автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка и исследование методов повышения эффективности систем регистрации электрокардиосигналов

г:~ од

_ О 'ССЯ

На правах рукописи

Лобан Олег Витальевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГ НАЛОВ

Специальность 05.11 Лб - Информационно-измерительные системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рязань 1998

Работа выполнена в Рязанской государственной радиотехнической академии

Научные руководители: - заслуженный деятель науки и техники РФ, академик МАИ, доктор технических наук, профессор Беркутов A.M.; - член-корр. МАИ, кандидат технических наук, доцент Жулев В.И.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Моисеенко A.C.;

- кандидат технических наук, доцент Дунаев A.A.

Ведущая организация: Государственный научно - исследо-

вательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации (авиационной и космической медицины), г. Москва.

Защита состоится 10 июня 1998 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 063.92.01 в Рязанской государственной радиотехнической академии по адресу:

391000, г. Рязань, ул. Гагарина 59/1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рязанской государственной радиотехнической академии.

Автореферат разослан 6 мая 1998 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д 063.92.01 кандидат технических наук, доцент / Жулев В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное состояние науки и техники характеризуется широким использованием информационно-измерительных систем, работающих в условиях большого количества разнообразных источников сообщений, распределенных во времени и в пространстве. Решению многих вопросов построения информационно-измерительных систем способствовали работы ученых Г.И. Кава-лерова, Л.Ф. Куликовского, В.Н. Малиновского, С.М. Мандельштама, Г .Я. Мирского, П.В. Новицкого, О.Н. Новоселова, ГШ. Орнатского, Е.М. Прошина, Ф.Е. Темникова, А.Ф. Фомина, Э.И. Цветкова, М.П. Цапенко и ряда других. Одной из перспективных областей применения ИИС являются биотехнические системы, в частности системы ав-томатазированного анализа и регистрации электрокардиосигналов (ЭКС). Различные аспекты теории и практики построения подобных систем достаточно полно освещены в работах ученых В.М. Ахутина, И.А. Дубровского, В.Д. Жуковского, Л.И. Калакутского, Л.А. Манило, А.П. Немирко и др. Несмотря на большое количество проведенных исследований, остаются задачи, требующие дополнительной детальной проработки. К таким относятся задачи построения многоканальных систем регистрации ЭКС для холтеровского мониторирования электрокардиограмм (ХМЭКГ): Суть данного кардиомониторинга заключается в продолжительной записи ЭКС на магнитную ленту портативного магнитофона, постоянно находящегося при больном, и в последующей расшифровке записи с помощью специальных устройств. Данный метод, как правило, применяется при исследовании скрытых, безболевых случаев ишемических заболеваний сердца, приступов стенокардии, нарушений ритма, протекающих кратковременно и в случайные моменты времени. Устройства, реализующие метод ХМЭКГ, выпускаются рядом фирм как в России, так и за рубежом. Среди отечественных устройств наибольшее распространение получили аппаратурный комплекс «Лента-МТМ» и аппаратурно-диатостический комплекс «Икар», а среди зарубежных продукция таких фирм, как Hewlett-Packard (США), Siemens (Германия), Oxford (Англия) и ряда других.

Метод непрерывной записи ЭКС на магнитную ленту обладает рядом недостатков, среди которых: сложность метода; наличие искажений сигналов, возникающих из-за неравномерности протяжки и дефектов ленты; ретроспективность анализа и невозможность сигнализации при возникновении опасных состояний. Одним из перспективных направлений в создании эффективных систем регистрации ЭКС является использование методов обнаружения информативных изменений в сигнале и регистрации только тех фрагментов, которые со-

держат данные изменения. Подобным образом работает носимый монитор-анализатор «Икар». Несмотря на явные достоинства и новизну, он не лишен ряда недостатков, одним из которых является ограниченное число регистрируемых фрагментов. Поэтому весьма актуальны значительное увеличение количества записываемой кардиоинформа-ции и повышение эффективности ее оперативной обработки в носимом кардиомониторе.

