Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej

Praca magisterska

Mariola Czuchry

kierunek studiów: fizyka medyczna

specjalnosc: techniki obrazowania i biometria

Analiza nieprawidłowosci w sygnaleEKG

Opiekun: prof. dr hab. inz. Khalid Saeed

Kraków, wrzesien 2014

Oswiadczam, swiadomy(-a) odpowiedzialnosci karnej za poswiadczenie nieprawdy, zeniniejsza prace dyplomowa wykonałem(-am) osobiscie i samodzielnie i nie korzystałem(-am) ze zródeł innych niz wymienione w pracy.

.................................................................(czytelny podpis)

Pragn¦ serdecznie podzi¦kowa¢wszystkim osobom, które wspieraªymnie podczas pisania niniejszej pracy,a w szczególno±ci Panu Prof. dr hab.in». Khalidowi Saeedowi oraz m¦»owiMaciejowi.Prac¦ t¦ dedykuj¦ mojemu synowi Mi-chaªowi.

2

Kraków, wrzesie« 2014

Tematyka pracy magisterskiej i praktyki dyplomowej Marioli Czuchry, studenta

II roku studiów II stopnia kierunku zyka medyczna, specjalno±ci techniki

obrazowania i biometria

Temat pracy magisterskiej: Analiza nieprawidªowo±ci w sygnale EKG

Opiekun pracy: prof. dr hab. in». Khalid SaeedRecenzent pracy: dr in». Joanna wiebocka-Wi¦k

Miejsce praktyki dyplomowej: WFiIS AGH, Kraków

Program pracy magisterskiej i praktyki dyplomowej

1. Omówienie realizacji pracy magisterskiej z opiekunem.

2. Zebranie i opracowanie literatury dotycz¡cej tematu pracy.

3. Praktyka dyplomowa:

• zapoznanie si¦ z ide¡ automatycznej analizy sygnaªu EKG,

• przygotowanie wersji beta GUI,

• zaplanowanie kolejnych kroków,

• sporz¡dzenie sprawozdania z praktyki.

4. Kontynuacja tworzenia programu zwi¡zanego z tematem pracy magisterskiej.

5. Wykonanie analizy wybranych sygnaªów EKG.

6. Zebranie i opracowanie wyników oblicze«.

7. Analiza wyników, ich omówienie i zatwierdzenie przez opiekuna.

8. Opracowanie redakcyjne pracy.

Termin oddania w dziekanacie: wrzesie« 2014

.............................................................. ..............................................................(podpis kierownika katedry) (podpis opiekuna)

3

4

5

Spis tre±ci

1 Wst¦p 8

2 Podstawy elektrozjologii komórki 9

2.1 Przewodzenie bod¹ców . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2 Depolaryzacja bªony komórkowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3 Anatomia mi¦±nia sercowego 12

3.1 Anatomia ukªadu bod¹cotwórczo - bod¹coprzewodz¡cego . . . . . . . . . . . . . 13

3.2 Cykl pracy serca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4 Elektrokardiograa 16

4.1 Parametry diagnostyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4.2 Warunki przeprowadzania badania EKG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.3 Rodzaje odprowadze« w badaniu EKG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5 Automatyczna analiza sygnaªu EKG wybrane metody 27

5.1 Okre±lenie jako±ci sygnaªu i ltracja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5.2 O± elektryczna serca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5.3 Analiza zaªamków i odcinków oraz ich nieprawidªowy obraz . . . . . . . . . . . . 31

5.4 Cz¦sto±¢ akcji serca, miarowo±¢ rytmu oraz wzorzec uderzenia . . . . . . . . . . 38

5.5 Klasykacja uderze« . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

5.6 Detekcja arytmii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

6 Automatyczna analiza nieprawidªowo±ci wyst¦puj¡cych w sygnale EKG

metoda autora 40

6.1 Jako±¢ sygnaªu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

6.2 Filtracja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

6.3 O± elektryczna serca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

6.4 Zaªamek P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

6.5 Odcinek PQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

6.6 Zespóª QRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

6.7 Odcinek ST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

6.8 Zaªamek T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

6.9 Odst¦p QT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

6.10 Cz¦sto±¢ akcji serca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

6.11 Rytm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

6.12 Klasykacja uderze« . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

6.13 Detekcja arytmii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

6

7 Testowanie programu 47

7.1 Baza sygnaªów elektrokardiogracznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

7.2 Test poprawno±ci wyszukiwania zaªamka R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

8 Opis programu komputerowego 48

8.1 Przykªad zastosowania programu do analizy sygnaªu . . . . . . . . . . . . . . . . 48

9 Podsumowanie 62

7

1 Wst¦p

Post¦p technologiczny w medycynie wymaga poszukiwania nowych rozwi¡za« w terapii i dia-

gnostyce. Jednym z podstawowych bada« wykonywanym przez lekarzy jest badanie elektro-

kardiograczne (EKG), poniewa» jest nieinwazyjnym, tanim, powtarzalnym i ªatwo dost¦pnym

narz¦dziem.

Pojawienie si¦ komputerów umo»liwiªo wykorzystanie elektrokardiografów do dalszego po-

znawania charakterystyki pracy mi¦±nia sercowego. Analiza komputerowa zapisu biopotencja-

ªów serca pozwala na szybsze i lepsze rozpoznawanie zjawisk zachodz¡cych w trakcie aktywno-

±ci serca. Metoda opiera si¦ na identykacji pojawiaj¡cych si¦ pr¡dów o niewielkim nat¦»eniu.

Rozpoznanie to ma na celu m.in. wykrycie nieprawidªowo±ci pracy mi¦±nia sercowego b¦d¡cych

przyczyn¡ wielu schorze«. Wczesna diagnostyka pozwala na przyspieszenie procedury wdro»enia

terapii oraz leczenia, a w rezultacie pozwala na przywrócenie pacjenta do zdrowia.

Niezb¦dnymi narz¦dziami pracy staj¡ si¦ programy potra¡ce przetwarza¢ podany sygnaª

EKG i w mo»liwie krótkim czasie dokona¢ jego peªnej analizy. Aplikacje potra¡ równie» po-

równywa¢ wzorce sygnaªów z zadanej bazy i mog¡ stanowi¢ pomoc dla lekarzy kardiologów.

Nie mog¡ one zast¡pi¢ pracowników sªu»by zdrowia, jednak mog¡ upro±ci¢ ich prac¦ poprzez

pokazywanie w przyst¦pnej formie wyników przeprowadzonych analiz.

Programy takie mog¡ by¢ równie» przydatne dla samych pacjentów. Osoba posiadaj¡ca

urz¡dzenie sªu»¡ce odczytywaniu i przetwarzaniu sygnaªu EKG mogªaby by¢ przez to urz¡dze-

nie informowana o aktualnym kondycji swojego mi¦±nia sercowego. Dzi¦ki temu, po wykryciu

pierwszych objawów nieprawidªowo±ci i powiadomieniu przez aplikacj¦ o tym fakcie pacjenta,

ten mógªby natychmiast podj¡¢ odpowiednie kroki, np. za»y¢ farmaceutyk. Z danych statystycz-

nych wynika, »e choroby ukªadu kr¡»enia s¡ przyczynami zgonów w±ród m¦»czyzn w 51,8%

przypadków, a w±ród kobiet w 40,8% [1]. Z tego powodu konieczne jest opracowywanie ak-

tywno±ci i programów zmniejszaj¡cych ryzyko zgonu w wyniku dolegliwo±ci ze strony ukªadu

kr¡»enia. Ich nieustanne ulepszanie, szczególnie przy tak du»ym odsetku osób cierpi¡cych na

schorzenia ukªadu kr¡»enia, powinno by¢ dziaªaniem priorytetowym.

8

2 Podstawy elektrozjologii komórki

Najmniejsz¡ autonomiczn¡ struktur¡ »yw¡ buduj¡c¡ organizm ludzki jest komórka otoczona

bªon¡ komórkowa. Bªona ta jest póªprzepuszczalna i ma grubo±¢ ok. 100 A. Zapewnia tak»e

oddzielenie komórki od innych struktur, ochron¦ przed czynnikami mechanicznymi i chemiczny-

mi, kontakt ze ±rodowiskiem zewn¦trznym, odbiór i generacj¦ bod¹ców, regulacj¦ dwustronnego

transportu substancji oraz zachowanie ksztaªtu samej komórki [2, 3]. Jej rol¡ jest równie» za-

chowanie w swoim wn¦trzu takich warunków, które umo»liwi¡ zachodzenie wszystkich procesów

»yciowych [4].

