RU2410023C1 - Method for qrs-complex electrocardiosignal extraction - Google Patents
Method for qrs-complex electrocardiosignal extraction Download PDFInfo
- Publication number
- RU2410023C1 RU2410023C1 RU2009116480/14A RU2009116480A RU2410023C1 RU 2410023 C1 RU2410023 C1 RU 2410023C1 RU 2009116480/14 A RU2009116480/14 A RU 2009116480/14A RU 2009116480 A RU2009116480 A RU 2009116480A RU 2410023 C1 RU2410023 C1 RU 2410023C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrocardiogram
- discrete
- values
- discrete samples
- qrs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины, в частности к электрокардиологии, и может быть использовано для выделения QRS-комплекса при автоматическом анализе информационных параметров электрокардиосигнала (ЭКС), выполняемом как аппаратными, так и программными средствами. Распознавание и правильная интерпретация комплекса - QRS-ключевой момент в оценке деятельности кардиомиоцитов желудочков сердца.The invention relates to medicine, in particular to electrocardiology, and can be used to highlight the QRS complex in the automatic analysis of information parameters of an electrocardiogram (EX), performed by both hardware and software. Recognition and correct interpretation of the complex is a QRS-key point in assessing the activity of cardiomyocytes of the ventricles of the heart.
В настоящее время наиболее распространены способы обнаружения QRS-комплекса ЭКС, основанные на выделении R-R интервала.Currently, the most common methods for detecting the QRS complex of EX-based on the allocation of the R-R interval.
Известен способ определения QRS-комппекса, реализованный в устройстве для выделения QRS-комплекса [1] и заключающийся в том, что ЭКС регистрируют, фильтруют, формируют из полученного сигнала пороговый уровень и сравнивают. По результатам сравнения формируют "временное окно", позволяющее исключить ложные выделения QRS-комплекса. Данному способу присущи следующие недостатки:A known method for determining the QRS complex, implemented in a device for highlighting the QRS complex [1], which consists in the fact that the ECS is recorded, filtered, a threshold level is formed from the received signal and compared. According to the results of the comparison, a “time window” is formed, which allows to exclude false selections of the QRS complex. This method has the following disadvantages:
- надежное выделение QRS-комплексов может быть достигнуто только при надежном выделении первого (стартового) QRS-комплекса;- reliable selection of QRS-complexes can be achieved only with reliable selection of the first (starting) QRS-complex;
- действие на ЭКС низкочастотных аддитивных помех (поляризация электродов, дыхательные волны, артефакты и т.п.) снижает надежность выделения QRS-комплекса; попытка убрать низкочастотную аддитивную помеху с помощью фильтра высоких частот не даст результата, так как частота среза такого фильтра должна иметь малое значение (0,05 Гц в соответствии со стандартами на электрокардиографы), и действие артефактов приводит к возникновению переходного процесса, который длится тем дольше, чем ниже f частота среза фильтра, во время переходного процесса надежность выделения QRS-комплекса снижается.- the effect of low-frequency additive interference on the ECS (polarization of electrodes, respiratory waves, artifacts, etc.) reduces the reliability of the allocation of the QRS complex; an attempt to remove the low-frequency additive interference using a high-pass filter will not give a result, since the cutoff frequency of such a filter should be low (0.05 Hz in accordance with the standards for electrocardiographs), and the action of artifacts leads to a transient process that lasts longer , the lower the filter cut-off frequency f, during the transition process, the reliability of QRS complex isolation decreases.
Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является способ выделения начала кардиоцикла [2], заключающийся в том, что ЭКС регистрируют, фильтруют и представляют его в виде дискретных отсчетов, формируют пороговый уровень, с которым осуществляют сравнение значения каждого дискретного отсчета электрокардиосигнала, выделяют R-R интервал и кардиоцикл. Затем формируют "временное окно", позволяющее выделить QRS-комплекс.Closest to the proposed method (prototype) is a method of isolating the beginning of a cardiocycle [2], which consists in the fact that the ECS are recorded, filtered and presented in the form of discrete samples, a threshold level is formed with which the values of each discrete sample of the cardiac signal are compared, RR is isolated interval and cardiocycle. Then form a "time window", allowing to highlight the QRS-complex.
На фигуре 1 приведена схема алгоритма известного способа выделения QRS-комплекса электрокардиосигнала.The figure 1 shows a diagram of the algorithm of the known method for highlighting the QRS complex of the cardiac signal.
На фигуре 2 приведен график идеального электрокардиосигнала.The figure 2 shows a graph of an ideal electrocardiogram.
На фигуре 3 приведены графики реальных электрокардиосигналов в 12 стандартных отведениях.The figure 3 shows graphs of real electrocardiograms in 12 standard leads.
Из анализа фигуры 1 и описания известного способа следует, что выделение QRS-комплекса осуществляется путем анализа ЭКС в амплитудно-временной области.From the analysis of figure 1 and the description of the known method, it follows that the selection of the QRS complex is carried out by analyzing the EX in the amplitude-time domain.
Действительно, все действия известного способа осуществляются только в амплитудно-временной области. Так, в результате «сравнения значения каждого дискретного отсчета электрокардиосигнала» с пороговым уровнем выделяется R-R интервал. Затем осуществляется выделение кардиоцикла и формирование «временного окна», с помощью которого в выделенном кардиоцикле осуществляется выделение QRS-комплекса.Indeed, all the actions of the known method are carried out only in the amplitude-time domain. So, as a result of “comparing the values of each discrete readout of the electrocardiogram” with the threshold level, the R-R interval is allocated. Then, the cardiocycle is extracted and the “time window” is formed, with the help of which the QRS complex is extracted in the selected cardiocycle.
