Диссертация (Реконструкция эквивалентных электрических источников сердца по выделенным высокочастотным низкоамплитудным составляющим кардиосигналов)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»На правах рукописиАФШАР ЭХСАНРЕКОНСТРУКЦИЯ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХИСТОЧНИКОВ СЕРДЦА ПО ВЫДЕЛЕННЫМ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМНИЗКОАМПЛИТУДНЫМ СОСТАВЛЯЮЩИМ КАРДИОСИГНАЛОВСпециальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числесистемы и устройства телевиденияДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководительк.т.н., доцентЖихарева Галина ВладимировнаМосква – 2016ОГЛАВЛЕНИЕСПИСОК АББРЕВИАТУР ............................................................................................. 5ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................................

6ГЛАВА 1. ВЫДЕЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ВЫСОКОЧАСТОТНЫХНИЗКОАМПЛИТУДНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ЭКГ-СИГНАЛОВ....................... 201.1. Электрокардиосигнал и его высокочастотные низкоамплитудныесоставляющие ............................................................................................................. 211.1.1. Отображение электрических процессов в сердце на ЭКГ .....................

211.1.2. Поздние потенциалы желудочков ............................................................ 231.2. Измерительный аппаратно-программный комплекс .................................... 261.2.1. Структурная схема измерительного аппаратно-программногокомплекса .................................................................................................... 271.2.2. Система электродных отведений ..............................................................

281.3. Предварительная обработка электрокардиосигнала ..................................... 301.3.1. Фильтрация сетевой помехи ..................................................................... 321.3.2. Коррекция дрейфа изоэлектрической линии ........................................... 381.4. Выделение и анализ высокочастотных низкоамплитудныхсоставляющих ......................................................................................................

421.4.1. Отбраковка нетипичных кардиоциклов ................................................... 421.4.2. Автоматизация алгоритма отбраковки. Определение пороговогозначения отбраковки .................................................................................. 471.4.3.

Синхронное накопление кардиосигнала .................................................. 501.4.4. Алгоритм выделения высокочастотных низкоамплитудныхсоставляющих ЭКГ-сигналов.................................................................... 551.4.5. Определение признаков поздних потенциалов желудочков ................. 56Выводы по главе 1...................................................................................................... 60ГЛАВА 2.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ ЭКГ-СИГНАЛОВ............. 622.1. Моделирование электрической работы сердца ............................................. 622.1.1. Автоволновые процессы в сердце ............................................................ 6222.1.2. Моделирование с помощью клеточных автоматов ................................

692.2. Моделирование электрической работы сердца при наличии патологическогоучастка .................................................................................................................. 792.2.1. Описание патологического участка миокарда ........................................ 792.2.2. Особенности моделирования с помощью клеточных автоматов .......... 802.3. Расчет испытательных ЭКГ-сигналов ............................................................

822.4. Оценка адекватности моделированных ЭКГ-сигналов ................................ 852.4.1. Определение временных и амплитудных соотношений ........................ 852.4.2. Определение признаков поздних потенциалов желудочков вмоделированных ЭКГ сигналах ................................................................ 862.4.3. Исследование спектров моделированных ЭКГ-сигналов ...................... 90Выводы по главе 2......................................................................................................

91ГЛАВА 3. РЕКОНСТРУКЦИЯ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХИСТОЧНИКОВ СЕРДЦА ПО ВЫСОКОЧАСТОТНЫМНИЗКОАМПЛИТУДНЫМ СОСТАВЛЯЮЩИМ ЭКГ-СИГНАЛОВ ..................... 933.1. Обратная задача электрокардиографии.......................................................... 933.1.1.

Электродинамика квазистационарных токов .......................................... 943.1.2. Поле электрического дипольного источника .......................................... 973.2. Реконструкция эквивалентного дипольного источника сердца .................. 993.2.1. Алгоритм реконструкции эквивалентного электрического дипольногоисточника по измеренным потенциалам .................................................