Transport substancji przez bªon¦ zapewnia usuwanie szkodliwych zwi¡zków przemiany ma-

terii, a tak»e gromadzenie niezb¦dnych elementów, w wi¦kszo±ci postaci jonów. Gradient kon-

centracji no±ników ªadunku (ró»nica potencjaªów pomi¦dzy ±rodowiskiem zewn¦trznym a we-

wn¦trznym komórki) w stanie spoczynkowym wynosi -90 mV, przy ujemnym biegunie znajduj¡-

cym si¦ we wn¦trzu komórki. Usuwanie lub napªyw jonów mo»e przebiega¢ czynnie przy udziale

pompy sodowo-potasowej (Na+-K+) lub biernie bez udziaªu innych elementów. Aktywny me-

chanizm transportu prowadzony jest wbrew gradientowi st¦»e« i kosztem energii pochodz¡cej

z rozkªadu cz¡steczek kwasu adenozynotrójfosforanowego (ATP) [2, 5, 6].

2.1 Przewodzenie bod¹ców

Bezpo±redni wpªyw na zjawiska zachodz¡ce na powierzchni bªony komórkowej maj¡ zmiany

stanu elektrycznego, chemicznego, termicznego lub mechanicznego, zwane bod¹cami. Bodziec

elektryczny powoduj¡cy miejscowe, niedu»e zmiany napi¦cia bªonowego, to bodziec podprogowy.

Nie przekracza on warto±ci 65 mV, a zachodz¡ce zmiany s¡ wyrównywane dziaªaniem pompy

Na+-K+. Drugim rodzajem impulsów wyró»nianym ze wzgl¦du na rodzaj oddziaªywania jest

bodziec ponadprogowy, stanowi¡cy ¹ródªo lawinowej depolaryzacji bªony komórkowej [5, 7].

Podstaw¡ przekazywania bod¹ców elektrycznych jest przewodzenie depolaryzacja jednej

komórki powoduje depolaryzacj¦ kolejnych s¡siaduj¡cych z ni¡ komórek, pod warunkiem, »e

zostanie przekroczony potencjaª progowy. Przewodzenie spontaniczne (jest mo»liwe np. dla ko-

mórek mi¦±nia sercowego) wi¡»e si¦ z frontem pobudzenia, dziel¡cym komórki spolaryzowane

(takie, do których nie dotarª jeszcze bodziec) od zdepolaryzowanych [5]. Na szczycie poten-

cjaªu czynno±ciowego zachodzi tzw. zjawisko odwrócenia potencjaªu. Polega ono na zmianie

znaku warto±ci potencjaªu we wn¦trzu komórki [5, 6]. W danej obj¦to±ci, w której znajduje si¦

sko«czona liczba komórek, front pobudzenia skurczy si¦ po przekazaniu impulsu ostatniej nie

zdepolaryzowanej jeszcze komórce [5]. W efekcie zanika pole elektryczne i rozpoczyna si¦ krótki

okres refrakcji bezwzgl¦dnej, w czasie której ponowne pobudzenie jest niemo»liwe [5, 6].

9

2.2 Depolaryzacja bªony komórkowej

Proces depolaryzacji bªony komórkowej podzielony jest na kilka etapów [4, 5]:

• Faza 0

Pocz¡tek depolaryzacji; wzrost napi¦cia bªonowego od -90 mV do -65 mV powoduje gwaª-

towny napªyw jonów sodu (Na+) i wzrost napi¦cia do 30 mV;

• Faza 1

Wst¦pna szybka repolaryzacja; napªyw jonów chloru (Cl−) i jednoczesny wypªyw jonów

potasu (K+);

• Faza 2

Powolna repolaryzacja; jony K+ nadal wypªywaj¡ z komórki, ale s¡ do niej dostarczane

jony Na+ i wapnia (Ca++);

• Faza 3

Pocz¡tek fazy szybkiej repolaryzacji; pr¡d zwi¡zany z wypªywaniem jonów K+ przewa»a

nad pr¡dem napªywu jonów Na+ i Ca++, spadek napi¦cia do ok. -65 mV;

• Faza 4

Przekroczenie warto±ci progowej, wª¡czenie aktywnego mechanizmu transportu. Osi¡gni¦-

cie i utrzymanie danego potencjaªu.

Pogl¡dowe schematy, ilustruj¡ce wy»ej opisane procesy zachodz¡ce w poszczególnych fazach,

zostaªy przedstawione poni»ej (Rysunek 1, Rysunek 2).

Rysunek 1: Zmiany jonowe w poszczególnych fazach potencjaªu czynno±ciowego wg [5].

10

Rysunek 2: Potencjaªy czynno±ciowe odbierane z wn¦trza komórki mi¦±nia komorowego wg [8].

11

3 Anatomia mi¦±nia sercowego

Serce dorosªego czªowieka wa»y 250-350 g i ma wielko±¢ zaci±ni¦tej pi¦±ci. Poªo»one jest w ±ród-

piersiu w jamie klatki piersiowej za mostkiem po lewej stronie, zwrócone koniuszkiem w lewo

(koniuszek serca le»y za pi¡t¡ przestrzeni¡ mi¦dzy»ebrow¡), a podstaw¡ w prawo [9, 10].

Serce dzieli si¦ na lew¡ i praw¡ cz¦±¢, a pomi¦dzy nimi znajduje si¦ przegroda mi¦dzykomo-

rowa. W obydwu cz¦±ciach znajduj¡ si¦ jeden przedsionek oraz jedna komora. Cienko±cienne

przedsionki zbieraj¡ krew »yln¡ i poprzez zastawki wypychaj¡ krew do grubo±ciennych komór.

Zastawki zbudowane s¡ z mocnej tkanki wªóknistej i zapobiegaj¡ cofaniu si¦ krwi w fazie roz-

kurczu (nast¦puj¡cym po skurczu) [9].

Ograniczone jest z czterech stron [9]:

• z prawej przez prawy przedsionek,

• z lewej gªównie lew¡ komor¡,

• od góry granica jest tworzona przez przedsionki wraz z du»ymi naczyniami,

• od doªu ogranicza j¡ przede wszystkim prawa komora.

Wyró»niamy cztery powierzchnie serca [9]:

• mostkowo-»ebrow¡ poªo»on¡ za mostkiem, tworzon¡ gªównie przez praw¡ komor¦,

• pªucn¡ le»¡c¡ w zagª¦bieniu lewego pªuca, zªo»on¡ w przewa»aj¡cej cz¦±ci z lewej komory,

• przeponow¡ znajduj¡c¡ si¦ w dolnej cz¦±ci mi¦±nia sercowego, skªadaj¡cej si¦ z obu

komór,

• podstaw¦ u góry, skierowan¡ ku tyªowi, budowan¡ przez lewy przedsionek.

Rol¦ ochronn¡ mi¦±nia sercowego stanowi klatka piersiowa (zbudowana z tkanki chrz¦st-

nej i kostnej) oraz bezpo±rednio osªania go worek osierdziowy. Osierdzie skªada si¦ z dwóch

zasadniczych cz¦±ci [6, 9]:

• z osierdzia surowiczego charakteryzuj¡cego si¦ o dwuwarstwow¡ budow¡: blaszka trzew-

na i blaszka ±cienna pªynnie na siebie zachodz¡; wolna w¡ska przestrze« mi¦dzy skªado-

wymi wypeªniona jest pªynem zmniejszaj¡cym tarcie komór w trakcie ich skurczu,

• z osierdzia wªóknistego zewn¦trznej nieelastycznej warstwy zªo»onej z tkanki ª¡cznej,

ma gwarantowa¢ nie tylko ochron¦ w trakcie urazu, ale równie» zapewni¢ poª¡czenie

mi¦dzy s¡siaduj¡cymi strukturami, np. naczyniami krwiono±nymi oraz ma zapobiega¢

przepeªnianiu si¦ serca.

12

3.1 Anatomia ukªadu bod¹cotwórczo - bod¹coprzewodz¡cego

Mi¦sie« serca posiada zdolno±¢ spontanicznego przekazywania pobudze« i ich wytwarzania

(ukªad bod¹cotwórczo-bod¹coprzewodz¡cy). Szybko±¢ przewodzenia wynosi ok. 400 mms

wzdªu»

wªókien i ok. 200 mms

w poprzek wªókien mi¦±niowych [5].