Цель работы. Целью диссертации является повышение эффективности систем цифровой регистрации для ХМЭКГ за счет разработки методов сжатия, основанных на обнаружении и регистрации существенных изменений параметров ЭКС.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать особенности согласования объема цифрового регистратора с характеристиками ЭКС путем анализа процессов, характерных для ХМЭКГ;

- разработать методы компактного представления кардиосигналов при ХМЭКГ и их восстановления с заданной точностью;

- разработать методы регистрации ЭКС, основанные на выделении по выбранному критерию значимой информации, оценить их погрешность и эффективность;

- разработать структуру системы цифровой регистрации ЭКС для ХМЭКГ, её информационное, программное и алгоритмическое обеспечение, оценить эффективность внедрения результатов теоретических исследований в разрабатываемые модели. Научная новизна. Сформулированы принципы и предложены методы информационного согласования параметров систем цифровой регистрации для холтеровского кардиомониторинга и характеристик совокупности электрокардиосигналов, основанные на целенаправленном измерении параметров процесса, обеспечивающем максимизацию объема регистрируемой существенной информации. ;

Разработан метод структурного описания кардиоциклов, предложены оригинальный вектор признаков и система восстанавливающих функций, позволяющие значительно увеличить количество записываемой кардиоинформации с сохранением возможности восстановления с заданной точностью.

Разработаны и исследованы способы выделения и регистрации существенной информации на основе предложенных методов определения диагностически значимых различий в регистрируемых электро-кардиосигналах. Тем самым решена задача минимизации времени апостериорной обработки результатов кардиоисследований.

Практическая значимость. Систематизированы по функциональным возможностям варианты построения систем цифровой реги-

гграции электрокардиосигналов и разработан подход к построению >азовых структур исходя из требований точности, быстродействия и юнустимого соотношения аппаратной и программной реализации ал-оритмов функционирования при ограничении на объем аппаратурных затрат.

Синтезирован алгоритм функхшонирования системы, оснований на выделении и ¡регистрации диагностически значимой информации.

Создан аппаратно-программный комплекс моделирования элек-рокардиосигналов для проверки работоспособности и эффективности жстем автоматизированного анализа и регистрации электрокардно-;нпгналов.

Разработан ряд алгоритмов и устройств системы цифровой регистрации электрокардиосигналов, отвечающих современным требо-заниям развития медицинской техники.

Результаты работы апробированы и используются в лечебгго-эеабилитациошгом процессе в Государственном научно-гсследовательском испытательном институте МО РФ (авиационной и космической медицины) в г. Москве; в организациях-соисполнителях заучно-технкческой программы «Автоматизированные системы ме-дако-биологического назначения», головная организация: Ростовский госуниверситет, НИИ нейрокйбернетшш им. А.Б. Когана, НТН ;<БЙОС»; в Рязанском областном клиническом кардиологическом диспансере, а также в учебном процессе РГРТА при преподавании дисциплин по специальностям 1905 «Биотехнические и медицинские шпараты и системы», 1906 «Инженерное дело в медико-эиологаческой практике» и 1909 «Информационно-измерительная гехника и технологии».

Методы исследования. При решении поставленных задач применялся математический аппарат теории вероятности и математической статистики, интегрального и дифференциального исчисления, элемента морфологического анализа. Поставленные задачи анализа ЭКС решались с применением элементов структурного подхода к идентификации сигналов и теории ортогонального разложения по системам базисных функций. Для проверки ряда теоретических выводов использовалось имитационное моделирование на ЭВМ. Проведена экспериментальная проверка полученных результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: V и VI всесоюзных НТК "Ос-пиллографические методы измерений" (г. Вильнюс, 1986, 1990); международной НТК "Технологии и системы сбора, обработки и представления информации"(г. Рязань, 1993); всероссийской НТК "Аппаратно-программные средства диагностики и лечения сердечно-

сосудистых заболеваний" Гг. Самаса. 1994); всеооссийской НТК "Электромап1итные поля в медицине и биологии" (г. Рязань, 1995) республиканских НТК "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы" (г. Рязань, 1995, 1996); всероссийской НТК "Новые информационные технологии в научных исследования} радиоэлектроники" (г. Рязань, 1996); II международной НТК "Физик и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии" (г. Владимир 1996); международной НПК "Здоровье студентов как комплексна} проблема: медицинские, экологические и социальные аспекты" (г. Тула, 1996); научно-технических конференциях РГРТА (1992-1996).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатный работ.

