Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Курсовой проект'
условные обозначения, подписи, нумерация, ссылки в тексте и их описания)? Да Нет Насколько аккуратно оформлены карты-схемы? Аккуратно Небрежно Очень ...полностью>>
'Урок'
28 августа 1828 года – дата, отмеченная всеми календарями мира, - день рождения великого русского писателя Льва Николаевича Толстого.(Слайд 2) Сначал...полностью>>
'Рассказ'
Истинные ценности - то, что чувства людей диктуют признать стоящим над всеми и к чему можно стремиться, созерцать, относиться с уважением, признанием...полностью>>
'Документ'
На основании статьи 23 Закона Республики Беларусь от 27 августа 2008 года "О государственном регулировании производства и оборота алкогольной, н...полностью>>

Главная > Реферат

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Министерство науки и образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение Московской области

Международный университет природы, общества и человека “Дубна”

филиал «Протвино»

Дипломная работа

Тема _ Создание программного обеспечения для предобработки сигналов____

электрокардиограммы__________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

ФИО студента___ Якушкина Лидия Сергеевна ____________________________

Группа ___ ПС052_____ Специальность 230105.65 – «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»

Выпускающая кафедра Информационные технологии

Руководитель работы ____________________ /проф. Соколов А.А. /

Консультант (ы) __________ ____ / /

__________________ /____________________/

__________________ /____________________/

Рецензент __________ ____ / /

Дипломная работа допущена к защите «_____» ___________2010г.

Заведующий кафедрой ____________/____________/

Протвино

2010г.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 2

1.1.Основные понятия структуры сердца 6

1.2 Проводящая система сердца 9

1.3 Электрофизиология сердца 11

1.3.1 Состояние покоя клетки 11

1.3.2 Деполяризация и реполяризация 11

1.4 Регистрация электрокардиограммы 14

1.4.1 Отведения электрокардиограммы 15

1.4.2 Компоненты электрокардиограммы 17

1.4.3 Бумага кардиограммы 18

1.4.4 Диагностика выделения признаков 19

1.4.5 Выделение признаков 19

1.4.6 Помехи при регистрации электрокардиограммы 20

1.5 Подходы к анализу сигналов 22

1.5.1 Краткий обзор преобразования Фурье 22

1.5.2 Вейвлет-преобразование 23

1.5.3 Основы вейвлет-преобразования 24

1.5.4 Достоинства и недостатки вейвлетных преобразований. 32

1.5.5 Аналоговые и цифровые фильтры. 32

1.6 Сжатие электрокардиограммы 34

1.7 Среда программирования 37

1.8 Выводы по первой главе 44

ГЛАВА 2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 45

2.1 Нахождение QRS комплекса 46

2.2 Фильтр Lowpass 47

2.3 Нелинейное преобразование 49

2.4 Пороговая Функция 50

2.5 Проверка алгоритма 52

2.6 Выводы по второй главе 53

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55

ПРИЛОЖЕНИЕ A 56

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 59

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. Инструментальные методы исследований и контроля используются в космической и подводной физиологии, спортивной и экстремальной медицине, сложных видах хирургического вмешательства. Задачи инженерно-психологической экспертизы при проектировании сложных управляющих комплексов, связанные с текущей диагностикой состояния организма человека-оператора, 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. Дипломная 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.

Целью дипломной работы является разработка программного обеспечения для предобработки сигналов электрокардиограммы.

В ходе дипломной работы решались следующие задачи:

1. рассмотрение анатомии и электрофизиологии сердца;

2. рассмотрение компонент электрокардиограммы;

3. рассмотрение шумов, возникающих при регистрации ЭКГ;

4. реализация метода нахождения QRS комплекса.

Для этого сигнад ЭКГ пропускается через:

    • “lowpass” фильтр;

    • разностный фильтр;

    • фильтр интегрирования;

    • пороговый фильтр.