W warunkach zjologicznych generatorem pobudzenia jest w¦zeª zatokowo-przedsionkowy

(SA) o pr¦dko±ci przenoszenia 0, 05 msi powierzchni 1 mm2, le»¡cy u uj±cia »yªy gªównej do

prawego przedsionka. Zbudowany jest z komórek nale»¡cych do prawego przedsionka. Ka»dy

skurcz komórek skutkuje generacj¡ impulsu elektrycznego [5, 6, 9]. Sterowanie kilkoma tysi¡cami

komórek jest rol¡ antagonistycznie dziaªaj¡cych ukªadów sympatycznego (odpowiadaj¡cego za

pobudzenie), parasympatycznego (jego rol¡ jest hamowanie) i hormonalnego (wª¡czanego do

sterowania adrenalin¡ czy tyroksyn¡) [5].

Pobudzenie rozchodzi si¦ poprzez szlak mi¦dzyw¦zªowy (wi¡zka Bachmanna) do lewego

przedsionka oraz przez przedni szklak mi¦dzyw¦zªowy (pozostaªe dwa: ±rodkowy (Weckebacha)

i tylny (Thorela) s¡ zapasowymi drogami bod¹coprzewodz¡cymi) [6]. Kolejnym punktem jest

w¦zeª przedsionkowo - komorowy (AV), zwany zapasowym generatorem rytmu (o cz¦stotliwo±ci

45-60 1min

). Umiejscowiony jest pod wsierdziem prawego przedsionka, a jego cech¡ charakte-

rystyczn¡ jest bardzo wolne przewodzenie bod¹ca, co skutkuje ok. 120 milisekundowym opó¹-

nieniem skurczu komór wzgl¦dem przedsionków (ten czas, w którym brak jest jakiejkolwiek

aktywno±ci elektrycznej uwidacznia si¦ na wykresie elektrokardiogracznym w postaci linii izo-

elektrycznej serca) [5, 9]. Impuls przechodzi dalej przez p¦czek Hisa z pr¦dko±ci¡ ok. 200 mms.

Ten na wysoko±ci przegrody mi¦dzykomorowej dzieli si¦ na dwie odnogi, z których ka»da po-

siada zdolno±ci bod¹cotwórcze (cz¦stotliwo±¢ ok. 40 1min

) [5]:

• praw¡ (w¡sk¡):

- przedni¡

- tyln¡

- przegrodow¡.

• lew¡ (szerok¡).

Ostatnim elementem opisywanego ukªadu s¡ wªókna Purkiniego b¦d¡ce rozgaª¦zionymi zako«-

czeniami wi¡zek p¦czka Hisa. W warunkach zjologicznych przenosz¡ bodziec w sposób bez-

po±redni na roboczy mi¦sie« komór, a w warunkach patologicznych mog¡ wytwarza¢ impulsy

z cz¦stotliwo±ci¡ ok. 20 1min

[5, 6, 9].

13

Rysunek 3: Schemat ukªadu bod¹cotwórczo - bod¹coprzewodz¡cego wg [6].

3.2 Cykl pracy serca

Cyklem pracy serca nazywa si¦ zespóª nast¦puj¡cych po sobie zjawisk sªu»¡cych rozprowadzaniu

krwi po organizmie. Zjawiska te zwane prac¡ serca, dzielimy na fazy skurczu i rozkurczu [6, 9,

10]:

1. faza pierwsza rozkurcz komór; krew napªywa z »yª do przedsionków, a nast¦pnie przez

otwarte zastawki (trójdzieln¡ i dwudzieln¡) do komór;

2. faza druga skurcz przedsionków nast¦puje pod koniec pierwszej fazy; krew caªkowicie

wypeªnia pozostaªe wolne przestrzenie w komorach;

3. faza trzecia skurcz komór przy zamkni¦tych zastawkach przedsionkowo-komorowych,

a otwartych zastawkach aorty i t¦tnicy pªucnej; krew wtªaczana jest do t¦tnic pod du»ym

ci±nieniem, czemu towarzyszy rozkurcz przedsionków;

4. faza czwarta - przerwa, krótki odpoczynek serca, po którym mo»e ono podj¡¢ dalsz¡ prac¦.

Naczynia krwiono±ne tworz¡ w organizmie dwa obiegi krwi: maªy (pªucny) i du»y. Obieg

pªucny bierze pocz¡tek w prawej komorze, której skurcz skutkuje wyrzutem krwi odtlenowanej

do pnia pªucnego t¦tniczego. Krew przepªywa dalej coraz mniejszymi t¦tnicami a» dociera do

naczy« otaczaj¡cych p¦cherzyki pªucne. Tu nast¦puje wymiana gazowa - krew zostaje oczysz-

czona z dwutlenku w¦gla (CO2), natlenowana (O2) i powraca »yªami do lewego przedsionka

[3, 6].

14

Du»y obieg krwi rozpoczyna si¦ w lewej komorze - natlenowana krew jest wyrzucana do

aorty, a nast¦pnie dociera do komórek ciaªa, gdzie nast¦puje jej odtlenowanie oraz pozostawienie

skªadników pokarmowych i pobranie dwutlenku w¦gla. Po zaj±ciu tych procesów krew powraca

»yªami do prawego przedsionka [3, 6].

Rysunek 4: Schemat ukªadu sercowo-naczyniowego: obieg du»y i pªucny wg [2, 6, 9].

15

4 Elektrokardiograa

Fundamentalne podstawy znanego nam dzi± badania elektrokardiogracznego zostaªy wpro-

wadzone przez Einthovena na pocz¡tku XX wieku i do tej pory metoda ta jest powszechnie

i ch¦tnie stosowana ze wzgl¦du na nieinwazyjno±¢, ªatwo±¢ jej przeprowadzania (sprz¦t mo»e

by¢ przeno±ny), czy na dostarczanie w krótkim czasie wielu informacji na temat zaburze« (lub

ich braku) w funkcjonowaniu mi¦±nia sercowego [11] [I].

EKG, to zapis czynno±ci bioelektrycznych komórek roboczych serca w trakcie powtarzaj¡-

cego si¦ cyklu pracy serca [5]. Aktywno±¢ elektryczna serca zachodz¡ca w okre±lonym czasie

jest zapisywana w postaci krzywej EKG, stanowi¡cej odzwierciedlenie ró»nic potencjaªów ist-

niej¡cych w poszczególnych cz¦±ciach ciaªa. Sygnaª mo»e by¢ zbierany z ró»nych miejsc na ciele,

poniewa» ró»nice napi¦¢ wynikaj¡ z ró»nych pr¡dów czynno±ciowych powstaj¡cych w mi¦±niu

sercowym. W ten sposób uzyskuje si¦ obraz zmiennego przestrzennego pola elektrycznego, co

odpowiada w du»ym przybli»eniu polu wytwarzanemu przez dipol napi¦cia [11].

4.1 Parametry diagnostyczne

Najwa»niejszymi wska¹nikami diagnostycznymi s¡ parametry wymienione poni»ej [12, 13]:

• czasowe - reprezentacja zjawisk zwi¡zanych z pobudzeniem i relaksacj¡ mi¦±nia sercowego

pozwalaj¡ca okre±li¢ czas ich trwania,

• morfologiczne - reprezentacja miejsca powstania i drogi przewodzenia impulsów,

• amplituda - dla ka»dego zaªamka to odpowiednik warto±ci napi¦cia wytwarzanego w cza-

sie akcji serca (im wi¦ksza warto±¢ napi¦cia, tym zaªamek na wi¦ksz¡ warto±¢); zawiera

informacje o zjawiskach niekardiologicznych i jest zale»na od zmiennych warunków reje-

stracji, ale i ona niesie pewne informacje, cho¢ na ich podstawie nie zwykªo si¦ stawia¢

diagnozy.

Wynikiem przeprowadzanego badania EKG jest krzywa przedstawiona na Rysunku 5:

16

Rysunek 5: Wzorcowy zapis EKG wg [14, 15].