Положения, выносимые на защиту:

- описание элеюрокардиосигналов в пространстве признаков V. система восстанавливающих функций;

- метод сегментарной цифровой регистрации электрокардиосиг-цалов;

- структура построения системы цифровой регистрации электро-кардиосигналов для ХМЭКГ, учитывающая рациональное сочетание аппаратных и программных средста.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит библиографический список из 106 наименований, изложена на 145 страницах основного текста, на которых приведено 57 рисунков и 11 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, определяются цели и задачи исследования, дана общая характеристика выполненной работы, показана новизна решаемых задач.

В первой главе кратко характеризуется состояние вопросов построения систем регистрации ЭКС для ХМЭКГ. Показано, что в процессе регистрации ЭКС возможны специфические искажения, вызванные несоответствием объемов процесса и регистратора. При несогласованности объемов возможна потеря часта информации, причем ограничение по длительности процесса регистрации приводит к ее полной потери. Задачу согласования можно решить путем перераспределения ресурсов регистратора, однако нередко возникают ситуации, когда любые сочетания параметров не могут обеспечить необходимого согласования. Показано, что предлагаемые в таких случаях способы решения, а именно: регистрация части интервала длительности реализации процесса, предварительная фильтрация, снижение точности и т.п. - не дают ощутимого эффекта. Более значимые резуль-

1ты достигаются плтем испольчопяния различных способов сжатия анных.

Проанализированы методы сжатия данных применительно к КС. Установлено, что для сжатия ЭКС целесообразно использовать азностное кодирование, аппроксимацию с адаптацией по степени по-инома и интервалу и ряд других способов. Показано, что при всех остоинствах рассматриваемых методов они обеспечивают сжатие в 0-12 раз, что явно недостаточно для исследуемых систем решстра-ии. Таким образом, необходимы методы, обеспечивающие большие оэффициенты сжатия. Определено, что такими методами являются [етоды предельно сжатого описания сообщений, основанные на труктурных способах распознавания образов. При этом общая задача юрмулируется как оценивание моментов изменения состояний объ-кта исследований путем сегментации процесса на некотором штгер-але и классификации каждого сегмента, что подразумевает наличие «которого набора классов, который предварительно должен быть формирован.

Реализация данной задачи для сжатия ЭКС в системах цифровой егистрации сопряжена с определенными трудностями. Основная [роблема заключается в необходимости иметь информацию обо всех озможных классах в анализируемой реализации ЭКС, что достигает-я только путем длительного обучения. Так как целью исследований фи ХМЭКГ является выявление редких и кратковременных наруше-1ий деятельности сердца, процедура полного обучения может быть :опоставима по длительности с процедурой обследования, а это ли-пает само обследование смысла.

Для осуществления эффективной цифровой регистрации ЭКС 1айден компромисс между предельно компактной записью и возмож-гостью практической реализации при минимуме объема регистратора. Гак как основная проблема заключается в сложности процедуры обу-1сния, в наших работах был предложен модифицированный вариант шшого метода, использующий только два класса («нет отличий» -(есть отличия») и исключающий процедуру обучения. Данный метод регистрации основан на сравнении текущего сегмента с эталонным и га рег истрации его при наличии диагностически значимых отличий. В гачестве эталона в данном случае выступает или первый сегмент, отнятый от предыдущих по заданному критерию, или усредненный на заданном интервале. Хотя для того, чтобы иметь возможность восстановить представление об исходном процессе, необходимо при смене состояния объекта регистрировать кроме типа класса еще и описание класса, суммарный объем регистрируемой информации будет невелик аз-за редкой диагностически значимой смены состояний объекта, характерной для ХМЭКГ.

Осуществлено представление ЭКС в качестве измерительны: сигналов Х(Х), поступающих на вход устройства регистрации, что по зволило использовать при их анализе известные положения теорш сигналов. В наших работах было введено понятие многократной мно гоканалышй цифровой регистрации (ММЦР), осуществляющей нако пление совокупности процессов, возникающей на выходе динамиче ской системы под воздействием многократного входного импульсноп воздействия . Согласно предложенной нами классификацш

процесс регистрации ЭКС при ХМЭКГ представляет собой ММЦР < равным количеством процессов в каналах. В качестве отдельного про цесса или сегмента принят полный кардиоцикл, который представлю как отдельная реализация случайного процесса Х^(Ч) = Р*(1:) -(1)

Здесь (Ч) - в общем виде случайная функция, описывающая со

стояние сердца в .¡-й реализации в к-м канале; п^ (Ч) - воздействие со

вокупности шумовых составляющих. Р^О) представлена как квази

детерминированная функция со случайными параметрам!

РГТ=(РГ1Д...РГП,;).

Для последующего анализа выбрано элементарное сообщение, I качестве которого выступает множество вида {РЛГХ^((,)}, где • длительность Я-!*, интервала, предшествующего ]-му кардиоциклу, г X* (Ч,) - непосредственно первообразная функция _)-го кардиоцикла { к-м канале, представленная в виде цифровых отсчетов. Если известнс описание квазидетерминированной функции £;(1,РгД то в качестве объекта примем вектор случайных признаков, {Ро}, подразумевая, чтс НЕ] является его составной частью.

На основании наших работ [ \ ,5] проведен анализ основных методов сравнения сигналов, используемых при ХМЭКГ. Показана эффективность применения различных вариантов сравнения на основе равномерного приближения. Кроме этого, оценена возможность сравнения ЭКС на основе эвристических признаков формы сигнала.

Проведен анализ основных методов автоматизированной обработки ЭКС применительно к построению систем цифровой регистрации для ХМЭКГ, на основании которого синтезированы обобщенный алгоритм решения задачи и соответствующая структура системы.

В качестве критерия эффективности системы выбран коэффициент сжатия

ксж = — 0+^).

Ыр Vм4

где N11 - количество кардиоциклов в процессе; И? - количество зареги-

СТрирОиШШШД дуирдиицши^и, Г

I ГТТ1 ______. „¿Г, _......... ...........

* - VII) П» 1\а^ДГШЦ1Г1Л"

ла при заданных условиях регистрации и ТР-сегмента. При переходе от представления кардиоциклов с помощью первообразных функций к представлению с помощью того или ииого набора признаков получаем следующую зависимость, представленную на рисунке: к ^ М^У^ + У113)

КрУпр

Утр

где Я = —- - - коэффициент согласования объемов, занимаемых средним кардиоциклом и пршштым признаковым представлением кардио-цикла. Ксж

К;

сж 4 ущ

Число кардиоциклов в процессе

Зависимость коэффициента сжатия от числа зарегистрированных кардиоциклов

Анализ зависимости показал, что коэффициент сжатия изменяется от когда регистрируется только первый кардиоцикл в качестве эталона, до К™", когда мы вынуждены регистрировать все кар-

диошклы в последовательности, и что КсЖ, как правило, больше 1 за рчрт «ж-V точение и-> п<ч~игтятта пя^п

& I ^

Т.к. коэффициент сжатия, в основном, определяется количеством зарегистрированных кардиоциклов, были исследованы факторы, влияющие на величину Ыр. Количество зарегистрированных кардиоциклов является функционалом от вероятности появления существенных изменений (Рсоб) и вероятности правильного обнаружения существенных изменений (Рпр), которая, в свою очередь, зависит от величины шума и принятого расстояния между классами, т.е. Кр-/(ТС0Б,РГ1Р)-

Исследована зависимость Ыр^ДРсоь)- Чем выше изменчивость сигнала, тем чаще мы будем регистрировать кардиоциклы. Для оценки зависимости автором введено понятие вероятности появления событий как отношение числа событий к общему числу кардиоциклов в последовательности за период регистрации

рсоб = - следовательно - Ксж = -^-(Б + .

^П соб У

Анализ данной зависимости показал основные направления повышения эффективности разрабатываемой системы: при заданной вероятности появления событий эффективность может быть повышена за счет уменьшения объема признакового представления кардиоциклов. Ограничением здесь выступает погрешность восстановления.

Во второй главе исследованы вопросы структурного представления кардиоциклов, для чего был разработан соответствующий набор признаков и восстанавливающих функций. Под составными частями ЭКС понимаются зубцы и сегменты. В качестве структурных признаков зубцов примем их амплитуды и длительности. Для оценки качества представления составных частей исследовались линейные функции, в частности система

2А

У0) =

а также нелинейные функции вида:

О 2А ,

Анализ результатов показал, что линейная система имеет преимущество перед остальными, особенно когда временное положение амплитуды совпадает с точкой 11 аналитического описания. Для улуч-

¥(1):

тения качества восстановления данная система была модифицирована автопом штем ввогта кокЪЛттиентя ясимметтга К*:

К Л)

Итерационными методами были определены наилучшие по минимуму среднего квадратического отклонения (СКО) точки временного положения амплитуд аналитического выражения для каждого из аппроксимируемых зубцов и вычислены требуемые коэффициенты асимметрии. Для представления БТ-сегмента и Т-зубца используется аналогичная система следующего вида:

ISA-S.it

ТА |(1-О

I — {!

