Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В.И. Ульянова (Ленина)» (СПбГЭТУ)

Кафедра БТС

Курсовой проект по дисциплине «Методы обработки биомедицинских сигналов и данных» на тему:

«Спектральный анализ вариабельности сердечного ритма»

Вариант №11-2

Выполнил: Лебедев А.С., гр. 7503

Преподаватель: Калиниченко А.Н.

Санкт-Петербург, 2010.

Задание на выполнение курсового проекта

1) Задан фрагмент сигнала сердечного ритма;

• длительность - 2,5 с;

• частота дискретизации - 4 Гц.

2) С помощью утилиты MATLAB "Filter Design and Analysis Tool" разработать цифровой фильтр в соответствии с приведённой в таблице 1 спецификацией и сохранить набор коэффициентов фильтра в виде mat-файла.

Таблица 1. Спецификация фильтра.

Параметр	Значение
Тип АЧХ фильтра (Response Type)	Полосовой (Bandpass)
Метод разработки (Design Method)	БИХ, фильтр Баттерворта (IIR, Butterworth)
Порядок (Specify order)	8
Первая частота среза	0.15 Гц
Вторая частота среза	0.4 Гц

3) С помощью утилиты MATLAB "Filter Design and Analysis Tool" (в режиме «Full view analysis») получить графики следующих характеристик фильтра:

• АЧХ (в логарифмическом и линейном масштабах);

• ФЧХ;

• Импульсная характеристика;

• Переходная характеристика;

• Карта нулей и полюсов.

4) Сохранить параметры разработанного фильтра в виде текстового fcf-файла и распечатать его.

5) Сохранить сессию утилиты MATLAB "Filter Design and Analysis Tool" в виде fda-файла.

6) Записать разностное уравнение фильтра.

7) Записать передаточную функцию фильтра с использованием z-преобразования.

8) Нарисовать с помощью какого-либо графического редактора блок-схему фильтра.

9) Разработать в среде MATLAB программу, реализующую следующие функции:

• Чтение сигнала из заданного файла;

• Отображение графиков исходного сигнала;

• Фильтрация сигнала с помощью разработанного фильтра;

• Отображение графиков сигнала после фильтрации;

• Расчёт и отображение спектральной плотности мощности сигнала до и после фильтрации с использованием заданного в таблице 2 метода спектрального оценивания (с переключением линейного и логарифмического масштабов) и с возможностью интерактивного выбора одного из параметров;

• Расчёт и вывод графиков нормированной смещённой оценки автокорреляционной функции сигнала до и после фильтрации (функция MATLAB xcorr(), 'option'='coeff, maxlags=N/2 (N - число отсчётов сигнала)).

	Таблица 2. Параметры метода расчёта спектральной оценки.
Параметр	Значение	Функции MATLAB и имена их параметров
Тип метода	Метод Уэлча	Pwelch()
Размер массива для БПФ	2048	Nfft
Сглаживающее окно	Хемминга	hamming()
Выбор размера сегмента	100,200,400	Window
Перекрытие	80%	noverlap

Происхождение и основные свойства сигналов

Анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) является методом оценки состояния механизмов регуляции физиологических функций в организме человека и животных, в частности, общей активности регуляторных механизмов, нейрогуморальной регуляции сердца, соотношения между симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системы. Текущая активность симпатического и парасимпатического отделов является результатом многоконтурной и многоуровневой реакции системы регуляции кровообращением изменяющей во времени свои параметры для достижения оптимального для организма приспособительного ответа, которые интегральны по функции и усреднены по времени, отражают адаптационную реакцию целостного организма. Адаптационные реакции индивидуальны и реализуются у разных лиц с различной степенью участия функциональных систем, которые обладают в свою очередь обратной связью изменяющейся во времени и имеющей переменную функциональную организацию.

Характерной особенностью метода является его неспецифичность по отношению к нозологическим формам патологии и высокая чувствительность к самым разнообразным внутренним и внешним воздействиям. Метод основан на распознавании и измерении временных интервалов между RR-интервалами электрокардиограммы, построении динамических рядов кардиоинтервалов (кардиоинтервалограммы) и последующего анализа полученных числовых рядов различны-ми математическими методами. Здесь простота съема информации сочетается с возможностью извлечения из получаемых данных обширной и разнообразной информации о нейрогуморальной регуляции физиологических функций и адаптационных реакциях целостного организма.

Основная информация о состоянии систем, регулирующих ритм сердца, за-ключена в "функциях разброса" длительностей кардиоинтервалов. При этом необходимо учитывать и текущий уровень функционирования системы кровообращения. При анализе ВСР речь идет о так называемой синусовой аритмии, которая отражает сложные процессы взаимодействия различных контуров регуляции сердечного ритма. При наличии нарушений ритма, различного происхождения, требуется применение специальных методов по восстановлению стационарности изучаемого процесса или особых аналитических подходов, например, методов нелинейной динамики.