Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов, практический подход (2-е изд., 2004), страница 169

В первой фазе для расширенного тестирования надежности системы использовались шесть здоровых пациентов. Данная фаза являлась также настроечной, в которой изучалось поведение системы и определялись незначительные погрешности. Во второй фазе для оценки влияния процесса устранения окулярных артефактов на пики и медленные волны использовался один неюнтактный больной, ЭЭГ которого содержала пики и разрывы волны, и два пациента, один из юторых был неюнтактным, ЭЭГ которых содержали медленные волны, Во всех проведенных тестах пациентов просили выполнить определенные движения глазами— периодичесюе и случайное моргание, вертикальное и горизонтальное движение глаз.

Используя размещение электродов, как показано на рис. 14.15, было получено девять сигналов ЭЭГ: ЕР2-Р4, Р4-С4, С4-Р4, РР1-Р7, РЗ-СЗ, СЗ-РЗ,Рх-Сх, СЕ-мочка правого уха (А2) и Сх — Рх. Затем с электродов, расположенных возле глаз, как показано на рис. 14.15, б, были получены сигналы ЭОГ.

Сигналы ЭЭГ и ЭОГ подавались на восьмиканальный аппарат ЭЭГ через головной каркас и после усиления переносились в систему устранения окулярных артефактов с помощью 37-юнтактного 13-соединителя. После устранения окулярных артефактов из сигналов ЭЭГ на финальный усилитель аппарата ЭЭГ подавались сюрректированная и 14.2. Приложения ЦОС 991 необработанная ЭЭГ (с удаленными средними) и/или ЭОГ, откуда для изучения сигналы переносились на бумагу (см. рис. 14.15, а). В тестах использовалось несколько моделей, но ниже описаны только три, давшие наилучшие результаты. В двух из этих моделей применялись электроокулограммы, полученные с электродов, размещенных так„как показано на рис.

14.15, б (в предварительных исследованиях это давало наилучшие результаты). Итак, две использованные модели записываются следующим образом: ЗР У(1) = дд(гВ(1) + дзНВ(1) + дзНЬ(з) + е(1) (14.16) 4Р у(1) = ддЪВ(1) + дгНВЯ+ дзНЬ(1) + даНЬ(1)НВ(1) + е(1). В третьей модели, далее именуемой моделью 2Н, использовались пары электродов ГР1- Г7 и ГР2-ГЗ: 2Н у(1) = д,ЕОСВ(1) + дзЕОСЬ(1) + е(1). (14.17) Следует также отметить, что ключ выбора режима в аппарате ЭЭГ можно использовать для принудительного перехода к разнообразным моделям путем выбора различных пар электродов ЭОГ, сигналы с которых подаются в каналы 1-4 (зарезервированные для ЭОГ).

Система устранения окулярных артефактов использовалась для устранения ОА из сигналов, поступающих с других электродов ЭЭГ (см. рис. 14.15, а), с помощью модели 2Н (иногда моделей ЗР и 4Р). Было найдено, что во всех случаях окулярные артефакты успешно устранялись, в том числе во всех фронтальных каналах ЭЭГ, где они наиболее значительны. На рис. 14.16 приведены результаты для четырех различных электродов (Гх-Сх, Сх — А2, Г4 — С4 и ГЗ-СЗ) в экспериментах с морганием глаз.

На рис. 14.16, а и б окулярные артефакты устранялись одновременно из двух различных сигналов ЭЭГ. Из сравнения сюрректированной и необработанной ЭЭГ видно, что система успешно удаляет окулярные артефакты (сравните кривые на панелях д и е с кривыми на панелях в и г). Отметим, что для электродов ЭЭГ, расположенных ближе к задней части головы (например, Сх — Рх и С4-Р4), наблюдалось незначительное засорение сигнала окулярными артефакгами. В этих случаях все модели показывали равно хорошие результаты. На рис. 14.17 показана ЭЭГ-запись неконтактного пациента, содержащая помимо окулярных артефактов эпилептический пик и всплески волн. (В данном и последующих случаях, если ЭЭГ содержит патологические волны, необработанная ЭЭГ подается непосредственно на юнечный усилитель аппарата ЭЭГ и на вход системы устранения окулярных артефактов, как описывалось ранее, что разрешает использовать несмещенный анализ записей.) Сравнивая скорректированную и необработанную ЭЭГ (рис.

14.17, г и д), видим, что окулярные артефакты были удалены, но пики и волны остались. Следует также отметить получение хороших результатов от неконтактного психически больного, ЭЭГ юторого содержали толью медленные волны малой амплитуды. Заслуживает внимания тот факт, что существовавшие ранее оперативные методы не подходят для работы с неюнтактными пациентами. 962 Глава 14. Приложения и разобранные пример( бп) (н) (то Рнс. 14.16. Одновременное адаптивное удаление оаулярных артефактов в паре электродов ЭЭГ в эксперименте с морганием: а и б — измеренные сигналы ЭОГ ог правого и левого глаы; е и г — ЭЭГ, измеренные с электродов Ох-А2 и Рх-С~ д и е — соответствующие ЭЭГ с улэлснными аргефактами )50 м Рнс.