Najistotniejsze komponenty krzywej sygnaªu EKG u zdrowej osoby dorosªej [8, 14, 15, 16,

17]:

• zaªamek P

Odpowiada depolaryzacji mi¦±niówki czynnej skurczowo przedsionków; pierwsze wychyle-

nie linii izoelektrycznej wyznaczaj¡ce koniec odcinka TP, a poprzedzaj¡ce zespóª QRS; o±

elektryczna najcz¦±ciej skierowana ku doªowi w lewo, co ma swoje ¹ródªo w rozchodzeniu

si¦ impulsu elektrycznego z w¦zªa SA do w¦zªa AV i ku uszkom przedsionków. Amplituda

(Tabela 1) i czas trwania zaªamka (Tabela 2), s¡ parametrami zale»nymi od wieku i pªci:

Tabela 1: Amplituda zaªamka P [ms] - zjologicznie prawidªowa: warto±ci referencyjne wg [18]

Odprowadzenie Pªe¢ 5-8 lat 8-12 lat 12-16 lat Osoby dorosªe

IIM 0,12 (0,22)* 0,12 (0,22)* 0,13 (0,24)*

odprowadzenia ko«czy-K 0,12 (0,24)* 0,14 (0,24)* 0,15 (0,26)* nowe ≤ 0, 25

V1M 0,12 (0,20)* 0,11 (0,19)* 0,11 (0,18)*

faza (+) ≤ 0, 15M 0,11 (0,18)* 0,11 (0,19)* 0,10 (0,17)* faza (-)≤ 0, 10

*±rednia (2-98 centyl)

17

Tabela 2: Czas trwania zaªamka P [ms] - zjologiczne normy: warto±ci referencyjne wg [18]

Pªe¢ 5-8 lat 8-12 lat 12-16 lat Osoby dorosªe

M 92 (73, 108)* 98 (78, 117)* 100 (82, 118)*≤ 120

K 89 (71, 107)* 94 (75, 114)* 98 (78, 122)*

*±rednia (2-98 centyl)

• odcinek PQ

Fragment krzywej EKG znajduj¡cy si¦ w linii izoelektrycznej (mo»e wyst¦powa¢ nie-

wielkie obni»enie wzgl¦dem niej); mie±ci si¦ pomi¦dzy ko«cem zaªamka P a pocz¡tkiem

zespoªu QRS; odpowiada przesyªowi sygnaªu bioelektrycznego przez w¦zeª przedsionkowo-

komorowy, p¦czek Hisa i jego odnogi oraz wªókna Purkiniego; prawidªowy czas trwania

dla poszcególnych grup wiekowych zawiera Tabela 3:

Tabela 3: Czas trwania odst¦pu PQ u osób zdrowych [ms]: warto±ci referencyjne wg [18]

Pªe¢ 5-8 lat 8-12 lat 12-16 lat Osoby dorosªe

M 129 (99, 160)* 134 (105, 174)* 139 (107, 178)*120-200

K 124 (92, 156)* 129 (103, 163)* 135 (106, 176)*

*±rednia (2-98 centyl)

• zaªamek Q

Punkt pocz¡tkowy zespoªu QRS; dodatkowej ocenie podlega jego amplituda - warto±ci

prawidªowe przedstawia Tabela 4:

Tabela 4: Amplituda zaªamka Q [mV]: warto±ci referencyjne wg [18]

Odprowadzenie Pªe¢ 5-8 lat 8-12 lat 12-16 lat Osoby dorosªe

IIIM 0,15 (0,36)* 0,10 (0,28)* 0,10 (0,29)*

odprowadzenia ko«czynoweK 0,16 (0,38)* 0,10 (0,27)* 0,10 (0,21)* (poza aVR) ≤ 0, 21

V6M 0,12 (0,39)* 0,12 (0,43)* 0,11 (0,43)*

≤ 14zalamkaR

M 0,10 (0,41)* 0·11 (0,34)* 0,09 (0,23)*

*±rednia (2-98 centyl)

18

• odst¦p PR

Odpowiada przesyªowi sygnaªu bioelektrycznego przez w¦zeª przedsionkowo-komorowy,

p¦czek Hisa i wªókna Purkiniego, czyli niesie informacje o czasie depolaryzacji przedsion-

ków; ma ±ci±le okre±lony i staªy czas trwania, b¦d¡cy parametrem indywidualnym;

• zespóª QRS

Informuje o depolaryzacji mi¦±niówki czynnej skurczowo komór serca; o± skierowana ku

doªowi i w lewo; prawidªowy czas trwania mie±ci si¦ w granicach zawartych w Tabeli 5:

Tabela 5: Czas trwania zespoªu QRS [ms]: warto±ci referencyjne wg [18]

Pªe¢ 5-8 lat 8-12 lat 12-16 lat Osoby dorosªe

M 80 (63, 98)* 85 (67, 103)* 91 (78, 111)*70-110

K 77 (59, 95)* 82 (66, 99)* 87 (72, 106)*

*±rednia (2-98 centyl)

• odst¦p QT

Jest cz¦±ci¡ krzywej od pocz¡tku zespoªu QRS do ko«ca zaªamka T; opisuje skurcz komór

od depolaryzacji po repolaryzacj¦; jego dªugo±¢ zale»y m. in. od wieku, pªci, cz¦sto±ci

rytmu serca, ale powinien by¢ krótszy ni» poªowa dªugo±ci odst¦pu RR:

Tabela 6: Czas trwania zespoªu QT [ms]: warto±ci referencyjne wg [18]

Pªe¢ 5-8 lat 8-12 lat 12-16 lat Osoby dorosªe

M 411 (371, 443)* 411 (373, 440)* 407 (362, 449)* 360-450 (470)**

K 409 (375, 449)* 410 (365, 447)* 414 (370, 457)* 370-460 (480)**

*±rednia (2-98 centyl); **górna granica normy u sportowców)

• zaªamek Tp

Jest on obserwowalny w postaci obni»enia odcinka PQ lub ST, jednak»e jest przesªoni¦ty

przez zaªamki zespoªu QRS, wi¦c niewidoczny; odpowiada repolaryzacji przedsionków,

a jego wychylenie jest przeciwstawne do zaªamka P;

• odcinek ST

Le»y w linii izoelektrycznej i jest obrazem elektrokardiogracznej ciszy; wyst¦puje pomi¦-

dzy faz¡ depolaryzacji a repolaryzacji komór; cz¦sto mo»na si¦ spotka¢ z wychyleniem

poªo»enia wzgl¦dem linii, a dopuszczalne odchylenia od normy przedstawia Tabela 7:

19

Tabela 7: Granice normy dla odcinka ST [mV] - wychylenie lub obni»enie wzgl¦dem linii izo-

elektrycznej [18]

Obni»enie ≤ 0, 05

UniesienieOdprowadzenie V2-V3

M 0,2-0,25

K ≤ 0, 15

Pozostaªe odprowadzenia ≤ 0, 1

• fala U

Ma niesprecyzowane pochodzenie - mo»e wyst¦powa¢ w przypadku hipokaliemii lub mo»e

by¢ wywoªana depolaryzacj¡ komór b¡d¹ repolaryzacj¡ wsierdzia; jest widoczna tylko

u cz¦±ci populacji po zaªamku T a przed zaªamkiem P; posiada maª¡ dodatni¡ amplitud¦;

• linia izoelektryczna

Linia ª¡cz¡ca jeden odcinek TP z kolejnym odcinkiem; zarejestrowana w czasie, gdy w ser-

cu brak pobudzenia; w stosunku do niej wyznacza si¦ przemieszczenia wszystkich odcin-

ków i amplitud¦ zaªamków;

• zaªamek T

Odzwierciedla repolaryzacj¦ czynnej skurczowo mi¦±niówki komór serca (powrót komór

serca do elektrycznego stanu wyj±ciowego); jest to pierwsze wychylenie za odcinkiem ST

skierowane w tym samym kierunku, co zespóª QRS (o± ku doªowi i w lewo); górne granice

amplitudy przedstawione w Tabeli 8:

Tabela 8: Amplituda zaªamka T [mV]: warto±ci referencyjne wg [18]

Odprowadzenie Amplituda [mV]

Ko«czynowe ≤ 0, 6

Przedsercowe ≤ 1, 0

*±rednia (2-98 centyl)

20

Pozostaªe wa»ne diagnostycznie elementy buduj¡ce krzyw¡ EKG:

• stosunek RS- warto±ci referencyjne w Tabeli 9:

Tabela 9: Stosunek RSw odprowadzeniach przedsercowych - warto±ci prawidªowe wg [18]

Odprowadzenie Pªe¢ 5-8 lat 8-12 lat 12-16 lat Osoby dorosªe

V1M 0,6 (÷0, 11, 7)* 0,4 (÷0, 11, 2)* 0,4 (÷0, 11, 1)*

< 1, 0K 0,5 (÷0, 11, 4)* 0,4 (÷0, 11, 1)* 0,3 (÷0, 11, 0)*

V6M 5,9 (÷1, 8S = 0)* 6,2 (÷1, 7S = 0)* 5,5 (÷2, 0S = 0)*

> 1, 0K 6,8 (÷1, 7S = 0)* 7,2 (÷2, 0S = 0)* 5,4 (÷1, 3S = 0)*

*±rednia (2-98 centyl)

• zaªamek S - ocenie podlega jego amplituda (Tabela 10):

Tabela 10: Amplituda zaªamka S w odprowadzeniach przedsercowych - warto±ci referencyjne

wg [18]