Дипломная работа состоит из введения, теоретической части, практической части, заключения и списка использованной литературы. Во введении дается обоснование актуальности исследуемой проблемы, описывается цель и задачи выполняемой работы. В теоретической части описываются предметная область и средства разработки. В практической части показан ход работы: от сбора и анализа информации до получения готового программного продукта. В заключении подводятся итоги выполненной работы.

ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1.Основные понятия структуры сердца

Сердце представляет собой полый мышечный орган, разделенный на четыре камеры: два предсердия и два желудочка (Рис 1). Левая и правая части сердца разделены сплошной перегородкой. Кровь из предсердия в желудочки поступает через отверстия в перегородке между предсердиями и желудочками. Отверстия снабжены клапанами, которые открываются только в сторону желудочков. Клапаны образованы смыкающимися створками и потому называются створчатыми клапанами. В левой части сердца расположен двустворчатый клапан, в правой - трехстворчатый. У места выхода аорты из левого желудочка и легочной артерии из правого желудочка располагаются полулунные клапаны. Полулунные клапаны пропускают кровь из желудочков в аорту и легочную артерию и препятствуют обратному движению крови из сосудов в желудочки. Клапаны сердца обеспечивают движение крови только в одном направлении: из предсердий - в желудочки, а из желудочков - в артерии. Расширенную верхнюю часть сердца называют основанием, а суженную нижнюю - верхушкой. Масса сердца человека от 250 до 360 г. Сердце лежит косо позади грудины. Его основание направлено назад, вверх и вправо, а верхушка - вниз, веред и влево. Верхушка сердца прилегает к передней грудной стенке в области V левого межреберья; здесь в момент сокращения желудочков ощущается сердечный толчок. Стенки желудочков составлены из трех слоев ткани: самый тонкий внутренний слой - эндокард; собственно сердечная мышца - миокард; и тонкий внешний слой - эпикард. Основную массу стенки сердца составляет мощная мышца - миокард, состоящий из особого рода поперечнополосатой мышечной ткани. Толщина миокарда разная в различных отделах сердца. Наиболее тонок он в предсердиях (2-3 мм), левый желудочек имеет самую мощную мышечную стенку, она в 2,5 раза толще, чем в правом желудочке.

Стенки предсердий также составлены из трех слоев ткани, как и стенки желудочков, но средний мышечный слой здесь является более тонким. Два предсердия формируют основу сердца; желудочки формируют вершину сердца. Предсердия разделены межпредсердной перегородкой (тонкая перепончатая перегородка) на левое и правое предсердия, левый и правый желудочки сердца разделены межжелудочковой перегородкой. Эти две перегородки, в действительности, делят сердце на две насосные системы, которые образуют два круга кровообращения: большой и малый.

Рис 1. Строение сердца.

Большой круг кровообращения начинается от левого желудочка. Его миокард – наиболее массивный, так как ему приходиться перекачивать кровь по большому кругу кровообращения, который состоит из основной части сосудов. Кровь из левого желудочка выходит через аорту – самую толстую и крупную артерию. В ней отмечается самое большое давление и скорость кровотока. Далее кровь идет по другим артериям к остальным органам, конечностям и головному мозгу. Обратно она оттекает по венам, которые собираются в две крупные вены: верхнюю и нижнюю полые вены. Полые вены впадают в правое предсердие. Далее начинается малый круг кровообращения. Кровь из правого предсердия поступает в правый желудочек, откуда она идет в легочные артерии. Нужно отметить тот факт, что обычно по артериям идет кровь, обогащенная кислородом, а по венам – бедная кислородом и насыщенная углекислым газом. По легочным артериям же идет кровь, бедная кислородом. Эти артерии идут в легкие, где кровь обогащается кислородом и отдает углекислый газ. Далее из легких кровь идет по легочным венам в левое предсердие, откуда она снова попадает в левый желудочек. Между желудочками и предсердиями имеются клапаны. Они представляют собой складки эндокарда – внутренней оболочки сердца. Их функция – не допустить обратного тока крови из желудочков в предсердия. Между правым желудочком и предсердием имеется трехстворчатый клапан, а между левыми желудочком и предсердием – двустворчатый клапан (митральный). Также клапаны имеются и между желудочками и сосудами, выходящими из них. Между правым желудочком и легочной артерией – это пульмональный клапан, а между левым и аортой – аортальный. Хотя камеры сердца полны крови, оно не получает питание непосредственно от этой крови. Сердце получает кровь от коронарных (венечных) артерий. Они отходят непосредственно от аорты. Коронарные артерии по своему диаметру довольно некрупные, поэтому скорость кровотока в них низкая. Всего у сердца две таких артерии: правая и левая.

