Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов, практический подход (2-е изд., 2004), страница 12

1.22. ЭКГ снимается с черепного электрода, чтобы получить хорошее отношение сигнал-шум, полоса ограничивается диапазоном 0,05-100 Гц, дискретизация проводится с точностью до 12 бит с частотой 500 раз в секунду. Данные ЭКГ плода обрабатываются для снижения шума и извлечения необходимых характеристик, а затем анализируются, чтобы можно было измерить и вывести на экран изменения формы сигнала, связанные с К1Т. Важная характеристика ЭКГ плода — это форма сегмента БТ. К числу существенных изменений формы сигнала, связанных со сжатием или растяжением, относятся постоянное увеличение амплитуды Т сигнала, отрицательные значения волны Т и по- 1.8. Применение ЦОС в биомедицине в7 Рие. ЬЗЗ.

Снятие ЭКГ плода во время родов давление элементов БТ. Изменения формы сигнала можно измерить как отношение амплитуды Т к амплитуде ОКБ, которое называют отнношеннем ТЯЫ (см. рис. 1.21). К числу остальных характеристик можно отнести область 8Т, изменения отрезков К-К, продолжительность Р-волны и ширину комплекса ОКЯ. Черепная ЭКГ плода восприимчива к низкочастотному шуму и другим артефактам, дающим ложные изменения формы сигнала, например, шум от электросети, смеШенис базовой линии, мышечная активность или случайные шумы.

Артефакты препятствуют извлечению необходимых характеристик и могут привести к неточностям анализа характеристик ЭКГ и формы сигнала. Для снижения шума и извлечения основных характеристик из ЭКГ применяется множество методов обработки сигнала (включая подгонку кривой и цифровую фильтрацию при нескольких скоростях). Обшая схема обработки ЭКГ плода показана на рис.

1.23. Первая главная задача — точно определить К-волну. Затем из необработанной ЭКГ удаляют смещение базовой линии, шум, вызванный мышечной активностью, и частоты питаюшей линии, чтобы получить форму сигнала, подходящую для надежного анализа. Пример оценки и устранения смещения базовой линии показан на рис. 1.24. Очевидно, что исследование ЭКГ плода невозможно без ЦОС. Однаю, хотя проблемы обработки сигнала, которые ранее препятствовали анализу ЭКГ плода, решены, исследование ЭКГ плода все еше ограничено в некоторых вопросах.

В настоящее время анализ и интерпретация изменений в ЭКГ вместе с КТГ выполняются с помощью визуального наблюдения. Врачей нужно еше научить правильно снимать ЭКГ плода, но даже после соответствующего обучения сушествует вероятность того, что без постоянного Глава 1. Введение Рис. 1.23. Схема обработки сигнала ЗКГ плода )200 )600 2000 Время (мс) О 400 ВОО !200 )600 2000 Время (мс) О 400 ВОО (200 (600 ЖОО Время (мс) Рис. 1.24. Ап!троксимания (панель а) и устранение (панель б) смещения базовой линии из необработанной ЗКГ плода наблюдения специалиста могут быть пропущены важные особенности ЭКГ.

Сейчас разрабатывается "сиделка" — разумная система контроля для непрерывного анализа и интерпретации изменений в ЭКГ и КТГ, которая будет помогать врачам (см. 115, 1б1). ; 1.8.2. Анестезия с регулированием по замкнутому циклу на основе ЦОС Огромное количество примеров применения ПОС в медицине можно встретить в отделениях интенсивной терапии всех крупных больниц. Постоянно создаются новые современные методы работы с анестезией. Во время операции пациенты обычно находятся под наркозом, например, после введения анестезирующих препаратов внутривенно, так что они не чувствуют боли, и хирург может оперировать в спокойной обстановке. Задача анестезиолога — ввести правильную дозу препарата, чтобы как можно быстрее вызвать настолько глубокое состояние анестезии, насколько это нужно, и поддерживать это состояние без изменений на протяжении необходимого времени.

Если ввести слишком большую дозу, это может привести к осложнениям или другим побочным эффектам, 1.8. Применение ЦОС в биомедицине 89 а при недостаточной дозе пациент может очнуться во время операции, что также может иметь долговременные физиологические последствия [13). В большинстве случаев глубину бессознательного состояния пациента оценивает опытный анестезиолог, наблюдая за клиническими признаками, При этом анестезиолог соответствующим образом изменяет дозу препарата, чтобы контролировать состояние анестезии. Автоматический ввод препаратов, основанный на методике регулирования по замкнутому циклу, дает большие преимущества загруженным работой анестезиологам и обеспечивает лучший уход за пациентом при меньших затратах. Эта методика снижает вероятность превышения дозы и дает анестезиологу возможность заметить и должным образом отреагировать на нарушения, которые могли бы остаться незамеченными или показаться слишком незначительными, чтобы послужить причиной ручного ввода препарата.