Odprowadzenie Pªe¢ 5-8 lat 8-12 lat 12-16 lat Osoby dorosªe

V1M 1,15 (2,29)* 1,30 (2,46)* 1,30 (2,44)*

≤ 0, 26K 1,23 (2,49)* 1,32 (2,58)* 1,15 (2,05)*

V6M 0,34 (0,89)* 0,34 (0,79)* 0,37 (0,85)*

mo»e nie wyst¡pi¢K 0,29 (0,77)* 0,27 (0,75)* 0,30 (0,67)*

*±rednia (98 centyl)

• zaªamek R - ocenie podlega ampituda (Tabela 11):

Tabela 11: Amplituda zaªamka R [mV]: odprowadzenia przedsercowe - warto±ci referencyjne wg

[24]

Odprowadzenie Pªe¢ 5-8 lat 8-12 lat 12-16 lat Osoby dorosªe

V1M 0,63 (1,48)* 0,54 (1,14)* 0,48 (1,18)*

≤ 0, 6K 0,55 (1,24)* 0,49 (1,14)* 0,35 (1,10)*

V6M 1,97 (2,98)* 2,18 (3,24)* 2,02 (3,05)*

K 2,05 (3,25)* 2,00 (3,04)* 1,65 (2,52)*

*±rednia (98 centyl)

21

• interwaª RR jest odlegªo±ci¡ pomi¦dzy szczytami dwóch kolejnych zaªamków R; ró»nice

w dªugo±ci trwania kolejnych interwaªów mog¡ ±wiadczy¢ o obecno±ci arytmii schorzenia;

• interwaª PP jest odlegªo±ci¡ pomi¦dzy szczytami dwóch kolejnych zaªamków P.

4.2 Warunki przeprowadzania badania EKG

Elektrokardiograa jest podstawowym badaniem wykorzystywanym we wst¦pnej diagnostyce

w ramach opieki podstawowej i przez oddziaªy medycyny ratunkowej [10]. Najpopularniejszy

test EKG wykonuje si¦ w pozycji le»¡cej w spoczynku przez 10-15 s w temperaturze otoczenia

ok. 22C. Pacjent powinien le»e¢ spokojnie, nie napina¢ mi¦±ni, ko«czyny górne nie powinny

przylega¢ do tuªowia, a dolne nie mog¡ wzajemnie si¦ dotyka¢ [16]. Stopie« relaksacji pacjen-

ta ma ogromny wpªyw na otrzymywany obraz - im mniej komfortowe warunki, tym wi¦ksze

zakªócenia, które pó¹niej otrzymywane s¡ na wykresie [13].

Rysunek 6: Ró»nica pomi¦dzy sygnaªem rejestrowanym u pacjenta napi¦tego i zrelaksowanego

z [13].

Do przeprowadzania badania jest u»ywany sprz¦t, którego uogólniony schemat blokowy

zostaª przedstawiony na Rysunku 7.

Rysunek 7: Schemat blokowy rejestratora biosygnaªów wg [5].

22

Elektrody pomiarowe s¡ czujnikami mierz¡cymi aktywno±¢ elektryczn¡ nast¦puj¡c¡ pod

nimi. Umieszczane s¡ na skórze pacjenta odpowiednio wcze±niej przygotowanej: oczyszczonej

(usuni¦cie nieprzewodz¡cej warstwy naskórka sªu»y obni»eniu oporu elektrycznego i elimina-

cji artefaktów) oraz posmarowanej »elem (zapewnia to zwi¦kszenie przewodzenia). Elektrody

znajduj¡ce si¦ w dwóch punktach na powierzchni ciaªa, a poª¡czone s¡ z galwanometrem (mie-

rz¡cym ró»nic¦ potencjaªów wyst¦puj¡cych na powierzchni) - taki obwód elektryczny nazywamy

odprowadzeniem. Je±li dodatni impuls elektryczny oddala si¦ od elektrody, to na elektrokar-

diogramie wyrysowuje si¦ zaªamek skierowany w dóª, w przeciwnym razie, elektrokardiograf

zapisuje zaªamek skierowany ku górze [8, 17].

Wzmacniacz wst¦pny rejestratora EKG (o podwy»szonym wspóªczynniku tªumienia sygnaªu

wspóªbie»nego CMRR, z wyprzedzaj¡cym sprz¦»eniem zwrotnym albo z aktywnym ekranem)

odbiera sygnaª z elektrod pomiarowych i wyznacza jako±¢ caªego rejestratora. Musi on speªnia¢

kilka warunków:

- posiadana impedancja wej±ciowa musi by¢ du»a zazwyczaj stosuje si¦ impedancj¦ wej-

±ciow¡ ok. 1015Ω, która gwarantuje znikome obci¡»enie ¹ródªa sygnaªu

- musi by¢ odporny na impuls z debrylatora (ok. 17 kV) i znaczne przesterowanie (mo»e

to by¢ zrealizowane przez doª¡czenie równolegle do wej±cia diod póªprzewodnikowych,

które maj¡ utrzyma¢ potencjaª ró»nicowy poni»ej 0,7 V albo poprzez szeregowe wª¡czenie

oporników 0.5 − 1 MΩ, chroni¡cych diody przed uszkodzeniem)

- powinien dyskryminowa¢ typowe zakªócenia (pomiar dokonywany jest metod¡ ró»nicow¡,

co ma na celu minimalizacj¦ czuªo±ci na zakªócenia sieciowe drgania mi¦±ni, impulsy

nerwowe, czy szumy sieciowe)

- powinien mie¢ dopasowane wzmocnienie i impedancj¦ wyj±ciow¡ do nast¦pnego stopnia

(jest to zabezpieczenie w wypadku pojawienia si¦ znacznych zakªóce«).

Wa»nym zagadnieniem jest równie» zabezpieczenie przeciwpo»arowe pacjenta, która ma jed-

nocze±nie nie dopu±ci¢ do zniszczenia sprz¦tu. W rejestratorach o zasilaniu sieciowym stosuje

si¦ barier¦ galwaniczn¡ w analogowej cz¦±ci toru sygnaªowego. Realizowana jest przy u»yciu

nieelektrycznego medium transmituj¡cego informacj¦ optoelektronicznie (medium jest ±wiatªo)

lub magnetycznie (medium stanowi pole magnetyczne) ewentualnie logicznie (podª¡czenie urz¡-

dzenia do sieci uniemo»liwia rejestracj¦, a w trakcie badania zasilane jest tylko z akumulatora)

[5].

W elektrokardiograi u»ywa si¦ ltru dolnoprzepustowego o nachyleniu charakterystyki

12 dB/okt i cz¦stotliwo±ci 35 Hz (odcinaj¡cego napi¦cie generowane przez mi¦±nie) oraz l-

tru pasmowo-zaporowego o cz¦stotliwo±ci ±rodkowej 50 lub 60 Hz (eliminuj¡cego zakªócenia

o naturze sieciowej) [5].

23

Stopie« ko«cowy wzmacnia sygnaª, który w caªo±ci gromadzony jest w pami¦ci urz¡dzenia

rejestruj¡cego. Równolegle dokonywane s¡ dwie operacje: konwersja napi¦cie-pr¡d oraz wydruk

sygnaªu. Warto±ci wychyle« urz¡dzenia pisz¡cego s¡ proporcjonalne do warto±ci pr¡du [5].

Przetworniki A/C dziaªaj¡ w oparciu o bezpo±rednie porównywanie ze wzorcami, wielokrot-

ne caªkowanie sygnaªu lub metod¦ kolejnych przybli»e« (wykorzystywana w EKG). Przej±cie

sygnaªu przez przetwornik A/C umo»liwia udost¦pnienie go urz¡dzeniom zewn¦trznym, np. na

monitor (interfejs) [5].

4.3 Rodzaje odprowadze« w badaniu EKG

Odprowadzenia rejestruj¡ aktywno±¢ elektryczn¡ w postaci wektorów, co na elektrokardiograe

jest widoczne w postaci zaªamków [8]. Rozró»niamy trzy rodzaje odprowadze« [3, 5, 6, 16]:

• odprowadzenia ko«czynowe dwubiegunowe (Einthovena) - tu nast¦puje rzutowanie p¦-

tli trójwymiarowych zataczanych przez koniec wektora pola elektrycznego serca w prze-

strzeni na pªaszczyzn¦ pionow¡ i na tej pªaszczy¹nie na boki; miejsca rejestracji ró»nic

potencjaªów przez poszczególne elektrody zostaªy wymienione poni»ej:

I - mi¦dzy lewym przedramieniem(+) a prawym przedramieniem( - ) ;

II - pomi¦dzy lewym podudziem(+) a prawym przedramieniem( - ) ;

III - mi¦dzy lewym podudziem(+) a lewym przedramieniem( - ) .

