Kirish bob. Tibbiy biologik ma'lumotlarni tahlil qilish va qayta ishlash usullari, algoritmlari va tizimlarini tahlil qilish

4.2 Elektrokardiogrammaning xarakterli nuqtalarini
ajratib ko'rsatish algoritmlari
QRS kompleksini aniqlash.
Avtomatlashtirilgan EKGni tahlil qilish algoritmlari ko'p jihatdan shifokorlar tomonidan elektrokardiogrammalarni "qo'lda" talqin qilishda qo'llaniladigan algoritmlarga o'xshaydi. Birinchidan, asosiy komponentlar tan olinadi - P to'lqini, QRS kompleksi, T to'lqini, ba'zan U to'lqin. Keyin har bir aniqlangan komponentning davomiyligi va amplitudasi o'lchanadi. Shundan so'ng, elektr o'qining holati haqida xulosa chiqariladi. yurak, yurakning elektr holati va kardiografik xulosa o'lchangan qiymatlarni tegishli bilan taqqoslash asosida amalga oshiriladi. Ikkinchi standart simdagi oddiy elektrokardiogramma shunday ko'rinadi (4.1-rasm).

4.1-rasm. Ikkinchi standart simdagi oddiy kardiotsikl
Rn - P to'lqinining boshlanishi, Rk - P to'lqinining oxiri; Q - to'lqin Q; R - to'lqin R; S - to'lqin S; Tn - T to'lqinining boshlanishi, Tk - T to'lqinining oxiri.P to'lqin atriyal qo'zg'alishga, QRS - kompleks - qorincha qo'zg'alishiga, T - qorincha repolyarizatsiyasiga to'g'ri keladi.
Avtomatik tahlil qilish uchun EKG komponentlarini aniqlash algoritmlari eng katta ahamiyatga ega. Elektrokardiogrammalarni tahlil qilish uchun ma'lum bo'lgan kompyuter tizimlarining aksariyatida avtomatik ishlov berishning birinchi bosqichi QRS kompleksining chegaralarini topishdir. QRSni aniqlashning bir necha asosiy usullari mavjud:
1. Chegara usullari.
2. Korrelyatsiya usullari.
3. Tasvirlarni aniqlash algoritmlaridan foydalanish usullari.
Eng oddiy va samarali - bu chegara usullari. MathCAD muhitida mumkin bo'lgan algoritmlardan birini amalga oshirish quyida ko'rsatilgan (4.2-rasm):
i:=0. .4095 ma'lumotlar faylidagi hisobotlar soni;
j:=0..2047 spektral komponentlar soni;
ecg;:=READ(a213) fayldan raqamli EKG hisobotlarini o'qish;
T-funksiya qiymatlarini hisoblash uchun i1:=0..4094 o'zgaruvchi;
decgi1:=(ecgi1-ecgi1+1) birinchi hosilaning kvadratini hisoblang;
secg:=fft(decg) T-funksiya spektrini oling;
k:=900... T-funksiyani filtrlash uchun 2047 o'zgaruvchi;
secgk:=0 barcha yuqori chastotali spektr komponentlarini olib tashlash;
decg:=ifft(secg) filtrlangan signalni olish;

4.2-rasm.
Filtrlash (ko'k chiziq) va dastlabki EKG (qizil chiziq) dan keyin T-funktsiyasi shunday ko'rinadi (4.3-rasm).

4.3-rasm
daraja:=5000 - tanib olish chegara qiymati; qrsi:=if(decgi>level;1;0), agar T-funksiya chegaradan katta bo'lsa, QRS mavjud.
Shunday qilib, eng oddiy algoritm yordamida biz QRS komplekslarini ishonchli tarzda taniy olamiz. Bunday algoritmning sinovlari shuni ko'rsatdiki, to'g'ri tanlangan chegara bilan normal va patologik komplekslarning 98,5 foizini to'g'ri aniqlash mumkin. O'lchovlar umumiy 35 mingga teng bo'lgan oddiy va patologik kardiotsikllarda o'tkazildi. Tanib olishning ishonchliligi ko'p jihatdan ishlatiladigan EKG yo'llarining soniga bog'liq va 3-4 ta yo'nalishda maksimal darajaga etadi, ularning sonining yanada oshishi tanib olish aniqligining oshishiga olib kelmaydi. Bir nechta simlardan foydalanilganda, T-funktsiyasi har bir qo'rg'oshin uchun alohida hisoblanadi va keyin barcha olingan qiymatlar qo'shiladi.
