ЛР_6 / лр 6

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

В литературе (см. список литературы) предложена модель для формирования морфологии кардиоцикла (ECGSYN), которая генерирует траекторию в трехмерном пространстве с координатами (x, y, z). Квазипериодичность ЭКГ реализуется движением траектории по окружности единичного радиуса в горизонтальной плоскости (x, y). Каждый оборот по этой окружности соответствует одному RR-интервалу. Зубцы P, Q, R, S, T моделируются гауссовыми кривыми в вертикальном направлении по оси z. Положения зубцов определяются соответственно заданным углам (см. рис. 6.2).

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:

1. 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.

2. 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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.