Rysunek 8: Odprowadzenia ko«czynowe dwubiegunowe (Einthovena) wg [19].

24

• odprowadzenia jednobiegunowe ko«czynowe (Goldbergera) - w tym rodzaju odprowadze«

nast¦puje rzutowanie p¦tli trójwymiarowych zataczanych przez koniec wektora pola elek-

trycznego serca w przestrzeni na pªaszczyzn¦ pionow¡ i na tej pªaszczy¹nie na wysoko±ci;

pomiar jest dokonywany wzgl¦dem elektrody odniesienia; poªo»enie poszczególnych elek-

trod:

aVR - umieszczona na prawym przedramieniu;

aVL - znajduj¡ca si¦ na lewym przedramieniu;

aVF - zbieraj¡ca sygnaª z lewego podudzia.

Rysunek 9: Odprowadzenia jednobiegunowe ko«czynowe (Goldbergera) wg [19].

• odprowadzenia jednobiegunowe przedsercowe (Wilsona) - w tym przypadku obserwuje si¦

rzutowanie p¦tli trójwymiarowych zataczanych przez koniec pola elektrycznego na pªasz-

czyzn¦ poziom¡ i na niej na p¦k póªprostych wyznaczonych punktami poªo»enia elektrod;

rejestruje si¦ bezwzgl¦dn¡ warto±¢ potencjaªu w punktach le»¡cych na klatce piersiowej;

elektrod¦ oboj¦tn¡ stanowi¡ spi¦te przewody trzech odprowadze« ko«czynowych; umiej-

scowienie elektrod pomiarowych:

V1 - IV przestrze« mi¦dzy»ebrowa przy prawym brzegu mostka;

V2 - IV przestrze« mi¦dzy»ebrowa przy lewym brzegu mostka;

V3 - w poªowie odlegªo±ci mi¦dzy V2 i V4;

V4 - V przestrze« mi¦dzy»ebrowa w linii ±rodkowoobojczykowej;

V5 - V przestrze« mi¦dzy»ebrowa w linii pachowej przedniej;

V6 - V przestrze« mi¦dzy»ebrowa w linii pachowej ±rodkowej.

25

Rysunek 10: Odprowadzenia jednobiegunowe przedsercowe (Wilsona) wg [19].

26

5 Automatyczna analiza sygnaªu EKG wybrane metody

Rejestrowany sygnaª EKG jest przekazywany do pami¦ci urz¡dzenia rejestruj¡cego i tam prze-

chowywany. Automatyczna analiza sygnaªu rozpoczyna si¦ po snalizowaniu procesu rejestracji,

a wynik jest drukowany i/lub udost¦pniany na interfejs [5]. Najwa»niejszymi parametrami, któ-

re nale»y zmierzy¢ s¡ regularno±¢ akcji serca, odlegªo±ci czasowe pomi¦dzy charakterystycznymi

punktami oraz rozmiary zaªamków [20].

5.1 Okre±lenie jako±ci sygnaªu i ltracja

Okre±lenie jako±ci sygnaªu EKG wykonywane jest przy u»yciu prostych metod. Jedno z rozwi¡-

za« opiera si¦ na testowaniu caªego sygnaªu pod k¡tem przekroczenia przez stosunek energii

w pa±mie powy»ej 35 Hz (lub ok. 50 Hz) do caªkowitej energii sygnaªu ustalonej warto±ci pro-

gowej.

Je»eli jako±¢ sygnaªu b¦dzie niezadowalaj¡ca nale»y zredukowa¢ szumy poprzez wybór s¡-

siedniego kanaªu o lepszych parametrach lub poprzez zastosowanie ltrów [5, 19]. Maj¡c do

czynienia z zakªóceniami pozakardiogennymi, których ¹ródªami mog¡ by¢ potencjaªy czynno-

±ciowe mi¦±ni, interferencje elektromagnetyczne o cz¦stotliwo±ci sieci zasilaj¡cej czy niestabil-

no±¢ kontaktu elektrod, stosujemy model czasowo-cz¦stotliwo±ciowy polegaj¡cy na redukcji szu-

mu poprzez arytmetyczne odejmowanie warto±ci modelu szumu od warto±ci sygnaªu surowego

w dziedzinie cz¦stotliwo±ci, co opisuje poni»sza zale»no±¢ [19].

D(j, n) = R(j, n) −N ′(j, n) (1)

R(j, n) - atomy reprezentuj¡ce sygnaª surowy

N'(j, n) - atomy reprezentuj¡ce czasowocz¦stotliwo±ciowy model szumu

Szumy sieciowe redukuje si¦ u»ywaj¡c np. ltru adaptacyjnego o schemacie zaprezentowa-

nym na Rysunku 11:

Rysunek 11: Schemat automatycznej ltracji adaptacyjnej artefaktów pochodzenia sieciowego

wg [21].

27

Sygnaª wej±ciowy (xk) jest ltrowany w taki sposób, aby byª jak najbardziej zbli»ony do

sygnaªu wzorcowego (dk, rozpatrywanego jako suma dwóch niekoreluj¡cych ¹ródeª sk oraz n0k).

Rezultatem jest wytworzenie sygnaªu wyj±ciowego (yk). Sygnaª niepewno±ci (ek) okre±la dalsze

dziaªania jakie zostaj¡ podejmowane w nast¦pnej kolejno±ci algorytm d¡»y do zminimalizo-

wania niepewno±ci, otrzymania optymalnego przebiegu sygnaªów stacjonarnych oraz ±ledzenia

zmiany sygnaªów niestacjonarnych [16]. Iteracyjne przybli»anie wspóªczynników ltru poprzez

minimalizacj¦ bª¦du ±redniokwadratowego stosuje si¦ aby zapewni¢ minimum energii sygnaªu

yk przy zastosowaniu operacji statystycznej [5]:

yk = dk − ek (2)

dk = sk + n0k (3)

y2k = s2k + (n0k − ex)2 + 2s(n0k − ek) (4)

E[y2k] = E[s2k] + E[(n0k − ex)2] + 2E[s(n0k − ek)] (5)

Adaptacja ltru n0k = ek dla czªonu 2E[s(n0k − ek)]:

E[y2k] = E[s2k] + E[(n0k − ex)2] (6)

minE[y2k] = E[s2k] +minE[(n0k − ex)2] (7)

Oprócz wy»ej opisanych metod odszumiania elektrokardiogramu istnieje wiele innych np.

transformata falkowa.

5.2 O± elektryczna serca

Osi¡ elektryczn¡ serca nazywamy prost¡ w przestrzeni, na której le»y ±redni wektor pola elek-

trycznego wytwarzanego przez depolaryzacj¦ komór w momencie osi¡gni¦cia warto±ci maksy-

malnej. [8, 17] Informuje nas ona o poªo»eniu mi¦±nia sercowego wewn¡trz jamy ciaªa, o wza-

jemnym stosunku mas komór serca oraz o wielko±ci obszaru martwiczego [2] .

Przyjmuje si¦ normogram zgodnie z danymi w Tabeli 12:

28

Tabela 12: Warto±ci zjologicznie prawidªowe w [] wg [18]

Pªe¢ 5-8 lat 8-12 lat 12-16 lat osoby dorosªe

M 70 (-10, 112)* 70 (-21, 114)* 65 (-9, 112)*-30 ± + 90

K 74 (27, 117)* 66 (5, 117)* 66 (5, 101)*

*±rednia (2-98 centyl)

W warunkach zjologicznych odchylenie od normogramu mo»e mie¢ miejsce u dzieci, kobiet

ci¦»arnych (poªo»enie bardziej poziome) lub u osób starszych (bardziej pionowe) [6, 13].

Zakres patologiczny - dekstrogram (odchylenie osi w prawo) mie±ci si¦ w granicach +90

s + 180, a sinistrogram (zmiany w odchyleniu osi w lew¡ stron¦) w zakresie 0 −90

[13]. Przyczynami patologicznych odchyle« osi elektrycznej serca mog¡ by¢ np. przerost prawej

lub lewej komory serca, zaburzenie przewodzenia wewn¡trzkomorowego albo ±ródkomorowego,

nadci±nienie t¦tnicze, zawaª, b¡d¹ otyªo±¢ [17].

