Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РФ

ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра «Информационные технологии и менеджмент в медицинских и биотехнических системах»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: «Обработка сигналов электрокардиограммы»

Проверил: к.т.н., доцент

Киреев А.В.

Разработал: ст-т гр. 11ПБ1б

Хохлова В.А.

Пенза - 2013

на курсовую работу

по дисциплине «Методы обработки биомедицинских сигналов в ПК»

Студенту Хохловой Вере Александровне

Группа 11ПБ1б

Тема работы: «Обработка сигналов электрокардиограммы»

Исходные данные (технические требования на проектирование)

1.Обосновать актуальность темы курсовой работы

2. Рассмотреть анатомию и электрофизиологию сердца

3. Рассмотреть компоненты электрокардиограммы

4. Рассмотреть шумы, возникающие при регистрации ЭКГ

5. Реализовать метод нахождения QRS комплекса

6.Оценить результаты и сделать обобщающие выводы к работе

Объем курсовой работы - 30 - 50 страниц, включая титульный лист, реферат, список принятых сокращений (при необходимости), содержание, основную часть, заключение, список использованных источников и приложения.

Руководитель А.В. Киреев

Задание получил 2013 г.

Студент В.А. Хохлова

Пояснительная записка к курсовой работе объёмом 50 страниц на тему:

«Обработка сигналов электрокардиограммы» содержит 21 рисунок, 1 таблицу, 15 использованных источников.

Цель курсовой работы: обработка сигналов электрокардиограммы. Обработка позволяет осуществить нахождение QRS-комплекса и устранить шум от P и T волн в электрокардиограмме.

Объект исследования: пакет прикладных программ MATLAB.

Основные требования:

1)использование среды Windows XP.

2)использование пакета прикладных программ MATLAB.

Назначение: принятие врачом «управленческих решений» по диагностике, стратегии лечения и т.п.

Область применения: медицинская диагностика.

Введение

1. Структура сердца

2. Проводящая система сердца

3. Электрофизиология сердца

8. Выделение признаков

12. Вейвлет-преобразование

14. Среда программирования

15. Практическая часть

Заключение

Список использованных источников

Приложение

сердце деполяризация электрокардиограмма фурье

Введение

На сегодняшний день одним из самых распространенных методов диагностики и распознавания сердечнососудистых заболеваний является электрокардиография. Сигнал ЭКГ характеризуется набором зубцов, по временным и амплитудным параметрам которых ставится диагноз. До недавнего времени процедуру нахождения характеристик зубцов выполнял врач-кардиолог, использую при этом только чертежные принадлежности. Такая схема достаточно проста и надежна, но требует много времени, и она работала в течение долгого времени из-за отсутствия альтернативных подходов к решению данной задачи.

В настоящее время ни одна область экспериментальной, клинической или профилактической медицины не может успешно развиваться без широкого применения электронной медицинской аппаратуры. Задачи инженерной экспертизы при проектировании сложных управляющих комплексов, связанные с текущей диагностикой состояния организма человека, также не могут решаться без использования электронной диагностической аппаратуры.

Сравнение эффективности различных диагностических методов показывает, что наиболее полезная информация о функционировании внутренних органов и физиологических систем организма содержится в биоэлектрических сигналах, снимаемых с различных участков под кожным покровом или с поверхности тела. Прежде всего, это относится к электрической активности сердца, электрическому полю головного мозга, электрическим потенциалам мышц.

Обобщенно любое электрофизиологическое исследование представляется тремя последовательными этапами: съем, регистрация и обработка сигналов биоэлектрической активности. Специфические особенности, присущие конкретному методу реализации каждого из этапов, определяют комплекс требований и ограничений на возможную реализацию остальных. На протяжении нескольких десятилетий достоверность получаемых результатов ограничивалась техническими возможностями средств регистрации и отображения информации. Это сдерживало развитие методов автоматической обработки биоэлектрических сигналов. Последнее десятилетие, характеризующееся бурным развитием микроэлектроники и средств вычислительной техники, позволяет, с одной стороны, практически исключить инструментальные искажения, а с другой - применять методы цифровой обработки сигналов, реализация которых была ранее невозможна.

Особое место среди электрофизиологических методов диагностики занимает измерение и обработка электрокардиосигнала. Это связано с тем, что электрокардиограмма является основным показателем, который в настоящее время позволяет вести профилактический и лечебный контроль сердечнососудистых заболеваний. Эффективности электрокардиографических методов диагностики способствует развитая и устоявшаяся система отведений и широкое использование количественных показателей ЭКГ.

С развитием компьютеров стали появляться специализированные комплексы, позволяющие выявлять сердечные заболевания, на основе автоматизированного анализа временных параметров ЭКГ. На сегодняшний день известны разработки фирм MedIT, Innomed Medical Co. Ltd. и другие. Кардиографы этих компаний выполняют основные операции, необходимые для работы в реальных условиях. Программное обеспечение является одной из частей кардиографической системы. Оно обеспечивает фильтрацию сигналов, анализ данных и постановку диагноза на основе временных параметров ЭКГ. Курсовая работа посвящена изучению вопроса идентификации особенностей ЭКГ, как одного из шагов комплексного анализа сигнала. Это весьма важный этап, так как допущение здесь ошибки сильно сказывается на врачебном заключении.

1. Структура сердца

Сердце представляет собой конусообразный полый мышечный орган, в который поступает кровь из впадающих в него венозных стволов, и перекачивающий её в артерии, которые примыкают к сердцу. Полость сердца разделена на 2 предсердия и 2 желудочка. Левое предсердие и левый желудочек в совокупности образуют «артериальное сердце», названное так по типу проходящей через него крови, правый желудочек и правое предсердие объединяются в «венозное сердце», названное по тому же принципу. Сокращение сердца называется систола, расслабление -- диастола (рисунок 1).

Рисунок 1. Строение сердца

Форма сердца не одинакова у разных людей. Она определяется возрастом, полом, телосложением, здоровьем, другими факторами. В упрощенных моделях описывается сферой, эллипсоидами, фигурами пересечения эллиптического параболоида и трёхосного эллипсоида. Мера вытянутости (фактор) формы есть отношение наибольших продольного и поперечного линейных размеров сердца. При гиперстеническом типе телосложения отношение близко к единице и астеническом -- порядка 1,5. Длина сердца взрослого человека колеблется от 10 до 15 см (чаще 12--13 см), ширина в основании 8--11 см (чаще 9--10 см) и переднезадний размер 6--8,5 см (чаще 6, 5--7 см). Масса сердца в среднем составляет у мужчин 332 г (от 274 до 385 г), у женщин -- 253 г (от 203 до 302 г).

Здоровое сердце ритмично и без перерывов сжимается и разжимается. В одном цикле работы сердца различают три фазы:

Наполненные кровью предсердия сокращаются. При этом кровь через открытые клапаны нагнетается в желудочки сердца (они в это время остаются в состоянии расслабления). Сокращение предсердий начинается с места впадения в него вен, поэтому устья их сжаты и попасть назад в вены кровь не может.

Происходит сокращение желудочков с одновременным расслаблением предсердий. Трехстворчатые и двустворчатые клапаны, отделяющие предсердия от желудочков, поднимаются, захлопываются и препятствуют возврату крови в предсердия, а аортальный и легочный клапаны открываются. Сокращение желудочков нагнетает кровь в аорту и лёгочную артерию.

Пауза (диастола) -- это расслабление всего сердца, или короткий период отдыха этого органа. Во время паузы из вен кровь попадает в предсердия и частично стекает в желудочки. Когда начнётся новый цикл, оставшаяся в предсердиях кровь будет вытолкнута в желудочки -- цикл повторится.

Один цикл работы сердца длится около 0,85 сек., из которых на время сокращения предсердий приходится только 0,11 сек., на время сокращения желудочков 0,32 сек., и самый длинный -- период отдыха, продолжающийся 0,4 сек. Сердце взрослого человека, находящегося в покое, работает в системе около 70 циклов в минуту.

Работа сердца (как и любой мышцы) сопровождается электрическими явлениями, которые вызывают появление электромагнитного поля вокруг работающего органа. Электрическую активность сердца можно зарегистрировать при помощи различных методов электрокардиографии, дающей картину изменений во времени разности потенциалов на поверхности тела человека, либо электрофизиологического исследования миокарда, позволяющее проследить пути распространения волн возбуждения непосредственно на эндокарде. Эти методы играют важную роль в диагностике инфаркта и других заболеваний сердечно-сосудистой системы.

2. Проводящая система сердца

Электрическая система проводимости сердца (рисунок 2) состоит из следующих структур:

1.Синусно-предсердный СА- узел.

2.Межпредсердный пучок (Бахмана).

3.Предсердно-желудочковый узел AВ.

4.Правая ножка пучка Гиса, левая ножка пучка Гиса, левый передний пучок и левая задняя ветвь.

5.Волокна Пурк

Рисунок 2. Проводящая система сердца

CA узел -- это пучок специфической сердечно-мышечной ткани длиной 10 -- 20 мм, шириной 3 -- 5 мм. Он расположен в верхней части правого предсердия между устьями полых вен.

В СА узле существуют два вида клеток: клетки Р (пейсмекерные) -- клетки формирования автоматических импульсов и клетки Т -- проводниковые. Клетки Р связаны между собой и с клетками Т.

Импульсы возбуждения, возникающие в клетках Р, проводятся клетками Т в близко расположенные клетки Пуркинье. Последние активируют миокард правого предсердия.

Кроме того, импульсы из СА узла распространяются по специализированным волокнам (межузловым путям) в левое предсердие и АВ узел быстрее, чем по сократительному миокарду. Существуют передний, средний и задний межузловые пути.

Передний выходит из С А узла, огибает верхнюю полую вену и образует две ветви: одна ветвь идет к левому предсердию и называется пучком Бахмана, другая достигает верхней части АВ узла. Средний тракт обозначается как пучок Венкебаха, задний -- пучок Тореля.

АВ узел находится справа от межпредсердной перегородки над местом прикрепления трехстворчатого клапана. Длина его достигает в среднем 5 -- 6 мм, ширина -- 2 -- 3 мм. АВ узел содержит также клетки Т и Р, однако клеток Р в нем меньше, чем в СА узле.

Пучок Гиса (предсердно-желудочковый пучок) лежит в верхней части межжелудочковой перегородки, соединяя узел AВ с двумя ножками Гиса. Как только электрические импульсы входят в пучок Гиса, они ускоряются, их путь к ветвям Гиса, длится от 0.03 до 0.05 секунды.

Правая ножка пучка Гиса и левая ножка пучка Гиса выходят из предсердно-желудочкового пучка и располагаются между межжелудочковой перегородкой, продолжаясь вниз по обе стороны перегородки. Левая ножка пучка Гиса далее делится на две ветви: левая передняя ветвь и левая задняя ветвь. Ветви и их пучки делятся на все меньшие и меньшие ветви; наименьшие соединяются с волокнами Пуркинье; крошечные волокна Пуркинье распространены всюду по желудочкам ниже эндокарда. Концы волокон Пуркинье заканчиваются в клетках миокарда. Совокупность пучка

3. Электрофизиология сердца

Клетки сердца обладают способностью генерировать и проводить электрические импульсы, которые обеспечивают сокращение и расслабление клеток миокарда. Эти электрические импульсы - результат короткого потока положительно заряженных ионов (прежде всего ионов натрия и калия и, в меньшей степени, ионов кальция) назад и вперед через клеточную мембрану. Различие в концентрации таких ионов во внутриклеточном и внеклеточном пространстве создает электрический потенциал, измеряемый в милливольтах.

4. Деполяризация и реполяризация

После стимуляции электрическим импульсом мембрана поляризованной клетки миокарда, становится проницаемой к положительно заряженным ионам натрия, позволяя им проходить в клетку. В результате отрицательный заряд внутренней части клетки уменьшается. Когда мембранные потенциалы уменьшаться приблизительно до 60 милливольт, в мембране на мгновение открываются большие поры (быстрые каналы натрия) . Эти каналы обеспечивают быстрый поток натрия через мембрану, приводящий к резкому притоку положительно заряженных ионов натрия в клетку. В результате внешняя часть клетки становиться отрицательной, а внутренняя часть - положительной. В этот момент, когда внутренняя часть становится максимально положительной, а внешняя, максимально отрицательной, ячейка "деполяризована". Процесс концентрирования ионов в состоянии покоя клетки, называется поляризацией, обратный процесс назван деполяризацией (рисунок 3).

