Стандартные этапы анализа и этапы компьютерной обработки био сигналов
Стандартные этапы анализа сигналов с целью получения диагностического заключения и выработки тактики лечения (рис. 8.4) могут быть пройдены только один раз, например, при проведении стандартной ЭКГ или много раз, например, при велоэргометрии.
Рис.8.4. Стандартные этапы анализа сигналов с целью получения диагностического заключения и выработки тактики лечения.
Компьютерная обработка биосигналов состоит, как минимум, из четырех стадий (рис. 8.5):
1) получение (регистрация, измерение) сигналов;
2) преобразование (трансформация) сигналов в цифровую форму;
3) выявление (отбор диагностически существенных) параметров;
4) интерпретация (классификация) сигналов.
Рис. 8.5. Четыре стадии компьютерной обработки биосигналов
Первые две стадии имеют дело с видом и структурой сигнала (т.е. его синтаксисом); последние две стадии – со смысловыми (семантическими) сигнальными свойствами.
На первой стадии регистрации сигналов химические, механические или сигналы другой природы преобразуются в электрические при помощи датчиков, а сигналы электрической природы снимаются с помощью электродов. На этой стадии очень важно поддерживать сигнал таким образом, чтобы его искажение вследствие рассеяния было минимальным.
На второй стадии трансформации сигналы из электрической формы преобразуются в цифровую форму для последующей обработки компьютером (рис. 8.6).
|
|
|
Рис.8.6. Последовательность преобразований биологического параметра при регистрации и трансформации сигналов в цифровую форму
Таким образом, цепочка преобразований выглядит следующим образом:
A(t) = φ1(X(t),w1)
D(t) = φ2(A(t),w2)
где: φ1 – функция преобразования параметра Х в аналоговый электрический сигнал А; φ2 – функция преобразования аналового сигнала А в цифровой сигнал D; w1 – помеха на этапе преобразования φ1; w2 – помеха на этапе преобразования φ2.
Функционирование биологического объекта сопровождается генерацией огромного количества сигналов. Из них лишь небольшая часть может служить целям диагностики. Отбор таких сигналов осуществляется на третьей стадии анализа, а их интерпретация – на четвертой.
Биосигналы , их особенности
Биосигналы являются результатом биологических процессов. Такие процессы необычайно сложны и динамичны. Биосигналы обычно (но не всегда) являются функцией времени. Однако описать их при помощи аналитических выражений достаточно сложно. Это связано с тем, что характер биологических процессов, являющихся источниками сигналов, непрерывно меняется. Например, параметры, описывающие сердцебиение и циркуляцию крови, легкие и функцию дыхания, формулу крови и гормональную систему отличаются большой изменчивостью и могут непрерывно варьировать. Соответственно и сигналы, полученные от таких процессов, характеризуются динамичным и нестационарным характером.
|
|
|
Типы биосигналов
Сигналы любой природы по степени предсказуемости их значений подразделяются на детерминированные и стохастические. Для детерминированных сигналов значения их параметров однозначно определены во времени. У стохастических сигналов параметры являются случайными величинами, однозначно не определяются, а могут лишь быть предсказаны с определенной вероятностью.
Такой классификации подчиняются и биологические сигналы.
1. Детерминированные биосигналы. В общем случае детерминированные сигналы бывают периодические, квазипериодические (почти периодические), непериодические, быстротекущие.
Повторяющиеся биологические процессы, например, сердцебиение или дыхание, генерируют повторяющиеся сигналы. В живых организмах нет чистых периодических сигналов. Правильнее всего, их классифицировать как квазипериодические и непериодические. Примером непериодического сигнала есть сигнал, который может поступать от мигающих глаз. Деполяризованная клетка, стимулированная некоторым сигналом, также генерирует электрический сигнал (волна деполяризации и реполяризации), который называется переходным сигналом.
|
|
|
Отдельной группой детерминированных сигналов являются точечные процессы, которые могут описываться как серия импульсов. Точечные процессы могут быть представлены, как двоичный сигнал, который большинство времени равен «0»; а когда некоторое событие происходит - принимает значение «1». Чисто точечные процессы не генерируются биосистемами, хотя импульсы водителя ритма в синусовом (SA) и атриовентрикулярном (АV) узлах сердца могли бы считаться точечными процессами. В точечных процессах представляет интерес не форма сигнала, а миг, где некоторое событие происходит, как например начало деполяризации в желудочках, связанное с активизацией QRS комплекса в ЭКГ (рис.8.7,а), или момент мигания глаза.
Рис.8.7. Точечный (b) процесс отфильтрованный от иных сигналов ЭКГ(а)
2. Стохастические сигналы — генерируются, например, группами клеток, которые деполяризуются случайным образом (клетки мышцы, нервные клетки в коре головного мозга и т.д.).
Форма волны таких сигналов является недетерминированной и может описываться только статистически. В зависимости от вида биологического процесса стохастические сигналы бывают стационарными или нестационарными. В случае стационарных свойства сигнала не меняются со временем, например, когда пациент находится в стабильном состоянии.
|
|
|
Представляет интерес разница между стационарными и нестационарными сигналами. Если биологический процесс находится в динамике, мы можем ожидать, что генерируемые сигналы также нестационарные. Примером является ЭЭГ больного во время эпилептического приступа. Параметры, которые могут быть получены из нестационарных сигналов (например, от пациентов, находящихся в палатах интенсивной терапии) могут быть представлены как функция времени, и этот вид анализа называется анализом тенденции.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 915; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!