автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Исследование эффективных методов выделения электрокардиосигналов на фоне помех

од

У Ч 11:011

На правах рукописи

ТИТОВ Сергей Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ ВЫДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛОВ НА ФОНЕ ПОМЕХ

Специальность 05.12.17 — Радиотехнические устройства и системы

05.11.17 — Медицинские приборы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1990

Работа выполнена и Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М. А. Банч-Бруевича.

Научный руководитель — кандидат технических наук, доцент С. А. ШПАК

Официальные ошюиопты: доктор технических наук,

профессор BMA 10. И. ЖИТОВ; кандидат технических наук, доцент СПбГУТ Б. Д. МАТЮШКИИ

Ведущая организация — АО «РОСТР».

Зацшха диссертации состоится «

1996

п час. на заседании диссертационного совета К 118.01.01

при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять но вышеуказанному адресу на имя ученого ссюстаря диссертационного совета. _

/1

Автореферат разослан « . . . ».........1996 г.

¡ста, —/г

Ученый секретарь диссертационного совеп. кандидат технических наук, /р * доцент -----

В. X. ХАРИТОНОВ

Подписано к печати 30.04.96 г. Объем 1 печ. л. Тираж 60 экз.

_ _Бесплатно. Зак. 221

Ротапринт тип. СПбГУТ. 198320, СПб, Свободы, 31

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из основных биосигналов, характеризующих жизнедеятельность организма, является электро-кардиосигнал (ЭКС), который определяет все фазы сердечного цикла и поэтому привлекает столь пристальное внимание.

Извлечение максимума информации из регистрируемого ЭКС - задача врачебной и машинной диагностики, позволяющей в реальном времени анализировать отклонения формы сигнала от нормы, производить непрерывное слежение за ритмом сердцебиений и, в случае необходимости, генерировать сигнал тревоги.

Острота проблемы обработки ЭКС (особенно ЭКС плода) усиливается следующими обстоятельствами.

1. Наличие и канале регистрации ЭКС шумов и помех. Они проявляются особенно сильно в условиях длительной регистрации и двигательной активности, а также при записи абдоминального (с живота матери) электрокардиосигнала плода (ЭКСП).

2. Применение автоматизированных систем диагностики на базе персональных компьютеров (ПК) требует особо тщательной предварительной обработки ЭКС, очистки его от шумов, дрейфа изолинии, электромиограммы и других помех.

Подобная ситуация типична также для систем передачи и приема телеметрической информации, где источником сигнала является биосистема со спецификой, выражающейся, прежде всего, в априорной неопределенности параметров сигнала и помеховой ситуации. Целью решения задачи борьбы с помехами является синтез алгоритмов оптимального приема с учетом специфики канала и создания радиотехнических устройств, которые могут обеспечить высокую помехоустойчивость регистрации ЭКС в канале с помехами.

Во множестве работ, посвященных методам обработки ЭКС, основным средством борьбы с помехами считаются согласованные фильтры. Бесспорно, если идет речь только о выделении мо-

мента появления Л-импульса ЭКС при наличии достаточно гладких, нормальных шумов, такой фильтр является наилучшим. Однако, во-первых, такая "идеализация" помех в реальном тракте приема не всегда оправдана, во-вторых, если требуется измерение нескольких параметров ЭКС или сохранение формы сигнала, необходимы фильтры с другими характеристиками.

Все это делает актуальным проведение теоретических 11 практических исследований методов обработки ЭКС, предложен. ных в диссертационной работе. . .

Цель и задачи исследования. Основной целью диссертационной работы являются разработка помехоустойчивых методов ре-I истрацин слабого ЭКС на фоне сильных помех и конструирование соответствующего устройства приема и обработки сигнала. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: ' . •

1! Исследование ЭКС. с учетом фиксации диагностически ценных признаков. Изучение и классификация помех и способов их устранения при приеме данного конкретного сигнала. Это проводится на основе литературно-патентных исследований, собсг-■ венных экспериментов и должно отражать современное состояние вопроса обработки ЭКС (ЭКСП).