Opisywane odchylenia osi maj¡ niewielki wpªyw na prac¦ serca, ale konieczne jest wyzna-

czane ich warto±ci w celu okre±lenia prawidªowo±ci sygnaªu EKG. Dzi¦ki temu lekarz mo»e

rozró»ni¢ stan patologiczny od zjologicznie poprawnego [5]. O± elektryczn¡ serca mo»na wy-

znaczy¢ posªuguj¡c si¦ trzema zaªo»eniami Einthovena [II]:

1. Serce jest dipolem - porównanie do najprostszego generatora energii elektrycznej;

2. Serce znajduje si¦ w ±rodku geometrycznym tkanek, w których panuj¡ identyczne warunki

przewodzenia pr¡du;

3. Punkty poª¡cze« obu ko«czyn górnych i lewej ko«czyny dolnej z tuªowiem s¡ wierzchoª-

kami trójk¡ta równobocznego, w ±rodku którego znajduje si¦ mi¦sie« serca.

Post¦puj¡c zgodnie z poni»sz¡ instrukcj¡ wyznacza si¦ nachylenie osi elektrycznej serca [17]:

1. Obliczy¢ sum¦ algebraiczn¡ amplitudy zaªamków zespoªu QRS w odprowadzeniu I i odªo-

»y¢ jej warto±¢ na osi I odprowadzenia trójk¡ta. W wyznaczonym punkcie przeprowadzi¢

prost¡ prostopadª¡ do osi tego odprowadzenia;

2. Obliczy¢ sum¦ algebraiczn¡ amplitudy zaªamków zespoªu QRS w odprowadzeniu III

i odªo»y¢ jej warto±¢ na osi III odprowadzenia trójk¡ta. W wyznaczonym punkcie prze-

prowadzi¢ prost¡ prostopadª¡ do osi tego odprowadzenia;

3. Poprowadzi¢ póªprost¡ od ±rodka okr¦gu przez punkt przeci¦cia prostopadªych wyznaczo-

nych w punkcie 1 i 2;

4. Warto±¢ nachylenia osi elektrycznej serca wyznacza punkt przeci¦cia póªprostej z punktu

3 z okr¦giem;

29

W praktyce pracownicy medyczni stosuj¡ trójk¡t Einthovena wpisany w okr¡g, czyli tzw.

nomogram osi serca ukazany na Rysunku 12:

Rysunek 12: Nomogram osi elektrycznej serca z [5].

Dokªadne wyznaczenie osi jest mo»liwe w zapisie wektokardiogracznym o± serca jest

równocze±nie osi¡ zespoªu QRS, natomiast w zapisie 12odprowadzeniowym poªo»enie to mo»e

by¢ jedynie szacowane [12].

Algorytm analizuj¡cy zapis EKG zakªada staªe przyporz¡dkowanie odprowadze« elektro-

kardiogracznych i kanaªów rejestracji, a samo wyznaczenie osi sprowadza si¦ do rozwi¡zania

równania trygonometrycznego wedªug poni»szej instrukcji [22]:

1. Wybór dwóch odprowadze« ko«czynowych o najkorzystniejszym odst¦pie od szumów b¡d¹

o najwi¦kszej amplitudzie;

2. Wyliczenie pseudomoduªu kolejnych próbek odprowadze« opisanych w punkcie pierwszym

w obr¦bie zespoªu QRS;

3. Dopasowanie paraboli dªu»szej ni» 60 ms w otoczeniu warto±ci maksymalnej funkcji pier-

wiastka sumy kwadratów;

4. Odczytanie warto±ci odprowadze« w maksimum lokalnym paraboli;

5. Wyznaczenie k¡ta nachylenia osi przez rozwi¡zanie równania trygonometrycznego.

30

5.3 Analiza zaªamków i odcinków oraz ich nieprawidªowy obraz

Zmiany ksztaªtu skªadowych sygnaªu EKG mog¡ mie¢ ró»n¡ genez¦ - przyczyny chorobowe lub

zjologiczne. Istnieje szereg nieprawidªowo±ci charakterystycznych dla danych stanów patolo-

gicznych, a pozostaªa cz¦±¢ wymaga peªnego wywiadu b¡d¹ dalszej diagnostyki, np. zestawienia

z danymi z bada« laboratoryjnych [13].

Najcz¦±ciej spotykane zmiany ksztaªtów wraz z list¡ mo»liwych przyczyn przedstawiono

poni»ej [15, 17, 22]:

• zmiany zaªamka P

Detekcj¦ punktów wyznaczaj¡cych granice zaªamka zaleca si¦ przeprowadza¢ przy u»yciu

zapisu wieloodprowadzeniowego. W dost¦pnej autorowi literaturze nie znaleziono szcze-

góªów dotycz¡cych implementacji proponowanego rozwi¡zania.

nieprawidªowy ksztaªt

Rysunek 13: Zmiany zaªamka P - nieprawidªowy ksztaªt wg [17].

31

zaªamek niewidoczny lub nie wyst¦puj¡cy w sygnale

Rysunek 14: Zmiany zaªamka P - zaªamek niewidoczny wg [17].

• zmiany odcinka PQ

Analiza zmian odcinka PQ jest ±ci±le zwi¡zana ze stwierdzeniem obecno±ci zaªamka P

i wyznaczeniem jego punktu pocz¡tkowego. Dlatego dªugo±¢ tego odcinka jest dodatkow¡

informacj¡ sªu»¡c¡ werykacji wcze±niej przypisanej morfologii ewolucji.

Rysunek 15: Zmiany odcinka PQ wg [17].

32

• zmiany zespoªu QRS

Detekcja zespoªu QRS pozwala na lokalizacj¦ w sygnale EKG zespoªów skurczowych mi¦-

±nia serca. Prowadzona jest zazwyczaj dwuetapowo przy speªnieniu poni»szych zaªo»e«

[2]:

ka»dy zespóª QRS oznaczany jest raz;

oznaczane s¡ wszystkie zespoªy QRS;

punkt sygnaªu wykryty przez detektor le»y w obr¦bie zespoªu QRS;

punkt detekcji dwu takich samych zespoªów le»y w identycznej odlegªo±ci od pocz¡t-

ku zespoªu QRS;

funkcja detekcyjna ma mo»liwie najwi¦ksze warto±ci w obr¦bie zespoªów QRS i jak

najmniejsze poza nimi;

funkcja detekcyjna posiada jedno maksimum na ka»dy zespóª QRS.

Pierwszym etapem detekcji zespoªów QRS jest dokonanie przeksztaªce« matematycznych,

prowadz¡cych do wyró»nienia cech tych zespoªów, a jednocze±nie do dyskryminacji pozo-

staªych elementów. Nast¦pnie dobierany jest adaptacyjnie odpowiedni próg, pozwalaj¡cy

na odnajdowanie punktów le»¡cych w obr¦bie zespoªu QRS. Korekta progu detekcji jest

uzale»niona od funkcji detekcyjnej przez poszukiwanie w s¡siedztwie ekstremów lokal-

nych funkcji (z wykorzystaniem zmiany znaku pochodnej) i w miejscu, w którym funkcja

osi¡gn¦ªa maksimum nast¦puje stwierdzenie przekroczenia warto±ci progu detekcji. Je±li

stwierdzenie jest pozytywne, to punkt taki jest kandydatem na punkt detekcji, w przeciw-

nym razie warto±¢ ta jest uznawana za maksimum szumu, co mo»e wpªyn¡¢ na korekt¦

warto±ci progowej. Warto±¢ w danym punkcie jest porównywana z warto±ci¡ poprzednie-

go i nast¦pnego maksimum celem odrzucenia zaªamków P i T jako le»¡cych w obr¦bie

zespoªu QRS.

33

Rysunek 16: Zmiany zespoªu QRS wg [17].

• zmiany odcinka ST

Zaawansowane systemy diagnostyczne modykuj¡ okre±lenie poªo»enia punktów pocz¡t-

kowych i ko«cowych odcinków ST w uzale»nieniu od aktualnej warto±ci rytmu serca (HR).

34

Nale»y skupi¢ si¦ na badaniu poziomu odcinka wzgl¦dem linii izoelektrycznej i jego nachy-

lenia okre±la si¦ ró»nice warto±ci w punktach BL, J oraz ST. Interpretacja ogranicza

si¦ do podania informacji czy odcinek jest narastaj¡cy, poziomy b¡d¹ opadaj¡cy. Program

musi uwzgl¦dnia¢ praktyk¦ lekarsk¡ i warto±ci te s¡ podawane w milimetrach (Rysunek

17).

Rysunek 17: Analiza odcinka ST wg [17].