Chegara algoritmlarining afzalligi ularning shubhasiz algoritmik soddaligidir - har bir raqamli EKG nuqtasi uchun taxminan 10-15 arifmetik operatsiya talab qilinadi (agar tez Furye O’zgar -TFO’ yordamida filtrlash ikkinchi darajali raqamli past o'tkazuvchan filtr bilan almashtirilsa), u mikrokontrollerlarda osongina amalga oshiriladi. va real vaqtda ishlashi mumkin. Kamchilik shundaki, tanib olish aniqligi chegara qiymatiga kuchli bog'liq va statsionar bo'lmagan EKG bo'limlarida (taxikardiya xuruji, ekstrasistol va boshqa ritm buzilishlari) agar belgilangan chegara qo'llanilsa, ko'plab noto'g'ri musbat va kamchiliklarni berishi mumkin. Ko'pgina hollarda, tanib olish chegarasi qisqa vaqt ichida (1-5 s) avtomatik ravishda ma'lum signal qiymatlariga moslashadi. Bir tomondan, bu QRSni tanib olishda etarli aniqlikni ta'minlaydi, boshqa tomondan, statsionar bo'lmagan joylarda tez sozlashni ta'minlaydi. QRSni tanib olishning chegara usullari doirasi real vaqt tizimi bo'lib, unda EKG signalning kelish tezligida aniqlashtiriladi.
Korrelyatsiyani aniqlash algoritmlarida boshqacha yondashuv qo'llaniladi. Chegara usullaridan eng muhim farq shundaki, kardiotsiklning tarkibiy qismlari ularni namuna bilan taqqoslash orqali ajralib turadi. Tanib olish namunasi har bir sim uchun reprezentativ tsikllarni tanlash orqali olingan o'rtacha kardiotsikldir. Tanlovdan so'ng, kardiotsikl va individual komponentlarning davomiyligi va amplitudasiga bog'liq bo'lmagan shaklda taqdim etiladi. Tanib olish jarayonida qayd etilgan signal va namunali kardiotsikl o'rtasida chiziqli o'zaro bog'liqlik funksiyasi hisoblanadi. Yozib olingan signal, shuningdek, uning namoyishi QRS kompleks komponentlarining davomiyligiga bog'liq bo'lmasligi uchun o'zgartiriladi. Yo'naltiruvchi signal va tahlil qilingan signal bir xil o’zgartirishga duchor bo'ladi, shundan so'ng o'zaro bog'liqlik funksiyasi hisoblanadi.
Bu tavsiflashning eng oddiy, ammo eng ishonchli usuli emas, chunki kontur chizig'ining kesishishini aniqlashning aniqligiga ko'plab omillar ta'sir qiladi - tarmoq chastotasining shovqini, mushaklarning titrashi, konturning siljishi va boshqalar, shuning uchun ushbu turdagi algoritmlar har doim to'ldiriladi. shovqinni kamaytirish algoritmlari.
Ta'riflashning yana bir usuli - chastotalar sohasidagi kardiotsikllarni spektr sifatida ko'rsatish; bu holda signallarning spektral komponentlari o'rtasidagi o'zaro bog'liqlik funktsiyasi hisoblanadi. Ushbu usul, asosan, katta miqdordagi hisob-kitoblar tufayli keng qo'llanilishini topmadi. Bundan tashqari, kardiotsikllarning spektral tarkibida katta o'zgaruvchanlik mavjud, bu ularning tarkibiy qismlarini aniq talqin qilishni qiyinlashtiradi.
