CC BY
93
Известия ТРТУ
Тематический выпуск
зующий механизм векторной обработки данных, обеспечивает высокую точность и скорость вычислений. Совместное использование этих инструментов, а также средств разработки графических приложений и визуализации расчетных данных, создания независимо исполняемых приложений позволяет создавать эффективные приложения с минимальными затратами времени.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Р. Гонсалес, Р.Вудс. Цифровая обработка изображений. -М.: Техносфера, 2005. - 1072 с.
2. Кетков Ю.Л., Кетков А.Ю., Шульц М.М. MATLAB 6.x.: Программирование численных
методов. - СПб: БХВ-Петербург, 2004. - 672 с.
Т.В. Истомина, Е.В. Истомина
ФОРМИРОВАНИЕ ВХОДНЫХ ТЕСТОВЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ
ЭКС В ПАКЕТЕ MATLAB
Целесообразность и перспективность применения пакета Simulink системы Matlab для разработки и исследования средств анализа ЭКС сейчас ни у кого не вызывает сомнений. Проблема состоит в том, чтобы технически грамотно сформировать входные тестовые последовательности ЭКС и помех.
Авторами была проведена работа по поиску и анализу баз данных ЭКС, доступных на данный момент, в результате было решено использовать сертифицированную базу данных Mit-Bin ресурса PhysioNet, созданного для широкой аудитории ученых, математиков, инженеров, клиницистов и студентов, изучающих биомедицинские науки и связанные с ними технологии.
Записи в банке данных PhisioBank сгруппированы в отдельные каталоги и снабжены соответствующей системой поиска и визуализации прямо в окне веббраузера. Общий объем архива в настоящее время уже превысил 40 Гигабайт.
MIT-BIH Arrhythmia Database содержит ЭКС, структурированные в отдельные тома по патологии, норме, присутствию шума, месту происхождения. Среди них имеется и каталог тестовых сигналов - ANSI/AAMI EC 13 Test Waveforms, поддерживаемый национальным стандартом США American National Standard для тестирования устройств, измеряющих частоту сердечного ритма.
Записи ЭКС содержат 2 и более каналов отведений и представлены в формате 212. Это особый формат, перекодирующий два 12-битных сигнала отведений в три 8-битных с помощью логической матрицы размером 3 X 8, используя смещение бита по признаку. Каждый отсчет представляется как амплитуда из дополнительного кода длиной 12 битов. Первый отсчет получен от 12 наименьших значащих битов первой пары байт (сохраняет сначала самый младший байт). Второй отсчет образован из 4 оставшихся битов первой пары байт (которые являются 4-мя старшими разрядами 12-битного отсчета) и следующего байта (который содержит оставшиеся 8 бит 2-го отсчета). Техника повторяется для каждой следующей пары отсчетов.
Так как данные хранятся в формате, не поддерживаемом пакетом Matlab, необходимо было найти решение по импорту данных. Robert Tratnig и Klaus Rheinberger создали файл rddata.m - программу для Matlab/Octave, которая читает 1- или 2- канальные записи PhysioBank, сохраненные в формате 212, и выводит их на экран вместе с текстовыми комментариями как график Matlab. Программа была отредактирована нами для определения входных файлов. Отметим, что большинство записей PhysioBank сохранены в формате 212, но программа формирует предупреждение, если выбранный ЭКС записан в другом формате или если файл со-
Раздел II
Аппаратные и программные средства медицинской диагностики и терапии
держит более чем 2 сигнала. Для импорта данных в модель авторами были использованы встроенный блок From file пакета Simulink из библиотеки «Источники».
Описанная база данных была сформирована специалистами, аннотирована и сертифицирована, что дает основание считать её авторитетной и использовать для исследований.
Предложенный подход целесообразно распространить на другие биоэлектрические сигналы при условии наличия по ним репрезентативных баз данных международного уровня. Получить аналоговый выход для тестирования средств медицинской техники позволяет применение стандартной платы интерфейса ввода-вывода в сочетании с инструментом Real-Time Work Shop системы Matlab.
Л.И. Калакутский, Ф.А. Белянин
ПЕРВИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА ДЛЯ СИСТЕМ ФЕТАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА
Современным и эффективным методом фетального является наблюдение за изменениями показателей хронотропной структуры сердечного ритма плода [1, 2]. Показатели вариабельности сердечного ритма (ВСР), отражающие активность процессов регуляции в вегетативной нервной системе организма, могут быть использованы для диагностики угрожающих состояний плода, в частности гипоксических состояний [3, 4]. Среди инструментальных методик регистрации сердечного ритма плода наиболее эффективной с точки зрения минимизации погрешностей измерения длительностей кардиоинтервалов является электрокардиография плода [5]. Однако при регистрации биопотенциалов сердца плода с помощью стандартных отведений возникают проблемы, связанные с трудностями измерения параметров ритма сердца плода, обусловленными большим динамическим диапазоном амплитуд электрокардиосигнала (ДДА ЭКС), определяемым как отношение амплитуды R-зубцов матери к амплитуде R-зубцов плода, и низким отношением амплитуды сигнала к помехе из-за малости амплитуды R-зубцов плода по сравнению с помехами регистрации сигнала. Развитие данного метода в задачах слежения за показателями ВСР плода требует обеспечения помехоустойчивой регистрации сигналов, которая может быть достигнута благодаря эффективному построению первичного преобразователя ЭКС.
Одним из путей исследования первичного преобразователя ЭКС является моделирование биоэлектрической активности сердца матери и плода и процессов формирования ЭКС. В задачах фетального мониторинга показателей ВСР для моделирования биоэлектрической активности сердца достаточно рассматривать только желудочковый комплекс. В этом случае для описания биоэлектрического генератора сердца можно воспользоваться моделью, представляющей собой диполь с изменяющимся во времени пространственным положением вектора дипольного момента по кривой, имеющей форму кардиоиды с точкой возврата в электрическом центре сердца [6]. Для исследования формирования ЭКС в первичном преобразователе системы фетального мониторинга предлагается модель электрического генератора сердца матери и плода, представленная двумя диполями М и F, расположенными в электрических центрах сердца матери и плода.
Для исследования формирования ЭКС при различных способах отведения сигналов использована плоскость наблюдения W в виде границы, разделяющей изотропную проводящую среду и отстоящей от точки М на расстоянии, которое принимается за единицу при описании геометрии системы.
