А. Б. Баходиржонова, М. Б. Чутпулатова, Д. Б. Элмуротова, Н. С

СИНТЕЗ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ ЛИНЕЙНО- КВАДРАТИЧНОЙ ИНТЕРПОЛЯЦИИ В СИСТЕМЕ MATLAB


Б.Б. Гаибназаров, А.Б. Баходиржонова, М.Б. Чутпулатова, Д.Б. Элмуротова, Н.С. Юсупова
Ташкентский Государственный Технический Университет им. И.А. Каримова
Аннотация: Рассмотрен метод моделирования электрокардиографических сигналов стандартных отведений с использованием линейно-квадратичной интерполяции в системе MATLAB 6.0 Release 12 фирмы The MathWorks, Inc.
Ключевые слова: электрокардиографический сигнал, графический интерфейс, иетнполяция, система.

Сфера высоких технологий, которая сегодня все глубже проникает в области исследования различных биологических процессов и диагностики заболеваний, предоставляет новые возможности для исследователей. Появление современной электрорегистрирующей аппаратуры, новых биофизических и математических методов исследования предоставляет эффективные диагностические способы для регистрации и анализа электрической активности сердца.

Важность, значимость и актуальность клинической электрокардиографии очевидны, поскольку исследования биоэлектрической активности сердца являются сегодня незаменимыми в диагностике нарушений ритма и проводимости, гипертрофий желудочков и предсердий, ишемической болезни сердца, инфаркта миокарда и других кардиозаболеваний.
Анализ биоэлектрических процессов, протекающих в сердце, ведется, главным образом, при помощи электрокардиограммы, которая представляет собой разность биоэлектрических потенциалов работающего сердца. Именно форма и количественный состав ее компонент позволяют диагностировать норму или патологию в сердечной деятельности [1].
Одним из направлений математического моделирования в области электрокардиографии является создание самой электрокардиограммы. Этот подход можно считать удачным и верным, потому что проведение натурных экспериментов может быть затруднено по ряду объективных причин: несовершенство регистрирующего оборудования или его дефицит, частое отсутствие возможности длительного мониторного слежения. Полученные

Нами рассматривается метод моделирования электрокардиографических сигналов (ЭКС) стандартных отведений с использованием линейно-квадратичной интерполяции. Разработанные алгоритмы синтеза электрокардиосигналов на основе линейно-квадратичной интерполяции реализованы в системе MATLAB 6.0 Release 12 фирмы The MathWorks, Inc [3]. Исследование ЭКГ-сигналов трех стандартных отведений от конечностей очень часто применяется при диагностировании. Поэтому особое внимание стоит уделить моделированию именно такого рода сигналов. Полученные модели могут найти в практике широкое применение, начиная от калибровки электрокардиографов и заканчивая исследованиями моделей на предмет выявления особенностей сигналов в определенных клинических картинах.
Для моделирования ЭКС очень хорошо подходит алгоритм, основанный на линейной и квадратичной интерполяции участков ЭКС. В рамках этого алгоритма ЭКС задается в виде последовательности отрезков и участков парабол (элементов ЭКС), которые соответствуют реальным сегментам и зубцам сигнала (рис. 1).

Рис. 1. Электрокардиограмма сердечного цикла.

Алгоритм имеет MATLAB-прототип, который может быть использован независимо или в составе графического интерфейса пользователя (ГИП), реализованного в среде MATLAB (рис.2). ГИП является достаточно простым с точки зрения пользования инструментом и позволяет оценивать или исследовать характеристики элементов ЭКС.
Рис.2. Графический интерфейс пользователя.
вектора данных. Кроме того, график можно просмотреть на выбранном участке в пределах этой длины. ЭКГ может быть также отображен в автоматически выбираемом масштабе по оси «Y». На графике можно убирать или восстанавливать сетку. График ЭКС, воспроизводимый в правой части ГИП, можно дополнительно выводить в отдельном стандартном окне для последующего копирования, сохранения или печати.
Рис.3. Электрокардиосигнал на основе линейно-квадратичной интерполяции.
С целью описания изменения формы и очередности появления элементов ЭКС применялась система координат (СК). Момент времени отклонения первого элемента ЭКС от собственной изоэлектрической линии является началом набора СК в текущем кардиоцикле. Изоэлектрическая линия ЭКС является осью абсцисс, соответствующей этому сигналу СК. Таким способом формируется цикл ЭКС, относительно которого определяются координаты исходных и конечных точек элементов ЭКС.
Вычисление параметров элементов ЭКС способом линейно-квадратичной интерполяции включает в себя три этапа:

• 
  задание желаемых исходных и конечных координат элементов, значений ординат экстремумов парабол и формирование последовательности триплетов;
  
• 
  вычисление для каждого элемента параболы абсциссы её экстремума;
  
• 
  формирование множества точек элементов ЭКС.
  

В синтезированном ЭКГ-сигнале сохранены основные частотные составляющие, свойственные QRS-комплексам. Программа написана в форме своеобразного электронного методического пособия. Возможности среды программирования MATLAB позволили реализовать сочетание большого количества теоретической информации и расчетных узлов программы, где каждый пользователь имеет возможность изменять значения параметров характерных элементов ЭКГ-сигнала, наблюдая за изменениями формы его сегментов. Главным достоинством рассматриваемого алгоритма является возможность синтеза произвольных ЭКГ-сигналов, то есть вид, последовательность и форма отдельных элементов ЭКС зависит только от желания пользователя.
Тесное сотрудничество кафедры «Приборостроение» с Республиканским специализированным центром им. академика В.Вахидова позволяет студентам и магистрантам, обучающимся на кафедре по направлению «Биомединженерия», проводить научные исследования различных биологических процессов со сходным ЭКГ-сигналу спектральным составом.