Сердце сокращается ритмично: сокращения отделов сердца чередуются с их расслаблением. Сокращение отделов сердца называют систолой, а расслабление - диастолой. Период, охватывающий одно сокращение и расслабление сердца, называют сердечным циклом. В состоянии относительного покоя сердце взрослого человека сокращается примерно 75 раз в минуту. Это значит, что весь цикл продолжается около 0,8с. Каждый сердечный цикл состоит из трех фаз: первая - сокращение предсердий - систола предсердий (длится 0,1с); вторая - систола желудочков (длится 0,3 с); третья - общая пауза (0,4с).

Вначале предсердия расслабляются (диастола предсердий), позволяя поступить крови от тела и легких. Поскольку предсердия заполняются, давление здесь повышается и становится выше, чем в желудочках, заставляя открыться трёхстворчатый и митральный клапаны и позволяя крови быстро заполнить расслабленные желудочки. Затем предсердия сокращаются (систола предсердий), заполняя желудочки кровью до отказа. После сокращения предсердий давления в предсердиях и желудочках уравнивается, и трёхстворчатый и митральный клапаны начинают закрываться. Далее, желудочки начинают энергично сокращаться, заставляя желудочковое давление резко повыситься. При этом трёхстворчатый и митральный клапаны полностью закрываются, а аортальный и легочный клапаны открываются, позволяя вытолкнуть кровь в легочные артерии и большой круг кровообращения.

Тем временем, предсердия снова расслабляются и заполняются кровью. В то время как желудочки освободились от крови, они начинают расслабляться, давление в них падает. При этом аортальные и легочные клапаны плотно закрываются, трёхстворчатый и митральный клапаны начинают открываться, и цикл повторяется снова[1].

1.2 Проводящая система сердца

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

1.Синусно-предсердный (SA) узел.

2.Межпредсердный пучок (Бахмана).

3.Предсердно-желудочковый узел (AV).

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

5.Волокна Пуркинье.

Рис 2. Проводящая система сердца.

Главная функция проводящей системы сердца это передача электрических импульсов от узла SA (где они обычно производятся) к предсердиям и желудочкам, заставляя их сокращаться.

Узел SA находится в стене правого предсердия около входного отверстия верхней полой вены. Он состоит из клеток синусно-предсердного узла сердца, которые регулярно производят электрические импульсы.

Межузловые проводящие тракты располагаются на стенках правого предсердия между узлом SA и узлом AV. Они проводят электрические импульсы от узла SA к узлу AV приблизительно каждые 0.03 секунды. Межпредсердный пучок, ветвь одного из межузловых проводящих трактов, продолжается на пересечении предсердий, проводя электрические импульсы от узла SA к левому предсердию.

Узел AV находится частично в правой стороне от межпредсердной перегородки рядом с коронарной пазухой и частично в верхней части межжелудочковой перегородки выше основы трёхстворчатого клапана. Первичная функция узла AV это точная передача электрических импульсов от предсердия в желудочки. Кольцо волокнистой ткани изолирует предсердия от желудочков, препятствуя электрическим импульсам войти в желудочки кроме, как через узел AV.

Проходя через узел AV, электрические импульсы замедляются и время прохождения примерно от 0.06 до 0.12 секунды. Задержка импульса в AV-узле составляет около 0.08 секунды, она необходима, чтобы предсердия успели сократиться раньше и перекачать кровь в желудочки.

Пучок Гиса (предсердно-желудочковый пучок) лежит в верхней части межжелудочковой перегородки, соединяя узел AV 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 Гиса, правой и левой ножки пучка Гиса, волокон Пуркинье также известна как система желудочков Гиса-Пуркинье.

