Лабы / 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 2

Студентки гр. 2503		Малышев К.А.
		Новикова С.Л.
		Ковалёва Д.Д.
Преподаватель		Корнеева И.П.

Санкт-Петербург

2025

Цель работы.

Исследование алгоритмов формирования модельного сигнала ЭКГ и обнаружения QRS-комплексов.

Задание на лабораторную работу.

• 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.

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.

Рисунок 6 – Диаграмма создание программы для обнаружения QRS-комплексов.

Рисунок 7 – Лицевая сторона создания программы для обнаружения QRS-комплексов.

Исследование алгоритма обнаружения QRS – комплекса.

Исследование детектора QRS-комплекса.

Графики двухмерного и трехмерного представлений PQRST-комплекса, а также значения параметров морфологии зубцов кардиоцикла (амплитуда, ширина и положение зубцов):

Рисунок 8 – Графики представлений PQRST-комплекса.

Рисунок 9 – Настройки ВСР, график СПМ ВСР.

Рисунок 10 – Настройки ВСР и график RR-интервалов.

Рисунок 11 – График формируемого сигнала.

Рисунок 12 – График принятого сигнала ЭКГ.

Рисунок 14 – График, работы детектора. Порог – 365 мкВ.

Рисунок 15 – График работы QRS-детектора с дифф. фильтр. Порог – 200 мкВ.

При использовании дифференцирующего фильтра порог детектора QRS-комплекса уменьшается с 365 мкВ до 250 мкВ.

ЭКГ с помехами дыхания.

Рисунок 16 – Шумы.

Рисунок 17 – График формируемого сигнала.

Рисунок 18 – График принятого сигнала ЭКГ.

Рисунок 19 – График работы QRS-детектора. Порог – 700 мкВ.

Рисунок 20 – График работы QRS-детектора с дифф. фильтр. Порог – 200 мкВ.

Детектор не может обнаружить пороги QRS – комплексов без дифференциального фильтра.

ЭКГ с гауссовским шумом.

Рисунок 21 – Шумы.

Рисунок 22 – График формируемого сигнала.

Рисунок 23 – График принятого сигнала ЭКГ.

Рисунок 24 – График работы QRS-детектора. Порог – 1300 мкВ.

Рисунок 25 – График, иллюстрирующий работы QRS-детектора с фильтром. Порог – 200 мкВ.

Без дифференциального фильтра невозможно определить QRS – комплексы из-за зубца Т.

ЭКГ со всеми помехами и ВРС.

Рисунок 30 – СПМ ВСР и шумы.

Рисунок 32 – График формируемого сигнала со всеми видами шумов.

Рисунок 33 – График, работы QRS-детектора.

Рисунок 34 – График ритмограммы, построенной генератором ЭКГ.

Рисунок 34 – 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 было проведено исследование алгоритмов формирования модельного сигнала ЭКГ и обнаружения QRS-комплексов.

Было показано, что при использовании фильтра, значительно падал порог обнаружения детектора, а значит упрощалась его работа. Кроме того, было доказано, что фильтр эффективно справляется с помехами на сигнале ЭКГ.

Также, было показано, что ритмограмма, построенная генератором ЭКГ, и ритмограмма, построенная приемником ЭКГ, полностью совпадают. Следовательно, детектора QRS-комплекса работает эффективно.