+ ТА,1, <1<13,

где введены новые признаки: - уровень ЬТ-сегмента в начале; БА -уровень ЯТ-ссгмента в конце; ТЛ - амплитуда Т-зубца.

Для оценки влияния амплитудных значений зубцов ЭКС на погрешность представления проведены соогвегствуюшие исследования с помощью имитационного моделирования. Анализ результатов показал, что с уменьшением амплитуды величина СКО снижается, но это затрудняет в дальнейшем классификацию кардиоциклов.

Для представления ЭКС, содержащего набор отдельных кардиоциклов, предложена матрица признаков:

где Л — номер кардиоцикла в последовательности.

Для восстановления ЭКС используются следующие функции на соответствующих временных участках:

XI: : =—^---¿(^ -Ю:),

Кр Рс1/ >'

к2ц = -(Кр +1)^(1,-

Рс1 ,Кр

Ю, < I = -А-Л+Ю:,

' ' Кр+1 1

Щ *3у = 0,

\2)< I <13) =

КчОс КЧ +

Кярс!,

J '

Оа

х5м = (Кц +1)^(4;-13^0^13), IVI £15; = 13{ + Об,,

хб,,. =

«-V Кг шЬ-Ы К.а:

>■) I Ыс / «Л V ' I

I кэ Уйа

11<1:КГ

I < 16: =15:+--,

} Кг+1

Бахе

' > 1 Кб + Г БТс!,

ята,

2(Та:-8ТА;) „ , „„ XI 1ц =■—-~—~- ^ + Ь 1 А; ,

1а1

хЩ = 0,

2

STd,

г12,< г <ЯК], Яй,

где 10, = Р(2Ц +рс10 + —-

|=о 2

Исследованы вопросы выбора величины порога, разделяющего кардиоцшслы на похожие и непохожие. Проведенный по многочисленным источникам анализ заболеваний, характерных для ХМЭКГ. показал, что отсутствуют устоявшиеся требования к величине ЧСС при диагностировании нарушений ритма. Однако допустимые границы вариабельности для регистрируемых значений ЧСС по данным разных авторов примерно одинаковы и лежат в диапазоне 10-15 % от доминантного ¡ЕЖ-интервала, поэтому в качестве критерия существенности информативных различий была принята данная величина. Анализ, проведенный по амплитудным значениям, позволил вы брате в качестве уровня существенности амплитудных изменений ЭКС значение порядка 100...200 мкВ или 10-20 % от уровня доминантногс зубца в кардиоцикле, поскольку именно этот порог определяет опасные изменения сегмента БТ.

Проведена оценка погрешности восстановления ЭКС с помощью сжатого описания, регистрируемого разрабатываемой системой.

и

Апализ результатов исследований показал, что при восстановлении реального ЭКС с помощью структурного описания на основе разработанного вектора признаков погрешность восстановления не превышает 2 %; использование в качестве эталона для классификации усредненного на выбранном интервале вектора признаков дает преимущество перед использованием в качестве эталона первого вектора, отличающегося от предыдущих согласно предложенным критериям существенности различий параметров ЭКС.

В третьей главе осуществлен синтез многоканальной системы, реализующей предложенный метод цифровой регистрации электро-кардиосигнапов на основе выделения диагностически значимой информации. Данная задача заключалась в нахождении алгоритмов функционирования и параметров устройств системы, обеспечивающих наилучшбе (по заданному критерию эффективности) выполнение системой своего основного назначения, т.е. получение от объекта и регистрация необходимого количества информации с заданной точностью и с учетом всех ограничений.