Электрические импульсы проходят в сеть Пуркинье через ветви Гиса очень быстро, меньше чем за 0.01 секунды. В целом, обычно электрическим импульсам требуются меньше, чем 0.2 секунды, чтобы дойти от узла SA до волокон Пуркинье в желудочках[2].

1.3 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.

1.3.1 Состояние покоя клетки

Когда клетки миокарда находятся в расслабленном состоянии, внеклеточное пространство содержит положительно заряженные ионы натрия Na+(катионы) с высокой концентрацией. Во внутриклеточном пространстве сконцентрированы отрицательно заряженные ионы (ионы органических фосфатов и сульфатов, ионы белка) (анионы), с небольшой примесью положительно заряженных ионов калия K+. В результате наблюлается отрицательно заряженное внутриклеточное и положительно заряженное внеклеточное пространство.

Во время расслабления сердечной мышцы клеточная мембрана является непроницаемой к ионам и не разрешает свободный поток ионов через нее. В результате возникает электрический потенциал поперек клеточной мембраны.

Состояние покоя клетки сердца может быть описано как наличие слоя положительных ионов, окружающих клеточную мембрану и равное им количество отрицательных ионов с внутренней стороны клеточной мембраны, расположенных непосредственно напротив каждого положительного иона. Такую клетку называют "поляризованной".

Соответствующий электрический потенциал поперек мембраны клетки называют мембранным потенциалом покоя. В клетках предсердий и желудочков сердца, а также в клетках проводящей системы сердца (исключая клетки SA и AV системы) этот потенциал составляет 90 милливольт. В клетках SA и AV системы электрический потенциал несколько меньше, а именно 70 милливольт[11].

1.3.2 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 (Рис. 3).

Быстрые каналы натрия имеются в клетках миокарда и специализированных клетках проводящей системы сердца, кроме клеток SA и AV узлов. У клеток SA и AV 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 (Рис. 3), включает в себя сложный обмен ионами натрия, кальция и калия через клеточные мембраны.

Начало деполяризации

Деполяризация

Частично деполяризованная

клетка

и сжатый

Реполяризация

Полная поляризация клетки

(состояние покоя)

Частично реполяризованная

и расслабленная клетка

электрический

импульс

Начало реполяризации

Полная реполяризация

и расслабление клетки

Полностью деполяризованная и сжатая клетка

Рис. 3. Деполяризация и реполяризация клеток сердечной мышцы. волокна.


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 (Рис. 4).

Рис. 4 Образование волн в электрокардиограмме.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Министерство науки и образования российской федерации (3)

    Исследование
    Исследование объекта с применением языка программирования C / Т.Е. Мамонова; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011.
  2. Министерство науки и образования Российской Федерации (2)

    Реферат
    Белые, ровные зубы – сегодня это не только символ красоты и здоровья, но и обязательная часть имиджа преуспевающего человека. Обладатель безупречной улыбки в жизни чувствует себя гораздо более уверенно, чем тот, кто лишен этого завидного достоинства.
  3. Стратегическое планирование фирмы учебная программа курса Министерство науки и образования Российской Федерации Владивостокский государственный университет экономики и сервиса

    Учебная программа курса
    Учебная программа курса "Стратегическое планирование фирмы" составлена в соответствии с требованиями государственного стандарта России. Предназначена для студентов специальности 061500 «Маркетинг».
  4. Министерство общего профессионального образования Российской Федерации гоу нпо со

    Реферат
    В данной работе представлен проект на тему “Нобелевская премия – миф или реальность”. Над этой работой группа учащихся № 417 по профессии “плиточник – мозаичник – ремесленник”.
  5. Правительство Российской Федерации. Министерству науки и технологий Российской Федерации предусмотреть в 1998 году финансирование на конкурс

    Конкурс
    В целях создания условий, способствующих привлечению инвестиций в инновационную сферу, усиления государственного воздействия на процессы реформирования инновационного потенциала Правительство Российской Федерации постановляет:

Другие похожие документы..