Быстрые каналы натрия имеются в клетках миокарда и специализированных клетках проводящей системы сердца, кроме клеток СA и AВ узлов. У клеток СA и AВ узлов вместо быстрых каналов натрия имеются медленные кальциево-натриевые каналы. Они открываются, когда мембранный потенциал этих клеток падает приблизительно до 50 милливольт. Эти каналы обеспечивают медленное прохождение положительно заряженных ионов кальция и натрия в клетки во время деполяризации. В результате скорость деполяризации этих клеток замедлена по сравнению со скоростью деполяризации сердечных клеток с быстрыми каналами натрия.

Как только сердечная клетка деполяризуется, положительно заряженные ионы калия начинают вытекать из клетки, начиная обратный процесс, при котором клетка возвращается в состояние покоя - поляризованное состояние. Этот процесс, названный реполяризацией (рисунок 3), включает в себя сложный обмен ионами натрия, кальция и калия через клеточные мембраны.

Рисунок 3. Деполяризация и реполяризация клеток сердечной мышцы

Процесс деполяризации одной сердечной клетки создает электрический импульс (или стимул), действующий на соседние клетки и, заставляя их деполяризоваться. Распространение электрического импульса от одной клетки к другой производит волну деполяризации, которая может быть измерена как электрический ток, текущий в направлении деполяризации. Поскольку клетки повторно поляризуются, возникает другой электрический ток, текущий в обратном направлении. Направление потока и величина электрических токов, произведенных деполяризацией и реполяризацией клеток миокарда предсердий и желудочков, могут быть обнаружены поверхностными электродами и регистрируется в электрокардиограмме (кардиограмме). Деполяризация клеток миокарда производит волну P и комплекс QRS, а реполяризация клеток волну T в электрокардиограмме (рисунок 4).

Рисунок 4. Образование волн в электрокардиограмме

5. Регистрация электрокардиограммы

Электрокардиограмма или ЭКГ представляет собой запись суммарного электрического потенциала, возникающего при возбуждении множества миокардиальных клеток.

Электрокардиограмму(ЭКГ) записывают с помощью электрокардиографа, основными частями которого являются гальванометр, система усиления, переключатель отведений и переключающее устройство. Электрические потенциалы, возникающие в сердце, воспринимаются электродами, усиливаются и приводят в действие гальванометр. Изменения магнитного поля передаются на регистрирующее устройство и фиксируются на электрокардиографическую ленту, которая движется со скоростью 25-50 мм/с (от 10 до 100 мм/с).

Во избежании технических ошибок и помех при записи электрокардиограммы(ЭКГ) необходимо обратить внимание на правильность наложения электродов и их контакт с кожей, заземление аппарата, амплитуду контрольного милливольта (1 тВ соответствует 1 см) и другие факторы, способные вызвать изменение кривой.

Электроды для записи электрокардиограммы(ЭКГ) накладывают на различные участки тела. Один из электродов присоединен к положительному полюсу гальванометра, другой - к отрицательному. Система расположения электродов называется электрокардиографическими отведениями.

Для регистрации электрокардиограммы(ЭКГ) в клинике принята система, включающая 12 отведений: три стандартных отведения от конечностей (I, II, III), три усиленных однополюсных отведения (по Гольдербергу) от конечностей (aVR, aVL, aVF) и шесть однополюсных грудных (V1, V2, V3, V4, V5, V6) отведений (по Уилсону).

Для регистрации электрокардиограммы(ЭКГ) в стандартных отведениях на нижнюю треть обоих предплечий и левую голень накладывают влажные марлевые салфетки, на которые помещают металлические пластинки электродов.

Электроды соединяются с аппаратом специальными разноцветными проводами или шлангами, имеющим на концах рельефные кольца.

6. Отведения электрокардиограммы

Отведения кардиограммы - отчет (пространственное осуществление выборки) электрической деятельности, произведенной сердцем, которое проводится любым из двух путей: (1) два дискретных электрода противоположной полярности или (2) один дискретный положительный электрод и "безразличная", нулевая контрольная точка. Отведение, составленное из двух дискретных электродов противоположной полярности, называют биполярным отведением; отведение, составленное из единственного дискретного положительного электрода и нулевой контрольной точки, является униполярным отведением.

В зависимости от зарегистрированного отведения кардиограммы положительный электрод может быть присоединен к правой или левой руке, левой ноге, или грудной клетки. Отрицательный электрод обычно присоединен к противоположной руке или ноге или к контрольной точке.

Для детального анализа электрической деятельности сердца, обычно в условиях больницы, кардиограмма, зарегистрированная с 12 отдельными проводами, (кардиограмма с 12 отведениями). Кардиограмма с 12 отведениями состоит из трех стандартных (биполярных) (I, II, и III) (рисунок 5), трех усиленных отведений (AVR, AVL, и AVF) (рисунок 6), и шести грудных (рисунок 7):

V1 -- в четвертом межреберье у правого края грудины;

V2 -- в четвертом межреберье у левого края грудины;

V3 -- посередине между точками V2 и V4;

V4 -- в пятом межреберье по левой срединно-ключичной линии;

V5 -- на уровне отведения V4 по левой передней аксиллярной линии;

V6 -- на том же уровне по левой средней аксиллярной линии.

Рисунок 5. Стандартные отведения

Рисунок 6. Усиленные отведения aVR, aVL, and aVF

Рисунок 7. Предсердные отведения

7. Компоненты электрокардиограммы

Нормальная электрокардиограмма представлена рядом зубцов и интервалов между ними (рисунок 8). Выделяют следующие ЭКГ зубцы и интервалы:

Начальная часть

Средняя часть

Зубцы Q, R и S, образующие комплекс QRS

Конечная часть

Зубцы T и U

Интервалы

Амплитуда и длительность сигнала

Для характеристики амплитуды комплекса QRS используют как заглавные (Q, R и S) так и строчные буквы (q, r и s). При этом заглавными буквами обозначают преобладающие зубцы (> 5 мм), а строчными зубцы малой амплитуды (? 5 мм).

Амплитуду зубцов измеряют в милливольтах (мВ). Обычно электрокардиограф настроен таким образом, что сигнал величиной 1 мВ соответствует отклонению от изоэлектрической линии на 1 см.

Ширину зубцов и продолжительность интервалов измеряют в секундах.

Рисунок 8. Компоненты электрокардиограммы

Секции кардиограммы между волнами и комплексами называют сегментами и интервалами: PR сегмент, ST сегмент, сегмент TP, интервал PR, интервал QT, и интервал RR. Интервалы включают волны и комплексы, тогда как сегменты нет. Когда электрическая активность сердца не регистрируется, кардиограмма - прямая, плоская линия - изоэлектрическая линия или основание.

8. Выделение признаков

Существует много алгоритмов для выделения признаков PQRST, особенно алгоритмов поиска комплекса QRS (Гамильтон и Tompkins, 1986). В этом разделе описан алгоритм выделения признаков, используемый только в этой работе.

Главная проблема в выделении признаков PQRST это нахождение точного местоположения волн (рисунок 9 показывает волну PQRST и ее базовые точки). После определения местоположений волн определение амплитуд и форм волн значительно упрощается. Стратегия по поиску местоположения волн состоит в том, что сначала надо распознать комплекс QRS, у которого самые высокие компоненты частоты. Затем распознается T волна, и, наконец, волна P, которая обычно является самой малой волной. Базовый уровень и ST признаки относительно легко оценить позже.

Рисунок 9. PQRST комплекс

9. Помехи при регистрации электрокардиограммы

Электрокардиограммой считается составляющая поверхностных потенциалов, обусловленная электрической активностью сердца. Остальные составляющие потенциалов рассматриваются как помехи.

Причиной помех могут быть электрическая активность тканей, через которые проводится импульс, сопротивление тканей, особенно кожи, а также сопротивление на входе усилителя. Примером помех такого рода является электрическая активность мышц, поэтому при регистрации электрокардиограммы необходимо рекомендовать пациенту максимально расслабить мышцы. Колебания, вызываемые мышечными токами, иногда трудно отличить от трепетания предсердий. Артефакты, возникающие на кривой при случайном толчке аппарата или кушетки, могут имитировать желудочковые экстрасистолы. Однако при внимательном рассмотрении артефакты легко распознаются. При сопоставлении динамических изменений нельзя придавать диагностическое значение изменениям амплитуды зубцов, если серийные электрокардиограммы у одного и того же пациента зарегистрированы при разной чувствительности электрокардиографа.

Большое значение имеет постоянство нулевой (или базовой) линии, от которой производится отсчет амплитуды зубцов. Стабильность нулевой линии зависит от наличия достаточно высокого входного сопротивления усилительной системы и минимального кожного сопротивления.

Нередко основная линия электрокардиограммы колеблется вместе с элементами кривой. Подобную электрокардиограмму не следует считать патологической, так как причиной могут быть нарушения режима питания аппарата, форсированное дыхание пациента, кашель, икота, чиханье, перистальтика кишечника. В грудных отведениях подобные изменения нередко проявляются при трении электрода о выступающие ребра.

Уменьшенная амплитуда зубцов иногда обусловливается плохим контактом электродов с кожей. Значительные помехи вызывают токи наводки от осветительной сети, распознаваемые по частоте колебаний 50 Гц. Подобные помехи могут появиться при плохом контакте электродов с кожей. Нетрудно распознать локализацию возникновения помех. Например, если «наводка» видна во II и III отведении, а в I отведении ее нет, то провод от левой ноги имеет плохой контакт с электродом, или последний неплотно прилегает к коже. Если «наводка» видна в I и II отведении, то имеется плохой контакт на правой руке. Для устранения «наводки» часто прибегают к различным фильтрам.

Для оценки соотношений между полезным сигналом и помехами в таблице 1 приведены значения амплитудно-временных параметров ЭКГ, соответствующих норме.

Таблица 1 - Параметры элементов нормальной ЭКГ

Теория обнаружения особенностей сигнала и оценивания его параметров достаточно хорошо разработана, однако прямое применение ряда классических решений к исследованию биоэлектрических сигналов затруднено, а часто невозможно. В первую очередь это обусловлено значительной степенью априорной неопределенности свойств сигналов и помех, которые определяется индивидуальными особенностями пациентов.

10. Подходы к анализу сигналов

Большинство медицинских сигналов имеет сложные частотно-временные характеристики. Как правило, такие сигналы состоят из близких по времени, короткоживущих высокочастотных компонент и долговременных, близких по частоте низкочастотных компонент.

Для анализа таких сигналов нужен метод, способный обеспечить хорошее разрешение и по частоте, и по времени. Первое требуется для локализации низкочастотных составляющих, второе - для разрешения компонент высокой частоты.

Вейвлет-преобразование является одним из таких методов, завоевавшим популярность в столь разных областях, как телекоммуникации, компьютерная графика, биология, астрофизика и медицина. Благодаря хорошей приспособленности к анализу нестационарных сигналов оно стало мощной альтернативой преобразованию Фурье в ряде медицинских приложений. Так как многие медицинские сигналы нестационарные, методы вейвлет анализа используются для распознавания и обнаружения ключевых диагностических признаков.

Преобразование Фурье представляет сигнал, заданный в некоторой временной области, в виде разложения по ортогональным базисным функциям (синусам и косинусам), выделяя таким образом частотные компоненты. Недостаток преобразования Фурье заключается в том, что частотные компоненты не могут быть локализованы во времени, что накладывает ограничения на применимость данного метода к ряду задач (например, в случае изучения динамики изменения частотных параметров сигнала на временном интервале).

Существует два подхода к анализу нестационарных сигналов такого типа. Первый - локальное преобразование Фурье. Следуя этому пути, мы работаем с нестационарным сигналом, как со стационарным, предварительно разбив его на сегменты. Второй подход - это вейвлет-преобразование. В этом случае нестационарный сигнал анализируется путем разложения по базисным функциям, полученным из некоторого прототипа путем сжатий, растяжений и сдвигов. Функция прототип называется материнским, или анализирующим вейвлетом.