Korrelyatsiya usullarini rivojlanishida tasvirni tan olish nazariyasiga asoslangan usullar katta imkoniyatlar ochdi. Ushbu usullarda yuzlab va minglab elementlarni o'z ichiga olgan namunaviy kardiotsikllar kutubxonasi shakllanadi. Qoida tariqasida, QRS - komplekslar, P va T to'lqinlarining namunalari alohida saqlanadi. Birinchidan, qayd etilgan signalning barcha mos yozuvlar QRS komplekslari bilan yaqinlik darajasi hisoblanadi. Yaqinlik o'lchovi sifatida korrelyatsiya koeffitsientining qiymati yoki masofalarning turli o'lchovlari bo'lishi mumkin - Evklid, Chebyshev masofasi, Mahalanobis masofasi va boshqalar. Keyin, barcha standartlardan, qayd etilgan kardiotsiklga eng "o'xshash" bir yoki bir nechta tanlanadi. Agar bir nechta tan olinadigan kardiotsikllar mavjud bo'lsa, bu operatsiya ularning har biri uchun takrorlanadi, so'ngra eng ko’p uchraydigan namunani tasniflash va tanlash amalga oshiriladi.
Ko'pincha tasvirni aniqlashga asoslangan usullar chegara usullaridan foydalangan holda QRSni oldindan aniqlashdan keyin qo'llaniladi. Bunday holda, kardiotsiklning davomiyligi taxminan ma'lum bo'ladi va shunga ko'ra, vaqt o'tishi bilan signalni o'lchash muammosi yo'qoladi.
Bunday usullarning eng jiddiy kamchiligi hisob-kitoblarning miqdorini ko’pligi va namunaviy kutubxonasiga ega bo'lish zaruratidir. Biroq, ko'p hollarda, tasvirni aniqlashga asoslangan usullar shovqin mavjudligida va turli patologik sharoitlar mavjud bo'lganda ancha ishonchli ishlaydi. Muhim afzallik shundaki, algoritm avtomatik ravishda yozuvda boshqalardan juda farq qiladigan komplekslarni, masalan, qorincha ekstrasistollarini topadi.
P - to'lqinlarni topish.
Ritm va o'tkazuvchanlik buzilishlarini batafsil tahlil qilish uchun yurak oldi (atriyal) P to'lqinini ishonchli ajratib olish kerak. Uni aniqlashning murakkabligi bir necha omillar bilan bog'liq:
1. QRS amplitudasi bilan solishtirganda u kichik.
2. Sog'lom yurak sharoitida ham u boshqa shaklga ega bo'lishi mumkin (ikki dumli, ikki fazali, salbiy va boshqalar).
3. O'tkazuvchanlikning buzilishi bilan oddiy PQRST ketma-ketligi o'zgarishi mumkin. P to'lqini QRS kompleksining ichida yoki orqasida bo'lishi mumkin, odatda u qorincha qo'zg'alishdan oldin bo'ladi.
4. Yurak oldi tebranishida va miltillashida atriyal fibrilatsiya bilan P to'lqini yo'q, uning o'rniga xaotik elektr faolligi kuzatiladi.
Qoidaga ko'ra, P - to'lqinini topish QRS - komplekslari tan olingandan keyin boshlanadi. P - to'lqinlarni qidirish ikkita qo'shni QRS - komplekslar o'rtasida, shuningdek, chegara, korrelyatsiya yoki tasvirni aniqlash usullari bilan amalga oshiriladi. Atriyal to'lqinni chegaraviy usullari bilan ajratib olish cheklangan foydalanish hisoblanadi va faqat birinchi qadam sifatida ishlatilishi mumkin. P-to'lqinlarini aniq tanib olish uchun tasvirni aniqlashga asoslangan usullar katta ahamiyatga ega. Qiyosiy testlar shuni ko'rsatdiki, atriyal to'lqinni chegara usullari bilan aniqlash 30-45%, ikkilik o’zgartirishidan foydalangan holda korrelyatsiya usullari bilan - 35-50%, tasvirni aniqlash usullari bilan - 44-58% ishonchli ekanligi test signallari to’plami asosida aniqlangan. P - to'lqinlarni avtomatik tanib olish uchun ma'lum bo'lgan algoritmlarning aksariyati atriyal fibrilatsiyani 20 - 25% da aniqlaydi, 10-15% tremor artefaktlari noto'g'ri P - to'lqinlar sifatida aniqlanadi.
