МИНОБРНАУКИ РОССИИ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)
Кафедра БТС
ОТЧЕТ
по лабораторной работе №6
по дисциплине «Управление в биотехнических системах»
Тема: Исследование алгоритма обнаружения QRS – комплекса.
Вариант 7
Студентки гр. 0502 |
|
Лиоско Е.П. Потько А.А. |
Преподаватель |
|
Корнеева И.П. |
Санкт-Петербург
2023
Цель работы.
Исследование алгоритмов формирования модельного сигнала ЭКГ и обнаружения QRS-комплексов.
Задание.
Создать программу для формирования модельного кардиосигнала.
Создать программу обнаружения QRS-комплексов по сигналу ЭКГ.
Исследовать алгоритмы формирования модельного сигнала ЭКГ и обнаружения QRS-комплексов.
Основные положения работы.
Электрокардиограмма (ЭКГ) – это запись колебаний разности потенциалов, возникающих на поверхности тела вследствие электрической активности сердца. На ЭКГ деполяризация предсердий регистрируется как P-зубец, деполяризация желудочков – QRS-комплекс, реполяризация желудочков – T-зубец (см. рис. 6.1). Общепринятыми единицами измерения напряжения в электрокардиографии являются «мВ», но в данной работе для удобства управления программами будут использоваться единицы измерения «мкВ».
Рис.
6.2. График кардиоцикла, сформированного
моделью ECGSYN
Вариабельность сердечного ритма (ВСР) моделируется путём создания модели сигнала, обладающей частотными свойствами, характерными для сигнала ВСР в норме (концентрация мощности в диапазонах частот VLF (0,003-0,04 Гц), LF (0,04-0,15 Гц) и HF (0,15-0,4 Гц)). Последовательность RR-интервалов, соответствующая рассчитанному сигналу, формируется с использованием концепции модели порождения сигнала сердечного ритма, известной как IPFM (Integral Pulse Frequency Modulation, интегральная импульсно-частотная модуляция). Она заключается в следующем – с каждым новым отсчетом сигнала водителя ритма происходит накопление текущего значения RR-интервала. Как только накапливаемое значение достигает уровня сигнала, оно принимается за длительность текущего RR-интервала. Затем алгоритм переходит к следующей итерации.
Интерфейсные панели:
Создание программы для формирования модельного сигнала ЭКГ.
Диаграмма:
Static VI Reference – получение ссылки ЭКГ.
Sub Panel – для интегрирования лицевой панели субВП «Генератор_кардиоцикл.vi» в панель главного ВП
Рисунок 1 – Диаграмма создания программы для формирования модельного сигнала ЭКГ.
Рисунок 2 – Лицевая сторона. Сигнал ЭКГ.
Рисунок 3 – Лицевая сторона. ВСР.
Рисунок 4 – Лицевая сторона. Шумы.
Рисунок 5 – Лицевая сторона. Морфология PQRST.
Создание программы для обнаружения QRS-комплексов.
Диаграмма:
Fd – частота дискретизации равная 250 Гц.
Numeric Control – значения амплитуд и частот, которые мы задали; порог, зона нечувствительности, шаг адаптации, частота наводки.
String Constant – ECG queue – буквенная константа.
Waveform Graph – строим график.
Array Constant – числовой массив. В данном случае с плавающей точкой.
Дифф. Фильтр и Адапт. Фильтр – индикаторы для соответствующих фильтров.
CUT ECG – генератор фрагментов – формируемый сигнал одинаковой длины.
NOISE – генератор помехи.
Enqueue Element – запись в очередь.
Obtain Queue – получение очереди.
Get Waveform Components - для извлечения массива значений из фрагмента сигнала.
Flush queue – очистка.
Приемник_График.vi – GRAPH – для отображения графика принятого сигнала.
Рисунок 6 – Диаграмма создание программы для обнаружения QRS-комплексов.
Рисунок 7 – Диаграмма создание программы для обнаружения QRS-комплексов.
Рисунок 8 – Лицевая сторона создания программы для обнаружения QRS-комплексов.
Исследование алгоритма обнаружения QRS – комплекса.
Исследование детектора QRS-комплекса.
Графики двухмерного и трехмерного представлений PQRST-комплекса, а также значения параметров морфологии зубцов кардиоцикла (амплитуда, ширина и положение зубцов):
Рисунок 9 – Лицевая сторона. Графики двухмерного и трехмерного представлений PQRST-комплекса.
Рисунок 9 – Лицевая сторона. Ширина.
Рисунок 10 – Лицевая сторона. Положение зубцов.