2. Сравнительным анализ эффективности эвристически:-, алгоритмов обнаружения ЭКС, работающих в реальном времени, которые часто применяются в клинической практике. Для этого анализа должна использоваться модель ЭКС. которая формируется на основе изучения характеристик сигнала и помех.

3. Разработка алгоритмов цифровой фильтрации ЭКС. базирующихся на статистических свойствах сигнала и помех с учетом формы сигнала, применение коюрых обеспечивает увеличение отношения с/п.

.4. Теоретическое обоснование и практическая реализация в • виде программы для микроконтроллера или ОЭВМ метода повы-

шения достоверности измерения частоты сердечных сокрушении (ЧСС), основанного на статистических свойствах ЧСС и помех.

5. Создание специализированного высокочувствительною кардномонитора матери и плода (КМП), сопряженного с персональным компьютером (ПК).

Методы исследования. При работе над диссертацией были использованы теория обнаружения сигналов, метод фильтрации случайных процессов по Калману-Быосси и метод математической морфологии. При моделировании использовались язык высокого уровня Turbo Pascal, объектно-ориентированная библиотека Turbo Vision, а также специальное приложение Turbo Professional.

Научная новизна диссертации определяется решением по-' ставленноГ научно-технической задачи, заключающимся н разработке алгоритмов цифровой фильтрации ЭКС с учетом статисти- . кн сигнала и помех и формы ЭКС. разработкой адаптивных фильтров ЭКС и методики их оптимизации по критерию максимума с/п при допустимой ве шчине искажений сши.ги. разраГнн-кой логической системы повышения достоверное! и измерения па- .. раметровЭКС.

Новыми научными результатами являются:

- уточненная модель ЭКС и сопутствующих помех путем \че- -та ЭКС матери при регистрации ЭКС плода;

- предложенная методика сравнения и опенки фильтрующих - ' свойств алгоритмов обнаружения ЭКС. применяемых в.'клинической практике: ■ • •

- алгоритмы и npoi раммы, реализующие. ' фильтр/Кал- ' мана-Быосси (ФКБ) и морфою! ический фплыр <\1Ф) для:'обработки ЭКС. и процедура оптимтапнп парамегров фильтров (работоспособность данных алгоршмоп б|»1ла проверенл на ре-., альном ЭКС):

- теоретическое обоснование метода повышения достовер-40сти измерения частоты сердечных сокращений я разработка соответствующих программ;

- экспериментальная проверка сделанных теоретических предположений и целесообразности применения предложенных методов обработки ЭКС.

Практическая ценность результатов диссертационной работы состоит в том, что полученные результаты позволяют проектировать и реализовывать ФКБ и МФ, ориентируясь на пределы изменения исходных параметров данных фильтров, что сокращает процедуру оптимизации их параметров.

Предложенные методы целесообразно применять для фильтрации ЭКС и других аналоговых сигналов с ограниченным спектром.

Реализация результатов работы. Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы использованы в НИР «I ОКР, что удостоверяется актом о внедрении. В результате был разработан КМП, представляющий собой защищенный от помех тракт приема, обработки ЭКС и вывода частоты сердечных сокращений (ритмограммы) на экран ПК. КМП прошел лабораторную и клиническую проверку.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на 47 (янв. 1994 г.), 48 (февр. 1995 г.) и 49 (янв. 19*6 г.) НТК просрессор-ско-лреподавательского состава СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.

Основные результаты диссертации опубликованы в 5 печатных работах.

Личный вклад артора. Основные научные положения, теоретические выводы и практические рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.

Основные положения, выносимые на защиту:

- сформированная модель сигнала и помех адекватна реальной помехоаои ситуации при регистрации ЭКС;

- найден наилучший алгоритм цифрового обнару-кения ЭКС .ич числа .жрнстических по критерию максимального отношения с/ш: ....

