6.4 Измерение амплитуды и длительности

Как правило, измеряются максимумы и минимумы, хотя в практике анализа ЭКГ требуется измерять просто уровень ST сегмента на 80-ой мс после точки j. В этой зоне максимумы

отсутствуют. Измерение амплитуд проводится от уровня "изолинии" - специально выделенного участка графика перед импульсом Q, на котором сигнал уверенно отсутствует.

Простейший алгоритм измерения максимума состоит в последовательном переборе точек на заданном интервале с проверкой (У_к-1-У_к)< 0. Первая точка, при которой больше или равно, регистрируется точка максимума. Таким образом нахождение точек экстремумов не вызывает затруднения, если в составе сигнала не присутствуют помехи, создающие мелкие ложные экстремумы (например, от сетевой помехи). Устранение мелких максимумов возможно предварительной усредняющей фильтрацией или параболической аппроксимацией участка максимума, как было оговорено выше. При нахождении максимума кривой точное его местоположение дополнительно может уточняться по второй производной.

Измерение моментов точек начала и конца

Морфология максимумов/минимумов едина для всех биосигналов, чего нельзя сказать о морфологии областей начала и конца. Возможны два подхода: первый - измерение момента начала без учета структуры формы начала и второй - учет этой структуры. Возможно последовательное использование двух процедур: первая указывает зону, область начала, вторая проводит точный анализ. Особенности анализа на втором этапе очень разнообразны (например в начале импульса Q ЭКГ физиологи выделяют особый участок Δ - волны (см рис 5.1)) и на сегодняшний день мало исследованы, поэтому далее остановимся только на первом этапе.

До появления ПЭВМ широко применялся метод определения момента пересечения порога и метод момента выхода из дорожки шумов. Эти методы имеют большие методические погрешности, как от пациента к пациенту, так и от прибора к прибору. Они слабо связаны с физиологическими процессами возникновения биосигнала, а помеховая обстановка очень вариабельна. Поэтому в современных системах они не используются . Прежде всего укажем, что в большинстве случаев (но не всегда) форма начала имеет параболический участок переходящий в область резкого, почти линейного нарастания. Поэтому эффективен метод определения начала нахождением максимума второй производной - точка максимума может считаться моментом начала импульса. Окончание большинства биосигналов имеет экспоненциальный "хвост" - что соответствует процессу растекания избыточных зарядов. В любом случае для обеспечения сравнимости результатов измерений, произведенных приборами разных фирм, должен быть унифицирован, стандартизован алгоритм (метод) определения точки начала/конца и форма эталонного, проверочного сигнала, использующегося при поверочных операциях.

Выберем прежде всего эталон фрагмента начала. Разнообразие форм оставляет единственный путь: выбрать наиболее общую и легко воспроизводимую форму. Такой может быть "угол - излом" см. рис 5. 2. Левый луч угла совпадает с изолинией, правый- идет вверх под углом 45 градусов (tg45=1) на интервале, принятом за базовый. Отсчеты эталона сигнала выглядят: "00012345..." Длительность роста луча (база испытательного сигнала) должна выбираться для каждого класса решаемых задач, т.к. эталон должен охватывать только область одного начального фрагмента кривой для исключения ошибок наложения. Потенциальная точность определения начала - один дискрет временного квантования.

Испытательный сигнал для "конца" импульса предлагается формировать в виде экспоненты. Точкой окончания экспоненты можно признать конкретный ее уровень, устанавливаемый для каждой медицинской методики в отдельности. Например в электрокардиографии для методик 12 ОП или Франка этот уровень может быть установлен значением 20 мкВ (0.2 мм при стандартной чувствительности 10 мм/мВ), а для методики ЭКГВР - 1 мкВ при чувствительности 1мм/мкВ.

Процедура контроля точности измерения с использованием испытательного сигнала. Считаем эталон начала выбранным и известным. Он перемещается по графику сигнала до достижения точки максимального совпадения. Эта точка считается точкой начала или конца. Метод опирается на общую теорию оценок максимума правдоподобия.

Рассмотрим отклик фильтра, производящего двойное дифференцирование, на испытательного сигнала типа "угол". Весовая характеристика и испытательный сигнал представлены на рис 5.2. Назовем отклик фильтра на испытательный сигнал "сигнальной функцией". Для приведенных форм отклик имеет вид единичного импульса, как показано на рис 5.2в. Величина его пика равна 1. Метод контроля дает очень точный, однозначный отсчет. Однако в реальных системах взятие производной совмещается с уср едняющей фильтрацией. Форма суммарной весовой функции 2 дифф. фильтра при этом получается "широкой", а сигнальная функция перестает быть такой удобной. Например, для "раздвинутой" весовой характеристики рис 4.11б сигнальная функции имеет вид, показанный на рис 5.2 г. При этом различное аппаратно - програмное построение может давать различные систематические и случайные ошибки. Ширина сигнальной функции в области максимума определяет точность измерения точки начала. Естественно, определение случайной составляющей ошибки требует конкретизации (стандартизации) окружающей помеховой обстановки. Дополнительно сравнивая величину сигнального пика со среднеквадратичным отклонением (СКО) дорожки выходного шума можно судить о вероятности аномальных ошибок процедуры измерения.