Разработка и реализация алгоритмов автоматического анализа записей кардиограмм и обнаружения нарушений ритма сердца

По официальным данным в 2009 г. в России смертность от сердечно-сосудистых заболеваний составила 56,5%. Встает острая необходимость в более точной и оперативной постановки диагноза и отслеживания эффективности лечения пациентов.

Идея проекта заключается в том, чтобы автоматизировать процесс расшифровки кардиограммы с помощью алгоритмов. Это позволит врачам более точно и оперативно ставить диагноз и отслеживать эффективность лечения, а пациенту контролировать состояние своего здоровья.

Программный комплекс позволяет просматривать записи ЭКГ, сопровождаемые информацией об обнаруженных нарушениях сердечной деятельности. Для работы с сервисом с пациента снимается кардиограмма с помощью любого портативного цифрового кардиомонитора. Данные ЭКГ передаются на удаленный сервер в режиме реального времени для более детального исследования. Результат исследования кардиограммы заносится в базу данных.

Для постановки окончательного диагноза врач может просматривать различные характеристики: кардиограмму с пометками в моментах, где были обнаружены признаки той или иной аритмии. Также врач сможет анализировать различные статистические показатели: кардиоритмографию, кардиоинтервалограмма, кардиогистограмма, скаттерограмма, и др.

Одним из основных показателей при диагностики сердечных аритмий является QRS-комплекс. R-зубец при этом - определяющий показатель нахождения комплекса, а от расстояния между соседними R-зубец зависят такие аритмии как синусовые тахикардия, брадикардия, экстрасистол, блокада 1 и 2 типа, и др.

Процесс расшифровки кардиограммы логически можно разделить на 3 этапа: снижение шума, поиск QRS- комплексов, и затем расчет показателей для нахождения нарушений.

Задача этапа предобработки - это снижение уровня шума и удаление низкочастотной составляющей сигнала. Фильтр синхронного усреднения осуществляет сглаживание путем усреднения отсчетов сигнала в продолжительном временном скользящем окне.

В данной работе были рассмотрены алгоритмы поиска qrs-комплекса Мерфи-Рагнайя, и Пан-Томпкинса. Мерфи и Рагнайя предложили алгоритм обнаружения QRS-комплекса, основанный на взвешенном и возведенном в квадрат операторе первой производной и на фильтре скользящего среднего. Алгоритм дает единственный пик для каждого QRS-комплекса, подавляя зубцы Р и Т.

Алгоритма Пан-Томпкинса состоит из следующей последовательности фильтров и методов: фильтр нижних частот, фильтр верхних частот, оператор производной, возведение в квадрат, интегрирование, адаптивная пороговая процедура и процедура поиска.

Процедура взятия производной подавляет низкочастотные компоненты зубцов Р и Т и имеет высокий коэффициент усиления для QRS-комплексов. Алгоритм Пан-Томпкинса также выполняет сглаживание выходно¬го сигнала с использованием фильтра скользящего окна.

По результату сравнительного анализа более эффективным стал Алгоритм Пан-Томпкинса. Он был выбран для осуществления поиск QRS-комплексов ЭКГ для программного комплекса диагностики сердечных аримтий.

На третьем этапе, используя от 3 до 10 QRS-комплексов, рассчитываются различные типы аритмии.

Ю. В. Завьялова