Средой для построения графического интерфейса программы был выбрал QtDesigner и фреймворк Python Qt5, за удобство разработки [10].
Для анализа работы программы были выбраны 2 фрагмента реальных ЭКГ сигнала, зарегистрированных при частоте дискретизации 250 Гц.
3.2 Программная реализация разработанного алгоритма
Первым этапом в разработке программы было проектирование пользовательского графического интерфейса в Qt Designer. Экранная форма данной программы с расстановленными элементами показана на рис. 3.2.1.
Рисунок 3.2.1 – Экранная форма Qt Designer
Далее был реализован алгоритм, описанный в п. 3.1, код программы приведен в приложении А.
Экранная форма разработанной программы показана на рис. 3.2.2.
31
Рисунок 3.2.2 – Экранная форма программы при запуске На рис. 3.2.2 видно, что при запуске программы появляется графическое
окно с двумя кнопками: «Открыть файл сигнала», предназначенный для передачи в программу текстового файла с данными записи сигнала; «Построить график», предназначенный для обновления двух графических полей справа. В начальный момент времени сигнал в программу не загружен,
поэтому вторая кнопка неактивна.
Под кнопками располагается текстовое поле для ввода частоты дискретизации сигнала (в нашем случае будет использоваться 250).
Далее идут элементы выбора режима анализа сигнала (RadioButton):
«Временная область», «Спектр» и «АКФ».
Также, при необходимости, для каждого режима можно задать фильтрацию, выбрав соответствующую опцию из выпадающего списка.
Три нижних текстовых поля нужны для выставления параметров фильтрации, причем должны соблюдаться следующие условия:
1)Нижняя частота среза должна быть положительным числом, причем меньше верхней частоты среза;
32
2)Верхняя частота среза должна быть положительным числом, причем больше нижней частоты среза и меньше частоты Найквиста
(половина частоты дискретизации);
3)Порядок фильтра должен быть положительным числом;
4)Каждое поле должно быть заполнено.
Произведем апробацию разработанной программы на примере двух реальных ЭКГ сигналов.
Нажмем на окно загрузки файла и в следующем окне загрузим файл сигнала (рис. 3.2.3).
Рисунок 3.2.3 – Окно выбора файла сигнала Далее введем частоту дискретизации и нажмем на кнопку «Построить
график» (рис. 3.2.4).
Рисунок 3.2.4 – Окно программы (временная область, без фильтрации)
33
Так как опция фильтрации неактивна, во временной области нижний график полностью повторяет верхний.
Выберем режим «Спектр» - рис. 3.2.5.
Рисунок 3.2.5 – График спектра сигнала (без фильтрации)
Теперь выберем режим «АКФ» и построим соответствующий график
(рис. 3.2.6).
Рисунок 3.2.6 – График АКФ сигнала (без фильтрации)
34
Далее произведем соответствующие построения, но выставив параметры фильтрации сигнала: нижняя частота среза фильтра – 1 Гц, верхняя
– 50 Гц, порядок фильтра – 5. Результаты на рис. 3.2.7, 3.2.8, и 3.2.9.
Рисунок 3.2.7 – График отфильтрованного сигнала во временной области
Рисунок 3.2.8 - Спектр отфильтрованного сигнала
35
Рисунок 3.2.9 – АКФ отфильтрованного сигнала Как видим, форма сигнала стала более сглаженная, графики спектра и
АКФ немного изменили свою форму.
Для более наглядного представления результатов изменения параметров фильтрации на вид итогового сигнала, загрузим в программу более зашумленный электрокардиосигнал. Попробуем выставить различные параметры фильтрации и проверить, как меняется график сигнала (рис. 3.2.10,
рис. 3.2.11 и рис. 3.2.12).
Рисунок 3.2.10 – Результат фильтрации зашумленного сигнала (1 набор параметров)
36
Рисунок 3.2.11 – Результат фильтрации зашумленного сигнала (2 набор параметров)
Рисунок 3.2.12 – Результат фильтрации зашумленного сигнала (3 набор параметров)
Как видим выставление различных параметров может быть полезно для выделения различных частотных диапазонов, что также может использоваться для последующего анализа сигнала специалистом.
37
Также в разработанной программе реализована «защита» от ввода неверных параметров, способных привести к некорректной работе программы. Скриншоты диалоговых окон, предупреждающих пользователя о вводе неправильных данных показаны на рис. 3.2.13 и рис. 3.2.14.
Рисунок 3.2.13 – Диалоговое окно ошибки № 1
Рисунок 3.2.13 – Диалоговое окно ошибки № 2 Таким образом можно сделать вывод о правильности работы
программы, и ее удовлетворение поставленным требованиям.
38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Задачи поставленные в начале работы были достигнуты. Для разработанного устройства, предназначенного для усиления электрокардиосигнала, была разработана принципиальная электрическая схема, произведено моделирование работы схемы в различных режимах анализа, спроектирована модель печатной платы, а также программное обеспечение для обработки получаемых сигналов. Работа позволила закрепить навыки, полученные на дисциплинах, изученных за период обучения, что может быть полезно в дальнейшей разработке более крупных и технически сложных проектов.
39
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.Кипенский А.В., Шамардина В.Н., Дейнеко Д.М. Электрокардиография: Учебно-методическое пособие. – Харьков, НТУ «ХПИ», 2002. – 52 с.
2.ГОСТ 19687-89. Приборы для измерения биоэлектрических потенциалов сердца. Общие технические требования и методы испытаний.
3.ГОСТ Р МЭК 60601-2-51-2008 Изделия медицинские электрические. Часть 2-51. Частные требования безопасности с учетом основных функциональных характеристик к регистрирующим и анализирующим одноканальным и многоканальным электрокардиографам.
4.Р 50.2.009-2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Электрокардиографы, электрокардиоскопы и электрокардио-
анализаторы. Методика поверки.
5. Пат. RU 2011124845/14. Устройство регистрации биопотенциалов /
Красичков А.С.,Малых Ю.А., Пычко С.А., Ульяницкий Ю.Д. Опубл. 27.11.2011. Бюл. № 33.
6.Пат. RU 2017112520. Усилитель биопотенциалов с диагностированием обрыва электродов / Давыдов Д.В., Егоров А.И., Филимонов П.В. Опубл. 13.11.2017. Бюл. № 32.
7.Пат. USA 1000005421870. Surface electromyography system, recorder and method / Koninklijke Philips N.V. Опубл. 15.12.2016
8.Стивен В. Смит. The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal
Processing. — Second Edition. — Сан-Диего: California Technical Publishing,
1999. — ISBN 0-9660176-4-1.
9.Б.Х. Кривицкий. Справочник по теоретическим основам радиоэлектроники. — М.: Энергия, 1977. – 420 c.
10.Веб-Ресурс Nikolak / PyQt: Getting started with PyQt and Qt Designer /
URL: https://nikolak.com/pyqt-qt-designer-getting-started/ (дата обращения
25.03.2021)
40