- примененные алгоритмы цифровой фильтрации ЭКС, основанные на использовании ФКБ и МФ, позволяют получить существенное снижение помех и адаптировать параметры указанных фильтров к условиям приема;

- предложенная методика оптимизации параметров ФКБ и МФ позволяет осуществить поиск наилучшего фильтра по критерию миннм\ма среднеквадратичной ошибки;

- теоретически обоснованный метод логического анализа ре-<ульгатов обнаружен!..• повышает достоверность измерения час-готы сердечных сокращений;

- сконс груирован КМП, включающий в себя тракт предварительной обработки ЭКС п устройство цифровой обработки ЭКС на основе ПК с соответствующим программным обеспечением, о глнчаюшинея повышенной помехоустойчивостью.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состо-и; ¡п взеления. пяти разделов, заключения списка литературы и двенадцати приложений. Работа содержит 113 страниц машинописного текста. 118 рисунков и 16 таблиц, список литературы -158 наименований. Общин .объем диссертационной работы - 236 страниц/.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

.Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель и задачи исследования, перечисляются ' , основные положения, выносимые на защиту.

' В первом разделе производится исследование характеристик ллектрокардиосигнала и помех в тракте регистрации, формирует-

ся математическая модель сигнала и основных помех, сопровождающих сигнал, приводится обзор методов оптимального измерения параметров ЭКС при наличии комплекса помех, конкретизируются задачи дальнейшего исследования.

Регистрируемый с поверхности тела человека электрокар-диосигнал представляет собой последовательность импульсов, соответствующих одному сердечному циклу. Нормальный ЭКС (II отведение) содержит три положительных зубца Р, R и Т, два отрицательных зубца Q и S и иногда регистрируемый положительный зубец U.

В диссертации приводится таблица, содержащая в себе границы временных и амплитудных параметров зубцов ЭКС. Там же указано, что существует проблема исключительно малого уровня ЭКС плода, где, собственно, задача борьбы с помехами приобрела особую остроту (при абдоминальном отведении амплитуда QRS комплекса плода лежит в пределах ¡3-42 мкВ, тогда как амплитуда QRS матери 30-150 мкВ).

Важную роль при конструировании фильтров играют спектральные харакгерпапки ЭКС. Сегмент QRS ЭКС плода содержит более ьысокочаоготные компоненты, чем у взрослого, и полоса пропускания 15-40 Гц является "Наилучшей для получения увеличения отношения мощности сигнала плода к общей мощности абдоминально: о сигнала.

Было проведено вычисление спектральных характеристик экспериментально измеренных ЭКС при помощи БНФ, что подтвердило данные, полученные из литературных источников.

В работе приведены статистические характеристики ЭКС и отмечено, что для короткого промежутка времени ЭКС плода почти периодический. ■

Прием ЭКС практически во всех случаях ведется в условиях воздействия целого ряда помех,-происхождение и характеристики которых столь разнообразны, что требуют специальной класси-

Фикаипн. поэтому в диссертационной работе помехи сведены в сл>:гг !лыîyi'> г тарификационную таблицу. Показано, что основным:! г.омлами, которые значительно ухудшают'отношение с/ш при абдоминальной записи ЭКС плода, являются: материнский "Нч'С. QRS мшш.скс которого в несколько раз превышает QRS ко i»;;i;kc пл< ja и может при совпадении маскировать последний; находки пнгаюшей сети; мышечный шум (электромиографиче-i.K'jî' пктшкюсть il мышцах туловища); низкочастотны!*! дрейф изо--:ипш! с оолылой амплитудой, синхронизированный с дыханием матери, ш-за чею приходится увеличивать нижнюю граничную ■;:tciоту по.¡ось; пропускания тракта.

Собственные исследования вычисленных спектральных характеристик экспериментально измеренных ЭКС подтвердили данное ушер/кденке. а также позволили обнаружить, что некоторые записи, искаженные мощной помехой с частотой питающей ee l и. содержат, помимо первой гармоники частоты сети, и вторую гзрмонику. а при частоте дискретизации 509 Гц и третью, которые moi yi исказить ЭКС.

Па основе исследования характеристик сигнала и помех бы:> \ :о1.ч!гча чотпь ЭКС.', принимаемого на фоне комплекса помех. Модель содержит компоненты, описывающие ЭКС ^ <.

2jL'7<''v<<(/_/'-r<') • ЭМ Г ^ft-г»). структурную помеху

i1

t ,тt j (при обнаружении только R-зубла структурной

помехой являются другие зубцы ЭКС или при регистрации ЭКС плода структурной помехой является ЭКС матери), наводку сети питания nji), дрейф изолинии н,(/) и непрерывный шум п(г) с га-уссовским распределением и равномерным, в пределах полосы пропускания тракта, спектром мощности

; •. .. . ■ 8 /. у

№ =рк ТУ9 и ,тк1) * »*■/)+'•'

/-1 ы '•

В диссертации произведен анализ методов оптимального измерения параметров ЭКС при наличии комплекса помех, которые, в основном, посвящены измерению времени прихода Л-им-пульса на фоне нестационарного шума и формированию оценки ■ сердечного ритма.

Во втором разделе производится теоретический и экспери- : ментальный анализ работоспособности 15 эвристических алгоритмов обнаружения ЭКС на фоне помех.

Кроме алгоритмов, рассмотренных в предыдущем разделе,, существуют алгоритмы, основанные на эвристическом подходе.-Они учитывают временные параметры ЭКС, которые использу-. ются в комплексной диагностике ЭКГ. Данные алгоритмы отно-: сительно простые и легко исполняются в реальном времени.

Для того, чтобы проверить эффективность обнаружения каждого представленного алгоритма, была создана база данных на . основе цифровой модели ЭКС, искаженного.помехами пяти видов различной интенсивности (25%, 50%, 75% и 100% от максимального уровня помехи). Для данного исследования были выбраны пять различных типичных источников искажений: электромиограмма, помеха с частотой питающей сети, дрейф изолинии, внезапный сдвиг изолинии и комбинация всех указанных видов помех.

Все рассмотренные алгоритмы можно условно разделить на пять типов по способам использования амплитуды, первой и вто- ' рой производных сигнала. -

В программе, производящей анализ этих алгоритмов," оыла предусмотрена возможность регулировки порогов и весовых множителей.

В итоге работы были определены значения этих констант, эторые давали лучшие результаты для ЭКС, искаженного комби-прованной помехой, состоящей из указанных выше компоненте.

Произведено сравнительное исследование передаточных ункций данных цифровых обнаружителей ЭКС путем выполне-ия 2-преобразования их конечно-разностных уравнений и оцени отношения максимального значения с/ш. по напряжению на ыходе соответствующего фильтра к отношению с/ш на выходе эгласованного фильфа п при воздействии на входе белого гаус-эвскогошума. ^

При отношении с/п 10 дБ (по напряжению) при воздействии а входе электромиографической помехи лучший алгоритм имел тедующие результаты: 97% правильно,.обнаруженных QR.S n 5% шибок. Характеристики ФНЧ, применяемого в этом алгоритме, риводятся ниже. , .

Разностное уравнение Модуль передаточной функции |//(/<у)| Р

» л+т •'13| 'Г1 1 1 кк с. Ь -- ,т = о 125 0.911

Дальнейшее исследование показало, что при отношении с/п' 1еньше 10 дБ (при воздействии на входе ЭКС, искаженного ЭМГ) . . ' !и один из алгоритмов не смог показать приемлемых результатов.

Поэтому был сделан вывод о том, что улучшить работоспо- . обность данных алгоритмов можно, применив предварительную наработку ЭКС. •

В третьем разделе предложены и исследованы алгоритмы тфровой фильтрации ЭКС, основанные на методике Калмана-

Быосси и методе конечных элементов, учитывающем тонкую структуру (морфологию сигнала).

