Етапи аналізу біосигналів

Обробка біосигналів звичайно складається як мінімум з чотирьох стадій (див. рис. 35):

• вимірювання або спостереження – реєстрація сигналів;

• перетворення і зміна форми сигналів – трансформація сигналів;

• обчислення діагностично-істотних параметрів сигналів;

• інтерпретація або класифікація сигналів.

Рис. 19Цикл може бути пройдений тільки один раз, наприклад, протягом консультації, або багато раз, наприклад, коли пацієнта обстежують на спеціальному обладнанні.

Рис. 20. Чотири стадії обробки біосигналу. Перші дві стадії мають справу з синтаксисом (syntax) сигналу; останні дві стадії – з семантичними (semantic) властивостями сигналу.

Реєстрація, перетворення та класифікація сигналів

На першому етапі – реєстрація сигналів – ми використовуємо перетворювачі (датчики) для отримання електричних сигналів, які можуть оброблятися комп’ютерами. На цьому етапі, хімічні або механічні сигнали перетворюються в електричні сигнали, а сигнали, які вже є електричними – вловлюються електродами. При цьому дуже важливо підтримувати ентропію сигналу на якомога нижчому рівні, тобто отримувати сигнали з незначними спотвореннями, а саме, з високим відношенням «сигнал-шум». Коли сигнали перетворені в електричну форму, їх переводять в цифрову форму для того, щоб їх можна було обробляти комп’ютером.

В другому етапі необхідно обробити сигнали таким чином, щоб у подальшому можна було отримати їх семантичні параметри. Другий етап також називають попередня обробка. Сигнали містять набагато більше даних, ніж фактично потрібно для отримання параметрів, які несуть семантичну інформацію. Це називається надлишковістю. Наприклад, щоб діагностувати блокаду лівої ніжки передсердно-шлуночкового пучку на підставі електрокардіограми (ЕКГ), лікарю достатньо мати лише від одного до трьох циклів ЕКГ, замість багатьох, що зазвичай записуються. Проте, для діагностування певних видів серцевих аритмій іноді необхідно кілька годин запису ЕКГ (наприклад, записи, отримані під час так званого хольтерівського моніторингу). Іноді надлишок даних використовується з метою усунення шуму, наприклад, за допомогою фільтрації. Іншими словами, протягом попередньої обробки або на етапі перетворення необхідно:

• зменшити перешкоди;

• зменшити обсяг даних таким чином, щоб ми змогли обчислити найбільш суттєві у діагностичному плані параметри.

На третьому етапі отримуються семантично релевантні параметри (які також називаються ознаками), які можуть бути використані як вхідні дані для подальшого прийняття рішень. Певним чином такі параметри нагадують ознаки та симптоми, що використовуються для постановці діагнозу. Такі ознаки повинні мати дискримінаційну чутливість, наприклад, для того, щоб встановити, чи пацієнт має хворобу А або Б, або чи наявна тенденція до розвитку хвороби. Ознаки отримуються шляхом іноді доволі складних методів обробки сигналів. Ці методи багато в чому схожі на методи, що використовуються при обробці зображень. Коли параметри сигналів вже отримано, вони використовуються на етапі інтерпретації для ручного або комп’ютеризованого прийняття рішень.