Ю.А. Булгаков1, Т.А. Витязева2, А.А. Михеев3

1–3 Рязанский государственный радиотехнический университет им. акад. В.Ф. Уткина (г. Рязань, Россия)

Постановка проблемы. Типовой задачей предварительной обработки электрокардиосигнала является устранение дрейфа изолинии. Наличие дрейфа изолинии изменяет положение ST-сегмента относительно нулевой линии, что приводит к искажению информативных параметров ST-сегмента. Современные электрокардиографы снабжены фильтрами верхних частот для удаления дрейфа изолинии. При этом вместе с дрейфом изолинии из сигнала электрокардиограммы удаляется часть спектральных составляющих полезного сигнала. 

Сохранение составляющих спектра сигнала электрокардиограммы возможно при интерполяции дискретных отсчетов сигнала дрейфа изолинии, взятых на PQ-сегменте или ТР-интервале. Частота дискретизации сигнала дрейфа изолинии в этом случае определяется частотой сердечных сокращений (ЧСС). В связи с этим при увеличении частоты изменения сигнала дрейфа изолинии ухудшается точность его восстановления, а при достижении половины ЧСС восстановление становится невозможным. Цель работы – поиск путей устранения дрейфа изолинии даже при наличии в его спектре составляющих с частотами, достигающими ЧСС, при сохранении информативных спектральных составляющих электрокардиосигнала.

Результаты. Указанная цель может быть достигнута на основе преобразования отсчетов сигнала дрейфа изолинии, взятых на ТР-интервале электрокардиосигнала, в группу отсчетов, образующих сложный дискретный отсчет (СДО). В спектре последовательности СДО могут быть подавлены заданные спектральные зоны. Для выделения дрейфа изолинии достаточно подавить первую спектральную зону на частоте дискретизации, равной средней ЧСС. При этом частота выделяемого сигнала дрейфа изолинии теоретически может быть увеличена до частоты дискретизации, т.е. до ЧСС.

В связи с вариабельностью сердечного ритма отсчеты сигнала дрейфа изолинии, взятые на ТР-интервале, будут иметь изменяющийся период повторения (период дискретизации). Чтобы учесть этот факт, в работе решены следующие задачи.

Проведен анализ спектрального состава последовательностей отсчетов, из которых формируются СДО, при изменяющемся периоде дискретизации. В качестве математической модели последовательности отсчетов использована частотно-импульсная модуляция. Установлено, что при изменяющемся периоде дискретизации в подавляемой спектральной зоне остаются неподавленными боковые составляющие на частотах, отличающихся от частоты дискретизации на значение частоты изменения периода дискретизации.

Определены условия равенства нулю всех спектральных составляющих в подавляемой спектральной зоне. Получены математические выражения, описывающие эти условия и позволяющие определить амплитудно-временны́е параметры СДО, необходимые для реализации этих условий.

Проведено математическое моделирование спектров СДО, подтвердившее работоспособность предложенного описания СДО при изменяющемся периоде дискретизации.

Практическая значимость. Полученные математические выражения позволяют определить структуру и амплитудновременны́е параметры сложных дискретных отсчетов, обеспечивающих подавление заданных спектральных составляющих при изменяющемся периоде дискретизации, что обеспечивает расширение частотного диапазона выделяемого сигнала дрейфа изолинии при сохранении информативных составляющих электрокардиосигнала. 

Булгаков Ю.А., Витязева Т.А., Михеев А.А. Сложные дискретные отсчеты в задачах обработки электрокардиосигнала // Биомедицинская радиоэлектроника. 2021. Т. 24. № 4. С. 76–82. DOI: 10.18127/j15604136-202104-10

1. Рангайян Р.М. Анализ биомедицинских сигналов. Практический подход: Пер. с англ. под ред. А.П. Немирко. М.: Физматлит. 2007. 440 с.
2. Электрокардиограф переносной ЭК12Т «АЛЬТОН-03»: Руководство по эксплуатации.  М. 2010. 60 с.
3. Барановский А.Л., Калиниченко А.Н., Манило Л.А. и др. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А.Л. Барановского и А.П. Немирко. М.: Радио и связь. 1993. 248 с.
4. Карасёв В. В., Михеев А. А., Нечаев Г. И. Измерительные системы для вращающихся узлов и механизмов. М.: Энергоатомиздат. 1996. 176 с.
5. Патент № 2251968 (РФ). Способ устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала и устройство для его осуществления / А.А. Михеев, Г.И. Нечаев. 2005.
6. Sornmo L., Laguna P. Bioelectrical Signal Processing in Cardiac and Neurological Applications. Academic Press. Elevier. 2005. 688 p.
7. Патент № 2440023 (РФ). Способ выявления периодических составляющих в ритме сердца / Л.В. Демина, О.В. Мельник, А.А. Михеев. 2012. 
8. Борисов Ю.П., Пенин П.И. Основы многоканальной передачи информации. М.: Связь. 1967. 436 с.