Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск

Разработка алгоритма кластеризации кардиокомплексов с посткоррекцией для задач длительного мониторирования электрокардиосигнала

https://doi.org/10.32603/1993-8985-2021-24-2-68-77

Полный текст:

Аннотация

Введение.  Наиболее распространенным методом диагностики сердечно- сосудистых заболеваний является длительное  мониторирование  электрокардиосигнала  (ЭКС) .  Для  облегчения  анализа  полученных  мониторограмм врачам- кардиологам необходимы специальные алгоритмы и программные средства автоматизированной обработки  ЭКС. Одним из  таких средств  является алгоритм автоматизированной обработки  ЭКС, выполня ющий  кластеризацию кардиокомплексов  (КК) , разделяя  ЭКС  на группы максимально близких по форме  КК. Дальнейшему анализу подвергаются только эталонные КК, полученные статистическим  усреднением  КК  в каждой группе.

Цель  работы.  Разработка  алгоритма  автоматизированной  кластеризации  КК  ЭКС,  разделяющего  электрокардиосигнал на группы максимально близких по форме КК.

Материалы и методы.  Экспериментальная апробация  алгоритма и  программного  модуля  проводилась на  базе обезличенных суточных записей ЭКС пациентов Первого Санкт- Петербургского государственного медицинского университета им.   акад.   И. П. Павлова Минздрава России.  Программный модуль был реализован в среде MatLab.

Результаты.  Разработан  алгоритм  сортировки  КК  с  посткоррекцией  для  длительного  мониторирования  ЭКС; представлен программный модуль, реализованный на базе  разработанного алгоритма. Рассмотрено  влияние ошибок синхронизации  КК  при их накоплении  на форму усредняемого КК. Классическое решение задачи деконволюции приводит к значительным ошибкам при нахождении оценки "истинной" формы КК. На основании аналитических расчетов получены выражения для коррекции накапливаемого КК.  Показано, что в результате коррекции можно  нивелировать ошибки накопления, связанные с рассинхронизацией.

Заключение.  Наличие  небольшого  количества  эталонных  КК,  полученных  в  результате  обработки  ЭКС с помощью  предложенного  алгоритма,  позволяет  врачу-исследователю  значительно  сократить  время, затрачиваемое  на  анализ  ЭКС,  и  является  основой  исследования  динамических  изменений  формы  и иных параметров КК  как для конкретного пациента, так и для их группы. Полученные результаты  позволяют создать основу для решения задач, направленных на исследование "тонкой" структуры ЭКС.

Об авторах

И. А. Кондратьева
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)
Россия

Кондратьева Ирина Анатольевна  –  магистр по направлению "Инфокоммуникационные технологии и системы связи" (2020), аспирант кафедры  радиотехнических  систем.  Автор 4 научных работ.  Сфера научных интересов – цифровая обработка биомедицинских сигналов.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376



А. С. Красичков
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина); Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова
Россия

Красичков Александр Сергеевич – доктор технических наук (2017), профессор (2020) кафедры радио-технических  систем. Автор более 100 научных работ. Сфера научных интересов  – статистическая радиотехника; методы обработки сигналов.

 ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376



О. А. Станчева
Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова; Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт уха, горла, носа и речи Министерства здравоохранения РФ
Россия

Станчева  Ольга  Андреевна  –  врач-оториноларинголог, младший научный сотрудник.  Автор  более  20  научных  работ. Сфера интересов – клиническая медицина; оториноларингология; хирургия слезоотводящих путей.


ул. Льва Толстого, д. 6-8, Санкт-Петербург, 197022



Э. Мбазумутима
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)
Россия

Мбазумутима Элиаким  – магистр по направлению "Биотехнические системы и технологии" (2019), аспирант кафедры биотехнических систем. Автор одной научной публикации. Сфера научных интересов – цифровая обработка биомедицинских сигналов, машинное обучение, распознавание образов.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376



Ф. Шикама
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)
Россия

Шикама Фабиен  –  магистр по направлению "Биотехнические системы и технологии" (2016), аспирант кафедры биотехнических систем.  Сфера  научных  интересов  –  цифровая  обработка  биомедицинских сигналов, протезирование и реабилитация.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376



Е. М. Нифонтов
Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова
Россия

Нифонтов Евгений Михайлович  –  доктор медицинских наук (2003), профессор (2009).  Автор  более  150 научных работ. Сфера научных интересов – фундаментальная медицина; кардиология.

ул. Льва Толстого, д. 6-8, Санкт-Петербург, 197022



Список литературы

1. Красичков А. С., Нифонтов Е. М., Иванов В. С.Алгоритм сортировки кардиокомплексов для анализа длительных записей электрокардиосигнала // Биомедицинская радиоэлектроника. 2011. № 11. С. 24–28.

