Построение обобщенного описания алгоритма эфп

Построение обобщенного описания алгоритма обработки электрофизиологических процессов производят, учитывая два фактора.

Первый из них заключается в необходимости получать одновременно раз­ную информацию из одной и той же записи процесса, причем выделение этой информации связано с оперативной обработкой частей записи разной длительности.

Второй фактор связан с тем, что в соответствии с принципом многоуровневости алгоритм строится таким образом, чтобы информация, получаемая при обработке более коротких отрезков кривой, являлась исходной для анализа более длинных частей записи.

Термин «запись» употребляется в дан­ном случае вместо общепринятого в теории обработки случайных процессов термина «реализация» и имеет более широкое, чем послед­ний, значение обрабатываемой части процесса.

Любой алгоритм обработки электрофизиологического процесса может быть представ­лен в виде ориентированного дерева, вершины которого соответ­ствуют разветвлению обрабатываемой информации, а ребра — некоторым блокам обработки.

Такое дерево изображено на рис. 1, а

Структурная схема соответ­ствующего устройства, реализуемая либо непосредственно в виде электронных блоков, либо программно в постоянном запоминаю­щем устройстве (ПЗУ) микропроцессорных блоков., представлена на рис. 1, б

Присвоим каждому ребру двойной индекс (i,j), где i — номер уровня; j — номер ребра данного уровня. Пусть Т ij — длительность записи, обрабатываемой блоком (i,j), а Сij — скорость передачи информации от блока с индексом (i,j)к соответствующим блокам (i+ 1)-го уровня. Значения Т ij и Сij могут меняться в процессе обработки в зависимости от результатов анализа, поэтому Т ij = Т ij (t),Сij=Сij(t)

Пусть Т ij =minТ ij (t), Сij= max Сij(t)

Тогда для правильно построенного алгоритма обработки всегда Т` ij ≥ Т`kl, Сij=Сkl при i>k.

Описание электрофизиологических процессов при их записи ограничивается стандартной обработкой данных медико-биологических исследовании на ЭВМ. Это происходит вследствие большой изменчивости записей как во времени, так и по ансамблю биообъектов, что соответствует кластерной (т. е. много­модальной) структуре многомерных распределений в пространстве первичных отсчетов процесса.

Рис. 1. Обобщенный алгоритм обработки

Обычно мы имеем дело с записями недетермини­рованных (но не случайных) процессов.

Часто используемые ста­тистические характеристики случайных процессов (дисперсия, автокорреляционная функция, спектральная плотность) при обра­ботке записей электрофизиологических процессов можно рассмат­ривать лишь как признаки определенных изменений, ценные с точностью до ошибок диагностики различных состояний пли интерпретации данных физиологом.

Все признаки, но которым судят о происходящих изменениях, делятся на

• признаки непрерывного типа

• и дискретного типа.

Каждый тип, кроме того, подразделяется на два вида.

1. Признаки непрерывного типа выражаются .формулой

(1)

(число событий в единицу времени)

• Признаки первого вида характеризуются соотношением

X i(t) ={ δ(t) при выполнении условия φi (t), 0 - в противном случае,

.

Условие φi(t) выполияется при наступлении события, состоя­щего в обнаружении в исходном процессе z(t) коротких участков, обладающих определенными свойствами формы.

Предполагается, что такие события наступают редко, и формула (1) в данном случае выражает число этих событий в единицу времени. Такими признаками могут служить среднее число случаев появления в еди­ницу времени каких-либо зубцов, комплексов зубцов, патологиче­ских комплексов зубцов ЭКГ, воли, острых волн, пересечений нулевого уровня в ЭЭГ и др.

• Для признаков второго вида, измеряющих фон процесса, переменная X i(t) .является некоторым непрерывным преобразованием исходного процесса. Некоторые из таких преобразований определяют признаки, соответствующие оценкам математического ожидания, дисперсии, среднего абсолютного отклонения, корреляционной функции и процесса на выходе лнейного фильтра. Эти признаки характеризуют изменения базовой линии, мощности переменкой составляющей ­ процесса, частотных свойств, некоторых характеристик формы, задаваемых весовой или базисной функцией в данном электрофизиологическом процессе.

