Ю.А. Булгаков1, А.А. Михеев2

1,2 Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина (г. Рязань, Россия)

Постановка проблемы. Предварительная обработка электрокардиосигнала (ЭКС) предполагает устранение дрейфа изолинии для исключения ее влияния на амплитудные параметры элементов ЭКС. В ряде случаев максимальная частота составляющих в спектре сигнала дрейфа изолинии может быть сопоставима с частотой сердечных сокращений (ЧСС), которая является и частотой дискретизации сигнала дрейфа изолинии. В этом случае эффективным приемом выделения сигнала дрейфа изолинии является преобразование его дискретных отсчетов, взятых на ТР-интервале, в сложные дискретные отсчеты (СДО). При этом за счет подавления в спектре СДО составляющих спектральных зон, начиная с первой, при оставленной нулевой спектральной зоне (где содержатся составляющие дрейфа изолинии) возможно с помощью фильтра нижних частот выделение сигнала дрейфа изолинии, максимальная частота которого сравнима с ЧСС. Однако, в силу того, что частота дискретизации сигнала дрейфа изолинии определяется ЧСС, которой физиологически присуща вариабельность, нарушаются условия подавления выбранных спектральных зон; спектральные составляющие этих зон становятся отличными от нуля. Таким образом, выделяемый фильтром нижних частот сигнал дрейфа изолинии будет искажен этими составляющими.

Цель работы – разработка алгоритмов формирования СДО сигнала дрейфа изолинии при наличии вариабельности периода дискретизации и реализующих их технических средств, обеспечивающих выделение в режиме реального времени дрейфа изолинии с расширенным частотным диапазоном при сохранении амплитудно-временны́х параметров всех элементов исходного ЭКС.

Результаты. На основе анализа условия подавления в спектре СДО составляющих выбранной спектральной зоны предложено изменять временны́е сдвиги дополнительных отсчетов относительно основного пропорционально значению периода дискретизации, который определяется длительностью текущего цикла сердечных сокращений. При этом в каждом цикле сердечных сокращений сохраняется постоянство отношения временно́го сдвига дополнительных отсчетов сигнала дрейфа изолинии к периоду дискретизации, и условие подавления составляющих выбранной спектральной зоны не нарушается. Разработан алгоритм формирования СДО ЭКС на ТР-интервале при наличии вариабельности периода дискретизации, обеспечивающий выделение сигнала дрейфа изолинии с расширенным частотным диапазоном. Разработана программа для микроконтроллера, реализующая алгоритм формирования СДО в режиме реального времени.

Практическая значимость. Предложенные алгоритмы и программные средства позволяют формировать СДО сигнала дрейфа изолинии в режиме реального времени в условиях вариабельности периода дискретизации, что обеспечивает более точное выделение сигнала дрейфа изолинии с расширенным частотным диапазоном.

Булгаков Ю.А., Михеев А.А. Формирование сложных дискретных отсчетов дрейфа изолинии электрокардиосигнала в режиме реального времени в условиях вариабельности периода дискретизации // Биомедицинская радиоэлектроника. 2023. T. 26.
№ 3. С. 79-89. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-202303-10

1. Дроздов Д.В. Технические и методические аспекты регистрации биопотенциалов: выбор электродов // Функциональная диагностика. 2010. № 3. С. 6–11.
2. Рангайян Р.М. Анализ биомедицинских сигналов. Практический подход: Пер. с англ. / под ред. А.П. Немирко. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2007. 440 с.
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. Блинов П.А., Михеев А.А. Анализ методов компенсации дрейфа изолинии электрокардиосигнала // Вестник РГРТУ. 2009. № 4. Вып. 30. С. 94–97.
6. Патент РФ 2251968. MПK A61B5/0402. Способ устранения дрейфа изолинии электрокардиосигнала и устройство для его осуществления / Михеев А.А., Нечаев Г.И. Опубл. 20.05.2005. Бюлл. № 14.
7. Карасев В.В., Михеев А.А., Нечаев Г.И. Измерительные системы для вращающихся узлов и механизмов. М.: Энергоатомиздат. 1996. 176 с.
8. 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.
9. Bulgakov Yu., Vitiazeva T., Mikheev A. Research of the Spectrum of a Complex Discrete Samples with Sample Rate Variability // 10th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO – 2021) Proceedings. Budva, Montenegro. IEEE. Catalog Number: CFP2039T-ART. Р. 323–326.
10. Bulgakov Yu., Vitiazeva T., Mikheev A. Formation of Complex Discrete Samples of Measuring Signals with a Sampling Period Variability // 11th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO – 2022) Proceedings. Budva, Montenegro. IEEE. Catalog Number: CFP2239T-USB. Р. 275–278.
11. Мельник О.В., Михеев А.А., Нечаев Г.И. Трансформация спектров сигналов датчиков в измерительных системах // Датчики и системы. 2010. № 1. С. 39–42.
12. Патент РФ 2387367, МКИ7 А61 В 5/02. А61 В 5/0452. Способ выявления кардиокомплекса и устройство для его осуществления / Блинов П.А., Михеев А.А. Опубл. 27.04.2010. Бюлл. № 12.
13. Хейлсберг А., Торгерсен М., Вилтамут С., Голд П. Язык программирования C#. Классика Computers Science. 4-е изд. СПб.: Питер. 2012. 784 с.
14. Что такое .NET nanoFramework. Электронный ресурс. Режим доступа: https://nanoframework.net/ (дата обращения 06.05.2023).
15. Интерактивная библиотека построения графиков для .NET. Электронный ресурс. Режим доступа: https://swharden.com/scottplot/ (дата обращения 06.05.2023).
16. A .NET Standard library for computing the Fast Fourier Transform (FFT) of real or complex data. Электронный ресурс. Режим доступа: https://github.com/swharden/FftSharp (дата обращения 06.05.2023).