Анализ и сравнение изображений идеального и реального электрокардиосигналов (см. фигуры 2 и 3) показывает, что достоверное выделение границ QRS-комплекса путем анализа реального ЭКС в амплитудно-временной области затруднительно. В ЭКС начало QRS-комплекса является окончанием сегмента PQ, а окончание QRS-комплекса (точка J) является началом сегмента ST. Если на идеальном ЭКС начало и окончание QRS-комплекса четко фиксируются (см. фигуру 2), то для реального ЭКС характерно наличие помех, а также вследствие изменения состояния сердца в моменты начала и окончания QRS-комплекса возникновение переходных процессов при регистрации, затрудняющих четкое выделение QRS-комплекса (см. фигуру 3). Другими словами, в амплитудно-временной области в реальных ЭКС нет четких границ между отдельными элементами ЭКС, которые подлежат распознаванию.Analysis and comparison of images of ideal and real electrocardiograms (see figures 2 and 3) shows that it is difficult to reliably identify the boundaries of the QRS complex by analyzing the real EX in the amplitude-time domain. In EX, the beginning of the QRS complex is the end of the PQ segment, and the end of the QRS complex (point J) is the beginning of the ST segment. If on the ideal EX, the beginning and end of the QRS complex are clearly fixed (see figure 2), then the real EX is characterized by interference, as well as due to changes in the state of the heart at the beginning and end of the QRS complex, the occurrence of transient processes during registration, making it difficult to clearly distinguish QRS complex (see figure 3). In other words, in the amplitude-time domain in real EX there are no clear boundaries between the individual elements of the EX, which are subject to recognition.
Из фигуры 1 следует, что известный способ основан на временном анализе участков изолинии идеального электрокардиосигнала: сегмента PQ - отрезка от окончания зубца Р до начала зубца Q, сегмента ST - отрезка от конца комплекса QRS до начала зубца Т и интервала TP, участка электрокардиосигнала между зубцами Т и Р. Так, автором известного способа отмечается, что «наиболее стабильным участком электрокардиосигнала является часть изолинии между зубцами T и Р». При этом «длительность отрезка TP существенно превышает длительность сегмента PQ и сегмента ST. Это обстоятельство и положено в основу способа». На фигуре 2 приведено изображение идеального электрокардиосигнала, которое обладает параметрами, необходимыми для правильного функционирования известного способа, и которое аналогично изображению электрокардиосигнала, приведенного на фигуре 2 прототипа.From figure 1 it follows that the known method is based on a temporary analysis of the contour sections of the ideal electrocardiogram: PQ segment - the segment from the end of the P wave to the beginning of the Q wave, ST segment - the segment from the end of the QRS complex to the beginning of the T wave and the TP interval, the electrocardiogram signal between the teeth T and R. So, the author of the known method notes that "the most stable section of the electrocardiogram is the part of the isoline between the T and P teeth." Moreover, “the duration of the TP segment is significantly longer than the duration of the PQ segment and the ST segment. This fact is the basis of the method. " The figure 2 shows the image of the ideal electrocardiogram, which has the parameters necessary for the proper functioning of the known method, and which is similar to the image of the electrocardiogram shown in figure 2 of the prototype.
Таким образом, для реализации известного способа необходимо, чтобы сегмент PQ, сегмент ST и интервал TP электрокардиосигнала находились на изолинии. Анализ реальных ЭКС, приведенных в электрокардиографической литературе [3, 4, 5, 6], показывает, что данное условие практически не выполняется: всегда наблюдается отклонение от изолинии.Thus, for the implementation of the known method, it is necessary that the PQ segment, the ST segment and the interval TP of the electrocardiogram signal are on the isoline. The analysis of real ECS given in the electrocardiographic literature [3, 4, 5, 6] shows that this condition is practically not fulfilled: a deviation from the isoline is always observed.
По мнению авторов предлагаемого изобретения, анализа информационных параметров ЭКС только в амплитудно-временной области недостаточно для достоверного выделения начала и окончания QRS-комплекса. Необходимо расширить область представления анализируемой информации. Известно, что комплексное использование различных подходов способствует решению задачи повышения помехоустойчивости как основного элемента достижения целостности информации. Поэтому достоверное выделение границ QRS-комплексов может быть достигнуто только при использовании различных методов анализа ЭКС.According to the authors of the present invention, the analysis of the information parameters of the ECS only in the amplitude-time domain is not enough to reliably identify the beginning and end of the QRS complex. It is necessary to expand the scope of presentation of the analyzed information. It is known that the integrated use of various approaches contributes to the solution of the problem of increasing noise immunity as the main element for achieving information integrity. Therefore, reliable identification of the boundaries of QRS complexes can be achieved only using various methods of analysis of EX.
Недостатком известного способа выделения QRS-комплекса является, по мнению авторов предлагаемого изобретения, недостаточная достоверность выделения начала и окончания QRS-комплекса.The disadvantage of this method of allocating a QRS complex is, according to the authors of the present invention, the lack of reliability of the allocation of the beginning and end of the QRS complex.
Изобретение направлено на повышение достоверности выделения начала и окончания QRS-комплекса путем анализа информационных параметров ЭКС в амплитудно-фазовой области.The invention is aimed at increasing the reliability of highlighting the beginning and end of the QRS complex by analyzing the information parameters of the EX in the amplitude-phase region.
Это достигается тем, что в способе выделения начала кардиоцикла, заключающемся в том, что непрерывный электрокардиосигнал регистрируют, фильтруют и представляют его в виде дискретных отсчетов, суммируют по модулю дискретные отсчеты во всех отведениях, формируют пороговый уровень, с которым осуществляют сравнение значения суммы по модулю дискретных отсчетов электрокардиосигнала, выделяют кардиоцикл и QRS-комттекс, дополнительно выделяют R-R интервал, в выделенном кардиоцикле вычисляют значения производной Y' дискретных отсчетов электрокардиосигнала, выделяют интервал значений производной электрокардиосигнала, принадлежащих QRS-комплексу электрокардиосигнала, при этом начало и окончание выделенного интервала значений производной электрокардиосигнала являются началом и окончанием QRS-комплекса электрокардиосигнала.This is achieved by the fact that in the method of isolating the beginning of the cardiocycle, which consists in the fact that a continuous electrocardiogram is recorded, filtered and presented as discrete samples, the discrete samples are summed modulo in all leads, a threshold level is formed with which the sum value is compared modulo of discrete samples of an electrocardiogram signal, a cardiocycle and a QRS-comtex are isolated, an RR interval is additionally allocated, the values of the derivative Y 'of discrete samples of an electroc are calculated in the selected cardiocycle of a cardiosignal, allocate the range of values of the derivative of the electrocardiogram belonging to the QRS complex of the electrocardiogram, the beginning and end of the selected interval of values of the derivative of the electrocardiogram are the beginning and end of the QRS complex of the electrocardiogram.
