Т.А. Витязева

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

Постановка проблемы. Анализ вариабельности сердечного ритма в последние годы приобрел очень широкое распространение как инструмент разносторонней диагностики функционального состояния организма человека, связан с процедурами обработки, характеризующимися высокими требованиями к быстродействию вычислительной элементной базы. Данные процедуры, вместе с тем, должны производиться в реальном масштабе времени в условиях встраиваемой вычислительной системы. Рассматривается проблема сокращения числа вычислительных операций и реализации вариабельности сердечного ритма на современных процессорных элементах, предлагаемых отечественной промышленностью.

Цель работы – моделирование оптимальной структуры многоскоростной обработки сигнала при анализе вариабельности сердечного ритма и реализация данной структуры на цифровом процессоре обработки сигналов с оценкой времени обработки и затрат памяти.

Результаты. При выполнении моделирования показано, что разработанная оптимальная структура многоскоростной обработки кардиосигнала с целью анализа вариабельности сердечного ритма позволяет получить достоверный результат обработки при одновременном сокращении вычислительных затрат в несколько сот тысяч раз по сравнению с реализацией на исходной частоте дискретизации. Оптимальная структура строится как двухступенчатая структура фильтрации-децимации с последующим пропусканием сигнала на пониженной частоте дискретизации через набор фильтров анализа. Сквозной коэффициент децимации составляет 500. Результаты моделирования позволяют перейти к реализации на сигнальном процессоре. Разработаны программные коды основных этапов обработки, включая фильтрацию и фильтрацию-децимацию. Показано, что время обработки при качественной оптимизации программных кодов может достигать 10 млн тактов, что при частоте процессора 450 МГц соответствует 23 мс и полностью удовлетворяет требованию обработки в реальном масштабе времени, оставляя большой запас для реализации дополнительных более сложных алгоритмов анализа на том же процессоре.

Практическая значимость. Практическая значимость результатов состоит в том, что дополнительно к предложенной методике сокращения вычислительных затрат и затрат памяти в ходе работы фактически получен прототип возможного устройства анализа вариабельности на базе одного из наиболее популярных отечественных процессоров обработки сигналов с реализацией на отладочном модуле и максимальном приближении к конечному изделию.

Витязева Т.А. Реализация оптимальной многоскоростной обработки кардиосигнала на процессоре 1967ВН028 АО «ПКК «Миландр» в целях анализа вариабельности сердечного ритма // Биомедицинская радиоэлектроника. 2021. Т. 24. № 4. С. 83–88. DOI: 10.18127/j15604136-202104-11

1. Task Force of the European Society of Cardiology and North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart rate variability. Standards of measurement, physiological interpretation and clinical use. Circulation. 1996. V. 93(5). P. 1043–1065.
2. Михайлов В.М. Вариабельность ритма сердца. Опыт практического применения метода. Иваново: НейроСофт. 2000. 200 с.
3. Витязева Т.А., Витязев С.В., Михеев А.А. Оптимальное проектирование фильтра анализа вариабельности сердечного ритма // Цифровая обработка сигналов. 2015. № 2. С. 18–22.
4. Витязева Т.А., Михеев А.А. Применение многоскоростной обработки сигналов в задачах анализа вариабельности сердечного ритма // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2014. № 3 (вып. 49). С. 14–21.
5. Vityazeva T.A., Melnik O.V., Mikheev A.A. Multirate processing for the heart rate variability analysis. Embedded Computing (MECO), 2014 3-rd Mediterranean Conference on, Publication Year: 2014. P. 282–284.
6. Витязев В.В. Многоскоростная обработка сигналов. М.: Горячая линия – Телеком, 2017. 336 с.
7. Витязев В.В. Цифровая частотная селекция сигналов. М.: Радио и связь. 1993. 240 с.