Algoritmlarning barchasi va ko'proq chegaraviy algoritmlar shovqinni yozib olishga sezgir. QRSni ajratib ko'rsatishda, hatto sezilarli darajadagi shovqin ham katta xatolarga olib kelmaydi, shu bilan birga, bu holat P-to'lqinining tan olinishiga jiddiy ta'sir qilishi mumkin.
P-to'lqinining normal joylashuvi buzilgan taqdirda (atrioventrikulyar (AV) blokada, yurak oldi-oshqozon dissotsiatsiya, AV aloqasidagi ritm va boshqalar), qidiruv QRS komplekslari orasidagi hudud bilan chegaralanmaydi. Oldindan yuqori amplitudali komponentlarni olib tashlash uchun barcha tan olingan QRS komplekslaridan o'rtacha hisoblangan kompleks chiqariladi. Keyin qolgan signalda P to'lqini qidiriladi. Bu sizga QRS kompleksidagi atriyal to'lqinlarni aniqlash imkonini beradi. Ta'riflangan usul yaxshi, ammo kardiotsiklning to'lqinlari ketma-ketligining buzilishi bilan namoyon bo'lgan barcha aritmiyalarning 20% ​​dan ko'pi to'g'ri aniqlanmagan.
T - to'lqinlarining tan olinishi.
T qutublanmagan to'lqinini tan olish uchun P ni ajratib olishga bag’ishlangan bir xil usullar qo'llaniladi, ammo bu holda T to'lqinining boshi va oxirini topishda biroz kattaroq xatolik qabul qilinadi, ko'pincha qutublanmagan to'lqinining boshlanishini topish qiyin., ayniqsa, ST segmentining siljishida (S oxiridan T ning boshigacha) egilish nuqtasi yo'qligi sababli yuqoriga yoki pastga egiladi. T to'lqinining oxiri, qoida tariqasida, boshidan ko'ra aniqroq va ishonchli tarzda aniqlanadi. P va T larni qidirish algoritmlari o'rtasida fundamental farqlar yo'q, lekin T to'lqinini aniqlashni osonlashtiradigan bitta holat mavjud - u har doim QRS kompleksidan keyin keladi va odatda uni keyingisidan oldin tugaydi. Kamdan kam hollarda "R ga T" ekstrasistollari mavjud bo'lib, keyingi qorincha kompleksi oldingisining T to'lqini ustiga qo'yilganda, ammo bu holda QRS ning boshlanishi avtomatik ravishda T ning oxiriga aylanadi.
4.3.Kardotsiklning amplituda va vaqt parametrlarini o'lchash.
Belgilangandan, ya'ni PQRST kompleksining tarkibiy qismlarini tanlagandan keyin, topilgan komponentlarning amplitudasi va davomiyligi o'lchanadi. Agar bir nechta kardiotsikllar mavjud bo'lsa, xatoni kamaytirish uchun o'rtacha hisoblash mumkin. O'rtacha hisoblash ikki yo'l bilan amalga oshirilishi mumkin:
1. Har bir kardiotsikl uchun parametrlar o'lchanadi va olingan natijalar o'rtachalashtiriladi.
2. Kardiotsikl hisobotlari o'rtachalashtiriladi va o'lchov o'rtacha kardiotsiklda olib boriladi.
Ushbu usullarning har biri o'zining afzalliklari va kamchiliklariga ega. Alohida kardiotsikllarning o'lchangan parametrlarini o'rtacha hisoblaganda, keskin farq qiluvchilarni aniqlash va ularni olib tashlash yoki alohida ko'rib chiqish mumkin. Ammo egri chiziqning siljishi tufayli hisoblash nuqtasini tanlash bilan bog'liq amplitudani o'lchashlarida chidab bo'lmas tasodifiy xato paydo bo'ladi. O'rtacha kompleks bilan o'lchashda bu kamchilik mavjud emas, lekin tanib olish yoki o'lchash xatolarini nazorat qilish qobiliyati yo'qoladi. Bunday holda, kardiotsikllarning bir-biriga "o'xshashligini" baholash va faqat bir xil turdagilarni o'rtacha baholash kerak.
