Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет “Львівська політехніка”

УДК 53.072.11:612.172.2

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

МЕТОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВІРОГІДНОГО ТА АВТОМАТИЧНОГО ПЕРЕДАВАННЯ РИТМОКАРДІОСИГНАЛУ У СИСТЕМАХ МОБІЛЬНОГО ГОЛТЕРІВСЬКОГО МОНІТОРИНГУ

05. 11. 17 - біологічні та медичні прилади і системи

Бачинський Михайло Володимирович

Львів -- 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти та науки України

Науковий керівник:

доктор технічних наук, доцент

Яворський Богдан Іванович,

Тернопільський державний технічний

університет імені Івана Пулюя

Міністерства освіти та науки України,

завідувач кафедри

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор

Драґан Ярослав Петрович,

Національний університет "Львівська політехніка" Міністерства освіти та науки України професор

доктор технічних наук, професор

Злепко Сергій Макарович,

Вінницький національний технічний університет

Міністерства освіти та науки України професор

Захист відбудеться "03" грудня 2008 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.10 у Національному університеті "Львівська політехніка" за адресою: 79013, м. Львів, вул. С. Бандери, 12, 11 навчальний корпус, аудиторія 218.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету "Львівська політехніка" (79013, Львів, вул. Професорська, 1).

Автореферат розісланий "08" квітня 2008р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради А.П. Бондарєв

Размещено на http://www.allbest.ru/

АНОТАЦІЯ

Бачинський М.В. Методи забезпечення вірогідного та автоматичного передавання ритмокардіосигналу у системах мобільного голтерівського моніторингу -- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 - біологічні та медичні прилади і системи --Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2008.

У дисертаційній роботі розв'язано важливе наукове завдання -- розроблено методи забезпечення вірогідного та автоматичного передавання ритмокардіосигналу у системах мобільного голтерівського телемоніторингу.

Проаналізовано існуючі методи та засоби передавання даних у системах мобільного голтерівського моніторингу. Побудовано код ритмокардіосигналу для автоматичної передачі його через тональні канали мобільного телезв'язку та експериментально досліджено вплив каналу на цей код. Побудовано нову математичну модель прийнятих даних. Розроблено методи та засоби оптимального оброблення прийнятих даних. Визначено вірогідність прийому ритмокардіосигналу. Розроблено комп'ютерні імітаційні моделі пристроїв мобільного голтерівського телемоніторингу для верифікації результатів дослідження.

Вперше синтезовано характеристики оптимального оброблення прийнятого повідомлення про кардіоритмосигнал для зменшення впливу завад тонального каналу при його автоматичному передаванні. Побудовано лінійні оптимальні фільтри з врахуванням нестаціонарності впливу завад у мобільних тональних каналах зв'язку.

Результати роботи уможливили побудову автоматичного, вірогідного голтерівського телемоніторингу ритмокардіосигналу на базі систем мобільного телефонного зв'язку. Зменшено вплив каналу передачі, наприклад, на 4 дБ для значення оцінки вірогідності 0.9 визначеної дисперсії ритмокардіосигналу при імовірності помилки 0.01.

Результати впроваджено у системах клінічного мобільного голтерівського телемоніторингу та телеконтролю електроенергомереж.

Ключові слова: ритмокардіосигнал, автоматичний мобільний телемоніторинг, оптимальний фільтр, вірогідність

АННОТАЦИЯ

Бачинский М.В. Методы обеспечения достоверной и автоматической передачи ритмокардиосигнала в системах мобильного холтеровского мониторинга. -- Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук за специальностью 05.11.17 - биологические и медицинские приборы и системи -- Национальный университет “Львовская политехника”, Львов, 2008.

В диссертационной работе решено важное научное задание -- разработаны методы обеспечения автоматической, достоверной передачи ритмокардиосигнала в системах холтеровского мобильного телемониторинга.

Проанализированы и систематизированы методы и средства передачи данных в известных системах холтеровского мониторинга мобильного, удаленного пациента. Установлено, что в случае мобильного телемониторинга применяются пассивные, принудительные методы и средства передачи электрокардиосигнала, что уменьшает технико-экономическую эффективность мониторинга, а информационные возможности ритмокардиосигнала позволяют применить его для повышения этой эффективности путем обеспечения автоматичности его передачи, оптимальности приема и упрощения технических средств.