Алгоритм функционирования системы подразумевает обработку ЭКС в носимом кардиорегистраторе с помощью соответствующей структурной схемы. Основные процедуры, необходимые для решения задачи, представляют собой: (1) усиление, включая выбор системы отведений и нормализацию сигнала (У); (2) аналого-цифровое преобразование (А); (3) фильтрацию: аналоговую, цифровую, программную (Ф); (4) обнаружение кардио циклов: аналоговое, цифровое, программное (О); (5') выделение опорных точек: цифровое, программное (В'); (5") вычисление признаков описания кардиоциклов: цифровое, программное (В"); (6) принятие решения о регистрации: цифровое, программное (П); (7) регистрацию (Р). Операция 5' используется при работе с объектами типа {ИЛ^Х^ (^)), а операция 5" - при работе с

объектами типа {Ро}. Соответственно изменятся и процедуры принятия решений (6).

Рассмотренные функциональные элементы образуют элементный базис системы регистрации:

{ЭКС}->{У} {Ф} {А\ ->{0) {В}-»{П} ->{Р}.

В качестве критерия эффективности при синтезе системы использовался введенный коэффициент сжатия. Проведенный анализ показал, что не только решение, но и математическая постановка задачи совместной оптимизации алгоритмов функционирования и параметров всех звеньев системы по принятому критерию эффективности пракгачески невозможны, поэтому поставленная задача была решена методом частичного синтеза, т.е. путем выбора эффективного алго-

ритма функционирования отдельно каждой из подсистем, поймем по индивидуальным 1фитериям качества.

Операции (У), (А) и (Ф) образуют подсистему источника сообщений. При соответствующем выборе параметров работы рассмотренных процедур они не будут оказывать существенного влияния на эффективность всей системы. Процедура регистрации (Р) представляет собой набор последовательных действий, необходимых для записи информации в принятое в системе устройство хранения данных (полупроводниковая память, магнитная лента и т.п.). Как правило, данная процедура оптимизирована для решения своих функций и не оказывает существенного влияния на эффективность системы.

Таким образом определены подсистемы, оказывающие наибольшее влияние на эффективность предлагаемого метода, а именно: операция обнаружения кардиоцикла (О), определения опорных точек или вычисления признаков структурного описания кардиоцикла (В) и операция принятия решения о регистрации (П). По данным подсистемам был осуществлен индивидуальный синтез алгоритмов и устройств.

При синтезе были учтены ограничения в виде аппаратурных затрат и быстродействия. На основании введенного базиса проведены исследования характеристик системы с целью максимизации эффективности соотношения программной и аппаратной частей исходя из критерия сложности устройства и критерия быстродействия. Оценены 12 возможных структур по критерию сложности реализации и быстродействию преобразования. Показано, что для элементарного сообщения типа {} максимально эффективны структуры с аппаратной реализацией важнейших подсистем, а для сообщений типа {Иуг} - с программной реализацией.

В четвертой главе рассмотрены следующие макетные образцы:

- система многоканальной цифровой регистрации, состоящая из четырехканалыгаго кардиорегистратора и интерфейса связи с ПЭВМ (отрабатывались перестраиваемые структуры и аппаратная реализация основных подсистем);

- система моделирования ЭКС на основе предложенного структурного описания кардиоциклов и системы восстанавливающих функций (моделировались ЭКС для проверки разработанных устройств и отработки теоретических положений);

- аппаратно-программная модель системы регистрации ЭКС на основе »страиваемой в ПЭВМ платы аналогового ввода;

- макет кардиорегистратора для холтеровского кардиомонито-ринга.

С помощью пянных мякетниу пвпа^ппи ППИ МРПЛти-ЧЛпЯттеги гггп. делированного ЭКС, а также архива реальных ЭКС осуществлена экспериментальная проверка разработанных алгоритмов и устройств, подтвердившая обоснованность теоретических и практических результатов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработан оригинальный метод цифровой регистрации электро-кардиосигналов на основе сегментации элекчрокардиосигнала, а также выделения диагностически значимой информации, позволяющий значительно увеличить количество записываемой кардиоинформации при ХМЭКГ.

2. Обоснован и исследован критерий эффективности разработанного метода регистрации. Показано, что при определенных условиях регистрации выигрыш в объеме зарегистрированной информации может достигать сотни раз.

3. Предложено структурное описание сегментов ЭКС и соответствующие восстанавливающие функции. Произведена оценка методической погрешности восстановления электрокардиосигнала по зарегистрированной информации. Показано, что погрешность восстановления не превышает 2 %.

4. Синтезирована система, в которой реализован метод сегментарной цифровой регистрации электрокардиосигналов. Обоснована эффективность структур построения системы регистрации для двух типов представления ЭКС. Предложены вариан ты их реализации с учетом приемлемого сочетания аппаратно-программных средств.