Kardiotsiklning tarkibiy qismlarining amplitudasini o'lchash.
Kardiotsikl komponentlarining amplitudasini aniq o'lchash uchun izoelektrik chizig'ini tanlash alohida ahamiyatga ega. Bu katta qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi, chunki elektr sistolasi paytida deyarli hech qanday egri chiziq bo'limlari mavjud emas va ularni faqat shartli ravishda ajratib ko'rsatish mumkin. Shuning uchun ko'pincha quyidagi usul qo'llaniladi:
1. Ikki qo'shni kardiotsikl tanlanadi va ularning boshlanishi topiladi.
2. Q (yoki R) to'lqinidan oldin 20 (yoki 16) ms bo'lgan qismlar ajratiladi.
3. Egri chiziqning chiziqli yaqinlashuvi eng kichik kvadratlar usuli (yoki boshqa yaqinlashish usuli) yordamida tanlangan kesmalarda quriladi. Natijada y=kx+b egri chiziqli tenglama hosil bo'ladi, k va b konstantalari taqribanlik yo'li bilan hisoblanadi, x - birinchi kardiotsikl boshidan vaqt. Natijada, har qanday vaqtda x izoliyaning taxminiy qiymatiga ega bo'lamiz.
Bu usul egri chiziqda keskin o’zgarishlar bo'lmasa yaxshi bo'ladi, aks holda xato juda muhim bo'lishi mumkin. Ushbu usulning modifikatsiyasi kubik splayn - bir nechta kardiotsikllar bo'yicha interpolatsiya bo'lib, u yuqoriroq yaqinlashish sifatiga ega, ammo sezilarli darajada kattaroq hisob-kitoblarni talab qiladi.
Asosiy chiziqni yo'q qilishning yana bir yo'li - asosiy siljish chastotasidan kattaroq kesish chastotasi bo'lgan raqamli yuqori o'tkazuvchan filtrli yuqori o'tkazuvchan filtr. Bu usul juda keng qo'llaniladi, lekin ikkita asosiy kamchilikka ega: birinchidan, ST segmenti va T to'lqinlarining shakli va amplitudasi buziladi, ikkinchidan, egri chiziqni o’zgarish chastotasi odamdan odamga juda katta farq qilishi mumkin.
Chiziqli filtrlash usuliga xos bo'lgan kamchiliklar adaptiv filtrlar yordamida yo'q qilinadi, ular avtomatik ravishda past chastotali o’zgarishga moslashadi va uni deyarli nolgacha kamaytiradi. Ammo o’zgarishr parametrlarini o'zgartirishda moslashuvchan filtrni etarlicha tez sozlash muammosi mavjud.
Umuman olganda, izoelektrik chiziqni topish muammosi hali aniq va eng yaxshi yechimga ega emas, shuning uchun QRS kompleksi tarkibiy qismlarining amplitudasini sifatli o'lchashning asosiy sharti - bu o'lchash yo'lida "nol" ning kichik siljishidir.
Egri chiziqni tanlagandan so'ng, o'lchovlar ahamiyatsiz tarzda amalga oshiriladi: ilgari tanlangan to'lqinlarning o'ta nuqtalari topiladi va ekstremum amplitudasining qiymati ma'lum bir vaqtning o'zida egri chiziqni qiymatidan chiqariladi.
Kardiotsiklning tarkibiy qismlarining vaqtinchalik xususiyatlarini o'lchash.