При этом выделение R-R интервала осуществляется путем дополнительной полосовой фильтрации электрокардиосигнала, вычисления значения производной F' дискретных отсчетов фильтрованного электрокардиосигнала по формуле F=[F2-F1; F3-F2;…;Fm-Fm-1], где F - вектор, содержащий значения дискретных отсчетов электрокардиосигнала, значение суммы по модулю во всех отведениях которых превышает пороговый уровень, F' - вектор, содержащий значения производной дискретных отсчетов электрокардиосигнала, значение суммы по модулю которых превышает пороговый уровень, m - количество дискретных отсчетов в фильтрованном электрокардиосигнале, значение суммы по модулю которых превышает пороговый уровень, определения вектора L, содержащего номера дискретных отсчетов фильтрованного электрокардиосигнала, в которых значение производной Fi '(i=1…m-1) равно нулю, при этом интервал между соседними значениями вектора L является R-R интервалом электрокардиосигнала.Moreover, the allocation of the RR interval is carried out by additional bandpass filtering of the electrocardiogram, calculating the derivative F 'of the discrete samples of the filtered electrocardiogram according to the formula F = [F 2 -F 1 ; F 3 -F 2 ; ...; F m -F m-1 ], where F is a vector containing the values of discrete samples of the electrocardiogram, the value of the sum modulo in all leads which exceeds the threshold level, F 'is a vector containing the values of the derivative of discrete samples an electrocardiosignal, the value of the modulo of which exceeds the threshold level, m is the number of discrete samples in the filtered electrocardiogram, the sum of the modulo of which exceeds the threshold level, determine the vector L containing the numbers of discrete samples of the filtered elec a cardiofeedback signal, in which the value of the derivative F i ' (i = 1 ... m-1) is equal to zero, while the interval between adjacent values of the vector L is the RR interval of the cardiac signal.
При этом выделение интервала значений производной электрокардиосигнала, принадлежащих QRS-комплексу электрокардиосигнала, осуществляется путем вычисления производной электрокардиосигнала по формуле Y'=[Y2-Y1; Y3-Y2;…;Yn-Yn-1], где Y - вектор, содержащий значения дискретных отсчетов электрокардиосигнала в выделенном кардиоцикле, Y' - вектор, содержащий значения дискретных отсчетов производной электрокардиосигнала в выделенном кардиоцикле, n - количество дискретных отсчетов в выделенном кардиоцикле, построения аттрактора электрокардиосигнала в выделенном кардиоцикле по формулеIn this case, the allocation of the interval of values of the derivative of the electrocardiogram belonging to the QRS complex of the electrocardiogram is carried out by calculating the derivative of the electrocardiogram according to the formula Y '= [Y 2 -Y 1 ; Y 3 -Y 2 ; ...; Y n -Y n-1 ], where Y is the vector containing the values of discrete samples of the electrocardiogram in the selected cardiocycle, Y 'is the vector containing the values of discrete samples of the derivative of the electrocardiogram in the selected cardiocycle, n is the number of discrete counts in the selected cardiocycle, the construction of the attractor of the electrocardiogram in the selected cardiocycle according to the formula
А=[{Y1 ',Y2}; {Y2 ',Y3};…;{Y' n-1,Yn}], где A - двумерный вектор координат аттрактора, вычисления расстояний между значениями дискретных отсчетов аттрактора электрокардиосигнала и началом координат по формуле , где D - вектор расстояний между значениями дискретных отсчетов аттрактора электрокардиосигнала и началом координат, вычисления расстояний между значениями соседних дискретных отсчетов аттрактора по формуле A = [{Y 1 ' , Y 2 }; {Y 2 ' , Y 3 }; ...; {Y ' n-1 , Y n }], where A is the two-dimensional coordinate vector of the attractor, calculating the distances between the values of the discrete samples of the attractor of the cardiac signal and the origin using the formula where D is the vector of distances between the values of the discrete samples of the attractor of the electrocardiogram and the origin, the calculation of the distances between the values of the neighboring discrete samples of the attractor by the formula
где Р - вектор расстояний между значениями соседних дискретных отсчетов аттрактора, вычисления характеристик дискретных отсчетов электрокардиосигнала, находящихся слева по порядку следования от отсчета с номером l в выделенном кардиоцикле, который принадлежит вектору L, по формулеwhere P is the vector of distances between the values of adjacent discrete samples of the attractor, the calculation of the characteristics of discrete samples of the electrocardiogram located on the left in the sequence from the reference number l in the selected cardiocycle, which belongs to the vector L, according to the formula
где S1 - вектор характеристик дискретных отсчетов, расположенных слева от отсчета l, k=1…l-1, i=1…n-1, вычисления характеристик дискретных отсчетов электрокардиосигнала, находящихся справа по порядку следования от отсчета с номером l в выделенном кардиоцикле, который принадлежит вектору L, по формулеwhere S1 is the vector of characteristics of the discrete samples located to the left of the sample l, k = 1 ... l-1, i = 1 ... n-1, the calculation of the characteristics of the discrete samples of the electrocardiogram located to the right in order from the reference number l in the selected cardiac cycle, which belongs to the vector L, by the formula
где S2 - вектор характеристик дискретных отсчетов, расположенных справа от точки l, k=1…(n-1)-(l-1), i=1…n-1, определения левой границы интервала дискретных отсчетов, принадлежащих QRS-комплексу электрокардиосигнала, по формуле , где QRSstart - дискретный отсчет, соответствующий началу QRS-комплекса электрокардиосигнала, k=1…l-1, определения правой границы интервала дискретных отсчетов, принадлежащих QRS-комплексу электрокардиосигнала, по формуле , где QRSstop - дискретный отсчет, соответствующий окончанию QRS-комплекса электрокардиосигнала, k=1…(n-1)-(l-1).where S2 is the vector of characteristics of the discrete samples located to the right of the point l, k = 1 ... (n-1) - (l-1), i = 1 ... n-1, the definition of the left border of the interval of discrete samples belonging to the QRS-complex of the cardiac signal , according to the formula where QRS start is a discrete sample corresponding to the beginning of the QRS complex of an electrocardiogram, k = 1 ... l-1, determining the right boundary of the interval of discrete samples belonging to the QRS complex of an electrocardiogram, according to the formula where QRS stop is a discrete sample corresponding to the end of the QRS complex of an electrocardiogram, k = 1 ... (n-1) - (l-1).