Однако для ввода наркотических препаратов с регулированием по замкнутому циклу необходимы надежные средства контроля глубины анестетического состояния, которые могли бы определять необходимые для поддержания этого состояния изменения в дозе. В современных анестетических системах с регулированием по замкнутому циклу для измерения глубины анестегического состояния используются биологические сигналы, также они применяются для организации обратной связи, по ним определяют поправки, которые нужно сделать при вводе препаратов. В частности, для обработки электроэнцефалограмм (ЭЭГ) применяются различные методы обработки сигнала, помогающие извлечь такие характеристики, как слуховой отклик (Ацйгогу Ечоке Кезропзе — АЕК) и биспектральный коэффициент, и по ним оценить глубину анестетического состояния [13].

ЭЭà — это электрическая активность мозга, измеренная с помощью электродов, прикрепленных к голове, а слуховой отклик — это электрическая реакция мозга на внешний звуковой раздражитель. Сигналы АЕК незаменимы при определении момента перехода от бессознательного состояния в сознательное„но их сложно получить, поскольку оии скрыты в сигналах ЭЭГ, которые в несколько раз превышают АЕК. Для их выявления часто пользуются усреднением сигналов отклика на эффективный слуховой раздражитель. Итак, сигналы АЕК необходимо обработать, извлечь их из фона ЭЭГ, а затем определить по ним характеристики, представляющие медицинский интерес [например, пики, времена задержки и форму).

Биспектральный коэффициент определяется путем спектрального анализа ЭЭГ высшего порядка [19). Он представляет собой количественную меру комплексных изменений и взаимосвязей между частотными компонентами ЭЭГ при различных уровнях сознания. Известно„что он линейно зависит от концентрации в крови пропофола, самого распространенного анестетического препарата. Упрошенная блок-схема анестетической системы с регулированием по замкнутому циклу, основанной на ЭЭГ, изображена на рис.

1.25 (согласно [7, 8)). Главный элемент системы — это анализатор ЭЭГ, подсоединенный к пациенту через бифронтальные электроды для получения необработанных сигналов ЭЭГ, Для снижения шума, извлечения характеристик, анализа изменений этих характеристик и вычисления соответствуюшего показателя ЭЭГ в анализаторе используются различные методы обработки сигнала. К ним относятся импульсные преобразования, усреднение сигнала, биспектральный анализ и нейронные сети. Рассчитанный показатель ЭЭГ, такой как биспектральный коэффициент, говорит о мере воздействия введенного препарата на пациента. Кроме того, рассчитанный показа- Глава 1. Ваадеине Бнсаеетральиый аезффианент(БК) оаниенм Рис. Ь25. Основанная иа ЦОО анестетическвя система с ретулированием цо замкнутому циклу В!5 се, ср $0 !о $5 за 25 Зо 55 4о 45 О 5 Минула Рис. 5.26.

Пример изменения бислеатральното яоэффициеита иациеита во время анестезии с ретулироваиием по замкнутому циклу тель ЭЭГ играет роль сигнала обратной связи, который сравнивается с показателем ЭЭГ пациента, чтобы определить изменения, которые нужно внести в концентрацию крови пациента Сг()с). Для вычисления биспектрального коэффициента и других показателей (например, А-1000, АзресГ Мегйса! Бузгетп) создан коммерческий анализатор ЭЭГ.

С помощью фармакинетической!фармадинамической (РК/Р1)) модели определяют скорость введения препарата пациенту 4(к). эта скорость зависит от концентрации крови пациента и других его характеристик, таких как возраст, вес и пол. Внутривенные препараты обычно вводят пациенту с помощью соответствующей анестетической капельницы под контролем специальной программы (например, БТА)з)Р13МР®, Б. 1.. Б)щ(ег, БгапГогс( ()п(уегз(гу). Пример изменения биспекгрального коэффициента во время анестезии приведен на рис.

1,26. $.9. Резюме 1.9.=Рве%~В.'": -'''...: '-'-'- ''', .'-:-':, ":,.'=, "::: ! '::.::::::": 4!~г;:;"" 81 1.1. Назовите и обоснуйте два главных преимушества и два главных недостатка ЦОС по сравнению с системами аналоговой обработки сигнала. 1.2. Опишите с помощью блок-схемы процесс воспроизведения аудиосигнала в проигрывателе компакт-дисков. Назовите и обоснуйте четыре преимущества применения методов ЦОС для этой цели.

1.3. Что такое современная система ОЯМ? Объясните, что она представляла собой в прошлом. 1,4. Опишите с помощью блок-схемы работу сотового радиотелефона. 1.5. Коротко расскажите о роли ЦОС в цифровой сотовой радиотелефонной связи. Почему ЦОС является естественным выбором для обработки голосовой информации в цифровых радиотелефонных системах? Какие проблемы возникают при использовании ЦОС в мобильных радиотелефонах? 1.б. Объясните, что представляет собой радиоячейка. Изобразите схему трехячеечного повторения.