993.2.2. Результаты реконструкции по испытательным ЭКГ-сигналам........... 102Выводы по главе 3.................................................................................................... 108ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАЛИЧИЯ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ОБЛАСТЕЙМИОКАРДА ................................................................................................................ 1094.1. Методика определения наличия патологических областей ....................... 1094.1.1.

Параметры, рассчитываемые по результатам реконструкции ............ 1094.1.2. Исследование параметров на моделированных испытательных ЭКГсигналах ..................................................................................................... 1124.1.3.

Критерий принятия решения о наличии патологических областей ... 11634.2. Применение методики к реальным ЭКГ-записям ....................................... 1194.2.1. Алгоритм обработки реальных кардиосигналов с целью определенияналичия патологических изменений миокарда .....................................

1204.2.2. Результаты реконструкции по реальным ЭКГ-записям ....................... 121Выводы по главе 4.................................................................................................... 124ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 126БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ....................................................................... 128ПРИЛОЖЕНИЯ ........................................................................................................... 141Приложение 1. Таблица признаков поздних потенциалов желудочков длямоделированных сигналов нормы и патологии ....................................................

141Приложение 2. Информативные параметры, рассчитанные по результатамреконструкции моделированных сигналов ........................................................... 146Приложение 3. Гистограммы информативных параметров, определенных порезультатам реконструкции моделированных сигналов ..................................... 152Приложение 4. Применение алгоритма определения наличия патологическихобластей миокарда к результатам реконструкции по моделированнымсигналам .................................................................................................................... 155Приложение 5. Применение алгоритма определения наличия патологическихобластей миокарда к пяти наиболее информативных параметров .....................

1604СПИСОК АББРЕВИАТУРАПК – аппаратно-программный комплексАЦП – аналого-цифровой преобразовательВКФ − взаимокорреляционная функцияВЧ НА – высокочастотные низкоамплитудныеКА – клеточные автоматыКЦ − кардиоциклППЖ – поздние потенциалы желудочковСКО − среднеквадратическое отклонениеФВЧ – фильтр верхних частотФНЧ − фильтром нижних частотЭГС – электрический генератор сердцаЭКГ – электрокардиографияЭКС – электрокардиосигнал5ВВЕДЕНИЕАктуальность темыРадиотехнические методы анализа сигналов с целью выделения полезнойинформации находят широкое применение в различных областях жизни человека.Одним из таких важных направлений является применение радиотехническихметодов в медицине, в частности, в электрокардиографии (ЭКГ).Электрокардиографияявляетсяоднимизведущихметодовинструментальной диагностики деятельности сердечно-сосудистой системы [1].Она основана на графической регистрации изменений во времени разностипотенциалов, создаваемых электрическим полем сердца [2].

ЭКГ-диагностикаостается наиболее распространенным и доступным методом исследования дляширокогокругалюдейипозволяетраспознатьразличныевидыатриовентрикулярных блокад, блокады ножек пучка Гиса, гипертрофии,нарушения проводимости, аритмии, инфаркта миокарда, тромбоэмболии, а такжеоценить важнейшие функции сердца – автоматизм, возбудимость и проводимость.Начатый более ста лет назад работами И. М.

Сеченова, В. Эйнтховена,А. Ф. Самойлова и другими, метод электрокардиографии распространилсяповсеместно. В настоящее время трудно представить себе диагностикузаболеваний сердечно-сосудистой системы без исследований электрическойактивности сердца. ЭКГ в самых различных ее вариантах прочно вошла вдиагностический арсенал не только кардиологов, но и клиницистов другихспециальностей.Электрокардиографические методы обследования просты, надежны ибезопасны.Смоментазарожденияидосегодняшнеговременионисовершенствуются и развиваются. В клинической практике существует болеесорока систем электрокардиографических отведений (способов наложенияэлектродов и измерения разности потенциалов) и вариантов медицинскихметодик электрокардиографических обследований.