Как показано в первом разделе, ЭКС нередко принимаем на фоке нестационарного шума с изменяющимися ьс> време:»: характеристиками. В этой связи оптимады-.у::; вш.ерогс.уг.' (} и;нл рацию на интервале может обеспечить :.-аппганнк филыр. параметры которого подстраиваются иод характеристики наблюдаемого случайного процесса; структурная схема ф;;льгра црнволш-ся в диссертации.

Используемый ФКБ строится на основе прки юшссшш сигнала в виде системы стохастических дифференциальных уравне ний:

где nx{t) - порождающий БП11 с дисперсной <т\ а и />'- парачеерь модели, а Х\ - интересующий нас параметр сп чучл

Была рздргбогана программа, рг.аа »\т..и:ич ФК1- г.pi: н\'.-..е которой ,т,.ол/-л:ы взо,?,иг,:я ■гь-ач»*:-' ;г г ;■;. мг гр г- л; : ошибка прибли>л'снн!1.

Чтобы оптимизировать параметры модели, была вычислен; среднеквадратичная ошибка между отфильтрованным сш'на-.им \ сигналом, неискаженным помехами, для чего была разработан; программа, которая позволяет выводить на диск в виде текстом го файла значения ошибки фильтрации при различных величн нах параметров модели. Значения ошибки строились в виде дну мерных функций (поверхностен).

В результате анализа полученных поверхностей установлень следующие близкие к оптимальным значения параметров модели

Jr

«I =0.15, /?=1, cj -< ii ст,~\. Таким образом, разрзбогсшт методика позволяет оптимизировать параметры ФКБ.

Псказано. что время выполнения программы фильтрации по Калману-Быосси при частоте дискретизации 250 Гп и использовании ПК IBM 3S6SX-33 не превышает 10°,о от длительности наблюдений.

Второй тип фильтра, который можно применить для выделения ЭКС па фоне шума, основан на методе математической морфологии, который широко используется при обработке изображении, путем проведения контуров по наиболее вероятным траекториям.

Преобразования сигнала в математической морфологии основаны на операторах наращашя и worau, модифицирующих форму сигнала, которые в случае одномерного сигнала определяются по следующим формулам:

(/'© к)(т) = max Ц\т-п) кМ), n-St-l.....0 и m-M-I......V-1;

(/'© к){т) — min {t\r.i-,v, ■ .'.:•!)!. п-0.....М-1 и т=0.....'\-М;

где Дт) - исходная функция, л /дч» - ксгпаг.тяая q\ чкния. нанл-пасмая структурирующим ticmc^'p-i

Производными от ни.*; ег-гр'мер ;'ютгя размыкание и

замыкание: / о к = (/ © к) G к; / « А = (/© /V) © /,-.

В большинстве применений ра5мык:пн:е используется для подавления положительных пиков, и то время к_ак замыкание - для подавления отрицательных пиков. С помощью их можно реал и топать нелинейные (морфологические) фильтры, которые будут эффективно подавлять импульсные помехи бе; размытия фронтов сигнала в отличие от линейной фильтрации. При обработке ЭКС обычно используют СЭ плоской, треугольной и куполообразной формы.

Был исследован алгоритм обработки ЭКС, основанный на использовании МФ для подавления импульсного шума и дрейфа

изолинии путем оценки последнего и вычитания его из принимаемого сигнала.

Для оценки влияния параметров СЭ на работоспособное:!-алгоритма была использована указанная выше модель ЭКС. Однако, чтобы более точно оценить влияние СЭ на подавление импульсной помехи, частоты дискретизации Fd-250 Гц не достою" но, так как наши эксперименты показали, что длина /., пого С\> получается не более 5. Поэтому была увеличена частота дискрет зации до 1 кГц.