Разработан код ритмокардиосигнала для обеспечения автоматической передачи его через каналы мобильной телефонной связи широкого применения. Экспериментально исследовано влияние канала мобильной телефонной связи широкого применения на этот код и получены статистические параметры этого влияния. Построена новая математическая модель принятых данных в виде суммы детерминированного и нестационарного, случайного процессов. Получено выражение для их спектрального представления в базисах собственных функций оператора, ядром которого есть автокорреляционная функция принятых данных.

Построены методы, средства реализации мобильного тестирования канала и оптимальной обработки принятых данных. Получен критерий оптимальности обработки -- отношение мощностей код/шум. На базе статистической теории принятия решений за критерием Неймана-Пирсона определена достоверность приёма ритмокардиосигнала.

Разработана система компьютерного имитационного моделирования устройств мобильного холтеровского телемониторинга для верификации результатов исследования.

Впервые синтезированы характеристики линейной, оптимальной обработки принятого сообщения о ритмокардиосигнале с целью уменьшения влияния канала при его автоматической передаче.

Построены линейные, оптимальные, перестраиваемые фильтры для исключения нестационарного влияния канала передачи на код ритмокардиосигнала в каналах обычной телефонной связи.

Разработан метод автоматической адаптации обработки к изменяющемуся влиянию канала передачи.

Результаты работы сделали возможным построение автоматического, с гарантированной достоверностью, экономически эффективного холтеровского кардиотелемониторинга на базе систем мобильной телефонной связи широкого применения.

Стоимость системы мобильного, холтеровского телемониторинга уменьшена на порядок. Уменьшение влияния канала передачи оценено величиной отношения мощности сигнал/шум от 4 дБ для значения оценки достоверности приема от 0.9 при вероятности ошибки менее 0.01. Для нестационарной помехи уменьшение влияния канала передачи на принятый ритмокардиосигнал оценено величиной отношения мощности сигнал/шум от 2 дБ для значения оценки достоверности приема от 0.9 при вероятности ошибки менее 0.01

Выполненные исследования сделали возможным усовершенствование систем холтеровского кардиотелемониторинга типа CardioSens путем доработки их программного обеспечения, что позволило модернизировать эти системы на случай автоматического выполнения кардиотелемониторинга с гарантированной достоверностью с незначительным увеличением его стоимости.

Результаты исследования внедрены в системах мобильного кардиомониторинга, телеконтроля психофизиологического состояния человека-оператора в сложных технических системах, а также в системах энергопотребления.

Ключевые слова: ритмокардиосигнал, мобильный автоматический телемониторинг, оптимальный фильтр, достоверность

SUMMARY

Bachynskyy M.V. Methods for Establish of Confidence and Automation Transmitting of Rhythm Cardio Signal in Mobil Holter Monitoring Systems. - Manuscript.

A Dissertation for the Candidate of Technical Science Scientific Degree in the Specialty 05.11.17.- Medical devices and systems.- National university “L'viv Polytechnic'', L'viv, 2008.

In the dissertation an important scientific task was solved. Methods for establish of confidence and automation transmitting of the heart rhythmic signal in systems of mobile Holter telemonitoring was created.

Methods and means for data transmitting under the Holter telemonitoring are parsed and systematized. The code of message about the heart rhythmic signal is automation transmit throw mobile telecommunication channels was invented. Experimental research of influence of channel onto the code has been done. As a result a mathematical model of receiving data as a non stationary process was got up. Methods and means for optimal processing of receiving data have been developed. The confidence of heart rhythmic signal has been received was determined. The system for computer simulations of devices of the mobile Holter telemonitoring for the verification of results of probing was developed.

For the first time the problem of synthesis of the characteristic of processing of the signal in the channel of automation transmitting of the heart rhythmic signal on the basis of a statistical theory of a decision selection was formulated. Parameters of the new mathematical model of the channel interferences was determined and optimized. Linear filters for processing of the heart rhythmic signal code for optimum decreasing of effect from interferences in mobile transmitting channels are obtained.