2.Признаки дискретного типа определены на составляющих многокомпонентной последовательности, получаемой в резуль­тате дискретизации непрерывного процесса.

Признаки дискретного типа бывают первого и второго типов.

Общая формула признаков

• 

  Признаки дискретного типа первого типа выражают число случаев появления неко­торого события с особыми свойствами, отнесенное к общему числу данных событий_;. Это может быть, например, число эктопических сердечных сокращений, отне­сенное к общему числу желудочковых сокращений, определяемое по ЭКГ.

• Признаки дискретного типа второго типа выражают признак, заключающийся в усред­нении некоторого свойства отсчета по числу членов обрабаты­ваемой последовательности.

Этим признаком пользуются при вы­числении отсчетов амплитуды вызванных потенциалов методом накопления, некоторых характеристик формы одиночных волн ЭКГ (например, асимметрии длительности фаз возрастания и убывания ) и параметров зубцов ЭКГ (например, амплитуды Т-зубца, смещения ST-сегмента относительно изолинии, длительности R-зубца), вычисляемых усреднением не по времени, а по числу событий, оценка дисперсии RR-интервалов, несущая информацию о работе высших уровней регуляции сердечной деятельности .

Признаки соот­ветствуют оценкам, аналогичным непрерывному случаю, но вычис­ляются по дискретным отсчетам.

Все вышеприведенные признаки являются количественными. Они выражаются в виде скалярных или векторных величин и могут быть непосредственно использованы оператором на выходе уст­ройств обработки, решающих задачу оценивания.

В случае решения задачи классификации эти признаки являются элементами ре­шающих правил.

Последние для двухклассовой задачи наиболее часто имеют вид линейных нервенств вида

(для признаков непрерывного типа)

и вида

(для признаков дискретного типа),

где Wi — весовые коэффици­енты; g — порог,

либо логических равенств вида

где Ω1(E1)- -местный предикат ; F — двоич­ная логическая функция, принимающая значение единицы в случае ее истинности и пуля в остальных случаях.

Лекция 8

СИНТЕЗ УСТРОЙСТВ ОБРАБОТКИ БИОМЕДИЦИНСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

при анализе структурной схемы всего устройства.целесообразно использовать структурно-функциональный подход

1.Сначала анализируют структуру входной части устройства( устройства первичной обработки информации)

Сюда включают:

- электроды для регистрации электрофизиологического сигнала или

оптико-электрические измерительные преобразователи

- усилители (м.б. с гальванической развязкой или схемой подавления синфазной помехи)

- пассивные и активные фильтры для улучшения состояния сигнал/шум

- амплитудные детекторы ( для выделения характерных точек типа минимумов и максимумов из аналоговых сигналов)

или

- нуль-органы после предварительного дифференцирования ( нуль-орган- это элемент автоматического регулятора, формирующий сигнал, пропорциональный разности сравниваемых величин)

- схемы сравнения (компараторы) для проверки (или сравнения) условий пересечения аналоговым сигналом фиксированных уровней или условия выхода сигнала за пределы уровней дискриминации . Дискриминатор - устройство, в котором амплитуда или фаза (т.е.параметр электрического сигнала) сравнивается с параметром стандартного сигнала. В результате вырабатывается напряжение, пропорциональное разности сравниваемых величин.

- устройство выборки-хранения (для запоминания аналоговых сигналов с возможной дальнейшей их индикацией аналогичными регистрирующими устройствами).

-активные интеграторы (для усреднения параметров аналогового сигнала за заданный период.

-преобразователи сопротивления на основе операционных усилителей при измерении сопротивления объектов.

ПРИМЕР.

Для определения частоты следования исследуемого сигнала:

-сигнал с датчика усиливают,

фильтруют,

с помощью компараторов превращают в прямоугольные импульсы,

за фиксированное время измерения считываются счетчиком,

- для хранения промежуточных результатов часто используют дополнительные регистры, которые подключают через дешифраторы к цифровым индикаторам.

-Сигналы начальной установки счетчика, записи информации в промежуточные регистры, периода времени измерения вырабатываются простейшим устройством управления.

- аналого-цифровые преобразователи (для цифровой индикации, длоя визуализации параметров, выраженных в аналоговой форме)