Расчеты среднеквадратичной ошибки фильтрации прошв; дились специальной программой, что позволило пос1ро:иь ¡an¡¡-симости ошибки от параметров СЭ в виде двухмерных поверхностей. Найдено, что при суммарном воздействии помех наиболее предпочтителен куполоооразный СЭ с параметрами: у=0.1, 1,-11. 11=0.1 (10% амплитуды R-зубца). При решении задачи обнаружения ЭКС лучшие результаты дает плоский СЭ {L=l/).

Предложенные методы реализованы в ьиде соответствующих программ, при no.vtóum которых можно обрабашвагь реальные ЭКС. Эксперименты показали их эффективность.

Ц четвергом разделе нселедозан ме:од повышения досюиер-ности измерений R-R интервалов

Чтобы уменьшить вероятность peí но рации ошибочных измерений R-R интервала, можно использовать его статистические свойства. Во-первых, для короткого промежутка времени ЭКС плода является почти периодическим процессом, так что два'.пе-■ риода, лежащие между тремя соседними R-iiMriy.Tbcaun. как правило. не сильно oí тичакчея друг'от друга. В то.же время выбросы шума, которые можно принять за R-ймпульсы, расположены случайно во времени. Во-вторых, известно, что Частота сердечных сокращений лежит.в пределах 40-300 мин1. Следовательно, после записи опознанного R-зубца можно сформировать паузу ("запрет-

ное" время) длительностью, по крайней мере, т= 0.2 с, в то время как следующий С^ЯБ комплекс может ожидаться в пределах 1.5 с.

Решение, является ли определенный отклик Я'-зубцом, можно принять сразу же, благодаря сравнению периода с последним из правильно принятых Я-11 интервалов.

Получены соотношения для вероятностен правильного обнаружения и ошгэок без сравнения и со сравнением соседних интервалов, которые показывают, что при Тк=Т„=0.5 с и 1=0.2 с вероятность ошибки без сравнения интервалов -Ро'ш=0.73, а со сравнением интервалов Р"и= 0.03.

Проанализирована эффективность введения "запретного" времени: без сравнения интервалов увеличивается вероятность правильного обнаружения в 1.5 раза, а со сравнением интервалов-в 2.2 раза. Однако во втором случае несколько увеличивается вероятность ошибки (в 1.1 раза).

Разработана программа, реализующая алгоритм, основанный на сравнении соседних Я-Я интервалов по методу измерения трех соседних интервалов и их сравнения, особо эффективному при измерении параметров ЭКСП.

Показана возможность уменьшения вероятности ошибки путем адаптации данного алгоритма к конкретному ритму ЭКСП. Для реалшаиии этой возможности разработано два вида программ, ориентированных на микроконтроллер и ПК, приводимые в диссертации.

В пятом разделе описано осуществление программы экспериментальных исследований ЭКС. П том числе и ЭКС плода, первый этап которой заключался в создании КМП. т.е. аппарата, позволяющего регистрировать и анализировать ЭКС матери и плода на фоне помех.

Концепции этого прибора базируется на том, что основная фильтрация и обнаружение ЭКСП и ЭКСМ возлагаются на ПК.

Поэтому KMil содержит три основных блока: входной усилитель, изолированный от земли; блок линейных фильтров; аналого-цифровой преобразователь.

Были разработаны принципиальные схемы указанных блоков и сконструирован макет КМП, сопряженный с ПК.

КМП осуществляет усиление ЭКС, первичную обработку (фильтрацию) и передачу данных в ПК. Основная фильтрация и обнаружение ЭКС осуществляется программно.

С этой целью была создана программа Medicine, написанная на языке Pascal с применением Turbo Vision. Программа представляет собой оболочку, позволяющую путем выбора соответствующих пунктов меню производить следующие операции: регистрацию одного канала ЭКС, используя КМП; регистрацию пяти внешних сигналов, используя только AI <П КМП; просмотр на экране дисплея регистрируемого ЭКС; фильтрацию ЭКС; обнаружение QRS комплексов и вычисление R-R интервалов; построение ритмограмм на экране дисплея или на принтере; вычисление БПФ и вывод на экран дисплея спектра сигнала.