The estimation of the confidence of the heart rhythmic signal has been received consisted more than 0.9 at the probability of error less than 0.01. The decreasing of channel influence consisted more than 4 dB of the power signal to noise ratio at a worse case.

Fulfilled probing has made possibility for modernize of systems of the mobile heart Holter monitoring are like аs CardioSens by providing their automation regimes at a low price.

Keywords: cardio rhythmic signal, automation mobile telemonitoring, optimal filter, confidence

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією з необхідних умов соціальної реабілітації людини з показами до розвитку патологій є запровадження економічно ефективного, автоматичного (без втручання людини), віддаленого (позаамбулаторного), мобільного (всюди і весь час) моніторингу стану механізмів регуляції фізіологічних функцій у її організмі. Найбільше відомостей про стан цих механізмів містить ритмокардіосигнал (РКC -- послідовність значень RR-інтервалів електрокардіосигналу, ЕКС). Зокрема, тенденції до змін стану серцево-судинної та інших систем організму визначаються характеристиками варіабельності серцевої ритміки (ВСР) (Баєвський Р.М., Рябыкина Г.В., Тихоненко В.М., Camm A.J., Malik M., Pagani M. Zymaitite D.).

У відомих системах мобільного голтерівського кардіомоніторингу (наприклад, виробників WristClinic™, CardioNet Inc., DiaCard, КАРДІОСЕНС тощо) ЕКС за допомогою спеціальних, компактних засобів відбору та реєстрації (на магнітну плівку, флеш-пам'ять тощо) передається у спеціально встановлений час людиною -- об'єктом моніторингу через канали зв'язку (телефон, факс, електронна пошта, мобільний телефон) на віддалений сервісний кардіоцентр. Там ЕКС аналізують й виявляють різного типу тахікардії, брадикардії, фибріляції, блокади тощо -- значні порушення ритму роботи серця (аритмії), або виконують аналіз характеристик ВСР.

Якщо мобільний, віддалений моніторинг ЕКС виконати в автоматичному режимі, шляхом передавання ЕКС через канал мобільного зв'язку, то вірогідність визначених у сервісному кардіоцентрі характеристик ВСР шляхом аналізу прийнятого ЕКС значно зменшується через спотворення у каналі передачі. Крім того, застосування різних методів та засобів попередньої реєстрації ЕКС (флеш-памяті, компакт-дисків тощо) з наступним його передаванням значно знижує ефективність системи голтерівського моніторингу, його автоматизм. Тому виникає необхідність у забезпеченні вірогідного, автоматичного передавання ритмокардіосигналу.

Забезпечення вірогідної та автоматичної передачі ритмокардіосигналу у системах мобільного голтерівського моніторингу є важливим науковим завданням, а його розв'язання є актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Теоретичні дослідження та практична робота за даною тематикою проводилися при виконанні планових НДР Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя:

ВК5-01 - „Дослідження і розроблення методів та засобів оброблення евентуальних, циклічних та ритмічних сигналів”, інвентарний номер держ. реєстрації 0304U007000, 2001-2004 рр.;

ВК20-06 - „Дослідження і розроблення методів та засобів виявлення евентуальних, циклічних та ритмічних сигналів”, інвентарний номер держ. реєстрації 0106U002062, 2006-2007 рр.;

ДІ98-02 - „Дослідження методів та розроблення засобів кореляційної біометрії для ідентифікації особи за капілярними лініями”, інвентарний номер держ. реєстрації 0204U000836, 2002-2003 рр..

Здобувач брав безпосередню участь у виконанні цих робіт.

Мета та задачі дослідження. Метою дослідження є розроблення методів та засобів вірогідної та автоматичної передачі ритмокардіосигналу у системах мобільного голтерівського телемоніторингу. Для досягнення поставленої мети розвязано такі задачі:

Аналіз систем мобільного голтерівського телемоніторингу для вибору напряму та шляху дослідження методів забезпечення вірогідності та автоматичності передавання ритмокардіосигналу.