Рисунок 11 – Лицевая сторона. Настройки ВСР, график СПМ ВСР.
Рисунок 12 – Лицевая сторона. Настройки ВСР и график, иллюстрирующий процесс формирования длительности RR-интервалов.
Рисунок 13 – Лицевая сторона. График формируемого сигнала.
Рисунок 14 – Лицевая сторона. График принятого сигнала ЭКГ.
Рисунок 14 – Лицевая сторона. График, иллюстрирующий работу QRS-детектора. Порог – 1800 мкВ.
Рисунок 15 – Лицевая сторона. График, иллюстрирующий работу QRS-детектора. Порог – 250 мкВ. С дифф. фильтром.
При использовании дифференцирующего фильтра порог детектора QRS-комплекса уменьшается с 1800 мкВ до 250 мкВ.
ЭКГ с помехами дыхания.
Рисунок 16 – Лицевая сторона. Шумы.
Рисунок 17 – Лицевая сторона. График формируемого сигнала.
Рисунок 18 – Лицевая сторона. График принятого сигнала ЭКГ.
Рисунок 19 – Лицевая сторона. График, иллюстрирующий работу QRS-детектора. Порог – 900 мкВ.
Рисунок 20 – Лицевая сторона. График, иллюстрирующий работу QRS-детектора. Порог – 250 мкВ. С дифф. фильтром.
Детектор не может обнаружить пороги QRS – комплексов без дифференциального фильтра.
ЭКГ с измененной формой PQRST
Рисунок 20 – Лицевая сторона. Графики двумерного и трехмерного представлений кардиоцикла.
Рисунок 21 – Лицевая сторона. Шумы.
Рисунок 22 – Лицевая сторона. График формируемого сигнала.
Рисунок 23 – Лицевая сторона. График принятого сигнала ЭКГ.
Рисунок 24 – Лицевая сторона. График, иллюстрирующий работу QRS-детектора. Порог – 1300 мкВ.
Рисунок 25 – Лицевая сторона. График, иллюстрирующий работу QRS-детектора. Порог – 250 мкВ. С дифф. фильтром.
Без дифференциального фильтра невозможно определить QRS – комплексы из-за зубца Т.
ЭКГ с гауссовским шумом.
Рисунок 26 – Лицевая сторона. График шума.
Рисунок 27 – Лицевая сторона. График формируемого сигнала с гауссовским шумом.
Рисунок 28 – Лицевая сторона. График, иллюстрирующий работу QRS-детектора. Порог – 1600 мкВ. SNR=35
Рисунок 29 – Лицевая сторона. График, иллюстрирующий работу QRS-детектора. Порог – 1600 мкВ. SNR=35. С дифф. фильтром.
ЭКГ со всеми помехами и ВРС.
Рисунок 30 – Лицевая сторона. СПМ ВСР и шумы.
Рисунок 31 – Лицевая сторона. График, иллюстрирующий процесс формирования длительности RR-интервалов.
Рисунок 32 – Лицевая сторона. График формируемого сигнала со всеми видами шумов.
Рисунок 33 – Лицевая сторона. График, иллюстрирующий работу QRS-детектора.
Рисунок 34 – Лицевая сторона. График ритмограммы, построенной генератором ЭКГ.
Рисунок 34 – Лицевая сторона. График ритмограммы, построенной приемником ЭКГ.
Ритмограмма, построенная генератором ЭКГ, и ритмограмма, построенная приемником ЭКГ, полностью совпадают. Следовательно, детектора QRS-комплекса работает эффективно.
Выводы.
В ходе лабораторной работы мы получили:
1. Исследование детектора QRS-комплекса:
При использовании дифференцирующего фильтра порог детектора QRS-комплекса уменьшается с 1800 мкВ до 250 мкВ в случае отсутствия помех.
2. ЭКГ с помехами дыхания:
Детектор не может обнаружить пороги QRS – комплексов без дифференциального фильтра при амплитуде дыхания 1500 мкВ и смещении изолинии 1000 мкВ.
3. ЭКГ с измененной формой PQRST:
Без дифференциального фильтра невозможно определить QRS – комплексы из-за зубца Т при амплитудах зубцов, заданных по вариантам.
4. ЭКГ с гауссовским шумом:
При отношении сигнал/помеха 35 ритмограмма без дифференцирующего фильтра выглядит более стабильной.
5. ЭКГ со всеми помехами и ВРС:
Ритмограмма, построенная генератором ЭКГ, и ритмограмма, построенная приемником ЭКГ, полностью совпадают. Следовательно, детектора QRS-комплекса работает эффективно.