На фигуре 4 приведена схема алгоритма предлагаемого способа выделения QRS-комплекса.The figure 4 shows a diagram of the algorithm of the proposed method for allocating a QRS complex.
На фигуре 5 приведена схема алгоритма выделения интервала значений производной электрокардиосигнала, принадлежащих QRS-комплексу электрокардиосигнала.The figure 5 shows a diagram of the algorithm for allocating the interval of values of the derivative of the electrocardiogram belonging to the QRS complex of the electrocardiogram.
На фигуре 6 приведены изображения аттрактора реального электрокардиосигнала.The figure 6 shows the image of the attractor real electrocardiogram.
На фигуре 7 приведены изображения аттрактора реального электрокардиосигнала с отмеченными точками, принадлежащими QRS-комплексу электрокардиосигнала.The figure 7 shows the image of the attractor of the real electrocardiogram with marked points belonging to the QRS complex of the electrocardiogram.
На фигуре 8 приведены изображения аттрактора реального электрокардиосигнала в виде отдельных значений дискретных отсчетов, не соединенных общей линией.The figure 8 shows the image of the attractor of the real electrocardiogram in the form of individual values of discrete samples, not connected by a common line.
На фигуре 9 приведено обоснование признаков и .The figure 9 shows the rationale for the signs and .
На фигуре 10 приведено выделение QRS-комплекса электрокардиосигнала.The figure 10 shows the selection of the QRS-complex electrocardiogram.
Суть предлагаемого способа заключается в следующем. Непрерывный электрокардиосигнал регистрируется, фильтруется и представляется в виде дискретных отсчетов. Формируется пороговый уровень, с которым сравниваются дискретные отсчеты электрокардиосигнала. Затем выделяются R-R интервалы и кардиоциклы. В выделенном кардиоцикле осуществляется обработка ЭКС в фазовом пространстве, координатами которого являются амплитуда и производная по времени электрокардиосигнала. Для этого производится построение графика, на котором по оси абсцисс откладываются значения дискретных отсчетов вектора Y, а по оси ординат откладываются значения дискретных отсчетов вектора Y'. Полученный график является фазовым автопортретом или аттрактором ЭКС (см. фигуры 6 и 7). Аттрактор (attractor) в переводе с английского означает «притягиватель». Известно, что сердечно-сосудистая система (ССС) обладает странным аттрактором, обусловленным фрактальной природой функционирования ССС. Аттрактор является инвариантом индивидуального состояния ССС и имеет характерную индивидуальную форму в фазовом пространстве [7, 8]. Свойства аттрактора определяются только внутренними психофизиологическими особенностями данного человека.The essence of the proposed method is as follows. A continuous electrocardiogram is recorded, filtered and presented in the form of discrete samples. A threshold level is formed with which discrete samples of the electrocardiogram are compared. Then R-R intervals and cardiocycles are distinguished. In the selected cardiac cycle, processing of the ECS in the phase space is carried out, the coordinates of which are the amplitude and time derivative of the electrocardiogram. To do this, a graph is plotted on which the values of discrete samples of the vector Y are plotted along the abscissa axis, and the values of discrete samples of the vector Y 'are plotted along the ordinate axis. The resulting graph is a phase self-portrait or attractor EX (see figures 6 and 7). Attractor in English means “attractor”. It is known that the cardiovascular system (CVS) has a strange attractor due to the fractal nature of the functioning of the CVS. The attractor is an invariant of the individual state of the CVS and has a characteristic individual form in the phase space [7, 8]. Attractor properties are determined only by the internal psychophysiological characteristics of a given person.
Построение и исследование аттрактора является наиболее достоверным и точным методом для выделения участка кардиосигнала, соответствующего QRS-комплексу. Известный метод выделения QRS-комплекса основан на временных рамках установления границ QRS-комплекса, а не на параметрах самого сигнала. При этом временные границы QRS-комплекса определяются на основе статистических данных и не учитываются особенности и форма электрокардиосигнала отдельного человека.The construction and study of the attractor is the most reliable and accurate method for isolating the portion of the cardiosignal corresponding to the QRS complex. The well-known method of highlighting the QRS complex is based on the time frame for establishing the boundaries of the QRS complex, and not on the parameters of the signal itself. At the same time, the time limits of the QRS complex are determined on the basis of statistical data and the features and form of the individual’s electrocardiogram are not taken into account.