11. Краткий обзор преобразования Фурье

Классическим методом частотного анализа сигналов является преобразование Фурье, суть которого можно выразить формулой (1)

Результат преобразования Фурье - амплитудно-частотный спектр, по которому можно определить присутствие некоторой частоты в исследуемом сигнале.

В случае, когда не встает вопрос о локализации временного положения частот, метод Фурье дает хорошие результаты. Но при необходимости определить временной интервал присутствия частоты приходится применять другие методы.

12. Вейвлет-преобразование

Вейвлет-преобразование сигналов является обобщением спектрального анализа, типичный представитель которого - классическое преобразование Фурье. Термин "вейвлет" (wavelet) в переводе с английского означает "маленькая (короткая) волна". Вейвлеты - это обобщенное название семейств математических функций определенной формы, которые локальны во времени и по частоте, и в которых все функции получаются из одной базовой (порождающей) посредством ее сдвигов и растяжений по оси времени. Вейвлет-преобразования рассматривают анализируемые временные функции в терминах колебаний, локализованных по времени и частоте. Как правило, вейвлет-преобразования (WT) подразделяют на дискретное (DWT) и непрерывное (CWT).

DWT используется для преобразований и кодирования сигналов, CWT - для анализа сигналов. Вейвлет-преобразования в настоящее время принимаются на вооружение для огромного числа разнообразных применений, нередко заменяя обычное преобразование Фурье. Это наблюдается во многих областях, включая молекулярную динамику, квантовую механику, астрофизику, геофизику, оптику, компьютерную графику и обработку изображений, анализ ДНК, исследования белков, исследования климата, общую обработку сигналов и распознавание речи.

Вейвлетный анализ представляет собой особый тип линейного преобразования сигналов и отображаемых этими сигналами физических данных о процессах и физических свойствах природных сред и объектов. Базис собственных функций, по которому проводится вейвлетное разложение сигналов, обладает многими специфическими свойствами и возможностями. Вейвлетные функции базиса позволяют сконцентрировать внимание на тех или иных локальных особенностях анализируемых процессов, которые не могут быть выявлены с помощью традиционных преобразований Фурье и Лапласа. Принципиальное значение имеет возможность вейвлетов анализировать нестационарные сигналы с изменением компонентного содержания во времени или в пространстве.

Вейвлеты имеют вид коротких волновых пакетов с нулевым интегральным значением, локализованных по оси аргументов (независимых переменных), инвариантных к сдвигу и линейных к операции масштабирования (сжатия/растяжения). По локализации во временном и частотном представлении вейвлеты занимают промежуточное положение между гармоническими (синусоидальными) функциями, локализованными по частоте, и функцией Дирака, локализованной во времени.

Основная область применения вейвлетных преобразований - анализ и обработка сигналов и функций, нестационарных во времени или неоднородных в пространстве, когда результаты анализа должны содержать не только общую частотную характеристику сигнала (распределение энергии сигнала по частотным составляющим), но и сведения об определенных локальных координатах, на которых проявляют себя те или иные группы частотных составляющих, или на которых происходят быстрые изменения частотных составляющих сигнала. По сравнению с разложением сигналов на ряды Фурье, вейвлеты способны с гораздо более высокой точностью представлять локальные особенности сигналов, вплоть до разрывов 1-го рода (скачков). В отличие от преобразований Фурье, вейвлет-преобразование одномерных сигналов обеспечивает двумерную развертку, при этом частота и координата рассматриваются как независимые переменные, что дает возможность анализа сигналов сразу в двух пространствах.

Одна из главных и особенно плодотворных идей вейвлетного представления сигналов на различных уровнях декомпозиции (разложения) заключается в разделении функций приближения к сигналу на две группы: аппроксимирующую - грубую, с достаточно медленной временной динамикой изменений, и детализирующую - с локальной и быстрой динамикой изменений на фоне плавной динамики, с последующим их дроблением и детализацией на других уровнях декомпозиции сигналов. Это возможно как во временной, так и в частотной областях представления сигналов вейвлетами.

13. Основы вейвлет-преобразования

В основе вейвлет-преобразований, в общем случае, лежит использование двух непрерывных, взаимозависимых и интегрируемых по независимой переменной функций:

Вейвлет-функции, как psi-функции времени с нулевым значением интеграла и частотным фурье-образом f(щ). Этой функцией, которую обычно и называют вейвлетом, выделяются детали сигнала и его локальные особенности. В качестве анализирующих вейвлетов обычно выбираются функции, хорошо локализованные и во временной, и в частотной области. Пример временного и частотного образа функции приведен на рисунке 10.

Масштабирующей функции ц(t), как временной скейлинг-функции phi с единичным значением интеграла, с помощью которой выполняется грубое приближение (аппроксимация) сигнала.

Рисунок 10. Вейвлетные функции в двух масштабах

Phi-функции присущи не всем, а, как правило, только ортогональным вейвлетам. Они необходимы для преобразования нецентрированных и достаточно протяженных сигналов при раздельном анализе низкочастотных и высокочастотных составляющих. Роль и использование phi-функции рассмотрим несколько позже.

Непрерывное вейвлет-преобразование (НВП, CWT- Continious Wavelet Transform). Допустим, что мы имеем функции s(t) с конечной энергией (нормой) в пространстве L2(R), определенные по всей действительной оси R(-?, ?). Для финитных сигналов с конечной энергией средние значения сигналов, как и любых других функций из пространства L2(R), должны стремиться к нулю на ±?.

Порождающими функциями могут быть самые различные функции с компактным носителем - ограниченные по времени и местоположению на временной оси, и имеющие спектральный образ, в определенной степени локализованный на частотной оси. Как и для рядов Фурье, базис пространства L2(R) целесообразно конструировать из одной порождающей функции, норма которой должна быть равна 1. Для перекрытия локальной функцией вейвлета всей временной оси пространства используется операция сдвига (смещения по временной оси): ш(b,t) = ш(t-b), где значение b для НВП также является величиной непрерывной. Для перекрытия всего частотного диапазона пространства L2(R) используется операция временного масштабирования вейвлета с непрерывным изменением независимой переменной: ш(a,t) = |а|-1/2ш(t/а). На рис. 11 видно, что если временной образ вейвлета будет расширяться (изменением значения параметра "а"), то его "средняя частота" будет понижаться, а частотный образ (частотная локализация) перемещаться на более низкие частоты. Таким образом, путем сдвига по независимой переменной (t-b) вейвлет имеет возможность перемещаться по всей числовой оси произвольного сигнала, а путем изменения масштабной переменной "а" (в фиксированной точке (t-b) временной оси) "просматривать" частотный спектр сигнала по определенному интервалу окрестностей этой точки.

Понятие масштаба ВП имеет аналогию с масштабом географических карт. Большие значения масштаба соответствуют глобальному представлению сигнала, а низкие значения масштаба позволяют различить детали. В терминах частоты низкие частоты соответствуют глобальной информации о сигнале (распределена на всей его протяженности), а высокие частоты - детальной информации и особенностям, которые имеют малую протяженность, т.е. масштаб вейвлета, как единица шкалы частотно-временного представления сигналов, обратен частоте. Масштабирование, как математическая операция, расширяет или сжимает сигнал. Большие значения масштабов соответствуют расширениям сигнала, а малые значения - сжатым версиям. В определении вейвлета коэффициент масштаба а стоит в знаменателе. Соответственно, а > 1 расширяет сигнал, а < 1 сжимает его.

Процедура преобразования стартует с масштаба а=1 и продолжается при увеличивающихся значениях а, т.e. анализ начинается с высоких частот и проводится в сторону низких частот. Первое значение "а" соответствует наиболее сжатому вейвлету. При увеличении значения "а" вейвлет расширяется. Вейвлет помещается в начало сигнала (t=0), перемножается с сигналом, интегрируется на интервале своего задания и нормализуется на 1/. При задании четных или нечетных функций вейвлетов результат вычисления С(a,b) помещается в точку (a=1, b=0) масштабно-временного спектра преобразования. Сдвиг b может рассматриваться как время с момента t=0, при этом координатная ось b, по существу, повторяет временную ось сигнала. Для полного включения в обработку всех точек входного сигнала требуется задание начальных (и конечных) условий преобразования (определенных значений входного сигнала при t<0 и t>tmax на полуширину окна вейвлета). При одностороннем задании вейвлетов результат относится, как правило, к временному положению средней точки окна вейвлета.

Затем вейвлет масштаба а=1 сдвигается вправо на значение b и процедура повторяется. Получаем значение, соответствующее t=b в строке а=1 на частотно-временном плане. Процедура повторяется до тех пор, пока вейвлет не достигнет конца сигнала. Таким образом получаем строку точек на масштабно-временном плане для масштаба а=1.

Начальное значение масштабного коэффициента может быть и меньше 1. В принципе, для детализации самых высоких частот сигнала минимальных размер окна вейвлета не должен превышать периода самой высокочастотной гармоники. Если в сигнале присутствуют спектральные компоненты, соответствующие текущему значению а, то интеграл произведения вейвлета с сигналом в интервале, где эта спектральная компонента присутствует, дает относительно большое значение. В противном случае - произведение мало или равно нулю, т.к. среднее значение вейвлетной функции равно нулю. С увеличением масштаба (ширины окна) вейвлета преобразование выделяет все более низкие частоты.

В общем случае, значения параметров "а" и "b" являются непрерывными, и множество базисных функций является избыточным. В силу этого непрерывное преобразование сигналов содержит очень большой объем информации. Сигналу, определенному на R, соответствует вейвлетный спектр на R Ч R. C позиций сохранения объема информации при преобразованиях сигналов отсюда следует, что вейвлетный спектр НПВ имеет огромную избыточность.

Обратное преобразование. Так как форма базисных функций ш(a,b,t) зафиксирована, то вся информация о сигнале переносится на значения функции С(a,b). Точность обратного интегрального вейвлет-преобразования зависит от выбора базисного вейвлета и способа построения базиса, т.е. от значений базисных параметров a, b. Строго теоретически вейвлет может считаться базисной функцией L2(R) только в случае его ортонормированности. Для практических целей непрерывного преобразования часто бывает вполне достаточна устойчивость и "приблизительность" ортогональности системы разложения функций. Под устойчивостью понимается достаточно точная реконструкция произвольных сигналов. Для ортонормированных вейвлетов обратное вейвлет-преобразование записывается с помощью того же базиса, что и прямое:

где Cш - нормализующий коэффициент:

Условие конечности Cш ограничивает класс функций, которые можно использовать в качестве вейвлетов. В частности, при щ=0, для обеспечения сходимости интеграла (1.2.4) в нуле, значение Ш(щ) должно быть равно нулю. Это обеспечивает условие компактности фурье-образа вейвлета в спектральной области с локализацией вокруг некоторой частоты щo - средней частоте вейвлетной функции. Следовательно, функция ш(t) должна иметь нулевое среднее значение по области его определения (интеграл функции по аргументу должен быть нулевым):

Однако это означает, что не для всех сигналов возможна их точная реконструкция вейвлетом ш(t), т.к. при нулевом первом моменте вейвлета коэффициент передачи постоянной составляющей сигнала в преобразовании (3) равен нулю. Условия точной реконструкции сигналов будут рассмотрены при описании кратномасштабного анализа.

Кроме того, даже при выполнении условия (4) далеко не все типы вейвлетов могут гарантировать реконструкцию сигналов, как таковую. Однако и такие вейвлеты могут быть полезны для анализа особенностей сигналов, как дополнительного метода к другим методам анализа и обработки данных. В общем случае, при отсутствии строгой ортогональности вейвлетной функции (2), для обратного преобразования применяется выражение:

где индексом ш#(a,b,t) обозначен ортогональный "двойник" базиса ш(a,b,t), о котором будет изложено ниже.

Рисунок 11.

