Метод автоматического обнаружения и исключения артефактов при регистрации RR-интервалограмм

Главной проблемой всех регистраторов сердечного ритма является невозможность автоматического выявления и устранения артефактов, вызванных импульсными помехами, недостаточным уровнем входного сигнала, временным ухудшением контакта электрода с кожей и т.п. Существующие аналоговые и цифровые фильтры ограничены информацией исходного сигнала.

Если схожая по амплитудным и временным параметрам помеха, возникла на входе биоусилителя, то выделитель R-зубца обнаружит артефактное значение. Также если полезный сигнал слишком мал, то R-зубец не определится.

Для решения этой проблемы предлагается введение нового метода обработки сигнала, основанном на сравнении моментов возникновения событий появления R-зубца, получаемых от двух параллельных измерительных каналов. При этом сигналы на эти каналы должны быть поданы с разных отведений, находящихся на одном и том же пациенте.

При возникновении артефактного явления, в одном из каналов произойдёт сбой, приводящий к ошибке распознавания R-зубца. В результате будет расхождение в показаниях двух каналов и при сравнении этих данных можно однозначно судить о наличии артефактных явлений. В дальнейшем, значение данного RR-интервала можно будет не учитывать в расчётах показателей функционального состояния организма.

Механизм работы разработанного метода показан на рис. 1.

Метод автоматического обнаружения и исключения артефактов при регистрации RR-интервалограмм
Рис.1   – Принцип обнаружения и исключения артефактов (буквой А обозначены обнаруженные артефакты, буквами ЛО обозначено ложное обнаружение артефактов)

На рисунке 1 показаны электрокардиографические сигналы, полученные по двум каналам одновременно. Здесь представлены различные причины возникновения артефактов: резкое изменение изоэлектрической линии, импульсные помехи, недостаточный уровень полезного сигнала и т.п.

Во время наступления события определения R-зубца на одном из каналов, открывается временное окно, во время которого происходит сравнение с другим каналом. Если за этот период на другом канале не возникнет событие определения R-зубца, то артефакт считается определённым.

Надо заметить, что величина данного интервала определяет абсолютную погрешность определения величины RR-интервала, что надо учитывать при выборе длительности временного окна. Так же существует вероятность возникновения ложного обнаружения артефакта (ложноотрицательного значения), но данную вероятность можно компенсировать методически, путём введения определённой реакции на возникновение артефакта. Предлагаются следующие виды реакций:

– начало регистрации заново (применимо для обеспечения гарантированно чистого сигнала при применении особо чувствительных методов анализа);

– замена артефактного значения в массиве данных средним значением между следующим и предыдущим истинно определённым значением (применимо для анализа методами, чувствительными к скорости изменения значений);

– удаление артефактного значения из массива данных (применимо для анализа статистическими, временными и спектральными методами);

– установление метки на артефактное значение в массиве (может быть использовано для мануального удаления артефактов);

– подсчёт количества артефактов с целью оценки степени доверия к исходному сигналу для анализа (применимо для автоматической оценки качества наложения электродов и т.п.);

– сигнализация об обнаружении артефакта (может быть использовано для нетребовательных видов анализа данных с применением субъективной оценки качества сигнала).

Этот метод обработки сигнала можно аппаратно реализовать, используя аналоговый блок регистрации ЭКГ и выделения R-зубца (рис.2) как элемент более сложной схемы (рис.2).

Метод автоматического обнаружения и исключения артефактов при регистрации RR-интервалограмм
Рис.2 – Аппаратная реализация детектора

Принцип действия разработанного метода обнаружения и устранения артефактов, построенного в данной реализации, состоит в следующем. Биоэлектросигналы от разных электродных отведений проходят параллельное измерительное преобразование с выделением R-зубцов и пометкой их импульсами, соответствующими логической единице. Далее, сигнал с выходов обоих измерительных каналов поступает на оперативную память (2 блока по 1 бит каждый). При поступлении логической «1» на вход, выход оперативной памяти устанавливается в лог. «1». Оба выхода памяти подключаются к схеме сравнения на элементе «И», т.е. если на обоих каналах обнаружен R-зубец, то это свидетельствует об отсутствии артефактов и на выходе элемента «И» образуется уровень лог. «1».  Этот сигнал подаётся через схему задержки на обнуление памяти, тем самым, формируя завершение импульса на выходе фильтра.

Если на одном из каналов в положенный момент не приходит импульс, и это несоответствие будет длиться больше суммарного времени задержки, то на выход фильтра этот сигнал не пропустится. Для того, чтобы была  возможность определить присутствие артефакта, можно ввести дополнительный выход R-сигнала сравнения, который будет принимать значение лог. «1» когда на один из входов поступит импульс. При сравнении значений этих двух выходов можно определить произошел ли процесс обнаружения.

Для проверки качества удаления артефактов с помощью нового метода, была проведёна регистрация электрокардиографического сигнала параллельно по двум отведениям. Для сравнения была проведена обработка полученного R-сигнала при помощи логического и нового метода обнаружения артефактов. Использовался логический фильтр, построенный по принципу отсеивания значений, не входящих в теоретически возможную временную область работы сердца.

Исследования показали, что разработанный метод обнаружения и исключения артефактов показывает лучшие результаты при обработке сложных артефактных явлений. При проведении экспериментов, количество удалённых артефактов новым методом, возросло на 75% по сравнению с аналогом.

(с) Роман Исаков

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *