Биомедицинские сигналы и методы их обработки

Артем Валерьевич
2013

на регистрации изменений за сердечный цикл суммарного вектора электродвижущих сил

сердца в проекции на плоскость
Векторкардиографическая кривая строится по трем осям X, Y и Z (система отведений Франка).
Отведения Франка формируются семью электродами: два из них формируют отведение Y и ставятся на шею и бедро; 4 электрода ставятся на уровне V межреберья, три из них (2, 4, 5) формируют отведение X, седьмой электрод ставится на спину и вместе с электродом 3 формирует отведение Z.

по предсердиям
(петля Р-коричневого цвета)
и желудочкам сердца
(петля деполяризации

желудочков QRS- красного цвета,
петля реполяризации
Т-фиолетового цвета):
1, 2 и 3 — максимальные векторы петель Р, Т и QRS;
αp и αν — углы отклонения
максимальных векторов от
координатной оси у.

желудочков до охвата возбуждением максимального количества их мышечных волокон. Это

интервал времени от начала комплекса QRS (от начала зубца Q или R), до перпендикуляра, опущенного из вершины зубца R на изолинию. Время активации левого желудочка определяют в левых грудных отведениях V5, V6 (норма - не более 0,04 с, или 2 клеточки). Время активации правого желудочка определяют в грудных отведениях V1, V2 (норма - не более 0,03 с, или полторы клеточки).
Зубцы ЭКГ обозначают латинскими буквами. Если амплитуда зубца составляет больше 5 мм - такой зубец обозначается заглавной буквой; если меньше 5 мм - строчной. Как видно из рисунка нормальная кардиограмма состоит из следующих участков:
зубец P - предсердный комплекс;
интервал PQ - время прохождения возбуждения по предсердиям до миокарда желудочков;
комплекс QRS - желудочковый комплекс;
зубец q - возбуждение левой половины межжелудочковой перегородки;
зубец R - основной зубец ЭКГ, обусловлен возбуждением желудочков;
зубец s - конечное возбуждение основания левого желудочка (непостоянный зубец ЭКГ);
сегмент ST - соответствует периоду сердечного цикла, когда оба желудочка охвачены возбуждением;
зубец T - регистрируется во время реполяризации желудочков;
интервал QT - электрическая систола желудочков;
зубец u - клиническое происхождение этого зубца точно неизвестно (регистрируется не всегда);
сегмент TP - диастола желудочков и предсердий.

Отведения Эйнтховена

I отведение: левая рука (+) и правая рука (-)
II отведение: левая нога (+) и правая рука (-)
III отведение: левая нога (+) и левая рука (-)

(нормального) ритма и один патологический кардиоцикл (желудочковая экстрасистола), который хорошо

заметен во всех трех отведениях ЭКГ

не имеют значения, так как иногда она в течение ряда

лет остается нормальной.

графическом представлении последовательности значений длительности кардиоцикла (RR-интервалов). Используются три вида

графиков:
ритмограмма
гистограмма
скаттерограмма

их длительности;
Пример: нормальный ритм

точек, координаты каждой из которых на плоскости соответствуют величинам двух

смежных RR-интервалов.

норма

патология

системы кровообращения.

Сфигмография – регистрация движения артериальной стенки, возникающего под

влиянием волны давления крови при каждом сокращении сердца

сфигмограммы сонной, лучевой и бедренной артерии

неподвижной опоры, на которую оно помещается, либо параметров совместного движения

подвижной опоры и тела, возникающих за счёт реактивных сил, которые обусловлены механической активностью сердца и пульсирующим распределением масс крови в сосудистой системе

Нормальная
баллистокардиографическая кривая

клетки и ударных компонентов кинематики сердца, вызываемых выбросом крови.
Общий вид

динамокардиографического стола с вмонтированным в него воспринимающим устройством:

области верхушечного толчка, вызванных работой сердца.

низкочастотных вибраций стенок грудной клетки, обусловленных сердечной деятельностью

сердца
Фонокардиограмма при аортальном стенозе: систолический шум ромбовидной формы (указан

стрелками)

сливается с убывающим систолическим шумом
ЭКГ
ФКГ

систолы. Поэтому он называется систолическим. Он возникает в результате колебаний

напряженной мышцы желудочков (мышечный компонент), замкнутых створок двух- и трехстворчатого клапанов (клапанный компонент), стенок аорты и легочной артерии в начальный период поступления в них крови из желудочков (сосудистый компонент), предсердий при их сокращении (предсердный компонент).

Второй тон обусловлен захлопыванием и возникающими при этом колебаниями клапанов аорты и легочной артерии. Его появление совпадает с началом диастолы. Поэтому он называется диастолическим.

систолический шум
ЭКГ
ФКГ

внешнего дыхания, основанный на графической регистрации дыхательных движений по изменению

окружности грудной клетки или живота

ткани организма на переменном токе высокой частоты

диэлектрической проницаемости пространства между электродами, куда помещён исследуемый организм
Электроплетизмография (ЭПГ)

– регистрация изменения кровенаполнения органов за счёт изменения емкости внешнего конденсатора, одна из обкладок которого механически связана с исследуемым организмом

разности потенциалов с поверхности головы, характеризующих биоэлектрическую активность различных участков

мозга

1-δ (дельта) с частотой 0,5-3 Гц и амплитудой 40…300 мкВ;
2-θ (тета) с частотой 4-6 Гц и амплитудой 40…300 мкВ;
3-α (альфа) с частотой 8-13 Гц и амплитудой до 100 мкВ;
4-β (бета) с частотой 14-40 Гц и амплитудой до 15 мкВ
5- γ (гамма) с частотой 30-120 Гц и амплитудой до 10мкВ

на поверхности мышцы или внутри её.
Электромиограмма в норме


Электромиограмма при невропатии

потенциалов между роговицей и сетчаткой, возникающих при движении глаз.