С помощью построения аттрактора различных кардиосигналов установлено, что участок аттрактора, соответствующий QRS-комплексу, представляет собой группу дискретных отсчетов, значения которых значительно отличаются от значений остальных дискретных отсчетов аттрактора. Это объясняется тем, что на участке электрокардиосигнала, соответствующего QRS-комплексу, интенсивность изменения сигнала (соответственно и процессов в сердце) высокая. Независимо от амплитуды значений QRS-комплекса на электрокардиосигнале на графике аттрактора участок QRS-комплекса по сравнению с другими участками электрокардиосигнала всегда ярко выражен и представляет собой «петлю» значительного диаметра (см. фигуры 6 и 7). Другой отличительной особенностью участка аттрактора, соответствующего QRS-комплексу электрокардиосигнала, является большой интервал между значениями соседних дискретных отсчетов аттрактора (см. фигуру 8).Using the construction of the attractor of various cardiac signals, it was established that the attractor section corresponding to the QRS complex is a group of discrete samples, the values of which differ significantly from the values of other discrete samples of the attractor. This is because in the area of the electrocardiogram corresponding to the QRS complex, the intensity of the signal change (respectively, the processes in the heart) is high. Regardless of the amplitude of the values of the QRS complex on the electrocardiogram on the attractor plot, the portion of the QRS complex is always pronounced compared to other sections of the electrocardiogram and represents a “loop” of significant diameter (see figures 6 and 7). Another distinctive feature of the attractor section corresponding to the QRS complex of the electrocardiogram is a large interval between the values of adjacent discrete samples of the attractor (see figure 8).
Анализ фигур 6, 7 и 8 показывает, что критерием определения интервала значений производной электрокардиосигнала, принадлежащих QRS-комплексу электрокардиосигнала, является соответствие начала интервала признаку , где k=1…l-1, окончания интервала признаку , где k=1…(n-1)-(l-1), где S1, S2 - векторы характеристик дискретных отсчетов слева и справа от отсчета l на электрокардиосигнале соответственно.The analysis of figures 6, 7 and 8 shows that the criterion for determining the interval of values of the derivative of the electrocardiogram belonging to the QRS complex of the electrocardiogram is the correspondence of the beginning of the interval to the sign where k = 1 ... l-1, the end of the interval , where k = 1 ... (n-1) - (l-1), where S1, S2 are the characteristics vectors of discrete samples to the left and to the right of the reference l on the cardiac signal, respectively.
Характеристики дискретных отсчетов рассчитываются исходя из вышеописанных особенностей участка аттрактора, соответствующего QRS-комплексу: «петля» значительного диаметра с наибольшими расстояниями между соседними значениями дискретных отсчетов (см. фиг.8). Характеристика дискретного отсчета представляет собой совокупность трех составляющих:The characteristics of the discrete samples are calculated based on the above features of the attractor section corresponding to the QRS complex: a “loop” of significant diameter with the largest distances between adjacent values of the discrete samples (see Fig. 8). The discrete reference characteristic is a combination of three components:
1) расстояние от значения дискретного отсчета на аттракторе до начала координат,1) the distance from the value of the discrete reference on the attractor to the origin,
2) расстояние от значения исследуемого дискретного отсчета до значения следующего дискретного отсчета на аттракторе,2) the distance from the value of the studied discrete reference to the value of the next discrete reference on the attractor,
3) расстояние (удаленность) дискретного отсчета от пика зубца R на электрокардиосигнале.3) the distance (remoteness) of the discrete count from the peak of the R wave on the cardiac signal.
Составляющие 2) и 3) имеют малое значение по сравнению с составляющей 1), поэтому при учете их в совокупной характеристике необходимо применять коэффициенты. Для составляющей 2) коэффициент равен отношению максимального расстояния от значения дискретного отсчета на аттракторе до начала координат к максимальному расстоянию между соседними дискретными отсчетами на аттракторе. Для составляющей 3) коэффициент равен отношению максимального расстояния от значения дискретного отсчета на аттракторе до начала координат к количеству дискретных отсчетов в исследуемом кардиоцикле. Использование умножения составляющих на коэффициенты уравновешивает их влияние в совокупной характеристике, позволяет учесть все составляющие в равной степени.Components 2) and 3) are of little importance compared to component 1), therefore, when taking them into account in the aggregate characteristic, it is necessary to apply coefficients. For component 2), the coefficient is equal to the ratio of the maximum distance from the value of the discrete sample on the attractor to the origin to the maximum distance between adjacent discrete samples on the attractor. For component 3), the coefficient is equal to the ratio of the maximum distance from the value of the discrete sample on the attractor to the origin to the number of discrete samples in the studied cardiocycle. The use of multiplying the components by the coefficients balances their influence in the aggregate characteristic, allows you to take into account all the components equally.
Таким образом, для выделения интервала QRS-комплекса электрокардиосигнала составляются два вектора характеристик: первый для дискретных отсчетов, расположенных слева от пика зубца R, по формулеThus, to distinguish the interval of the QRS complex of the cardiac signal, two characteristic vectors are compiled: the first for discrete samples located to the left of the peak of the R wave, according to the formula
где S1 - вектор характеристик дискретных отсчетов, расположенных слева от дискретного отсчета l, k=1…l-1, i=1…n-1, второй для дискретных отсчетов, расположенных справа от пика зубца R, по формулеwhere S1 is the vector of characteristics of discrete samples located to the left of the discrete sample l, k = 1 ... l-1, i = 1 ... n-1, the second for discrete samples located to the right of the peak of the R wave, according to the formula
где S2 - вектор характеристик дискретных отсчетов, расположенных справа от точки l, k=1…(n-1)-(l-1), i=1…n-1. Пик зубца R определяется дискретным отсчетом l. На фигуре 9 приведены графики характеристик дискретных отсчетов в сопоставлении с исходными электрокардиосигналами.where S2 is the vector of characteristics of discrete samples located to the right of the point l, k = 1 ... (n-1) - (l-1), i = 1 ... n-1. The peak of the R wave is determined by a discrete count l. The figure 9 shows the graphs of the characteristics of discrete samples in comparison with the original electrocardiograms.
