минут и по сведениям авторов получена с частотой дискретизации 250 Гц. База данных cudb включала в себя 35 файлов, каждый из которых содержал по одной записи ЭКГ длительностью 8,43 минуты, с частотой дискретизации 250 Гц. Для проводимого исследования использовался весь доступный объем баз данных без осуществления выборок и самостоятельного изучения кардиограмм. Ритм сердца детектировался на каждом двухсекундном временном отрезке: при этом получалось для каждой записи ЭКГ из базы данных vfdb 1050 анализируемых участков и для каждой записи ЭКГ из базы данных cudb 506 анализируемых участков. Истинным видом ритма считался тот, который указан авторами баз данных в аннотациях, сопровождающих записи ЭКГ. При этом к группе ШРС относились все временные отрезки ЭКГ с аннотациями: (VF — желудочковая фибрилляция, (VFL - трепетание желудочков, (VT - желудочковая тахикардия, [ - желудочковая тахиаритмия. Временные отрезки ЭКГ с другими аннотациями рассматривались как относящиеся к группе НТТТРС. Временные отрезки ЭКГ, для которых в аннотации было указано: (NOISE - шум, исключались из расчета показателей чувствительности и избирательности. Также, исходя из аннотации, для каждой записи ЭКГ определялось общее число двухсекундных временных отрезков с ШРС и НШРС.
Для определения чувствительности и избирательности использовались алгоритмы, реализующие метод надпороговых интервалов, спектральный и метод фильтра желудочковой фибрилляции, в виде, описанном в п. 4.1.1, п. 4.1.2, п. 4.1.3 соответственно. Пороговые значения решающих факторов установлены исходя из исследования, проведенного в п. 4.1. Для оценки метода межпорогового анализа использовался алгоритм, описанный в п. 3.2. Пороговое значение решающего фактора установлено исходя из исследования, проведенного в п. 3.4. Таким образом, решение о наличии на анализируемом отрезке ЭКГ шокового ритма принималось, исходя из следующих пороговых значений: Time 190 мс; FSMN 3,5 & А2 0,35; Leak 0,575; SD 90. Если принятое решение совпадало с указанием вида ритма в аннотации к данному временному отрезку, то такое решение считалось верным. Исходя из количества верно определенных ШРС и НШРС в каждой записи ЭКГ, а также исходя из общего количества ШРС и НШРС, указанного в аннотациях, для каждой записи ЭКГ рассчитывались показатели чувствительности и избирательности.
Отметим, что при определении пороговых значений решающего фактора каждого из методов использовалась одна и та же выборка ЭКГ. Она включала 11 минутных записей ЭКГ с НШРС и 5 минутных записей с ШРС. Вид используемых ЭКГ изображен на рисунках в пп. 2.2-3. Таким образом, достигались равные условия проверки для каждого метода.
После определения величины показателей чувствительности и избирательности, соответствующих каждой записи ЭКГ, рассчитывалось их среднее арифметическое значение (САЧ и САИ, соответственно). Результаты вычислений приведены в табл. 4.7.
Данные, представленные в табл. 4.7 свидетельствуют, что наилучшей чувствительностью к ШРС обладает метод надпороговых интервалов, при этом его избирательность значительно ниже, чем в других методах. Наименьшие показатели чувствительности имеет спектральный метод, при этом избирательность метода достаточно высока. Наиболее сбалансированные показатели достоверности зарегистрированы при анализе ритма сердца методом межпорогового анализа и методом фильтра желудочковой фибрилляции. При этом предлагаемый в данной работе метод обладает наиболее высокой избирательностью, что важно при использовании его в НВД. Показатели чувствительности обоих методов различаются незначительно.
Похожие диссертации на Автоматическое распознавание шоковых ритмов сердца методом межпорогового частотно-временного анализа ЭКГ