Производится

с помощью накожных электродов, накладываемых на область наружного и внутреннего края нижнего века

в зависимости от условия освещенности, световой и темновой адаптации, действия

фармакологических веществ, заболеваний глаза.

с поверхности кожи

органа или части тела, вызванных кровенаполнением

рассеянного света вследствие кровенаполнения биологической средой
Фотооксигемометрия (ФОГМ) – измерение степени

насыщения гемоглобина крови кислородом путём анализа спектральной характеристики рассеянного или пропущенного кровью излучения

измерения уровня тепловой энергии, скорости и направления потока тепла
Калориметрия КаМ

– группа методов измерения количества тепла

температурного поля: распределения потока тепла по поверхности тела.

мощности
Спектральная плотность мощности
Пример практического задания

говорится, что частота сигнала 20Гц, это означает, что полное колебание

сигнала происходит в 1/20 секунды (период=1/20с)
Отсчёт – число, описывающее процесс в определённый момент времени.
n – порядковый номер отсчёта.
Т – интервал дискретизации (дискретизация – взятие отсчётов по времени).
Квантование – разделение по амплитуде.
fд=1/T – частота дискретизации [Гц], [рад/с]

сигнал с ограниченным спектром (от 0 до f сигнала) может

быть точно восстановлен по формуле:


x(t) – восстановленный аналоговый сигнал
x(n) – отсчёты сигнала, взятого с интервалом дискретизации Т

дискретизации.
Второе число – длительность сигнала.
Все остальные числа – отсчёты.

то есть для того, чтобы посмотреть, какие частоты есть в

сигнале.

Практическое применение:

анализ ритмов ЭЭГ
анализ вариабильности сердечного ритма
ЭКГ картирование

– переход из временной области в частотную и наоборот.
Прямое преобразование

Фурье

Обратное преобразование Фурье

бесконечный сигнал можно представить в виде суммы синусоид:
ak, bk –

коэффициенты – компоненты вектора, длина которого соответствует амплитуде

спектр
Спектр мощности
Спектральная плотность мощности

составляющая. Суммарная мощность – дисперсия.

спектра мощности. В отличие от спектра мощности, спектральная плотность мощности

не зависит от количества точек в сигнале (график нормирован по частоте)

тренд): x=x-mean(x)

бесконечным, путём дополнения его им же
Для того, чтобы избавиться от

этого скачка применяют специальные окна

выражением: 0,54+0,46·cos[2π·t(n)]

у которого края сходятся к нулю, тем самым убирая скачок.

будет одна гармоника, амплитуда которой будет равна 10, а частота

5 Гц.

следующим образом:

мы вносим некоторые изменения в сигнал, то в действительности получается

следующая картина:

на несколько. Это называется спектральная утечка.

записи электрокардиограммы (ЭКГ), артериального давления (АД), и показателей внешнего дыхания.

Разработан САКР для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы организма. Гемодинамические показатели анализируются по вариабельности АД, ритма сердца и дыхания обследуемого человека, регистрируемые непрерывно по показателям кровотока в артериях пальца, по записи сигнала ЭКГ и определении объемной скорости вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

крови (рассчитывается по амплитудно-временным показателям сердечного комплекса)
Минутный объем кровообращения (рассчитывается

по УО и ЧСС)
Состояние вегетативных систем, регулирующих сердечную деятельность (по спектральным показателям вариабельности сердечного ритма)

артериальное давление (по спектральным показателям вариабельности периферического артериального давления)
Сопряжение в

деятельности сердечной и сосудистой систем (по величине чувствительности барорефлекса)
Периферическое артериальное давление

состоянии
Жизненная емкость легких
Индекс Тиффно (характеристика бронхиальной проводимости)

давления и фаз дыхания

сердечного ритма диапазон низких частот показывает работу симпатической системы, высоких

частот - парасимпатического отдела. Используются эти оценки для:
Оценки риска внезапной смерти после перенесённого острого инфаркта миокарда
Прогнозирование развития сахарного диабета
Функциональная диагностика состояния ССС

варианта (путь к файлу)
Просмотреть запись и оценить правильность постановки меток.

Если метки поставлены не в нужном месте или отсутствуют – исправить.
После завершения редактирования записи просмотреть усреднённый сердечный комплекс .

ритмограмму и просмотрите основные показатели, вычисляемые в программе и оцените

их
Объяснить, что такое ритмограмма и как она строится

давления и дыхания.
Записать значения площади под кривой для LF(низкая частота)

и HF(высокая частота) для спектра мощности вариабильности СР.
Откроыть экспресс оценку ЭКГ и выписать те параметры(объяснив их), которые имеют отклонения от нормы.

/ Пер. с англ. под ред. А. П. Немирко. 2007.
А.Б.

Сергиенко «Цифровая обработка сигналов». Изд. Питер. 2002
Юкио Сато «Обработка сигналов. Первое знакомство». 1999