Для определения границ интервала QRS-комплекса электрокардиосигнала используются критерии где k=1…l-1, QRSstart - дискретный отсчет, соответствующий началу QRS-комплекса электрокардиосигнала, , где QRSstop - дискретный отсчет, соответствующий окончанию QRS-комплекса электрокардиосигнала, k=1…(n-1)-(l-1). На фигуре 9 видно, что при сопоставлении графика характеристик с изображением исходного электрокардиосигнала началу и окончанию QRS-комплекса на электрокардиосигнале соответствуют дискретные отсчеты с минимальными значениями характеристик на графике характеристик. Эта особенность используется для выделения начала и окончания QRS-комплекса электрокардиосигнала.The criteria are used to determine the boundaries of the interval of the QRS complex of an electrocardiogram where k = 1 ... l-1, QRS start is a discrete sample corresponding to the beginning of the QRS complex of an electrocardiogram, where QRS stop is a discrete sample corresponding to the end of the QRS complex of an electrocardiogram, k = 1 ... (n-1) - (l-1). Figure 9 shows that when comparing the characteristics graph with the image of the original electrocardiogram, the beginning and end of the QRS complex on the electrocardiogram correspond to discrete samples with the minimum values of the characteristics on the characteristics graph. This feature is used to highlight the beginning and end of a QRS complex of an electrocardiogram.
На фигуре 10 приведены графики практических электрокардиосигналов с выделенными на них с помощью предлагаемого способа QRS-комплексами электрокардиосигнала.The figure 10 shows graphs of practical electrocardiograms with allocated to them using the proposed method QRS-complexes of electrocardiogram.
ЗАКЛЮЧЕНИЕCONCLUSION
Таким образом, предлагаемый способ позволяет устранить указанные недостатки известного способа и обеспечить надежное выделение QRS-комплекса электрокардиосигнала независимо от следующих факторов:Thus, the proposed method allows to eliminate these disadvantages of the known method and to ensure reliable selection of the QRS complex of the cardiac signal, regardless of the following factors:
- возможных отклонений от нормы параметров зубцов электрокардиосигнала: формы, амплитуды, длительности;- possible deviations from the norm of the parameters of the teeth of the electrocardiogram: shape, amplitude, duration;
- дрейфа изолинии ЭКС под действием аддитивных низкочастотных помех (влияние дыхания, артефакты, временной дрейф и т.п.),- drift of the EX isoline contour under the influence of additive low-frequency interference (the effect of respiration, artifacts, temporal drift, etc.),
что способствует улучшению условий последующей обработки электрокардиосигнала (вычисление временных параметров отдельных элементов электрокардиосигнала, вычисление длительности кардиоцикла и т.п.).which helps to improve the conditions for the subsequent processing of the electrocardiogram (calculation of the time parameters of the individual elements of the electrocardiogram, calculation of the duration of the cardiocycle, etc.).
Кроме того, положительным дополнительным эффектом предлагаемого способа является более надежное выделение точки J электрокардиосигнала. Точка J имеет важное диагностическое значение: она разграничивает процессы де- и реполяризации. Обычно местонахождением точки J считается точка, отстоящая на определенном расстоянии или от начала комплекса QRS, например на 80 или 60 мсек [9], или от вершины зубца R на 40 мсек [10]. При этом также задается другая точка, принадлежащая зубцу Т, которая относительно точки J служит для определения тренда сегмента S-T.In addition, a positive additional effect of the proposed method is a more reliable allocation of the point J of the electrocardiogram. Point J has important diagnostic value: it delimits the processes of de- and repolarization. Usually, the location of point J is considered to be a point located at a certain distance either from the beginning of the QRS complex, for example, by 80 or 60 ms [9], or from the top of the R wave by 40 ms [10]. At the same time, another point belonging to the tooth T is also set, which relative to the point J serves to determine the trend of the S-T segment.
Анализ известных способов показывает, что в них определение местонахождения точки J осуществляется на основании применения в исследуемом ЭКС априорно известных соотношений информационных параметров идеального ЭКС. Такой подход приводит к заранее обусловленному вероятностному характеру в определении местонахождения точки J. Т.е., определение местонахождения точки J осуществляется не путем анализа информационных параметров зарегистрированного ЭКС, а путем «наложения» на зарегистрированный ЭКС шаблона «временного окна». В результате конкретное значение местонахождения точки J определяется косвенным образом, что, безусловно, снижает точность известных способов. Определение местонахождения точки J должно осуществляться непосредственно на основании анализа зарегистрированного ЭКС, в частности, комплекса QRS и интервала ST. По мнению авторов предлагаемого изобретения, вероятностный подход в определении местонахождения точки J должен использоваться для уточнения положения точки J.An analysis of the known methods shows that in them the location of the point J is determined on the basis of the use of a priori known ratios of information parameters of the ideal EX in the studied EX. This approach leads to a predetermined probabilistic nature in determining the location of point J. That is, the location of point J is not carried out by analyzing the information parameters of the registered EX, but by “superimposing” the “time window” template on the registered EX. As a result, the specific value of the location of the point J is determined indirectly, which, of course, reduces the accuracy of the known methods. The determination of the location of point J should be carried out directly on the basis of the analysis of the registered EX, in particular, the QRS complex and the ST interval. According to the authors of the present invention, a probabilistic approach in determining the location of point J should be used to clarify the position of point J.
Технико-экономический эффект предлагаемого способа заключается в повышении надежности выделения начала QRS-комплекса.The technical and economic effect of the proposed method is to increase the reliability of highlighting the beginning of the QRS complex.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ 2021752, А61В 5/0452. Устройство для выделения QRS-комплексов. / Б.И.Крук, Н.И.Белкин // БИ 1994, 20.1. RF patent 2021752,
2. Патент РФ 2195164, А61В 5/02. Способ выделения начала кардиоцикла и устройство для его реализации. / А.А.Михеев // 27.12.2002.2. RF patent 2195164,
3. Зудбинов Ю.И. Азбука ЭКГ. - Ростов н/Д: Феникс, 2003, 240 с.3. Zudbinov Yu.I. ECG alphabet. - Rostov n / a: Phoenix, 2003, 240 p.