Alohida to'lqinlarning davomiyligini o'lchash juda oddiy - to'lqinning boshidan oxirigacha bo'lgan hisobotlar soni namuna olish davriga ko'paytiriladi, ammo to'lqinlarning aniq chegaralarini topish qiyin ishdir. Qoidaga ko'ra, kardiotsiklning tarkibiy qismlari birlamchi tan olingandan so'ng, chegaralarni aniqlashtirish amalga oshiriladi. Odatda chegarani aniqlashtirish o'rnatilgan belgilarni o'lchashning eng kichik standart og'ishini ta'minlaydigan tarzda o'zgartirishning iterativ protsedurasi sifatida amalga oshiriladi, elektrokardiografik signalning burilish nuqtalari va mahalliy ekstremal ko'rsatmalar sifatida ishlatiladi. Qoida tariqasida, elektrokardiogrammaning vaqtinchalik parametrlarini o'lchash amplitudaga qaraganda aniqroq va barqarorroq amalga oshiriladi.
Har bir qayd etilgan simlardagi har bir kardiotsikl uchun amplituda va vaqt parametrlari o'lchanadi va bitta jadvalda umumlashtiriladi, bu elektrokardiografik xulosalarni yaratish uchun ekspert tizimining ishlashi uchun dastlabki ma'lumot bo'lib xizmat qiladi.


Xulosa
Hozirgi vaqtda zamonaviy intellektual texnologiyalarsiz qayta ishlash deyarli mumkin bo'lmagan ishlab chiqarilgan tibbiy ma'lumotlar hajmining tez o'sishi tufayli so'nggi yillarda tibbiyot uchun axborot texnologiyalarini rivojlantirish ayniqsa dolzarb bo'lib qoldi.
Maqolada aqlli tibbiy tizimlarni qurish nuqtai nazaridan biotibbiyot ma'lumotlari misolida biotibbiyot ob'ektlarini loyihalash tamoyillari, usullari va tartiblari o'rganiladi. Asosiy e'tibor loyihalashtirilgan ob'ektning kontseptual xususiyatlariga - biotibbiy ma'lumotlarga qaratiladi.
Tibbiy tadqiqotlar natijalarini qayta ishlashning statistik usullarining tavsifi va mohiyati tahlil qilinadi. Tibbiy ma'lumotlarni statistik tahlil qilish va qayta ishlashning asosiy tamoyillari va usullari keltirilgan. Olingan natijalar biotibbiyot ma'lumotlarini tahlil qilish va qayta ishlashda va statistik tahlil natijalarini taqdim etishda statistik usullarni tanlashda xatolarga yo'l qo'ymaslik imkonini beradi.
Umumiy tibbiy asboblarda biotibbiyot signallarini yig'ish, qabul qilish va uzatishning turli usullari o'rganildi. Qabul qilish, qabul qilish va uzatish usuli va biotibbiyot ma'lumotlarini olish tizimi taklif etiladi, bu biotibbiyot tadqiqotlarida asosiy va fundamental muhim omil hisoblanadi. Usul va tibbiy asbobni to'g'ri tanlash bemordan haqiqiy tibbiy ma'lumotlarni olishni va keyinchalik kasalliklarni to'g'ri tashxislashni belgilaydi.
Biz biotibbiyot ma'lumotlarini tahlil qilish va qayta ishlashning nazariy asoslarini, ya'ni murakkab biotibbiyot ob'ektlarini loyihalashning tarkibiy-algoritmik usulini ishlab chiqdik. Bunday holda, biotibbiyot axborotining ob'ekti murakkab va rasmiylashtirish qiyin. Biotibbiy ma'lumotlarning muammoli grafigini tuzish usullari taklif qilingan. ierarxiyalar bo'yicha. Bu, bir tomondan, biotibbiy ma'lumotni loyihalash ob'ekti sifatida taqdim etish imkonini beradi, ikkinchi tomondan, loyihalash jarayoni sifatida bajariladigan funktsiyalar.
Keyinchalik strukturaviy-algoritmik usulga asoslangan intellektual ekspert tizimini tashkil etish maqsadida MBIni tahlil qilish va qayta ishlashning yangi usuli va algoritmi taklif qilingan. Ushbu usul asosida MATLAB tizim vositalaridan foydalangan holda elektrokardiogrammalarni tahlil qilish texnikasi va dasturi ishlab chiqildi, bu tizim tahlili asosida ekspert xulosalarini baholash imkonini beradi.