старший преподаватель кафедры прикладной информатики Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения
Актуальность темы обусловлена применением цифровых электрокардиографов и кардиомониторов со встроенными алгоритмами автоматической обработки, анализа и интерпретации электрокардиограмм, что позволяет врачу эффективно выполнять диагностику нарушений сердечного ритма. Известно, что для оказания обследуемому экстренной помощи продолжительность диагностики аритмий не должна превышать нескольких десятков секунд, что требует появления новых алгоритмов обнаружения информативных признаков, указывающих на аритмию, работающих в режиме реального времени. Необходимость внедрения новых эффективных технологий диагностики сердечно-сосудистых заболеваний также отражена в государственных программах развития здравоохранения.
Целью исследования является разработка и анализ показателей качества алгоритма обнаружения опорных точек на цифровой электрокардиограмме, несущих информативные признаки для процедуры диагностики аритмий.
Используемые методы. Исследование основано на анализе существующих подходов к решению задачи обнаружения опорных точек на цифровой электрокардиограмме, а также проведении экспериментальной проверки предлагаемого алгоритма методами математического моделирования. Предложены показатели качества рассматриваемых алгоритмов, определенные в соответствии с принципами теории обнаружения сигналов и диагностического тестирования, на стыке которых расположена задача обнаружения опорной точки кардиокомплекса. Экспериментальная проверка предлагаемого алгоритма осуществлена на материалах открытой верифицированной базы данных MIT-BIH Arrhythmia Database, которая широко применяется для верификации и валидации алгоритмов обработки сигнала цифровой электрокардиограммы, работающих в режиме реального времени.
Решение. В работе предложен алгоритм обнаружения опорных точек на цифровой электрокардиограмме, который основан на цифровой фильтрации сигнала с применением решающего правила на базе трехэтапной двухпороговой схемы сравнения величин сигнала предобработанной электрокардиограммы на скользящем окне, обладающий элементами научной новизны. Эксперимент на материалах открытой верифицированной базы данных MIT-BIH Arrhythmia Database показал, что качество предложенного алгоритма обнаружения опорных точек выше, чем у алгоритмов, применяемых в современных цифровых электрокардиографах и кардиомониторах.
Значимость. Полученные в работе результаты могут быть использованы при разработке устройств цифрового мониторинга сердечно-сосудистой системы, а также для автоматической обработки, анализа и интерпретации сигнала цифровой электрокардиограммы в режиме реального времени с применением ЭВМ.
Relevance. The use of digital electrocardiographs and cardiac monitors with built-in algorithms for automatic processing, analysis and interpretation of electrocardiograms allows the doctor to effectively diagnose cardiac arrhythmias. It is known that in order to provide emergency care to a patient, the duration of arrhythmia diagnostics should not exceed several tens of seconds, which requires the emergence of new algorithms for detecting informative features indicating arrhythmia, operating in real time. The need to introduce new and effective technologies for diagnosing cardiovascular diseases is also reflected in public health development programmes.
Research goal. Development and quality indicators analysis of the algorithm for reference points detection on a digital electrocardiogram, bearing informative signs for the procedure of arteries diagnosis.
The methods used. The study is based on an analysis of existing approaches to the problem of reference points detection on digital electrocardiogram, as well as conducting a test of the proposed algorithms by mathematical modelling methods. The quality indicators of the algorithms defined in accordance with the principles of signal detection theory and diagnostic testing, at the junction of which the task of electrocardiogram reference point detection is located. The proposed algorithm was tested on materials of MIT-BIH Arrhythmia Database, which is widely used for verification and validation of real-time digital electrocardiogram signal processing algorithms.
The results. The study proposes an algorithm for detecting reference points on a digital electrocardiogram that carry informative features for the arrhythmia diagnostic procedure. The proposed algorithm is based on digital signal filtering using a decision rule based on a three-step two-threshold principle of pre-processed electrocardiogram signal values comparison on a sliding window. An experiment on the materials of the open verified MIT-BIH Arrhythmia DB showed that the quality of the proposed algorithm for detecting reference points is higher than that of the algorithms used in modern digital electrocardiographs and cardiac monitors. The proposed algorithm based on digital signal filtering and the three-step two-threshold decision rule have elements of scientific novelty.
The significance. The results of this work can be used in the development of digital heart rate monitors, cardiac devices and for automatic processing, analysis and real-time computer-assisted digital electrocardiogram signal interpretation.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.