Таким образом, непрерывное вейвлет-преобразование представляет собой разложение сигнала по всем возможным сдвигам и сжатиям/растяжениям некоторой локализованной финитной функции - вейвлета. При этом переменная "a" определяет масштаб вейвлета и эквивалентна частоте в преобразованиях Фурье, а переменная "b" - сдвиг вейвлета по сигналу от начальной точки в области его определения, шкала которого полностью повторяет временную шкалу анализируемого сигнала. Отсюда следует, что вейвлетный анализ является частотно-пространственным анализом сигналов.

В качестве примера рассмотрим вейвлет-преобразование чистого гармонического сигнала s(t), приведенного на рисунке 11. На этом же рисунке ниже приведены вейвлеты шa(t) симметричного типа разных масштабов.

14. Среда программирования

Для решения поставленной передо мной задачи я выбрала программный продукт MATLAB.

MATLAB --пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений и одноимённый язык программирования, используемый в этом пакете. MATLAB используют более 1 000 000 инженерных и научных работников, он работает на большинстве современных операционных систем, включая Linux, Mac OS, Solaris (начиная с версии R2010b поддержка Solaris прекращен) и Microsoft Windows. Отражение в названии системы -- MATrix LABoratory -- матричная лаборатория.

Язык MATLAB является высокоуровневым интерпретируемым языком программирования, включающим основанные на матрицах структуры данных, широкий спектр функций, интегрированную среду разработки, объектно-ориентированные возможности и интерфейсы к программам, написанным на других языках программирования.

Программы, написанные на MATLAB, бывают двух типов -- функции и скрипты. Функции имеют входные и выходные аргументы, а также собственное рабочее пространство для хранения промежуточных результатов вычислений и переменных. Скрипты же используют общее рабочее пространство. Как скрипты, так и функции не компилируются в машинный код и сохраняются в виде текстовых файлов. Существует также возможность сохранять так называемые pre-parsed программы -- функции и скрипты, обработанные в вид, удобный для машинного исполнения. В общем случае такие программы выполняются быстрее обычных, особенно если функция содержит команды построения графиков.

Основной особенностью языка MATLAB являются его широкие возможности по работе с матрицами, которые создатели языка выразили в лозунге «думай векторно»

MATLAB как язык программирования был разработан Кливом Моулером (англ. Cleve Moler) в конце 1970-х годов, когда он был деканом факультета компьютерных наук в Университете Нью-Мексико. Целью разработки служила задача дать студентам факультета возможность использования программных библиотек Linpack и EISPACK без необходимости изучения Фортрана. Вскоре новый язык распространился среди других университетов и был с большим интересом встречен учёными, работающими в области прикладной математики. До сих пор в Интернете можно найти версию 1982 года, написанную на Фортране, распространяемую с открытым исходным кодом. Инженер Джон Литтл (англ. John N. (Jack) Little) познакомился с этим языком во время визита Клива Моулера в Стэндфордский университет в 1983 году. Поняв, что новый язык обладает большим коммерческим потенциалом, он объединился с Кливом Моулером и Стивом Бангертом (англ. Steve Bangert). Совместными усилиями они переписали MATLAB на C и основали в 1984 компанию The MathWorks для дальнейшего развития. Эти переписанные на С библиотеки долгое время были известны под именем JACKPAC. Первоначально MATLAB предназначался для проектирования систем управления (основная специальность Джона Литтла), но быстро завоевал популярность во многих других научных и инженерных областях. Он также широко использовался и в образовании, в частности, для преподавания линейной алгебры и численных методов.

Возможности MATLAB весьма обширны, а по скорости выполнения задач система нередко превосходит своих конкурентов. Она применима для расчетов практически в любой области науки и техники. Например, очень широко используется при математическом моделировании механических устройств и систем: в динамике, гидродинамике, аэродинамике, акустике, энергетике и т. д. Этому способствует не только расширенный набор матричных и иных операций и функций, но и наличие пакета расширения (toolbox) Simulink, специально предназначенного для решения задач блочного моделирования динамических систем и устройств, а также десятков других пакетов расширений. В обширном и постоянно пополняемом комплексе команд, функций и прикладных программ (пакетов расширения, пакетов инструментов, (toolbox)) системы MATLAB содержатся специальные средства для электротехнических и радиотехнических расчетов (операции с комплексными числами, матрицами, векторами и полиномами, обработка

данных, анализ сигналов и цифровая фильтрация), обработки изображений, реализации нейронных сетей, а также средства, относящиеся к другим новым направлениям науки и техники.

Важными достоинствами системы являются ее открытость и расширяемость. Большинство команд и функций системы реализованы в виде текстовых m-файлов (с расширением.m) и файлов на языке Си, причем все файлы доступны для модификации. Пользователю дана возможность создавать не только отдельные файлы, но и библиотеки файлов для реализации специфических задач.

15. Практическая часть

Основными этапами выполнения работы являются:

Реализация метода нахождения QRS комплекса.

Пропускание сигнала ЭКГ через:

1. “lowpass” фильтр;

2. разностный фильтр;

3. фильтр интегрирования;

4. пороговая фильтрация.

Исходные данные:

1. В основе анализа кардиограммы лежит нахождение QRS комплекса. Сначала для устранения шума от P и T волн переведенный в цифровую форму сигнал кардиограммы проходит через “lowpass” фильтр. Для увеличения R волны полученный сигнал обрабатывается нелинейным преобразованием, состоящим из разностного фильтра и фильтра интегрирования.

2. Далее в работе рассматривается алгоритм, в котором производится предварительное обнаружение R волны в каждом цикле, а также сегментов P, QRS и секции T. Для анализа качества нахождения QRS комплекса производится сравнение оригинального и реконструированного сигнала ЭКГ.

Нахождение QRS комплекса

Обнаружение комплеков QRS это одна из основных задач в анализе кардиограммы. Выделение QRS комплекса помогает решить такие задачи, как анализ ритма ЭКГ, распознавание особенностей P, QRS, T, сжатие кардиограммы. Чтобы выполнить процесс усреднения сигнала, в каждом цикле должны быть определены опорные точки. В качестве опорных точек используются пиковые местоположения волн R.

Здесь рассматривается алгоритм для онлайн регистрации ритма ЭКГ сигнала. Иногда для разработки такого алгоритма используются два отведения кардиограммы одновременно. Хотя такой метод дает некоторые преимущества, часто времена ударов сердца, даваемые этими отведениями, не совпадают. Алгоритм, основанный на использовании одного канала ЭКГ особенно удобен для автономных мониторов, в телеметрии для устройств ограниченной полосы пропускания, для приборов домашнего использования, дефибрилляторов и т.п.

Основные проблемы при обнаружении QRS возникают для электрокардиограмм с переменным ритмом, с большими P и T волнами, с различными типами ложных сигналов и шума. Общая схема детектора QRS состоит из двух стадий. В первой стадии, переведенные в цифровую форму данные кардиограммы, проходят через фильтрацию, чтобы устранить шум и P, T волны. Далее, чтобы увеличить волны R, выходной сигнал обрабатывается нелинейными преобразованиями, такими как квадратичная функция.

Во-вторых, для получения граничных точек QRS комплекса, применяется алгоритм с пороговой функцией (алгоритма Tompkins).

Вместо алгоритма Tompkins" можно использовать алгоритм Zigel"s с некоторой модификацией. Он также состоит из двух стадий, но отличен в определении рефракторного периода (периода невозбудимости) в сигнале. В первой стадии определяются периоды невозбудимости, где нет QRS, и таким образом приблизительно определяются комплексы QRS. Кандидаты в QRS определяются использованием “lowpass” фильтра, разностным фильтрованием, фильтрованием среднего значения и применением пороговой функции. Эта процедура позволяет получить приблизительный интервал значений QRS комплекса. Такое фильтрование также отбрасывает ложные сигналы, вызванные волнами T и артефактами. При использовании постоянной пороговой функции, особенно когда в сигнале есть большая примесь от EMG шума или от артефактов движения, точность процедуры уменьшается.

На второй стадии используется пороговая функция. Но алгоритм дает сбой, когда сигнал содержит большой высокочастотный шум. Это потому что порог зависит от производных значений сигнала. Мы сделали этот порог как функцию, которая изменяется по каждой эпохе, и достигает параметра определенного пользователем.

Рисунок 12. Часть кардиограммы с нормальным ритмом сердца

Фильтр Lowpass

Во-первых, сигнал кардиограммы пропускают через lowpass фильтр. Большая часть энергии кардиограммы находится в диапазоне 1 гц - 45 гц. Поэтому частота обрезания для этого фильтры составляет 45 гц. Профильтрованный сигнал сохраняет большую часть энергии исходного сигнала, подавляя высокочастотный шум, включающий 50 гц помехи электросети. В некоторых случаях для улучшения результата возможно применить более тщательное фильтрование. Но цель этой стадии состоит в определении приблизительных интервалов QRS комплекса. Этот процесс слабо зависит от ложного сигнала, вызванного lowpass фильтрованием. На рисунках 13 и 14 представлены детали lowpass фильтра. Фильтрованный сигнал на выходе более гладкий и содержит меньше шума, чем оригинальный сигнал.

Рисунок 13. Амплитудная характеристика

Рисунок 14. Фазовая характеристика

Рисунок 15. Сравнение начального и отфильтрованного сигнала

На рисунке 15 сравнивается начальный сигнал кардиограммы с его фильтрованным lowpass выходом. После фильтрования интервалы стали более зубчатыми.

Разностный фильтр увеличивает волны R и уменьшает P и T волны и шум основания. Уравнение разностного фильтра имеет вид d[n]=(x-x)/2, где x[n] выходной сигнал lowpass фильтра. Рисунки 16 и 17 показывают характеристики этого фильтра.

Рисунок 16. Амплитудная характеристика

Рисунок 17. Фазовая характеристика

Нелинейное преобразование

Разностный фильтр уменьшает не QRS особенности. Но он также увеличивает высокочастотный шум, который остался после lowpass фильтра. Для уменьшения кратковременных помех необходимо применить фильтр интегрирования (14). Размер фильтра взят такой, чтобы соответствовать приблизительной ширине комплекса QRS.

Пороговая Функция

Определить приблизительные интервалы комплекса QRS, мы можем, используя пороговое скользящее среднее значение фильтра выходного:

Возможно также применение адаптивной пороговой функции, когда грубое обнаружение интервалов терпит неудачу, что случается при большом количестве высокочастотных шумов или искажениях сигнала при движении пациента:

Рисунок 18. Заключительный результат процесса определения границ

Наш алгоритм нахождения QRS был проверен тремя сигналами кардиограммы (ECG3.dat, ECG4.dat, ECG5.dat).

Рисунок 19. Результат обнаружения QRS для сигнала ECG3.dat.

У сигнала ECG3.dat есть умеренное количество блуждающих шумов основания, которые могут быть вызваны дыханием пациента. Обнаружение QRS было успешно, как показано на рисунке 19.

Рисунок 20. Результат обнаружения QRS для сигнала ECG4.dat.

Сигнал ECG4.dat затронут изменением основания в конце. Это может быть вызвано движением пациента и высокочастотным шумом, который делает интервалы более широкими.

Рисунок 21. Результат обнаружения QRS для сигнала ECG5.dat.

Сигнал ECG5.dat серьезно искажен. Также в пределах 7 секунд, появляется остроконечный сигнал движения, моделирующий комплекс QRS,. Этот ложный сигнал движения делает обнаружение QRS трудным.

...

Подобные документы

Применение вейвлет-преобразования для сжатия и обработки медицинских сигналов и изображений. Разработка алгоритма автоматизированного выделения PQRST-признаков в сигнале электрокардиограмм с помощью вейвлет-инструментария математического пакета Matlab.

дипломная работа , добавлен 16.07.2013


Разработка функции вычисления дискретного преобразования Фурье от входного вектора. Исследование свойств симметрии ДПФ при мнимых, четных и нечетных входных сигналах. Применение обратного преобразования Фурье для генерации периодической функции косинуса.

лабораторная работа , добавлен 13.11.2010


Сигнал как некоторое средство для передачи информации. Знакомство с параллельными алгоритмами двумерного быстрого преобразования Фурье, анализ способов вычисления. Общая характеристика процессора Power5 64-bit RISC. Рассмотрение функций библиотеки MPI.