4. Кечкер М.И. Руководство по клинической электрокардиографии. - М.: 2000, 395 с.4. Kechker M.I. Guidelines for Clinical Electrocardiography. - M .: 2000, 395 p.
5. Муражко В.В., Струтынский А.В. Электрокардиография. // Учебное пособие. Изд. 6-е. - М.: МЕДпрессинформ, 2004, 320 с.5. Murazhko VV, Strutinsky A.V. Electrocardiography // Tutorial. Ed. 6th - M.: MEDpressinform, 2004, 320 p.
6. Орлов В.Н. Руководство по электрокардиографии. - М.: Медицина, 1984, 528 с.6. Orlov V.N. Guide to electrocardiography. - M .: Medicine, 1984, 528 p.
7. Анищенко B.C., Янсон Н.Б., Павлов А.Н. Может ли режим сердца здорового человека быть регулярным? // Радиотехника и электроника, 1997, т.42, №8, 1005-1010 с.7. Anischenko B.C., Yanson N.B., Pavlov A.N. Can a healthy person's heart regimen be regular? // Radio engineering and electronics, 1997, v. 42, No. 8, 1005-1010 p.
8. Вишневский В.В., Рагульская М.В., Файнзильберг Л.С. Влияние солнечной активности на морфологические параметры ЭКГ сердца здорового человека. // Журнал радиоэлектроники (электронный журнал РАН), 2002, №12.8. Vishnevsky V.V., Ragulskaya M.V., Fainzilberg L.S. The effect of solar activity on the morphological parameters of the ECG of the heart of a healthy person. // Journal of Radio Electronics (electronic journal of the RAS), 2002, No. 12.
9. Рябыкина Г.В., Соболев А.В. Вариабельность ритма сердца: Монография. - М.: Стар'ко, 1998, 200 с.9. Ryabykina G.V., Sobolev A.V. Heart Rate Variability: Monograph. - M.: Star'ko, 1998, 200 p.
10. Зайченко К.В., Жаринов О.О., Кулин А.Н., Кулыгина Л.А., Орлов А.П. Съем и обработка биоэлектрических сигналов: Учебное пособие. / Под ред. К.В. Зайченко. СПбГУАП, СПб., 2001, 140 с.10. Zaichenko K.V., Zharinov O.O., Kulin A.N., Kulygina L.A., Orlov A.P. The removal and processing of bioelectric signals: a Training manual. / Ed. K.V. Zaichenko. SPbGUAP, SPb., 2001, 140 pp.
Claims (3)
,
где D - вектор расстояний между значениями дискретных отсчетов аттрактора электрокардиосигнала и началом координат, вычисления расстояний между значениями соседних дискретных отсчетов аттрактора по формуле
где P - вектор расстояний между значениями соседних дискретных отсчетов аттрактора, вычисления характеристик дискретных отсчетов электрокардиосигнала, находящихся слева по порядку следования от дискретного отсчета с номером l в выделенном кардиоцикле, который принадлежит вектору L, по формуле
где S1 - вектор характеристик дискретных отсчетов, расположенных слева от дискретного отсчета с номером l, k=1…l-1, i=1…n-1, вычисления характеристик дискретных отсчетов электрокардиосигнала, находящихся справа по порядку следования от дискретного отсчета с номером l в выделенном кардиоцикле, который принадлежит вектору L, по формуле
где S2 - вектор характеристик дискретных отсчетов, расположенных справа от дискретного отчета с номером l, k=1…(n-1)-(l-1), i=1…n-1, определения левой границы интервала дискретных отсчетов, принадлежащих QRS-комплексу электрокардиосигнала, по формуле где QRSstart - дискретный отсчет, соответствующий началу QRS-комплекса электрокардиосигнала, k=1…l-1, определения правой границы интервала дискретных отсчетов, принадлежащих QRS-комплексу электрокардиосигнала, по формуле , где QRSstop - дискретный отсчет, соответствующий окончанию QRS-комплекса электрокардиосигнала, k=1…(n-1)-(l-1). 3. The method according to claim 2, characterized in that the allocation of the interval of values of the derivative of the electrocardiogram belonging to the QRS complex of the electrocardiogram is carried out by calculating the derivative of the electrocardiogram according to the formula Y '= [Y 2 -Y 1 ; Y 3 -Y 2 ; ...; Y n -Y n-1 ], where Y is the vector containing the values of the discrete samples of the electrocardiogram in the selected cardiocycle, Y 'is the vector containing the values of the discrete samples of the derivative of the electrocardiogram in the selected cardiocycle, n is the number of discrete counts in the selected cardiocycle, the construction of the electrocardiogram attractor in the selected cardiocycle according to the formula A = [{Y 1 ' , Y 2 }; {Y 2 ' , Y 3 }; ...; {Y n-1 ' , Y n }], where A is the two-dimensional coordinate vector of the attractor, calculating the distances between the values of the discrete readings of the attractor of the electrocardiosignal and the beginning of ordinates of the formula
,
where D is the vector of distances between the values of the discrete samples of the attractor of the electrocardiogram and the origin, the calculation of the distances between the values of the neighboring discrete samples of the attractor by the formula
where P is the vector of distances between the values of adjacent discrete samples of the attractor, the calculation of the characteristics of discrete samples of the electrocardiogram located to the left in the order of the discrete sample with number l in the selected cardiocycle, which belongs to the vector L, by the formula
where S1 is the vector of characteristics of the discrete samples located to the left of the discrete sample with the number l, k = 1 ... l-1, i = 1 ... n-1, the calculation of the characteristics of the discrete samples of the electrocardiogram located to the right in order from the discrete sample with the number l in the selected cardiocycle, which belongs to the vector L, according to the formula
where S2 is the vector of characteristics of discrete samples located to the right of the discrete report with number l, k = 1 ... (n-1) - (l-1), i = 1 ... n-1, determining the left border of the interval of discrete samples belonging to QRS -complex of an electrocardiogram, according to the formula where QRS start is a discrete sample corresponding to the beginning of the QRS complex of an electrocardiogram, k = 1 ... l-1, determining the right boundary of the interval of discrete samples belonging to the QRS complex of an electrocardiogram, according to the formula where QRS stop is a discrete sample corresponding to the end of the QRS complex of an electrocardiogram, k = 1 ... (n-1) - (l-1).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009116480/14A RU2410023C1 (en) | 2009-04-29 | 2009-04-29 | Method for qrs-complex electrocardiosignal extraction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009116480/14A RU2410023C1 (en) | 2009-04-29 | 2009-04-29 | Method for qrs-complex electrocardiosignal extraction |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009116480A RU2009116480A (en) | 2010-11-10 |