Используя разработанные КМП и программное обеспечение к нему, был проведен ряд экспериментов в клинике НАГ им. Д.О.Отта. Была произведена регистрация ЭКС, в том числе и ЭКС плода, с целью последующего у точнения характеристик ЭКС и помех, а также исследования методов фильтрации и обнаружения R-зубцов, рассмотренных в предыдущих разделах.

В заключении резюмируются основные научно-технические результаты, получйнные в диссертационной работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Практически исследованные сигналы лсж;и н области амплитуд 30-150 мкВ (ЭКС матери) и 10-45 мкВ (ЭКС н.ю ш) Угоч-ненная'форма спектра показала максим\м i пекфалыюп плотности мощности в области 2-20 Гц и 15-45 Гц. cooineicincniio.

Исследование всего комплекса помех, действующих в канале регистрации ЭКСП, показало, что наводки питающей сети характеризуются высшими гармониками, измерен их уровень и соотношение с полезным сигналом.

Разработаны алгоритм и программа вычисления БПФ с необходимой частотой квантования. Предлагается применять эту программу для анализа помех при регистрации ЭКС.

2. Исследованы 15 эвристических алгоритмов обнаружения ЭКС на фоне шума; предложена методика их сравнения на основе качества (эффективности) фильтрации по остаточной дисперсии ошибки. Для подтверждения результатов разработаны модели сигнала и помех в виде базы данных.

3. Теоретически обоснована структура современного кар-диомонигора на основе оптимального приема квазидетерминиро-ванного сигнала. Структура тракта обработки содержит ветви оценки помехи и коррекции параметров фильтров. Это обоснование привело к разработке алгоритмов адаптивной фильтрации Калмана-Быосси.

4. Исследованы разработанные алгоритмы и программы ФКБ и МФ. Эти фильтры впервые применены для обработки ЭКС в реальном времени.

Предложена методика поиска оптимальных параметров ФКБ и МФ на основе анализа двумерной функциональной зависимости дисперсии ошибки от исходных параметров фильтра.

5. МФ дает существенное ослабление импульсных помех и. паводки сети при частоте дискретизации до 250 Гц с использованием высокопроизводительного ПК.

6. В диссертации проанализированы методы повышения достоверности измерения ЧСС и, в частности, показано, что введение '"запретного" времени увеличивает вероятность правильного обнаружения при сильных помехах более, чем вдвое, а контроль на

основе статистики Я-к интервалов (при Тк=0.5 с) на порядок снижает вероятность ошибки.

7. На основе полученных результатов разработана структурная схема, принципиальные схемы и конструкция высокочувствительного КМП, сопряженного с ПК, и программное обеспечение к нему.

Данный КМП позволяет осуществить аналоговую и цифровую фильтрацию ЭКС взрослого, ЭКС матери и плода. ЭКС в физиологическом эксперименте.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Титов С.А., Шпак С,А. Повышение достоверности оценок параметров электрокардиосигналов, принимаемых на фоне сильных помех //47-я НТК : Тез. докл. / СПбГУТ. - СПб, 1994 - С. 15.

2. Титов С.А. Моделирование и сравнение алгоритмов распознавания электрокардиосигналов при наличии помех // 47-я НТК : Тез. докл. / СП61 ■. .. - СПб, 1994 - С. 23-24.

3. Титов С.А. Применение морфологических операторов для обработки электрокардиосигналов // 48-я НТК : Тез. докл. / СПбГУТ.-СПб, 1995-С -"V

4. Ти^ов С.А. Применение фильтров Калмана-Бьюсси для обработки ЭКС // 49-я НТК : Тез. докл. / СПбГУТ. - СПб, 1996 -С. 26.

5. Титов С.А. Применение морфологических операторов для обработки электрокардиосигнала // Анализ сигналов и систем связи: Сб. науч. тр. .учеб. завед. связи / СПбГУТ. - СПб, 1996 - С. 31-35.