5. Произведено макетирование системы цифровой регистрации. Показано, что теоретические результаты подтверждены экспериментальными данными. Макеты внедрены в Государственном научно - исследовательском испытательном институте МО РФ (авиационной и космической медицины) (г. Москва); в организациях-соисполнителях научно-технической программы «Автоматизированные системы медико-биологического назначения», головная организация: Ростовский госуниверситет, НИИ нейрокибернетики им. А.Б. Когана, НТП «БИОС»; в Рязанском областном клиническом кардиологическом диспансере, а также в учебном процессе РГРТА при преподавании дисциплин по специальностям 1905 «Биотехнические и медицинские аппараты и системы», 1906 «Инженерное дело в медико-биологической практике» и 1909 «Информационно-измерительная техника и технологии».

В приложении приведены результаты исследования точности воссталовления электрокардиосигнала предложенными системами восстанавливающих функций, моделирования ЭКС, акты внедрения диссертационной работы.

Содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Беркутов A.ïvi.j Лобан О .Б. Методы обнаружении инфирмашь-ных изменений формы электрокардиосигнала //Сб. науч. тр. РГРТА «Автоматизация испытаний и измерений». Рязань, 1995. С.17-21.

2. Беркутов A.M., Лобан О.В. Осциллографирование многомерных быстропротекающих процессов //Тез. докл. 6 ВНТК «Осцил-лографические методы измерений», Вильнюс, 1990. С.86-88.

3. Беркутов А.М., Лобан О.В., Прошин Е.М. Алгоритм эффективной регистрации кардносигналов в реальном масштабе времени //Тез. докл. МНТК «Технологии и системы сбора, обработки и представления информации». Рязань, 1993. С. 106.

4. Беркутов А.М., Лобан О.В.; Прошин Е.М. Метод длительного наблюдения электрокардиосигнала с помощью портативного монитора //Тез. докл. ВНК «Электромагнитные поля в медицине и биологии». Рязань, 1995. С.23-24.

5. Беркутов A.M., Лобан О.В., Прошин Е.М. Метод обнаружения диагностически важных изменений параметров ЭКС //Тез. докл. ВНТК «Аппаратно-программные средства диагностики и лечения сердечно-сосудистых заболеваний». Самара, 1994 С.34.

6. Вопросы построения портативных систем кардиомониторинга /Беркутов A.M., Жулев В.И., Лобан О.В., Прошин Е.М. //Тез. докл. 2 МНТК «Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии». Владимир, 1996. С.7-8.

7. Гуржин С.Г., Лобан О.В. Процессор сверхбыстродействующего цифрового осциллографа //Тез. докл. 5 ВНТК «Осциллографиче-ские методы измерений». Вильнюс, 1986. С. 54-55.

8. Иванов В.И., Лобан О.В. Портативный электрокардиограф //Тез. докл. РНТК «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы». Рязань, 1995. С. 6-7.

9. Лобан О.В. Вопросы моделирования электрокардиосигна-лов//Сб. науч. тр. РГРТА «Автоматизация измерений и испытаний». Рязань, 1996. С.17-21.

10.Лобан О.В. Метод эффективной регистрации электрокардио-сигналов при проведении массовых профилактических обследований //Тез. докл. МНПК «Здоровье студентов как комплексная проблема: медицинские, экологические и социальные аспекты». Тула, 1996. С.97-98.

11. Лобан О.В. Способ эффективной регистрации кардносигналов для портативных систем динамической электрокардиографии //Тез. докл. ВНТК «Новые информационные технологии в научных исследованиях радиоэлектроники». Рязань, 1996. С.56-57.

12. Лобан О.В., Лисунова Т.В. Автоматизированная система для исследования и регистрации биомедицинских сигналов //Тез. докл. РНТК «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы». Рязань, 1995. С.7-8.

13.Моделирование цифровых средств измерений: Методические указання/Рязан.гос.радиотехн.акад.; Сост.: О.В. Лобан, Е.М. Прошин. Рязань. 1997. 44 с.

14.Сверхбыстродействующий цифровой осциллограф /Гуржин С.Г, Лобан О.В., Остяков В.Г, Шубин Г.В. //Сб. науч. тр. РРТИ «Автоматизация измерений и испытаний». Рязань, 1988. С.60-63.