дипломная работа , добавлен 09.10.2013


Общая характеристика информационных систем, предназначенных для передачи, преобразования и хранения информации. Изучение форм представления детерминированных сигналов. Энтропия сложных сообщений. Рассмотрение основных элементов вычислительных машин.

лекция , добавлен 13.04.2014


Анализ проблем, возникающих при совмещении изображений в корреляционно-экстремальных навигационных системах. Использование двумерного дискретного преобразования Фурье. Нахождение корреляционной функции радиолокационного и моделируемого изображений.

дипломная работа , добавлен 07.07.2012


Техническое обеспечение, расчет информационно-измерительного канала системы автоматического управления. Методическое обеспечение: описание модели АЦП, спектральный анализ на основе преобразования Фурье. Разработка прикладного программного обеспечения.

курсовая работа , добавлен 21.05.2010


Ознакомление с особенностями программной реализации алгоритмов преобразования одномерных массивов. Исследование развития вычислительной техники, которое подразумевает использование компьютерных и информационных технологий. Изучение интерфейса программы.

курсовая работа , добавлен 02.06.2017


Проектирование информационной системы (ИС) преобразования данных с помощью математических и алгоритмических подходов. Автоматизированная ИС преобразования измеренных значений сил и моментов в расчетные случаи для виртуальной модели автомобиля для ОММиР.

курсовая работа , добавлен 25.12.2011


Анализ таблиц сопряженности и коэффициента сопряженности Крамера. Выявление структуры нечисловых данных. Определение эмпирического среднего с помощью медианы Кемени. Очистка тестового сигнала от шума с использованием дискретного вейвлет-преобразования.

контрольная работа , добавлен 23.12.2016


Получение вейвлетов Габора из представления путем его поворота и растяжения для известного числа масштабов и ориентаций. Описание процедуры pullback. Детектор края, реализация алгоритма. Генерация представления изображения с помощью вейвлетов Габора.

Любая электрокардиограмма отображает собой работу сердца (его электрический потенциал во время сокращений и расслаблений) в 12 кривых, записанных в 12 отведениях. Эти кривые отличаются друг от друга, так как показывают прохождение электрического импульса по разным отделам сердца, например первая – это передняя поверхность сердца, третья – задняя. Чтобы записать ЭКГ в 12 отведениях на тело пациента в конкретных местах и определенной последовательности прикрепляют специальные электроды.

Как расшифровать кардиограмму сердца: общие принципы

Основными элементами электрокардиографической кривой являются:

Анализ ЭКГ

Получив в руки электрокардиограмму, доктор начинает оценивать ее в следующей последовательности:

1. Определяет, ритмично ли сокращается сердце, то есть правильный ли ритм. Для этого измеряет интервалы между зубцами R, они должны быть везде одинаковыми, если нет – это уже неправильный ритм.
2. Подсчитывает, с какой скоростью сокращается сердце (ЧСС). Сделать это легко, зная скорость записи ЭКГ и посчитав количество миллиметровых клеточек между соседними зубцами R. В норме ЧСС не должна выходить за рамки 60-90 уд. в минуту.
3. По конкретным признакам (в основном по зубцу Р) определяет источник возбуждения в сердце. В норме – это синусовый узел, то есть у здорового человека нормальным считается синусовый ритм. Предсердный, атриовентрикулярный и желудочковый ритмы свидетельствуют о патологии.
4. Оценивает проводимость сердца по длительности зубцов и сегментов. Для каждого из них существуют свои показатели нормы.
5. Определяет электрическую ось сердца (ЭОС). Для очень худых людей характерно более вертикальное положение ЭОС, для полных – более горизонтальное. При патологии ось смещается резко вправо или влево.
6. Детально анализирует зубцы, сегменты и интервалы. Их длительность на кардиограмме врач записывает от руки в секундах (это и есть непонятный набор латинских букв и цифр на ЭКГ). Современные электрокардиографы автоматически проводят анализ этих показателей и сразу выдают результаты измерений, что упрощает работу доктора.
7. Дает заключение. В нем обязательно указывает правильность ритма, источник возбуждения, ЧСС, характеризует ЭОС, а также выделяет конкретные патологические синдромы (нарушение ритма, проводимости, наличие перегрузки отдельных отделов сердца и повреждения миокарда), если они есть.

Примеры электрокардиографических заключений

У здорового человека заключение по ЭКГ может выглядеть следующим образом: ритм синусовый с ЧСС 70 уд. в мин. ЭОС в нормальном положении, патологических изменений не выявлено.

Также для некоторых людей вариантом нормы может считаться синусовая тахикардия (ускорение ЧСС) или брадикардия (замедление ЧСС). У пожилых лиц довольно часто в заключении может быть указано наличие умеренных диффузных либо метаболических изменений в миокарде. Эти состояния не являются критическими и после получения соответствующего лечения и коррекции питания больного преимущественно всегда исчезают.

Кроме того, в заключении может идти речь о неспецифическом изменении интервала ST-T. Это обозначает, что изменения непоказательны и лишь по ЭКГ определить их причину нельзя. Еще одно достаточно распространенное состояние, которое можно диагностировать по кардиограмме, – это нарушение процессов реполяризации, то есть нарушение восстановления миокарда желудочков после возбуждения. Вызвать данное изменение могут как тяжелые заболевания сердца, так и хронические инфекции, гормональный дисбаланс и прочие причины, которые в последствие будет искать врач.

Прогностически неблагоприятными считаются заключения, в которых есть данные о наличии ишемии миокарда, гипертрофии отделов сердца, нарушении ритма и проводимости.

Расшифровка ЭКГ у детей

Весь принцип расшифровки кардиограмм такой же, как и у взрослых, но в силу физиологических и анатомических особенностей детского сердца существуют различия в трактовке нормальных показателей. Это касается в первую очередь ЧСС, поскольку до 5 лет у детей она может превышать 100 уд. в минуту.

Также у малышей может регистрироваться синусовая или дыхательная аритмия (учащение сокращений сердца на вдохе и урежение на выдохе) без какой-либо патологии. Кроме того, характеристики некоторых зубцов и интервалов отличаются от таковых у взрослых. Например, у ребенка может быть неполная блокада части проводящей системы сердца – правой ножки пучка Гиса. Все эти особенности детские кардиологи учитывают, когда делают заключение по ЭКГ.

Особенности ЭКГ при беременности

Организм беременной женщины проходит через различные процессы адаптации к новому положению. Определенные изменения происходят и с сердечно-сосудистой системой, поэтому ЭКГ будущих мам может несколько отличаться от результатов исследования сердца здорового взрослого человека. Прежде всего, на поздних сроках происходит небольшое горизонтальное отклонение ЭОС, вызванное изменением взаимного размещения внутренних органов и растущей матки.

Кроме того, у будущих мам может регистрироваться небольшая синусовая тахикардия и признаки перегрузки отдельных отделов сердца. Эти изменения связаны с увеличением объема крови в организме и, как правило, исчезают после родов. Однако их обнаружение нельзя оставлять без детального рассмотрения и проведения более углубленного обследования женщины.

Расшифровка ЭКГ, норма показателей

Расшифровка ЭКГ – дело знающего врача. При этом методе функциональной диагностики оценивается:

• сердечный ритм — состояние генераторов электрических импульсов и состояние проводящей эти импульсы системы сердца
• состояние самой мышцы сердца (миокарда). наличие или отсутствие ее воспалений, повреждений, утолщений, кислородного голодания, электролитного дисбаланса

Однако, современные пациенты нередко имеют доступ к своим медицинским документам, в частности, к пленкам электрокардиографии, на которых пишутся врачебные заключения. Своим многообразием данные записи могут довести до панического расстройства даже самого уравновешенного, но неосведомленного человека. Ведь зачастую пациенту доподлинно неизвестно, насколько опасно для жизни и здоровья то, что написано на обороте ЭКГ-пленки рукой функционального диагноста, а до приема у терапевта или кардиолога еще несколько дней.

Чтобы снизить накал страстей, сразу предупредим читателей, что ни с одним серьезным диагнозом (инфаркт миокарда, острые нарушения ритма) функциональный диагност пациента из кабинета не выпустит, а, как минимум, отправит его на консультацию к коллеге-специалисту тут же. Об остальных “тайнах Полишинеля” в данной статье. При всех неясных случаях патологических изменений на ЭКГ назначается ЭКГ-контроль, суточное мониторирование (Холтер), ЭХО кардиоскопия (УЗИ сердца) и нагрузочные тесты (тредмил, велоэргометрия).

Цифры и латинские буквы в расшифровке ЭКГ

PQ- (0,12-0,2с) – время атриовентрикулярной проводимости. Чаще всего удлиняется на фоне AV-блокад. Укорачивается при синдромах CLC и WPW.

P – (0,1с) высота 0,25-2,5 мм описывает сокращения предсердий. Может говорить об их гипертрофии.

QRS – (0,06-0,1с) -желудочковый комплекс

QT – (не более 0,45 с) удлиняется при кислородном голодании (ишемии миокарда. инфаркте)и угрозе нарушений ритма.

RR — расстояние между верхушками желудочковых комплексов отражает регулярность сердечных сокращений и дает возможность подсчитать ЧСС.

Расшифровка ЭКГ у детей представлена на рис.3

Варианты описания сердечного ритма

Синусовый ритм

Это самая частая надпись, встречающаяся на ЭКГ. И, если больше ничего не добавлено и указана частота (ЧСС) от 60 до 90 ударов в минуту (например ЧСС 68`) — это самый благополучный вариант, свидетельствующий о том, что сердце работает как часы. Это ритм, задаваемый синусовым узлом (основным водителем ритма, генерирующим элекрические импульсы, заставляющие сердце сокращаться). При этом синусовый ритм предполагает благополучие, как в состоянии этого узла, так и здоровье проводящей системы сердца. Отсутствие же прочих записей отрицает патологические изменения сердечной мышцы и означает, что ЭКГ в норме. Кроме синусового ритма, может быть предсердный, атриовентрикулярный или желудочковый, свидетельствующие о том, что ритм задается клетками именно в этих отделах сердца и считается патологическим.

Это вариант нормы у молодежи и детей. Это ритм, при котором импульсы выходят из синусового узла, но промежутки между сокращениями сердца разные. Это может быть связано с физиологическими изменениями (дыхательная аритмия, когда сокращения сердца урежаются на выдохе). Примерно 30 % синусовой аритмии требуют наблюдения у кардиолога, так как угрожаемы по развитию более серьезных нарушений ритма. Это аритмии после перенесенной ревматической лихорадки. На фоне миокардита или после него, на фоне инфекционных заболеваний, сердечных пороков и у лиц с отягощенной наследственностью по аритмиям.

Это ритмичные сокращения сердца с частотой меньше 50 в минуту. У здоровых брадикардия бывает, например, во сне. Также брадикардии часто проявляется у профессиональных спортсменов. Патологическая брадикардия может свидетельствовать о синдроме слабости синусового узла. При этом брадикардия более выражена (ЧСС от 45 до 35 ударов в минуту в среднем) и наблюдается в любое время суток. Когда брадикардия вызывает паузы в сердечных сокращениях до 3 секунд днем и порядка 5 секунд ночью, приводит к нарушениям снабжения кислородом тканей и проявляется, например, обмороками, показана операция по установлению электростимулятора сердца, который замещает собой синусовый узел, навязывая сердцу нормальный ритм сокращений.

Синусовая тахикардия

ЧСС более 90 в минуту — разделяется на физиологическую и патологическую. У здоровых синусовой тахикардией сопровождается физическая и эмоциональная нагрузка, прием кофе иногда крепкого чая или алкоголя (особенно энергетических напитков). Она кратковременна и после эпизода тахикардии сердечный ритм возвращается к норме за короткий промежуток времени после прекращения нагрузки. При патологической тахикардии сердцебиения беспокоят пациента в покое. Ее причинами становятся подъемы температуры, инфекции, кровопотери, обезвоживание, тиреотоксикоз, анемии, кардиомиопатии. Лечат основное заболевание. Синусовую тахикардию купируют только при инфаркте или остром коронарном синдроме.