2. Siddiah N., Srikanth T., Satish Kumar Y. Nonlinear filtering in ECG Signal Enhancement // Intern . J . of Computer Science and Communication Networks. 2012. Vol. 2, iss. 1.P. 123–128. URL: https://www.researchgate.net/publication/268435345_Nonlinear_filtering_in_ECG_Signal_Enhancement ( дата обращения 26.02.2021)

3. Hao W., Chen Y., Xin Y. ECG Baseline Wander Correction by Meanmedian Filter and Discrete Wavelet Transform // 2011 Annual Intern. Conf. of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Boston, USA,30 Aug. – 3 Sept. 2011. Piscataway: IEEE, 2011. Acc. № 12424657. doi: 10.1109 /IEMBS.2011.6090744

4. Verma R., Mehrotra R., Bhateja V. An Integration of Improved Median and Morphological Filtering Techniques for Electrocardiogram Signal Processing // 2013 3 rd IEEE Intern. Advance Computing Conf. (IACC). Ghaziabad, India, 22–23 Febr. 2013. Piscataway: IEEE, 2013. P. 1223–1228. doi: 10.1109/IAdCC.2013.6514402

5. Baseline Normalization of ECG Signals using Empirical Mode Decomposition and Mathematical Morphology / T. Y. Ji, Z. Lu, Q.H. Wu, Z. Ji // Electronic Lett. 2010. Vol. 43, № 6. P. 486–496.

6. Пипин В. В., Рагульская М. В., Чибисов С. М. Анализ динамических моделей и реконструкций ЭКГ при воздействии космо- и геофизических факторов // Меж-дунар. журн. прикладных и фундаментальных исследований. Технические науки. 2009. № 5. С. 17–24.

7. Al-Kindi S. G., Reza T. Real-time Detection of Myocardial Infarction by Evaluation of ST-segment in Digital ECG // J. of Medical Imaging and Health Informatics. 2011. Vol. 1, iss. 3. P. 225–230. doi: 10.1166/jmihi.2011.1032

8. Analysis of the Possibility of Correcting the Shape of the Average Cardiac Complex in the Presence of Synchronization Errors during Accumulation / I. A. Kondratyeva, A. S. Krasichkov, E.M. Nifontov, F. Shikama // Intern. Youth Conf. on Electronics, Telecommunications and Information Technologies. Springer Proceedings in Physics. Vol. 255. Cham: Springer, 2020. P. 487–494. doi: 10.1007/978-3-030-58868-7_53I

9. Correlation Analysis of heart Rate Variability between PPG and ECG for Wearable Devices in Different Postures / C.-C. Hsiao, F.-W. Hsu, R.-G. Lee, R. Lin // 2017 IEEE Intern. Conf. on Systems, Man, and Cybernetics (SMC), Banff, AB, 5–8 Oct. 2017. Piscataway: IEEE, 2013. Acc. № 17379519. doi: 10.1109/SMC.2017.8123077

10. Kan Y., Kashihara K. Automatic Detection of ST Depression on ECG // 2015 IEEE 4 th Global Conf. on Consumer Electronics (GCCE). Osaka, Japan, 27–30 Oct. 2015. Piscataway: IEEE, 2015. Acc. № 15756665. doi: 10.1109/GCCE.2015.7398704

11. Hammond H. K., Kelly T. L., Froelicher V. Radionuclide Imaging Correlatives of Heart Rate Impairment during Maximal Exercise Testing // J. of the American College of Cardiology. 1983. Vol. 2, № 5. P. 826–833. doi: 10.1016 /s0735-1097(83)80228-911

12. Krasichkov A. S., Grigoriev E. B., Nifontov E. M. Influence of Myographic Interference and Isoelectric Line Drift on Correlation Coefficient in Classification of Cardiocomplexes // Biomedical Engineering. 2015. Vol. 49, iss. 4. P. 220–223. doi: 10.1007/s10527-015-9533-7

13. A method to Synchronize Signals from Multiple Patient Monitoring Devices through a Single Input Channel for Inclusion in List-mode Acquisitions / J. M. O’Connor, P. H. Pretorius, K. Johnson, M. A. King // Medical Physics.2013. Vol. 40, iss. 12. Art. 122502. doi: 10.1118/1.4828844

14. Pathoumvanh S., Hamamoto K., Indahak P. Arrhythmias Detection and Classification Base on single Beat ECG Analysis // The 4 th Joint Intern. Conf. on Information and Communication Technology, Electronic and Electrical Engineering (JICTEE). Chiang Rai, Thailand, 5–8 Mars 2014. 4 p. Acc. № 14255947. doi: 10.1109/JICTEE.2014.6804097

15. Ma J. L., Zhang T. T., Dong M. C. A Novel ECG Data Compression Method using Adaptive Fourier Decomposition with Security Guarantee in E-health Applications // IEEE J. of Biomedical and Health Informatics. 2015. Vol. 19, iss. 3.P. 986–994. doi: 10.1109/JBHI.2014.2357841


Для цитирования:


Кондратьева И.А., Красичков А.С., Станчева О.А., Мбазумутима Э., Шикама Ф., Нифонтов Е.М. Разработка алгоритма кластеризации кардиокомплексов с посткоррекцией для задач длительного мониторирования электрокардиосигнала. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2021;24(2):68-77. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2021-24-2-68-77

For citation:


Kondratyeva I.A., Krasichkov A.S., Stancheva O.A., Mbazumutima E., Shikema F., M. E. Development of an Algorithm for Clustering Cardiac ECG Signals with Post-Correction for Long-Term ECG Monitoring. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2021;24(2):68-77. (In Russ.) https://doi.org/10.32603/1993-8985-2021-24-2-68-77

Просмотров: 58


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1993-8985 (Print)
ISSN 2658-4794 (Online)