| RU2410023C1 true RU2410023C1 (en) | 2011-01-27 |
Family
ID=44025685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009116480/14A RU2410023C1 (en) | 2009-04-29 | 2009-04-29 | Method for qrs-complex electrocardiosignal extraction |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2410023C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2522392C1 (en) * | 2013-04-01 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Method for isolation of beginning of ventricular repolarisation |
| RU2683409C1 (en) * | 2013-12-20 | 2019-03-28 | Конинклейке Филипс Н.В. | Apparatus and method for determining occurrence of qrs complex in ecg data |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5628326A (en) * | 1995-11-29 | 1997-05-13 | Hewlett-Packard Company | Calculating a heart rate from an ECG waveform by discarding a percentage of R-R intervals prior to averaging |
| WO2003003905A2 (en) * | 2001-07-05 | 2003-01-16 | Softmax, Inc. | System and method for separating cardiac signals |
| RU2237432C1 (en) * | 2003-04-04 | 2004-10-10 | Рязанская государственная радиотехническая академия | Device for detecting cardiac cycle beginning |
| RU2294139C1 (en) * | 2005-05-23 | 2007-02-27 | Пензенский государственный университет (ПГУ) | Method and device for detecting cardiac cycle start |
-
2009
- 2009-04-29 RU RU2009116480/14A patent/RU2410023C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5628326A (en) * | 1995-11-29 | 1997-05-13 | Hewlett-Packard Company | Calculating a heart rate from an ECG waveform by discarding a percentage of R-R intervals prior to averaging |
| WO2003003905A2 (en) * | 2001-07-05 | 2003-01-16 | Softmax, Inc. | System and method for separating cardiac signals |
| RU2237432C1 (en) * | 2003-04-04 | 2004-10-10 | Рязанская государственная радиотехническая академия | Device for detecting cardiac cycle beginning |
| RU2294139C1 (en) * | 2005-05-23 | 2007-02-27 | Пензенский государственный университет (ПГУ) | Method and device for detecting cardiac cycle start |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Новая информационная технология обработки ЭКГ для выделения ишемической болезни сердца при массовых обследованиях населения; (ФАЙНЗИЛЬБЕРГ Л.С.), 05.03.2007, найдено в Интернете 25.02.2010 по ссылке. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2522392C1 (en) * | 2013-04-01 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Method for isolation of beginning of ventricular repolarisation |
| RU2683409C1 (en) * | 2013-12-20 | 2019-03-28 | Конинклейке Филипс Н.В. | Apparatus and method for determining occurrence of qrs complex in ecg data |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009116480A (en) | 2010-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3795074B1 (en) | Method and device for automatically determining st segment of electrocardiogram signal based on artificial intelligence technology | |
| US10194821B2 (en) | Medical device having automated ECG feature extraction | |
| US8024030B2 (en) | System and method for analyzing an electrocardiogram signal | |
| JP6381444B2 (en) | Method and system for automatically measuring ST level of electrocardiogram in real-time ECG | |
| US7747316B2 (en) | Blind adaptive filter extraction of fetal electrocardiogram signal estimate | |
| EP3801238A1 (en) | Detecting abnormalities in ecg signals | |
| UA104073C2 (en) | Method for diagnosing degree of ischemic lesions of myocardium based on analysis of temporal changes in current density | |
| CN112545472B (en) | PPG signal quality evaluation method, device, equipment and storage medium | |
| US9901277B2 (en) | Cycle length iteration for the detection of atrial activations from electrogram recordings of atrial fibrillation | |
| Lee et al. | QRS complex detection based on primitive | |
| CN104644160A (en) | Electrocardiogram pseudo-difference signal identification method and device | |
| Illanes-Manriquez et al. | An algorithm for robust detection of QRS onset and offset in ECG signals | |
| US20190374123A1 (en) | Predicting atrial fibrillation or stroke using p-wave analysis | |
| US10285613B2 (en) | Apparatus and method for determining the occurrence of a QRS complex in ECG data | |
| CN110491504B (en) | Method for acquiring medical index data of heart sound signal | |
| RU2410023C1 (en) | Method for qrs-complex electrocardiosignal extraction | |
| CN111166325B (en) | ECG signal QRS complex detection method and system based on IPCMM algorithm | |
| WO2018023698A1 (en) | Fetal-electrocardiogram separation method and device | |
| CN105050493A (en) | Apparatus and method for determining the occurrence of a QRS complex in ECG data | |
| RU2481060C1 (en) | Method of electric cardiosignal processing | |
| Rahimpour et al. | ECG fiducial points extraction using QRS morphology and adaptive windowing for real-time ECG signal analysis | |
| Illanes-Manriquez | An automatic multi-lead electrocardiogram segmentation algorithm based on abrupt change detection | |
| RU2376932C1 (en) | Method of isolating st-segment of electrocardiosignal in real time operation mode | |
| RU2522392C1 (en) | Method for isolation of beginning of ventricular repolarisation | |
| Vondrak et al. | A Novel Method for the Detection of QRS Complex Using Vectorcardiographic Octants |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110430 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120427 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20120719 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140430 |