Розроблення радіосигналу та математичної моделі прийнятих даних для побудови методів їх оброблення, визначення вірогідності прийому ритмокардіосигналу та забезпечення економічної ефективності системи мобільного голтерівського моніторингу.

Побудова методів та засобів оптимального оброблення прийнятих даних для фільтрації впливу завад у каналі їх передавання.

Визначення вірогідності прийому ритмокардіосигналу та економічної ефективності системи мобільного голтерівського моніторингу.

Розроблення комп'ютерного імітаційного моделювання пристроїв мобільного голтерівського телемоніторингу для верифікації результатів дослідження.

Об'єктом досліджень є процес передавання ритмокардіосигналу у системах мобільного голтерівського моніторингу.

Предметом досліджень є методи та засоби забезпечення вірогідного та автоматичного передавання ритмокардіосигналу у системах мобільного голтерівського моніторингу.

Методи досліджень побудовано на положеннях теорії сигналів і систем -- для математичного моделювання переданого автоматично коду ритмокардіосигналу у системі мобільного голтерівського телемоніторингу і розроблення вірогідних та автоматичних методів його передавання, статистичної теорії вибору рішень -- для визначення вірогідності отриманих результатів.

Науковa новизна досягнутих результатів:

Побудовано нову математичну модель впливу на ритмокардіосигнал завад у каналах мобільного голтерівського телемоніторингу, яка дала можливість врахувати особливості спектру ритмокардіосигналу, а також розробити методи та засоби опрацювання прийнятого повідомлення про варіабельність серцевої ритміки та визначення вірогідності його результату.

Набула подальшого розвитку теорія оптимальної фільтрації у напрямку урахування особливостей ритмокардіосигналу та нестаціонарності завад у мобільному каналі зв'язку. Це дало можливість синтезувати структуру та характеристики оптимальних фільтрів.

З використанням відомих методів статистичного аналізу вперше отримано аналітичний вираз та визначено вірогідність передавання характеристик варіабельності серцевої ритміки через тональні канали мобільного зв'язку. Побудовано лінійні оптимальні фільтри для опрацювання прийнятого повідомлення про варіабельність серцевої ритміки з врахуванням нестаціонарності впливу завад у мобільних каналах зв'язку. Це дало можливість верифікації оптимальності побудови фільтрів обробки РКС.

Визначено вірогідність отриманих спектральних характеристик варіабельності серцевої ритміки.

Розроблено методи комп'ютерного моделювання відповідних пристроїв системи мобільного голтерівського телемоніторингу серцевої ритміки.

Практичне значення отриманих результатів. Результати роботи уможливили побудову системи голтерівського телемоніторингу з використанням тональних каналів мобільного телефонного зв'язку. Нові корисні характеристики такої системи є такими:

- Підвищена мобільність, завдяки більш широким зонам покриття мобільного зв'язку порівняно із відомими системами голтерівського моніторингу.

- Значне здешевлення, а отже і ширша доступність пропонованої системи моніторингу завдяки розробці апаратури спряження із стандартним обладнанням мобільного зв'язку.

- Достатня для медичної практики достовірність передавання параметрів РКС, досягнута завдяки застосуванню розроблених оптимальних фільтрів сигналу.

Зазначені характеристики пропонованої системи моніторингу підтверджені експериментальною перевіркою -- комп'ютерними імітаційними та натурними експериментами. Окремі результати впроваджено у таких системах:

контролю електроенергомереж через мобільні канали зв'язку (ТКБ „Стріла”, м. Тернопіль);

клінічного мобільного голтерівського моніторингу (діагностичний центр Тернопільської міської комунальної лікарні №2, Тенрнопільська міськрадауправління охорони здоров'я, м. Тернопіль);

у системі голтерівського моніторингу КАРДІОСЕНС (НТЦ радіоелектронних медичних приладів та технологій Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського „ХАІ МЕДИКА”, м. Харків).

Результати роботи використовуються у навчальному процесі низки вищих освітніх закладів України.

З оглядом на глобальні тенденції розвитку мобільного голтерівського телемоніторингу масштаби застосування досягнутих результатів зростатимуть.