Экстарсистолия

Это нарушения ритма, при которых очаги вне синусового ритма дают внеочередные сердечные сокращения, после которых идет удвоенная по длине пауза, называемая компенсаторной. В целом, сердцебиения воспринимаются пациентом как неровные, учащенные или замедленные, иногда хаотичные. Более всего беспокоят провалы в сердечном ритме. Могут возникать неприятные ощущения в грудной клетке в виде толчков, покалываний, чувства страха и пустоты в животе.

Далеко не все экстрасистолы опасны для здоровья. Большинство и них не приводят к существенным расстройствам кровообращения и не угрожают ни жизни, ни здоровью. Они могут быть функциональными (на фоне панических атак, кардионевроза, гормональных сбоев), органическими (при ИБС, сердечных пороках. миокардиодистрофии или кардиопатиях, миокардитах). Также к ним могут приводить интоксикации и операции на сердце. В зависимости от места возникновения, экстрасистолы делятся на предсердные, желудочковые и антриовентрикулярные (возникающие в узле на границе между предсердиями и желудочками).

• Единичные экстрасистолы чаще всего редкие (меньше 5 за час). Они, как правило, функциональные и не мешают нормальному кровоснабжению.
• Спаренные экстрасистолы по две сопровождают некоторое количество нормальных сокращений. Такое нарушения ритма чаще говорит о патологии и требует дообследования (холтеровского мониторирования).
• Аллоритмии — более сложные типы экстрасистолий. Если каждое второе сокращение является экстрасистолой – это бигимения, если каждый третий – тригинемия, каждый четвертый –квадригимения.

Принято желудочковые экстрасистолы делить на пять классов (по Лауну). Они оцениваются при суточном мониторировании ЭКГ, так как показатели обычной ЭКГ за несколько минут может ничего и не показать.

• 1 класс — одиночные редкие экстрасистолы с частотой до 60 за час, исходящие из одного очага (монотопные)
• 2 – частые монотопные более 5 в минуту
• 3 – частые полиморфные (разной формы) политопные (из разных очагов)
• 4а – парные, 4б – групповые (тригимении), эпизоды пароксизмальной тахикардии
• 5 – ранние экстрасистолы

Чем выше класс, тем серьезнее нарушения, хотя на сегодня даже 3 и 4 классы не всегда требуют медикаментозного лечения. В целом, если желудочковых экстрасистол меньше 200 за сутки, их стоит отнести к функциональным и не беспокоиться по их поводу. При более частых показаны ЭХО КС, иногда – МРТ сердца. Лечат не экстрасистолию, а заболевание, которое приводит к ней.

Пароксизмальная тахикардия

Вообще пароксизм – это приступ. Приступоообразное учащение ритма может продолжаться т нескольких минут до нескольких дней. При этом промежутки между сердечными сокращениями будут одинаковыми, а ритм увеличится свыше 100 за минуту (в среднем от 120 до 250). Различают наджелудочковую и желудочковую формы тахикардии. В основе этой патологии – ненормальная циркуляция электрического импульса в проводящей системе сердца. Такая патология подлежит лечению. Из домашних способов устранения приступа:

• задержка дыхания
• усиленный принудительный кашель
• погружение лица в холодную воду

WPW- синдром

Синдром Вольфа-Паркинсона-Уайта – разновидность пароксизмальной наджелудочковой тахикардии. Назван по именам авторов, описавших его. В основе появления тахикардии – наличие между предсердиями и желудочками дополнительного нервного пучка, по которому проходит более быстрый импульс, чем от основного водителя ритма.

В результате возникает внеочередное сокращение сердечной мышцы. Синдром требует консервативного или хирургического лечения (при неэффективности или непереносимости антиаритмических таблеток, при эпизодах фибрилляции предсердий, при сопутствующих сердечных пороках).

CLC – синдром (Клерка-Леви-Кристеско)

похож по механизму на WPW и характеризуется более ранним по сравнению с нормой возбуждением желудочков за счет дополнительного пучка, по которому идет нервный импульс. Синдром врожденный проявляется приступами учащенных сердцебиений.

Мерцательная аритмия

Она может быть в виде приступа или постоянной формы. Она проявляется в виде трепетания или мерцания предсердий.

Мерцания предсердий

Фибрилляция предсердий

При мерцании сердце сокращается совершенно нерегулярно (промежутки между сокращениями самой разной продолжительности). Это объясняется тем, что ритм задает не синусовый узел, а другие клетки предсердий.

Получается частота от 350 до 700 ударов за минуту. Полноценного сокращения предсердий просто нет, сокращающиеся мышечные волокна не дают эффективного заполнения кровью желудочков.

В результате ухудшается выброс сердцем крови и от кислородного голодания страдают органы и ткани. Другое название мерцания предсердий – фибрилляция предсердий. Далеко не все предсердные сокращения достигают желудочков сердца, поэтому частота сердечных сокращений (и пульс) будут либо ниже нормы (брадисистолия с частотой меньше 60), либо в норме (нормосистолия от 60 до 90), либо выше нормы (тахисистолия больше 90 ударов в минуту).

Приступ мерцательной аритмии сложно пропустить.

• Обычно он начинается с сильного толчка сердца.
• Развивается как череда абсолютно неритмичных сердцебиений с большой или нормальной частотой.
• Состояние сопровождают слабость, потливость, головокружение.
• Очень выражен страх смерти.
• Может быть одышка, общее возбуждение.
• Иногда наблюдается потеря сознания.
• Заканчивается приступ нормализацией ритма и позывами на мочеиспускание, при котором отходит большое количество мочи.

Для купирования приступа пользуются рефлекторными способами, препаратами в виде таблеток или инъекций или прибегают к кардиоверсии (стимуляции сердца электрическим дефибриллятором). Если приступ мерцательной аритмии не устранен в течение двух суток, возрастают риски тромботических осложнений (тромбэмболии легочной артерии, инсульта).

При постоянной форме мерцания сердцебиения (когда ритм не восстанавливается ни на фоне препаратов, ни на фоне электростимуляции сердца) становятся более привычным спутником пациентов и ощущаются только при тахисистолии (учащенных неритмичных сердцебиениях). Основная задача при обнаружении на ЭКГ признаков тахисистолии постоянной формы фибрилляции предсердий – это урежение ритма до нормосистолии без попыток сделать его ритмичным.

Примеры записей на ЭКГ-пленках:

• фибрилляция предсердий, тахисистолический вариант, ЧСС 160 в ‘.
• Фибрилляция предсердий, нормосистолический вариант, ЧСС 64 в ‘.

Мерцательная аритмия может развиваться в программе ишемической болезни сердца, на фоне тиреотоксикоза, органических пороков сердца, при сахарном диабете, синдроме слабости синусового узла, при интоксикациях (чаще всего алкоголем).

Трепетание предсердий

Это частые (более 200 за минуту) регулярные сокращения предсердий и такие же регулярные, но более редкие сокращения желудочков. В целом трепетание чаще встречается в острой форме и переносится лучше, чем мерцание, так как при этом расстройства кровообращения выражены меньше. Трепетание развивается при:

• органических заболеваниях сердца (кардиомиопатиях, сердечной недостаточности)
• после операций на сердце
• на фоне обструктивных болезней легких
• у здоровых оно не встречается практически никогда

Клинически трепетание проявляется учащенным ритмичным сердцебиением и пульсом, набуханием шейных вен, одышкой, потливостью и слабостью.

Нарушения проводимости

В норме образовавшись в синусовом узле, электрическое возбуждение идет по проводящей системе, испытывая физиологическую задержку в доли секунды в атриовентрикулярном узле. На своем пути импульс стимулирует к сокращению предсердия и желудочки, которые перекачивают кровь. Если на каком-то из участков проводящей системы импульс задерживается дольше положенного времени, то и возбуждение к нижележащим отделам придет позже, а, значит, нарушится нормальная насосная работа сердечной мышцы. Нарушения проводимости носят название блокад. Они могут возникать, как функциональные нарушения, но чаще являются результатами лекарственных или алкогольных интоксикаций и органических заболеваний сердца. В зависимости от уровня, на котором они возникают, различают несколько их типов.

Синоатриальная блокада

Когда затруднен выход импульса из синусового узла. По сути, это приводит к синдрому слабости синусового узла, урежению сокращений до выраженной брадикардии, нарушениям кровоснабжения периферии, одышке, слабости, головокружениям и потерям сознания. Вторая степень этой блокады носит название синдрома Самойлова-Венкебаха.

Атриовентриуклярная блокада (AV- блокада)

Это задержка возбуждения в атриовентрикулярном узле долее положенных 0,09 секунды. Различают три степени этого типа блокад. Чем выше степень, тем реже сокращаются желудочки, тем тяжелее расстройства кровообращения.

• При первой задержка позволяет каждому сокращению предсердий сохранять адекватное число сокращений желудочков.
• Вторая степень оставляет часть сокращений предсердий без сокращений желудочков. Ее описывают в зависимости от удлинения интервала PQ и выпадения желудочковых комплексов, как Мобитц 1, 2 или 3.
• Третья степень называется еще полной поперечной блокадой. Предсердия и желудочки начинают сокращаться без взаимосвязи.

При этом желудочки не останавливаются, потому что подчиняются водителям ритма из нижележащих отделов сердца. Если первая степень блокады может никак не проявляться и выявляться только при ЭКГ, то вторая уже характеризуется ощущениями периодической остановки сердца, слабостью, утомляемостью. При полных блокадах к проявлениям добавляются мозговые симптомы (головокружения, мушки в глазах). Могут развиваться приступы Морганьи-Эдамса-Стокса (при ускользании желудочков от всех водителей ритма) с потерей сознания и даже судорогами.

Нарушение проводимости внутри желудочков

В желудочках к мышечным клеткам электрический сигнал распространяется по таким элементам проводящей системы, как ствол пучка Гиса, его ножки (левая и правая) и ветви ножек. Блокады могут возникать и на любом из этих уровней, что также отражается на ЭКГ. При этом вместо того, чтобы охватываться возбуждением одновременно, один из желудочков запаздывает, так как сигнал к нему идет в обход заблокированного участка.

Помимо места возникновения различают полную или неполную блокаду, а также постоянную и непостоянную. Причины внутрижелудочковых блокад аналогичны другим нарушениям проводимости (ИБС, мио-и эндокардиты, кардиомиопатии, пороки сердца, артериальная гипертензия, фиброз, опухоли сердца). Также влияют прием антиартимических препаратов, увеличение калия в плазме крови, ацидоз, кислородное голодание.

• Наиболее частой считается блокада передневерхней ветви левой ножки пучка Гиса (БПВЛНПГ).
• На втором месте – блокада правой ножки (БПНПГ). Данная блокада обычно не сопровождается заболеваниями сердца.
• Блокада левой ножки пучка Гиса более характерна для поражений миокарда. При этом полная блокада (ПБПНПГ) хуже, чем неполная (НБЛНПГ). Ее иногда приходится отличать от синдрома WPW.
• Блокада задненижней ветви левой ножки пучка Гиса может быть у лиц с узкой и вытянутой или деформированной грудной клеткой. Из патологических состояний она более характерна для перегрузок правого желудочка (при ТЭЛА или пороках сердца).

Клиника собственно блокад на уровнях пучка Гиса не выражена. На первое место выходит картина основной кардиальной патологии.

• Синдром Бейли – двухпучковая блокада (правой ножки и задней ветви левой ножки пучка Гиса).

Гипертрофия миокарда

При хронических перегрузках (давлением, объемом) сердечная мышца в отдельных участках начинает утолщаться, а камеры сердца растягиваться. На ЭКГ подобные изменения обычно описываются, как гипертрофия.

