УБТС Лабораторная работа №5
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра Биотехнических систем
отчет
по лабораторной работе №5
по дисциплине «Управление в биотехнических системах»
Тема: Исследование вариабельности сердечного ритма и артериального давления
Студенты гр. 1502 |
|
Ибатуллина А.А. |
|
|
Подлеснов И. |
|
|
Титова В.Д. |
Преподаватель |
|
Корнеева И.П. |
Санкт-Петербург
2024
Цель работы.
Исследование методов спектрального анализа сигналов сердечного ритма и мгновенного артериального давления (АД).
Основные теоретические положения.
Анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) состоит в оценке изменчивости длительности последовательных кардиоциклов (RR-интервалов) на выбранном промежутке времени. В данной работе будет исследоваться ВСР двух фрагментов записей, соответствующих положению пациента стоя – «Состояние 1», и лежа – «Состояние 2».
Последовательность RR-интервалов называют сигналом сердечного ритма, а его график – ритмограммой. На рис.5.1 схематично проиллюстрирована схема формирования сигнала сердечного ритма. При анализе ВСР вначале на ЭКГ определяются положения R-зубцов. Затем между ними последовательно измеряются интервалы времени, значения которых и составляют сигнал сердечного ритма.
Рисунок 1 – Схема формирования сигнала сердечного ритма и его график (ритмограмма)
Для спектрального анализа, необходимо, чтобы исследуемый сигнал был равномерно дискретизованным. Сигнал сердечного ритма не является таковым, поэтому для того чтобы сделать его равномерно дискретизованным сигналом, для него необходимо выполнить процедуру интерполяции.
Задание.
Загрузить сигналы сердечного ритма и АД и отобразить их графики.
Выполнить процедуру удаления выбросов из исходных сигналов.
Выполнить интерполяцию сигналов сердечного ритма и АД.
Исследовать спектральные характеристики двух отрезков одинаковой длительности, соответствующих «Состоянию 1» и «Состоянию 2».
Обработка результатов эксперимента.
Для начала рассмотрим сигналы сердечного ритма и АД (рис. 2).
Рисунок 2 – Сигналы сердечного ритма и АД
Далее рассмотрим интерполированные сигналы сердечного ритма и АД с выбросами (рис. 3).
Рисунок 3 – Интерполированные сигналы сердечного ритма и АД с выбросами
Далее рассмотрим интерполированные сигналы сердечного ритма и АД без выбросов (рис. 4).
Рисунок 4 – Интерполированные сигналы сердечного ритма и АД без выбросов
На рисунке 4 большая часть выбросов удалилась автоматически. Вручную пришлось удалять два выброса из сигнала АД.
После удаления выбросов улучшилась читаемость графиков, поскольку амплитуды выбросов значительно превосходили амплитуды сигналов, что влияло на масштаб графиков.
На рисунке 5 получены графики СПМ сигнала сердечного ритма для двух участков. Также представлен график «(СПМ 2-го участка) – (СПМ 1-го участка)», по которому можно заметить изменения спектра СПМ на втором участке, на каких частотах мощность возросла, на каких – снизилась.
Рисунок 5 – СПМ двух участков сердечного ритма
Для
графика СПМ сердечных ритмов первого
участка большая часть мощности
сосредоточена в интервале от 0 до 0,35 Гц,
для второго участка – в пределах до
0,15 Гц. Максимальная амплитуда первого
участка – 0,9
/Гц,
второго – 0,07
/Гц.
Для первого участка СПМ изменяется
менее плавно по частотам. График разности
СПМ показывает несколько скачков: на
0,05 и 0,31 Гц СПМ первого участка значительно
превышает СПМ второго, а на 0,06 Гц обратная
ситуация. От 0,31 Гц и далее значения
графика разности близки к нулю, что
говорит о том, что СМП участков примерно
совпадает.
На рисунке 6 получены графики СПМ сигнала АД для двух участков. Также представлен график «(СПМ 2-го участка) – (СПМ 1-го участка)», по которому видны изменения спектра СПМ на втором участке, на каких частотах мощность возросла, на каких – снизилась.
Рисунок 6 – СПМ двух участков АД
Для
графика СПМ АД первого участка большая
часть мощности сосредоточена в интервале
от 0 до 0,05 Гц, для второго участка – в
пределах до 0,37 Гц. Максимальная
амплитуда первого участка – 500
/Гц,
второго – 290
/Гц.
Для второго участка СПМ более равномерно
распределена по частотам. График разности
показывает, что от 0,15 Гц СПМ участков
распределены практически одинаково, а
до этого значения амплитуды первого
участка превышают соответствующие
амплитуды второго в диапазоне от 0 до
0,06 Гц, а от 0,06 до 0,15 – наоборот.
На рисунке 7 получены графики ВСПМ сигнала для двух участков. Также представлен график «(ВСПМ 2-го участка) – (ВСПМ 1-го участка)», по которому видно, какие общие частоты добавились, а какие – исчезли.
Рисунок 7 – ВСПМ двух участков
Для графика ВСПМ (рис. 7) первого участка большая часть мощности сосредоточена в интервале от 0 до 0,05 Гц, для второго участка – в пределах до 0,15 Гц. Максимальная амплитуда первого участка – 0,027 /Гц, второго – 0,013 /Гц. Графики имеют примерно одинаковую конфигурацию. График разности показывает, что от 0,1 Гц ВСПМ участков распределены практически одинаково, а до этого значения амплитуды первого участка превышают соответствующие амплитуды второго от 0 до 0,05 Гц, и наоборот в диапазоне от 0,05 до 0,1 Гц.
На рисунке 8 изображены графики фазового сдвига для двух участков. Фазовый сдвиг показывает, насколько частотные составляющие двух сигналов отстают друг от друга в угловых единицах радианах.
Рисунок 8 - Графики фазового сдвига
На первом участке наибольший сдвиг фаз наблюдается в промежутке от 0,24 до 0,4 Гц. На втором – в промежутке от 0,2 до 0,4 Гц. Форма графиков примерно одинакова.
Вывод. В ходе выполнения лабораторной работы были выведены сигналы сердечного ритма и АД, проведена процедура удаления выбросов из исходных сигналов, выполнена интерполяция сигналов сердечного ритма и АД, исследованы спектральные характеристики двух отрезков одинаковой длительности, соответствующих «Состоянию 1» и «Состоянию 2».