Особистий внесок здобувача в опубліковані у співавторстві роботи визначається такими науковими положеннями та результатами:

1, 5 -- встановлення доцільності застосування гіпермедійної мережі передачі даних мобільного голтерівського моніторингу та необхідності вирішення задачі оптимального прийому даних;

3, 7, 8, 9 -- обгрунтування застосування нестаціонарної, майже періодично корельованої моделі прийнятого радіосигналу у системі мобільного голтерівського моніторингу;

4, 6, 7 -- розроблення методу визначення вірогідності прийнятих телеметричних даних про варіабельність ритміки серця.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційних досліджень апробовано на:

7-му міжнародному молодіжному форумі „Радіоелектроніка і молодь у ХХІ ст.”, м. Харків, 2003 р.;

Міжнародній конференції “Electronics and applied physics”, м. Київ, 2005 р.;

Міжнародній конференції TCSET''2006, м. Львів (Славсько), 2006 р.;

Міжнародній конференції CADSM'2007, м. Львів (Поляна), 2007 р.;

11-му міжнародному молодіжному форумі „Радіоелектроніка і молодь у ХХІ ст.”, Харків, 2007 р.;

Щорічних науково-технічних конференціях ТДТУ імені Івана Пулюя (2004-2007 р.р.) та наукових семінарах кафедри „Біотехнічні системи”.

В цілому робота обговорювалася у Національному університеті ”Львівська політехніка” та у Харківському національному університеті радіоелектроніки.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 праць: статті у фахових наукових виданнях [1-4], тези у матеріалах наукових конференцій 5-9. Робота [2 опублікована одноосібно.

Обсяг та структура дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, викладених на 120 сторінках машинописного тексту, переліку умовних позначень, списку літератури з 94 назв на 9 сторінках, ілюстративного матеріалу на 4 сторінках, додатків на 14 сторінках. Загальний об'єм роботи -- 138 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У Вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано її мету та завдання, об'єкт та предмет дослідження, методи дослідження, визначено наукову новизну, практичне значення й особистий внесок автора в одержані результати, подано відомості про їх апробацію і впровадження.

У першому розділі проаналізовано та систематизовано відомості про мобільний та голтерівський моніторинг серцевого сигналу. На рис.1 наведено ілюстрацію кріплення засобів реєстрації ЕКС, його графік та визначений з цього графіку ритмокардіосигнал.

Встановлено, що стан методів та засобів голтерівського моніторингу і тенденції їх розвитку показують зростання актуальності автоматичних, мобільних телевимірювань таких сигналів.

Побудова методів та засобів відбору сигналу про варіабельність серцевої ритміки з каналу її мобільної телеметрії базується на методах статистичної теорії вибору оптимального рішення та математичних моделях радіосигналу та завад, що дозволяє оптимально виконати відбір варіабельного ЕКС та визначити його вірогідність.

Методи та засоби обробки прийнятого телеметричного сигналу для врахування завад каналу передачі можливо побудувати на засадах лінійної оптимальної фільтрації.

Вірогідність визначених характеристик варіабельності серцевої ритміки визначається в рамках методу максимальної правдоподібності.

Встановлено, що розроблення алгоритмічного і програмного забезпечення комп'ютерного імітаційного моделювання відповідних пристроїв системи голтерівського моніторингу серцевої ритміки можливо виконати шляхом модифікації відомих голтерівських систем та систем мобільного зв'язку.

У другому розділі наведено вибір напряму досліджень.

Обґрунтовано застосування спектральних характеристик ритмокардіограми для формулювання та розв'язання завдання автоматизації мобільного голтерівського моніторингу при забезпеченні потрібної вірогідності його результату (рис. 2).

Зроблено припущення, що зміна медичної норми показників ритміки буде сигналом до початку віддаленого відбору всього ЕКС, його автоматичного (чи візуального) аналізу у кардіоцентрі та, на базі їх результатів, подальших медичних заходів щодо віддаленого пацієнта.

Встановлено можливість покращання прийнятого через канал мобільного звязку повідомлення з квадратом модуля спектру шляхом застосування його адитивної моделі -- суміші ритміки ЕКС (з квадратом модуля спектру ) зі шумом каналу, де через m позначено номер ділянки маршруту руху, на якій повідомлення про ритміку є стаціонарним.