• Гипертрофия левого желудочка (ГЛЖ) – типична для артериальной гипертензии, кардиомиопатии, ряда сердечных пороков. Но и в норме у спортсменов, тучных пациентов и лиц, занятых тяжелым физическим трудом, могут встречаться признаки ГЛЖ.
• Гипертрофия правого желудочка – несомненный признак повышения давления в системе легочного кровотока. Хроническое легочное сердце, обструктивные болезни легких, кардиальные пороки (стеноз легочного ствола, тетрада Фалло, дефект межжелудочковой перегородки) ведут к ГПЖ.
• Гипертрофия левого предсердия (ГЛП) – при митральном и аортальном стенозе или недостаточности, гипертонической болезни, кардиомиопатии, после миокардита.
• Гипертрофия правого предсердия (ГПП) – при легочном сердце, пороках трикуспидального клапана, деформациях грудной клетки, легочные патологии и ТЭЛА.
• Косвенные признаки гипертрофий желудочков — это отклонение электрической оси сердца (ЭOC) вправо или влево. Левый тип ЭОС – это отклонение ее влево, то есть ГЛЖ, правый – ГПЖ.
• Систолическая перегрузка – это также свидетельство гипертрофии отделов сердца. Реже это свидетельство ишемии (при наличии стенокардитических болей).

Изменения сократительной способности миокарда и его питания

Синдром ранней реполяризации желудочков

Чаще всего- вариант нормы, особенно для спортсменов и лиц с врожденно высокой массой тела. Иногда связан с гипертрофией миокарда. Относится к особенностям прохождения электролитов (калия) через мембраны кардиоцитов и особенностей белков, из которых строятся мембраны. Считается фактором риска по внезапной остановке сердца, но клиники не дает и чаще всего остается без последствий.

Умеренные или выраженные диффузные изменения в миокарде

Это свидетельство нарушения питания миокарда в результате дистрофии, воспаления (миокардита) или кардиосклероза. Также обратимые диффузные изменения сопровождают нарушения водно-электролитного баланса (при рвоте или поносе), приме лекарств (мочегонных), тяжелые физические нагрузки.

Это признак ухудшения питания миокарда без выраженного кислородного голодания, например, при нарушении и баланса электролитов или на фоне дисгормональных состояний.

Острая ишемия, ишемические изменения, изменения по зубцу T, депрессия ST, низкие T

Так описываются обратимые изменения связанные с кислородным голоданием миокарда (ишемией). Это может быть как стабильная стенокардия, так и нестабильная, острый коронарный синдром. Помимо наличия самих изменений описывают и их расположение (например, субэндокардиальная ишемия). Отличительная особенность подобных изменений – их обратимость. В любом случае такие изменения требуют сравнения данной ЭКГ со старыми пленками, а при подозрении на инфаркт проведения тропониновых экспресс-тестов на повреждение миокарда или коронарографии. В зависимости от варианта ишемической болезни сердца выбирается противоишемическое лечение.

Развившийся инфаркт

Его, как правило, описывается:

• по стадиям. острейшая (до 3 суток), острая (до 3 недель), подострая (до 3 месяцев), рубцовая (всю жизнь после инфаркта)
• по объемам. трансмуральный (крупноочаговый), субэндокардиальный (мелкоочаговый)
• по расположению инфаркты. бывают передними и переднее-перегородочными, базальными, боковыми, нижними (заднедиафрагмальными), циркулярными верхушечными, заднебазальными и правожелудочковыми.

Все многообразие синдромов и специфических изменений на ЭКГ, разность показателей для взрослых и детей, обилие причин, приводящих к однотипным изменениям ЭКГ, не позволяют неспециалисту трактовать даже готовое заключение функционального диагноста. Гораздо разумнее, имея на руках результат ЭКГ, своевременно посетить кардиолога и получить грамотные рекомендации по дальнейшей диагностике или лечению своей проблемы, существенно снизив риски неотложных кардиологических состояний.

Как провести расшифровку показателей ЭКГ сердца?

Электрокардиографическое исследование является самым простым, но очень информативным методом изучения работы сердца пациента. Результатом такой процедуры служит ЭКГ. Непонятные линии на листке бумаги содержат в себе массу информации о состоянии и функционировании главного органа в человеческом организме. Расшифровка ЭКГ показателей происходит довольно просто. Главное при этом знать некоторые секреты и особенности этой процедуры, а также нормы всех показателей.

Ровно 12 кривых записывается на ЭКГ. Каждая из них рассказывает о работе каждой конкретной части сердца. Так, первая кривая – передняя поверхность сердечной мышцы, а третья линия – задняя её поверхность. Чтобы записать кардиограмму всех 12ти отведений, на тело пациента прикрепляют электроды. Делает это специалист последовательно, устанавливая их в конкретных местах.

Принципы расшифровки

Каждая кривая на графике кардиограммы имеет свои элементы:

• Зубцы, которые представляют собой выпуклости, устремлённые вниз или вверх. Все их обозначают латинскими большими буквами. «Р» показывает работу сердечных предсердий. «Т» — это восстановительные возможности миокарда.
• Сегменты представляют собой расстояние между несколькими восходящими или спускающимися вниз зубцами, находящимися по соседству. Врачам особенно важны показатели таких сегментов, как ST, а также PQ.
• Интервал – это промежуток, который включает и сегмент, и зубец.

Каждый конкретный элемент ЭКГ показывает определённый процесс, который происходит непосредственно в сердце. Согласно их ширине, высоте и другим параметрам доктор имеет возможность правильно расшифровать полученные данные.

Как происходит анализ результатов?

Как только специалист получает в свои руки электрокардиограмму, начинается её расшифровка. Делается это в определённой строгой последовательности:

1. Правильный ритм определяется интервалами между «R»-зубцами. Они обязательно должны быть равными. В противном случае можно сделать вывод, что ритм сердца неправильный.
2. При помощи ЭКГ можно определить ЧСС. Для этого нужно знать скорость, с которой велась запись показателей. Дополнительно нужно будет ещё посчитать количество клеток между двумя зубцами «R». Норма – от 60 до 90 ударов за минуту.
3. Источник возбуждения в сердечной мышце определяется по ряду конкретных признаков. Об этом расскажет, в том числе, и оценка параметров зубца «Р». Норма подразумевает, что источник – это синусовый узел. Поэтому у здорового человека всегда синусовый ритм. Если же наблюдается желудочковый, предсердный или любой другой ритм, то это говорит о наличии патологии.
4. Специалист оценивает проводимость сердца. Происходит это по длительности каждого сегмента и зубца.
5. Электрическая ось сердца, если она смещается влево или вправо достаточно резко, может тоже свидетельствовать о наличии проблем с сердечнососудистой системой.
6. Каждый зубец, интервал и сегмент анализируется индивидуально и детально. Современные аппараты ЭКГ сразу автоматически выдают показатели всех измерений. Это в значительной степени упрощает работу врача.
7. Наконец, специалист делает заключение. В нём указывается расшифровка кардиограммы. Если были обнаружены какие-либо патологические синдромы, они обязательно там указываются.

Нормальные показатели взрослых

Норма всех показателей кардиограммы определяется анализом положения зубцов. А вот ритм сердца всегда измеряется расстоянием между самыми высокими зубцами «R»-«R». В нормальном состоянии они должны быть равными. Максимальная разница может составлять не более 10%. В противном случае это будет уже не норма, которая должна быть в пределах 60-80 пульсаций в минуту. Если синусовый ритм более частый, то у пациента тахикардия. Напротив, замедленный синусовый ритм указывает на заболевание, которое носит название брадикардия.

Интервалы P-QRS-T расскажут о прохождении импульса непосредственно по всем сердечным отделам. Норма – это показатель от 120 до 200 мс. На графике это выглядит, как 3-5 квадратика.

Измерив ширину от зубца Q до зубца S можно получить представления о возбуждении желудочков сердца. Если это норма, то ширина будет равной 60-100 мс.

Длительность сокращения желудочков можно определить, если измерить интервал Q-T. Норма составляет 390-450 мс. Если он несколько длиннее, можно ставить диагноз: ревматизм, ишемия, атеросклероз. В случае, если интервал будет укороченным, можно говорить о гиперкальцемии.

Что значат зубцы?

В обязательном порядке при расшифровке ЭКГ нужно проследить за высотой всех зубцов. Она может указать на наличие серьёзных патологий сердца:

• Зубец Q – показатель возбуждения левой сердечной перегородки. Норма – это четверть длины зубца R. В случае её превышения есть вероятность некротической патологии миокарда;
• Зубец S – показатель возбуждения тех перегородок, которые находятся в базальных слоях желудочков. Норма в этом случае – 20 мм в высоту. Если есть отклонения, то это указывает на ишемическую болезнь.
• Зубец R в ЭКГ рассказывает об активности стенок всех желудочков сердца. Она фиксируется во всех кривых кардиограммы. Если где-то активности нет, то есть смысл подозревать гипертрофию желудочков.
• Зубец Т проявляется в I и II линиях, как направленный вверх. А вот в VR кривой он всегда отрицателен. Когда на ЭКГ зубец Т слишком высокий и острый, то доктор подозревает гиперкалемии. Если же он длинный и плоский, то есть вероятность развития гипокалемии.

Нормальные детские показатели электрокардиограммы

В детском возрасте норма показателей ЭКГ может несколько отличаться, нежели характеристики взрослого человека:

1. ЧСС малышей до 3х лет – порядка 110 пульсаций за минуту, а в возрасте 3-5 лет – 100 ударов. Этот показатель у подростков уже ниже – 60-90 пульсаций.
2. Норма показаний QRS составляет 0,6-0,1 с.
3. Зубец Р в норме не должен быть вше 0,1 с.
4. Электрическая ось сердца у детей должна оставаться без каких-либо изменений.
5. Ритм – только синусовый.
6. На ЭКГ интервал Q-T е может превышать 0,4 с, а P-Q должен составлять 0,2 с.

Синусовый сердечный ритм в расшифровке кардиограммы выражается в зависимости ЧСС от дыхания. Это значит, что сердечная мышца сокращается нормально. В этом случае пульсация равна 60-80 ударам за минуту.

Почему показатели различны?

Нередко пациенты сталкиваются с ситуацией, когда их показатели ЭКГ отличаются. С чем это связано? Чтобы получить максимально точные результаты, следует учитывать множество факторов:

1. Искажения при записи кардиограммы могут быть обусловлены техническими проблемами. Например, при неправильном склеивании результатов. А многие римские цифры выглядят одинаково как в перевёрнутом, так и в правильном положении. Бывает, что неверно разрезается график или происходит утеря первого или же последнего зубца.
2. Важна предварительная подготовка к процедуре. В день проведения ЭКГ не стоит плотно завтракать, желательно даже совсем от его отказаться. Придётся отказаться от употребления жидкости, в том числе кофе и чая. Ведь они стимулируют сердечный ритм. Соответственно, итоговые показатели искажаются. Лучше всего предварительно принять душ, но никаких средств для тела наносить не нужно. Наконец, во время процедуры нужно максимально расслабиться.
3. Нельзя исключать неправильное расположение электродов.

Проверять своё сердце лучше всего на электрокардиографе. Он поможет провести процедуру максимально верно и точно. А чтобы подтвердить диагноз, на который указали результаты ЭКГ, врач всегда назначит дополнительные исследования.

Сначала описывают ритм, ЧСС и тип ЭКГ.
Затем кратко указывают явные изменения, например, такие, как полная блокада ПНПГ, подозрение на гипертрофию ЛЖ, острый ИМ передней локализации.
Если данные ЭКГ не однозначны, то описывают только морфологические изменения ЭКГ, например, вместо диагноза «ишемическая болезнь сердца» пишут «нарушение реполяризации миокарда в левых грудных отведениях».

Существуют различные варианты описания ЭКГ . Раньше сначала измеряли высоту (например, зубца R в милливольтах или миллиметрах) и ширину (например, зубца Р и комплекса QRS в секундах) отдельных зубцов и длительность интервалов (PQ или QT в секундах) и указывали результаты измерения в заключении.

Однако в настоящее время это делает сам прибор при помощи встроенной в него программы . Поэтому мы не будем подробно останавливаться на этом.

1. Ритм сердца: сначала опишите ритм, например, синусовый ритм или фибрилляция предсердий.

2. ЧСС: например, 60 в минуту или 80 в минуту.

3. Тип ЭКГ: левый или правый тип.

4. Интерпретация формы ЭКГ: достаточно привести в заключении патологические данные и изменения, например «зубец Р во II отведении уширен до 0,14 с, комплекс QRS в отведениях V5 и V6 деформирован и уширен (0,13 с).
Высота зубца R в отведениях V5 и V6 повышена и составляет 3 мВ, сегмент ST горизонтальный, ниже изолинии (0,3 мВ), зубец Т отрицательный (-0,5 мВ)».