14.17. Устранение окулярных артефактов при наличии эпилептических пиков и всплесков волн: а н б — измеренные ЭОГ для левого и праюго глаз; е — измеренная ЭЭГ; г — ЭЭГ с удаленными артефакгами; д — необработанная ЭЭГ 963 14.2. Приложения ЦОС 14.2.2.7. Обсуждение Тесты, в которых использовались различные типы окулярных движений (моргание, вертикальное движение, горизонтальное движение), показали, что достичь приемлемого устранения окулярных артефактов, вызванных указанными движениями, во всех электродах ЭЭГ можно, используя численно устойчивый 1)О-алгоритм.

Было отмечено, что при размещении электродов ближе в затылку наблюдается крайне незначительное загрязнение ЭЭГ со стороны окулярных артефактов, и в этих случаях все модели показывают хорошие результаты. Также отмечалось, что, хотя удовлетворительное устранение ОА достигается при вертикальном движении глаза, окуляриые артефакты, вызванные другими артефактами, не устраняются целиком. Подобные результаты были получены в предварительных исследованиях, и проведенные эксперименты их подтвердили.

Неспособность системы устранения окулярных артефактов полностью избавиться от рейтерных артефактов, возможно, отчасти объясняется тем, что в использованных моделях учитываются только одновременные изменения ЭОГ и ЭЭГ. Если требуется получить улучшенные результаты, можно использовать динамическую модель следующего вида (единственный вход или ЭОГ): Х вЂ” з у(т) = ~~ Ь(п)х(т — п) + е(п). =О Результаты, полученные для больных пациентов, показывают, что при появлении патологических медленных волн и пиков прн отсутствии окулярных артефактов процесс устранения ОА в общем случае влияет на них незначительно. В то же время, когда они появляются одновременно с ОА, их амплитуда может снижаться, хотя и не до нуля. Уменьшение амплитуды происходит в основном во фронтальных каналах ЭЭГ.

Таким образом, может потребоваться различать ОА и медленные волны. Для решения данной проблемы нужны дальнейшие исследования. Система устранения окулярных артефактов ограничена тем, что даже при простейшей модели (2Н) она позволяет одновременно устранять окулярные артефакты максимум из четырех сигналов ЭЭГ, что вызвано малой скоростью программ, в которых используется арифметика с плавающей запятой, — для выполнения арифметической операции обычно требуется 70 мкс.

Решение этой проблемы состоит в использовании скоростных аппаратных устройств с плавающей точкой, способных выполнять арифметическую операцию за 1-2 мкс. 14.2.2.8. Выводы Предварительные результаты, полученные на здоровых и больных пациентах, показали, что система устранения окулярных артефактов хорошо справляется со своей задачей при моргании, вертикальном и горизонтальном движении глаз и биполярной установке электродов ЭЭГ. Использование алгоритма ШЗ-факторизации и системы с программным управлением позволяет избавиться от недостатков существовавших ранее оперативных методов устранения окулярных артефактов. Таким образом, описанная система может обрабатывать множественные артефакты, не требует действий со стороны пациента на стадии предварительной калибровки и использует критерий Глава 14.

Приложения и разобранные примеры устранения, основанный на чисто объективном методе. Данная система, первая в своем роде, совместима со стандартными аппаратами ЭЭГ, поэтому ее можно производить как вспомогательное оборудование. В то же время полностью оценить полезность инструмента можно только после расширенных клинических испытаний. Хотя система УОА разработана специально для устранения окулярных артефактов с ЭЭГ, ее можно использовать как универсальную систему устранения артефактов (или шума) в большинстве физиологических ситуаций, где можно по отдельности померять зашумленный сигнал и сигнал шума. Пример — задача измерения электрокардиограммы (ЭКГ) плода в присутствии значительной зашумляющей ЭКГ матери [38).

Другой пример — устранение ОА и артефактов ЭКГ с ЭЭГ [121. В обоих приложениях систему УОА можно использовать для устранения артефактов, возможно, после незначительных модификаций на программном и аппаратном уровнях. Должным образом запрограммированная система УОА может также использоваться в других задачах обработки сигналов, например, цифровой фильтрации, Со времени разработки системы ОАУ 1О лет назад в сфере ЦОС произошли существенные изменения, особенно в сфере аппаратного обеспечения ЦОС. Очевидно, что если описанную систему реализовать сейчас, можно будет использовать хороший чип ЦОС. В настоящее время для срочных приложений, подобных описанным выше, хорошо подходят такие цифровые процессоры сигналов с плаваютцей запятой, как ТМБ320СЗО или ТМЯ320С40.

Напомним, что, несмотря на изменения в ЦОС, общие принципы разработки и возникающие вопросы остались прежними. Надеемся, что наш опыт будет полезен читателям. '[42:.Э; Выравнивание цифровых аудиосигналов' Выравнивание аудиосигналов является важным функциональным требованием микшерных пультов, используемых во многих профессиональных и полупрофессиональных аудиоприложениях, например, при студийной записи, усилении звука в системах местного радиовещания и широковещательных станциях. Аудиоэквалайзер — это, по сути, набор фильтров с регулируемыми частотными характеристиками, который используется для формирования требуемого спектра аудиосигналов.