Перед постановкою пацієнта під моніторинг визначається норма його серцевої ритміки .

Під час моніторингу канал періодично піддається тестуванню, щоби визначити шум (заваду) у каналі. Тоді, на підставі стаціонарності шуму каналу, вираз квадрату модуля спектру шуму каналу набирає вигляду

, ((1)

де , -- оцінки спектрів тестового сигналу та прийнятого сигналу.

Покладено, що для фільтрації впливу каналу прийняте повідомлення потрібно піддати опрацюванню

, (2)

де -- характеристика фільтру, причому, для мобільного пацієнта виникає потреба у зміні характеристики передачі фільтру, оскільки вплив каналу звязку нестаціонарний:

. ((3)

У цьому випадку, задля зменшення впливу каналу звязку, виникає потреба у банках фільтрів-гребінок, які працюють у відповідні моменти часу. Для визначення характеристик фільтрів очевидним виявився метод їх оптимального налаштування при апріорно відомих спектральних характеристиках типів ВСР для даного пацієнта. Критерій для визначення необхідності зміни характеристики фільтра побудовано в рамках статистичної теорії вибору рішення (критерій Неймана-Пірсона). Для заданої імовірності помилки , при нормальному законі розподілу імовірностей значень відношення потужностей повідомлення/шум значення порогу визначено виразом

((4)

де -- інтеграл імовірності, та -- математичне сподівання і дисперсія для випадку , коли зміни типу варіабельності відсутні. Рішення про необхідність переналаштування фільтру вибирається за результатом тестування (визначеній потужності шуму каналу) за правилом

. ((5)

Значення вірогідності правильного прийому визначено за формулою

, ((6)

де та -- математичне сподівання і дисперсія коли варіабельність присутня.

Побудовано метод автоматичного передавання РКС у системі моніторингу ВСР з оптимальною фільтрацією коду РКС, переданого через тональний канал типового, загального призначення мобільного зв'язку. Він полягає у наступному:

1 -- визначення у кардіоцентрі норми РКС , встановлення таймеру часу попередньо відведеного на профілактичні заходи, початок телемоніторингу;

2 -- тестувати канал (тестовим сигналом );

3 -- визначити характеристики (3) оптимальної фільтрації;

4 -- визначити код РКС за результатом мобільного телемоніторингу;

5 -- оптимальна фільтрація коду РКС, декодування;

6 -- автоматичний вибір рішення: якщо варіабельність ритміки у нормі, то перейти на крок 2;

7 -- якщо таймер вже працює, то перейти на крок 9;

8 -- включити таймер, повідомити пацієнта про профілактичні заходи, перейти на крок 2;

9 -- якщо варіабельність у нормі, то перейти на крок 2;

10 -- зупинка телемоніторингу, переведення пацієнта на амбулаторний чи стаціонарний режим спостереження.

Вихідні дані для розвязання задачі визначення характеристик варіабельності закодованого тональними імпульсами повідомлення визначено так:

а) за послідовністю тональних імпульсів від ношеного пацієнтом пристрою, які відповідають RR інтервалам ЕКС пацієнта, визначити оцінку їх -- вона буде незмінною (у статистичному сенсі) для всіх m, якщо зміна типу варіабельності відсутня;

б) за послідовністю прийнятих тональних імпульсів відповідних RR- інтервалам ЕКС пацієнта визначаємо , а за виразом (1) -- оцінки і, відповідно, параметри та , та, за виразом (4) поріг і функцію обробки (3). Під час мобільного моніторингу ритміки в кардіоцентрі автоматично визначається біжуча оцінка , за виразом (1) -- оцінка , а за правилом (5) вибирається рішення, чи потрібен моніторинг всього ЕКС.

Вірогідність вибраних рішень визначається за виразом (6) з врахуванням визначеного порогу (4) визначеного за заданою імовірністю помилки. ритмокардіосигнал голтерівський мобільний

У третьому розділі, на підставі того, що ритміка роботи серця у перехідних режимах нестаціонарна, вплив мобільного каналу передачі сигналу, що переносить код повідомлення про ритміку серця, також нестаціонарний, метод оптимальної фільтрації при прийомі повідомлення розвинуто.