5. В конце необходимо составить краткое заключение, указывая в нем сначала ритм сердца, ЧСС и тип . Затем, если возможно, формулируют диагноз (если в нем нет сомнений), например: «полная блокада правой ножки пучка Гиса», «острый ИМ передней стенки», «подозрение на гипокалиемию», «синдром WPW», «желудочковая тахикардия».

В неясных случаях, когда клинические данные отсутствуют, приводят только морфологическое описание изменения ЭКГ. Например, вместо диагноза ИБС указывают на нарушение реполяризации в прекордиальных отведениях.

Ошибочное заключение недопустимо, так как это может, как уже говорилось ранее, нанести непоправимый ущерб здоровью больного.

Быстрый переход по странице

Практически каждого человека, проходившего электрокардиограмму, интересует значение разных зубцов и написанные диагностом термины. Хотя полноценную интерпретацию ЭКГ может дать только кардиолог, каждый легко разберется, хорошая у него кардиограмма сердца или имеются некоторые отклонения.

Показания к проведению ЭКГ

Неинвазивное исследование - электрокардиограмма - проводится в следующих случаях:

• Жалобы больного на высокое давление, загрудинную боль и другие симптомы, указывающие на сердечную патологию;
• Ухудшение самочувствия больного с ранее диагностированным сердечно-сосудистым заболеванием;
• Отклонения в лабораторных анализах крови - повышенный холестерин, протромбин;
• В комплексе подготовки к операции;
• Выявления эндокринной патологии, болезни нервной системы;
• После перенесенных тяжелых инфекций с высоким риском осложнений на сердце;
• С профилактической целью у беременных;
• Экспертизы состояния здоровья шоферов, летчиков и т. д.

Расшифровка ЭКГ — цифры и латинские буквы

Полномасштабная расшифровка кардиограммы сердца включает оценку сердечного ритма, работы проводящей системы и состояния миокарда. Для этого используются следующие отведения (электроды устанавливаются в определенном порядке на груди и конечностях):

• Стандартные: I - левое/правое запястье на руках, II - правое запястье и область щиколотки на левой ноге, III - левые щиколотка и запястье.
• Усиленные: aVR - правое запястье и объединенные левые верхняя/нижняя конечности, aVL - левое запястье и объединенные щиколотку левой ноги и запястье правой руки, aVF - зона левой щиколотки и объединенный потенциал обоих запястий.
• Грудные (разница потенциалов расположенного на грудной клетке электрода с присоской и объединенных потенциалов всех конечностей): V1 - электрод в IV межреберном пространстве по правой границе грудины, V2 - в IV межреберье левее от грудины, V3 - на IV ребре по левосторонней окологрудинной линии, V4 - V межреберное пространство по левосторонней среднеключичной линии, V5 - V межреберное пространство по передне-подмышечной линии слева, V6 - V межреберное пространство по средне-подмышечной линии слева.

Дополнительные грудные - расположены симметрично левым грудным с добавочными V7-9.

Один сердечный цикл на ЭКГ представлен графиком PQRST, регистрирующим электроимпульсацию в сердце:

• зубец Р - отображает возбуждение предсердий;
• комплекс QRS: зубец Q - начальная фаза деполяризации (возбуждения) желудочков, зубец R - собственно процесс возбуждения желудочков, зубец S - окончание процесса деполяризации;
• зубец T - характеризует угасание элктроимпульсов в желудочках;
• сегмент ST - описывает полное восстановление исходного состояния миокарда.

При расшифровке показателей ЭКГ имеет значение высота зубцов и их расположение относительно изолинии, а также ширина интервалов между ними.

Иногда за зубцом Т регистрируется импульс U, указывающий на параметры уносимого с кровью электрического заряда.

Расшифровка показателей ЭКГ — норма у взрослых

На электрокардиограмме ширина (горизонтальное расстояние) зубцов - длительность периода возбуждения расслабления - измеряется в сек, высота в I-III отведениях - амплитуда электроимпульса - в мм. Нормальная кардиограмма у взрослого человека выглядит так:

• Частота сокращений сердца - в норме ЧСС в пределах 60-100/мин. Измеряется расстояние от вершин соседних зубцов R.
• ЭОС - электрическою осью сердца считают направление суммарного угла вектора электрической силы. Нормальный показатель - 40-70º. Отклонения указывают на поворот сердца вокруг собственной оси.
• Зубец Р - положительный (устремлен вверх), отрицательный только в отведении aVR. Ширина (длительность возбуждения) - 0,7 — 0.11 с, вертикальный размер - 0,5 — 2.0 мм.
• Интервал PQ - горизонтальное расстояние 0.12 — 0.20 с.
• Зубец Q - отрицательный (ниже изолинии). Длительность 0.03 с, отрицательное значение высоты 0.36 — 0.61 мм (равна ¼ вертикального размера зубца R).
• Зубец R - положительный. Значение имеет его высота - 5.5 -11.5 мм.
• Зубец S - отрицательная высота 1.5-1.7 мм.
• Комплекс QRS - горизонтальное расстояние 0.6 — 0.12 с, суммарная амплитуда 0 — 3 мм.
• Зубец Т - асимметричный. Положительная высота 1.2 — 3.0 мм (равен 1/8 — 2/3 зубца R, отрицательный в aVR-отведении), продолжительность 0.12 — 0.18 с (больше длительности комплекса QRS).
• Сегмент ST - проходит на уровне изолинии, длина 0.5 -1.0 с.
• Зубец U - показатель высоты 2.5 мм, длительность 0.25 с.

Сокращенные результаты расшифровки ЭКГ у взрослых и норма в таблице:

При обычном проведении исследования (скорость записи - 50 мм/сек) расшифровка ЭКГ у взрослых производится по следующим расчетам: 1 мм на бумаге при подсчете длительности интервалов соответствует 0.02 сек.

Положительный зубец Р (отведения стандартные) и последующий за ним нормальный комплекс QRS означает нормальный синусовый ритм.

Норма ЭКГ у детей, расшифровка

Параметры кардиограммы у детей несколько отличаются от показателей у взрослых и варьируют в зависимости от возраста. Расшифровка ЭКГ сердца у детей, норма:

• ЧСС: новорожденные - 140 — 160, к 1 году - 120 — 125, к 3 годам - 105 -110, к 10 годам - 80 — 85, после 12 лет - 70 — 75 в мин;
• ЭОС - соответствует взрослым показателям;
• ритм синусовый;
• зубец Р - не превышает в высоту 0.1 мм;
• длина комплекса QRS (часто не имеет особенной информативности в диагностике) - 0.6 — 0.1 с;
• интервал PQ - менее или равен 0.2 с;
• зубец Q - непостоянные параметры, допустимы отрицательные значения в III отведении;
• зубец Р - всегда над изолинией (положительный), высота в одном отведении может колебаться;
• зубец S - отрицательные показатели непостоянной величины;
• QT - не более 0.4 с;
• длительность QRS и зубца Т равны, составляют 0.35 — 0.40.

Пример ЭКГ с нарушением ритма

По отклонениям в кардиограмме квалифицированны кардиолог может не только диагностировать характер сердечного заболевания, но и зафиксировать место локализации патологического очага.

Аритмии

Различают следующие нарушения сердечной ритмичности:

1. Синусовая аритмия - длина интервалов RR колеблется с разницой до 10%. Не считается патологией у детей и молодых людей.
2. Синусовая брадикардия - патологическое урежение частоты сокращений до 60 в мин и меньше. Зубец Р нормальный, PQ от 12 с.
3. Тахикардия - частота сердечных ударов 100 — 180 в мин. У подростков - до 200 в мин. Ритм правильный. При синусовой тахикардии зубец Р несколько выше нормы, при желудочковой - QRS -показатель длины выше 0.12 с.
4. Экстрасистолы - внеочередные сокращения сердца. Единичные на обычном ЭКГ (на суточном холтеровском - не более 200 в день) считаются функциональными и не требуют лечения.
5. Пароксизмальная тахикардия - приступообразное (несколько минут или дней) увеличение частоты ударов сердца до 150-220 в мин. Характерно (только во время приступа) слияние зубца Р с QRS. Расстояние от зубца R до высоты Р из следующего сокращения менее 0.09 с.
6. Мерцательная аритмия - нерегулярное сокращение предсердий с частотой 350-700 в мин, а желудочков - 100-180 в мин. Нет зубца Р, по всей изолинии мелко- крупноволнистые колебания.
7. Трепетание предсердий - до 250-350 в мин сокращений предсердий и регулярные уреженные желудочковые сокращения. Ритм может быть правильным, на ЭКГ пилообразные предсердные волны, особенно выраженные в отведениях стандартных II - III и грудном V1.

Отклонение положения ЭОС

Смена суммарного вектора ЭОС вправо (больше 90º), более высокий показатель высоты зубца S в сравнении с зубцом R указывают на патологию правого желудочка и блокаду пучка Гиса.

При смещении ЭОС влево (30-90º) и патологическом соотношении высоты зубцов S и R диагностируется левожелудочковая гипертрофия, блокада ножки п. Гиса. Отклонение ЭОС указывает на инфаркт, отек легких, ХОЗЛ, но бывает и в норме.

Нарушение проводящей системы

Чаще всего фиксируются следующие патологии:

• 1 степень атриовентрикулярной (АВ-) блокады - расстояние PQ более 0.20 с. После каждого Р закономерно следует QRS;
• Атриовентрикулярная блокада 2 ст. - постепенно удлиняющийся PQ на протяжении ЭКГ иногда вытесняет комплекс QRS (отклонение по типу Мобитц 1) или же фиксируется полное выпадение QRS на фоне PQ равной длины (Мобитц 2);
• Полная блокада АВ-узла - ЧС предсердий выше ЧС желудочков. РР и RR одинаковые, PQ разной длины.

Отдельные заболевания сердца

Результаты расшифровки ЭКГ могут дать информацию не только о случившемся сердечном заболевании, но и патологии других органов:

1. Кардиомиопатия - гипертрофия предсердия (чаще левого), низкоамплитудные зубцы, частичная блокада п. Гиса, мерцательная аритмия или экстрасистолы.
2. Митральный стеноз - увеличено левое предсердие и правый желудочек, ЭОС отклонена вправо, нередко мерцательная аритмия.
3. Пролапс митрального клапана - зубец Т уплощен/отрицательный, некоторое удлинение QT, депрессивный сегмент ST. Возможны различные нарушения ритма.
4. Хроническая обструкция легких - ЭОС правее нормы, низкоамплитудные зубцы, АВ-блокады.
5. Поражение ЦНС (включая субарахноидальное кровоизлияние) - патологический Q, широкий и высокоамплитудный (отрицательный или положительный) зубец Т, выраженный U, большая длительность QT нарушения ритма.
6. Гипотиреоз - длинный PQ, низкий QRS, плоский зубец Т, брадикардия.

Довольно часто ЭКГ проводят для диагностики инфаркта миокарда. При этом каждой его стадии соответствуют характерные изменения кардиограммы:

• ишемическая стадия - остроконечный Т с острой вершиной фиксируется за 30 мин до начала некроза сердечной мышцы;
• стадия повреждения (изменения фиксируются в первые часы до 3 суток) - ST виде купола над изолинией сливается с зубцом Т, неглубокий Q и высокий R;
• острая стадия (1-3 неделя) - самая плохая кардиограмма сердца при инфаркте - сохранение куполообразного ST и переход зубца Т в отрицательные значения, снижение высоты R, патологический Q;
• подострая стадия (до 3 месяцев) - сравнение ST с изолинией, сохранение патологических Q и Т;
• стадия рубцевания (несколько лет) - патологический Q, отрицательный R, сглаженный зубец Т постепенно приходит к нормальным показателям.

Не стоит бить тревогу, если в выданной на руки ЭКГ вы обнаружили патологические изменения. Следует помнить, что некоторые отклонения от нормы встречаются у здоровых людей.

Если электрокардиограмма выявила какие-либо патологические процессы в сердце, вам обязательно будет назначена консультация квалифицированного кардиолога.