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

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

Постановка проблемы. Для адекватной оценки амплитудно-временны́х параметров электрокардиосигнала (ЭКС) необходимо предварительно избавиться от действующих на него помех, в частности дрейфа изолинии. Операция удаления дрейфа изолинии фильтрами верхних частот предусмотрена в современных электрокардиографах. При этом в инструкциях по эксплуатации указывается на возможность искажения ST-сегмента. Это, в свою очередь, может привести к недостаточно адекватной оценке диагностически значимых параметров ST-сегмента.

Применение методов интерполяции для выделения сигнала дрейфа изолинии обеспечивает сохранение информативных составляющих спектра ЭКС. Однако при этом существенно ограничивается частотный диапазон сигнала дрейфа изолинии, который может быть выделен из смеси ЭКС и дрейфа изолинии. Это объясняется тем, что при увеличении частоты изменения сигнала дрейфа изолинии частота его дискретизации, равная частоте сердечных сокращений (ЧСС), остается неизменной, поэтому ухудшается точность его восстановления. При достижении же половины ЧСС восстановление сигнала дрейфа изолинии становится невозможным.

Цель работы – рассмотрение методов устранения дрейфа изолинии, которые позволяют расширить диапазон частот выделяемого сигнала дрейфа изолинии при сохранении амплитудно-временны́х параметров всех элементов электрокардиосигнала.

Результаты. Указанная цель может быть достигнута на основе преобразования отсчетов сигнала дрейфа изолинии, взятых на ТР-интервале ЭКС, в сложные дискретные отсчеты (СДО) – с последующей фильтрацией полученных последовательностей фильтром нижних частот (ФНЧ).

В спектре последовательности СДО могут быть подавлены заданные спектральные зоны, например, первая и вторая. При этом максимальная частота сигнала в нулевой спектральной зоне, выделяемого ФНЧ, теоретически может быть увеличена до частоты дискретизации, то есть до ЧСС.

Рассмотрены особенности фильтрации СДО в задаче выделения дрейфа изолинии. Отмечено, что ФНЧ должен быть выполнен как фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтр). Непосредственная фильтрация КИХ-фильтром последовательности СДО в силу существенного различия частоты дискретизации ЭКС (~ 500 отс/с) и частоты среза ФНЧ (~ 1 Гц) требует значительных вычислительных затрат.

Показано, что значительно сократить вычислительные затраты можно, применяя многоскоростную обработку сигнала (МОС). Получены математические выражения, связывающие значение максимального коэффициента децимации с исходной частотой дискретизации и длительностью дискретных отсчетов.

Проведено моделирование процесса выделения дрейфа изолинии ЭКС на основе многоскоростной низкочастотной фильтрации СДО, сформированных на ТР-интервале ЭКС.

Практическая значимость. Полученные математические выражения позволяют формировать сложные дискретные отсчеты сигнала дрейфа изолинии, обеспечивающие за счет подавления первой и второй спектральных зон расширение частотного диапазона сигнала дрейфа изолинии и дальнейшее выделение этого сигнала на основе многоскоростной низкочастотной фильтрации при сохранении информативных составляющих ЭКС.

Булгаков Ю.А., Витязева Т.А., Михеев А.А. Выделение дрейфа изолинии электрокардиосигнала на основе сложных дискретных отсчетов и многоскоростной низкочастотной фильтрации // Биомедицинская радиоэлектроника. 2022. T. 25. № 4.
С. 54-61. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-202204-07

1. Дроздов Д.В. Технические и методические аспекты регистрации биопотенциалов: выбор электродов // Функциональная диагностика. 2010. №3. С. 6–11.
2. Норма ЧДД у детей. Электронный ресурс. Режим доступа: https://detdom-vidnoe.ru/for_parents/8061.php?
3. Электрокардиограф переносной ЭК12Т «АЛЬТОН-03». Руководство по эксплуатации. М.: 2010. 60 с.
4. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ: Учеб. пособие для вузов / А.Л. Барановский, А.Н. Калиниченко, Л.А. Манило и др. / Под ред. А.Л. Барановского и А.П. Немирко. М.: Радио и связь. 1993. 248 с.
5. Карасев В.В., Михеев А.А., Нечаев Г.И. Измерительные системы для вращающихся узлов и механизмов. М.: Энергоатомиздат. 1996. 176 с.
6. Патент № 2251968 (РФ). МКИ7 А61 В 5/0402. Способ устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала и устройство для его осуществления Открытия. Заявка № 2003128606 от 23.09.2003.
7. Витязев В.В. Цифровая частотная селекция сигналов. М.: Радио и связь. 1993. 240 с.
8. Vityazeva T., Mikheev A. Accuracy Loss in Multi-Rate Processing of Biomedical Signals. 9th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO – 2020) Proceedings. Budva, Montenegro. IEEE Catalog Number: CFP2039T-CDR. P. 745–748. DOI: 10.1109/MECO.49872.2020.9134268
9. Гутников В.С. Фильтрация измерительных сигналов. Л.: Энергоатомиздат. 192 с.