При методі відбору (рис. 4), що забезпечує синфазне (когерентне) виокремлення стаціонарних компонент (рис. 5) варіабельності ритміки, телевимірювання її характеристик адекватно виражається в рамках математичної моделі циклічно корельованих випадкових процесів. Тоді спектральні густини ритмокардіосигналу та завад визначалися для стаціонарних компонент як у випадку, наведеному у другому розділі.

Характеристики оптимальних фільтрів визначалися для кожної компоненти за виразом (3). Встановлено, що когерентний метод для випадку малої кількості компонент заскладний, тому доцільне застосування компонентного методу.

Для оптимального опрацювання прийнятих кодів повідомлення про варіабельність ритміки серця з метою зменшення впливу каналу передачі і отримання достовірних результатів при мобільному голтерівському моніторингу доцільно застосовувати фільтровий метод.

Синфазний, компонентний та фільтровий методи мають базуються на статистиках, що мають єдину теоретичну базу -- ЕТСС.

У четвертому розділі наведено результати експериментів, які підтверджують підвищення мобільності та вірогідності телевимірювань варіабельності серцевої ритміки у системах голтерівського моніторингу. Експерименти виконано за схемою рис. 2.

Код повідомлення про ритмокардіосигнал формується у ношеному пристрої і є послідовністю тональних (частота наповнення 1 кГц), прямокутних імпульсів, повторюваних через RR-інтервал.

Для отримання повідомлення про РКС виконувалося декодування -- визначення інтервалів між передніми фронтами імпульсів його коду. На рис. 7 наведено результати декодування при неоптимальній фільтрації.

На рис. 9 наведено сім'ї характеристик вірогідності отриманого РКС для заданих імовірностей помилки . Характеристики побудовано для тестового сигналу -- тональних (частота наповнення 1 кГц) прямокутних імпульсів з частотою повторення рівною частоті серцевих скорочень у нормі, шпаруватості 0.5. Імпульси передавалися через тональний канал мобільного зв'язку. Видно, що при неоптимальній фільтрації (рис. 9, а) для відношення потужності шуму до потужності сигналу -1 дБ вірогідність відтвореного РКС = 0.9 при імовірності помилки 0.1. Застосування оптимальної фільтрації для цього рівня шуму підвищує вірогідність до 0.97.

Стандартні методи аналізу характеристик, наведених на рис. 9 показують виграш від оптимальної фільтрації -- забезпечується збереження вірогідності відтворення РКС навіть за умови збільшення рівня завад до 3 дБ за потужністю (відношення сигнал/шум).

У Додатках наведено акти впровадження, тексти комп'ютерних програм, матеріали, що підтверджують актуальність досліджень.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розв'язано актуальне наукове завдання -- розроблення методів вірогідного та ефективного передавання ритмокардіосигналу, що має важливе значення для побудови систем автоматичного мобільного голтерівського телемоніторингу.

Побудова цих методів уможливлена такими науково обгрунтованими результатами проведених досліджень:

1. Аналіз та систематизація відомих систем мобільного голтерівського моніторингу і методів забезпечення вірогідності та ефективності визначення варіабельності серцевої ритміки уможливили встановити, що ефективність голтерівського мобільного моніторингу підвищується завдяки застосуванню засобів мобільного зв'язку широкого вжитку, спеціальним кодуванням ритмокардіосигналу та його оптимальною обробкою після прийому.

2. Розроблений метод кодування ритмокардіосигналу для передачі його по тональних каналах мобільного радіозв'язку та обгрунтована математична модель суміші радіосигналу з завадами у каналі передачі уможливили:

· синтез характеристик оптимального опрацювання прийнятого ритмокардіосигналу у системі мобільного голтерівського моніторингу та зменшення відношення потужностей цього сигналу до шуму після опрацювання більш ніж на 4 дБ для значення вірогідності прийнятого сигналу більше 0.9 при імовірності помилки меншої за 0.01;

· побудову виразу для оцінювання вірогідності прийнятого ритмокардіосигналу;

· забезпечення ефективності системи мобільного голтерівського моніторингу -- вартість системи зменшено майжеу 10 разів.

3. Обгрунтування за модель завад у мобільних тональних каналах зв'язку періодично-нестаціонарного випадкового процесу уможливило побудову лінійних оптимальних фільтрів для оброблення прийнятого ритмокардіосигналу, що зменшило вплив таких завад приблизно на 2 дБ (за відношенням потужностей сигнал/шум, для значення оцінки вірогідності прийнятого сигналу більше 0.9 при імовірності помилки меншої за 0.01).

4. Прогнозовані результати підтверджені комп'ютерним моделюванням пристроїв мобільного голтерівського телемоніторингу серцевої ритміки.

5. Результати роботи уможливлюють практичну побудову ефективного (з малими затратами), мобільного, вірогідного голтерівського телемоніторингу на базі мобільного телефонного зв'язку. Їх застосовано для удосконалення голтерівського монітора КАРДІОСЕНС шляхом розроблення і впровадження алгоритмічного і програмного забезпечення, що уможливило визначення параметрів варіабельності ритміки серця в його мобільному варіанті.

Практична цінність результатів дисертаційної роботи полягає також у придатності розроблених методів та засобів для застосування в інших мобільних телемедичних системах.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бачинський М, Яворський Б. Система для мобільного голтерівського моніторингу кардіоритміки// Вісник ТДТУ.- №3.- ТДТУ, 2006.- С. 122-128.

2. Бачинський М.В. Врахування впливу каналу зв'язку у системі мобільного моніторингу ритміки серцевих скорочень// Відбір та обробка інформації.- К.: Наукова думка, 2006.- Вип. 4.- С.137-142.

3. Бачинський М.В., Лещишин Ю.З., Фалендиш В.В. Фільтровий метод визначення параметрів варіабельності серцевої ритміки//Вісник Хмельницького національного університету.- №4(83).- Хмельницький: Хмельницький національний університет, 2006.- С. 180-185.

4. Яворський Б.І., Бачинський М.В., Фалендиш В.В. Підвищення вірогідності телевимірювань показників варіабельності серцевого ритму в системах мобільного голтерівського моніторингу// Український журнал телемедицини та медичної телематики.- Т.5.- №1.- Донецьк: Донецький державний медичний університет ім. М.Горького, 2007.- С.45-50.

5. Бачинський М.В., Лещишин Ю.З. Побудова моделей інформаційного забезпечення при холтерівському моніторингу// 7-й міжнародний молодіжний форум „Радіоелектроніка і молодь у ХХІ ст.”: Зб. матеріалів форуму: Харків.- ХНУРЕ, 2003. ч.1.- 347 с.

6. M.V.Bachynskyy, Yu.Z.Leschyshyn, T.M. Rafa The imitation model for the problem of nonstationary heart rate variability recognition in holter monitoring systems. International conference “Electronics and applied physics”. November, 24-27, 2005, Kyiv, Ukraine - S.123-124.

7. Myсhaylo Bachynskyy, Bohdan Yavorskyy, Volodymyr Falendysh, Yuriy Leschyshyn Determination of parameters of heart rate variability by a filter method. Proceedings of the International Conference TCSET''2006 February 28-March 4, 2006, Lviv- Slavsko, Ukraine. -- S. 638-640.

8. Фалендиш В.В., Бачинський М.В. Врахування перехідних процесів фільтрів при аналізі нестаціонарної варіабельності серцевої ритміки фільтровим методом// 11-й міжнародний молодіжний форум „Радіоелектроніка і молодь у ХХІ ст.”: Зб. матеріалів форуму: Харків.- ХНУРЕ, 2007. ч.1.- 434 с.

9. Myhaylo Bachynskyy, Bohdan Yavorskyy, Volodymyr Falendysh. Determination of Parameters of Filter Method of Heart Rate Variability Analysis. Proceedings of the IХ-th International Conference CADSM'2007, February 20-24, 2007.--Lviv-Polyana, Ukraine. -- P. 96-97.

Размещено на Allbest.ru

...