Po okre±leniu stopnia nachylenia wykrywa si¦ epizody ST. Wedªug Polskiego Towarzystwa

Kardiologicznego denicja "epizodu ST" brzmi: "Za epizod ST jest uwa»any odcinek

czasu o dªugo±ci 60 s odlegªy od poprzedniego epizodu ST o co najmniej 30 s, na którym

warto±¢ uniesienia przekracza 1 mm i odcinek jest narastaj¡cy lub warto±¢ uniesienia

przekracza 2 mm". Detekcja momentu wyst¡pienia, warto±ci maksymalnych parametrów

odcinka ST, warto±ci rytmu serca w trakcie i po zako«czeniu epizodu oraz czasu trwania

sªu»y odnajdywaniu fragmentów zapisu ±wiadcz¡cych o zaistniaªym niebezpiecze«stwie

(Rysunek 18).

35

Rysunek 18: Zmiany odcinka ST wg [17].

• zmiany zaªamka T

Wyznaczenie dyspersji ko«ca zaªamka T sªu»y ocenie ryzyka wyst¡pienia arytmii spo-

wodowanej za»ywaniem farmaceutyków, arytmii komorowej i nagªej ±mierci oraz oceny

skuteczno±ci. Wykorzystywane s¡ techniki aproksymacyjne, dla przykªadu jedna z nich

sprowadza si¦ do "wyznaczenia punktu o maksymalnej pr¦dko±ci na zst¦puj¡cym ramie-

niu zaªamka T, wyznaczeniu najlepiej dopasowanej paraboli do punktów chronologicznie

pó¹niejszych, ale poprzedzaj¡cych globalnie wyznaczony koniec zaªamka T, na koniec

okre±lenie poªo»enia wierzchoªka takiej paraboli, a poªo»enie to jest ko«cem zaªamka T"

z [5].

36

Rysunek 19: Zmiany zaªamka T wg [17].

• zmiany odst¦pu QT

Parametry odst¦pu QT (przede wszystkim czas jego trwania) nios¡ informacje o procesach

repolaryzacyjnych w mi¦±niu serca. Wyst¦powanie niejednorodno±ci ±wiadczy o stanie

zagro»enia »ycia (migotanie komór) lub o ryzyku wyst¡pienia arytmii komorowych.

Rysunek 20: Zmiany odst¦pu QT wg [17].

37

5.4 Cz¦sto±¢ akcji serca, miarowo±¢ rytmu oraz wzorzec uderzenia

Pomiar cz¦sto±ci akcji serca wykonujemy mierz¡c cz¦sto±¢ wyst¦powania zespoªów QRS w zapi-

sie EKG. Jest to zagadnienie ±ci±le powi¡zane z rytmem serca je±li rytm mo»emy okre±li¢ jako

miarowy, to algorytm zlicza ilo±¢ wyst¦puj¡cych zaªamków R w czasie jednej minuty [13, 23].

Niemiarowo±¢ determinuje zliczanie kolejnych zespoªów QRS w czasie dªu»szym [13]. Za nor-

m¦ przyjmuje si¦ puls 60-100 uderze« na minut¦, ale nale»y pami¦ta¢, »e jest to parametr

indywidualny [15].

Tabela 13: Cz¦sto±¢ rytmu zatokowego [ 1min

]: warto±ci referencyjne wg [18]

Pªe¢ 5-8 lat 8-12 lat 12-16 lat osoby dorosªe

M 88 (62-113)* 78 (55-101)* 73 (48-99)*60-100

K 89 (68-115) 80 (58-110)* 76 (54-107)*

*±rednia (2-98 centyl)

Rytm mo»emy nazwa¢ miarowym, je»eli interwaªy RR wyst¦puj¡ w oczekiwanych odst¦pach

czasowych. Za norm¦ przyjmuje si¦ zakres warto±ci przedstawiony w Tabeli 14:

Tabela 14: Miarowo±¢ rytmu [ms]: warto±ci referencyjne wg [18]

dzieci osoby dorosªe

80-100 120-160

5.5 Klasykacja uderze«

Klasykacja prowadzi do wyodr¦bnienia grup ksztaªtów zespoªów podobnych. Za pomoc¡ al-

gorytmu klasykacji zespoªy QRS s¡ przyporz¡dkowywane do klas zespoªów prawidªowych, tj.

o morfologii nadkomorowej oraz nieprawidªowych. Odmienny ksztaªt informuje o przebiegu po-

budzenia, którego ¹ródªo le»y poza podstawowym generatorem rytmu.[2] Dokonywane jest to

na podstawie szeroko±ci pola pod wykresem i korelacji ze wzorcem, co skªada si¦ na ksztaªt

uderzenia oraz interwaªu R-R, czyli rytmu uderze«. Porównanie przebiega jednokrotnie.

Okre±lenie morfologii reprezentantów klas nale»y do zada« trudnych, ale niezb¦dnych np.

do prawidªowego oddzielania pobudze« nadkomorowych i komorowych, detekcji arytmii, czy

zmienno±ci rytmu zatokowego. Mo»na tego dokona¢ poprzez stwierdzenie obecno±ci zaªamka P

w odlegªo±ci okre±lonej zjologi¡ w¦zªa przedsionkowo-komorowego. Tylko w tym przypadku

nabiera si¦ pewno±ci, »e kolejny zespóª QRS jest pochodzenia nadkomorowego.[5]

38

5.6 Detekcja arytmii

Arytmia jest zaburzeniem, w którym skurcze serca s¡ nieregularne [II]. Zaburzenia rytmu serca

mog¡ nie powodowa¢ »adnych dolegliwo±ci, najcz¦±ciej jednak s¡ odczuwalne jako zatrzymanie

serca, ucisk w gardle, czy koªatanie poª¡czone z niepokojem. Odczucia te wyst¦puj¡ nie tylko u

ludzi cierpi¡cych na ró»ne schorzenia, ale tak»e u ludzi zdrowych. Za stan zagro»enia »ycia uzna-

je si¦ arytmi¦ o cz¦stotliwo±ci nie mieszcz¡cej si¦ w "bezpiecznym" przedziale 60-100 uderze«

na minut¦ [24] [II]. Przekroczenie górnej warto±ci przedziaªu wyst¦puje w cz¦stoskurczu (ta-

chykardii), natomiast spadek poni»ej dolnej granicy przedziaªu, to rzadkoskurcz (bradykardia)

[25]. Przyczyn¡ powstania arytmii mo»e by¢ zdenerwowanie, obci¡»enie zyczne, stosowanie

u»ywek (np. kawa, alkohol, tyto«), dziaªania uboczne leków, urazy, czy choroby (np. dusznica

bolesna, reumatyzm, nadczynno±¢ tarczycy) [26, 27]. Zmiana rytmu pracy serca mo»e by¢ tak»e

spowodowana przej¦ciem roli w¦zªa zatokowo-przedsionkowego przez inne o±rodki pobudzenia

[24].

Detekcja arytmii polega na odszukaniu pewnej oczekiwanej sekwencji pobudze« oraz jej

pocz¡tku i ko«ca (czas trwania arytmii) [IV]. Jednym ze sposobów jest odszukiwanie zakresów

czasu trwania QRS skorelowanego z interwaªem RR [22]. Metoda ta nie jest jednak wystarcza-

j¡ca, poniewa» nie uwzgl¦dnia morfologii uderze«.

39

6 Automatyczna analiza nieprawidªowo±ci wyst¦puj¡cych

w sygnale EKG metoda autora

W kolejnych podsekcjach tego rozdziaªu zostan¡ opisane metody stosowane w niniejszej pracy.

Na ko«cu wszystkich podrozdziaªów zostaªy umieszczone pseudokody lub wzory realizuj¡ce

dane zagadnienie.

6.1 Jako±¢ sygnaªu

Rozpatrywane s¡ dwie pocz¡tkowe sekundy sygnaªu, w których zakªada si¦ wyst¦powanie co

najmniej jednego zespoªu QRS. Porównuje si¦ maksimum z ww. odcinka z najmniejszym z mak-

simów z kolejnych 250 ms na odcinku pocz¡tkowych dwóch sekund sygnaªu, gdzie zakªada si¦

wyst¡pienie co najmniej jednego odcinka nie zawieraj¡cego zespoªu QRS [5]. Porównanie to jest

okre±lane mianem obliczania stosunku sygnaªu do szumu.

signalMax = max( s i g n a l ( 1 : ( 2∗ f s ) ) ) ;noiseMax = min( local_max ( s i g n a l ( (2∗ f s +1):(2∗ f s+f loor ( f s / 4 ) ) ;s i gna lQua l i t y = signalMax/noiseMax ;

6.2 Filtracja

Eliminacja szumów jest zgodna z ltracj¡ stosowan¡ w metodzie Pana-Tompkinsa niwelowa-

ny jest wpªyw zaªamka T i faluj¡cej linii izoelektrycznej, usuwane s¡ zakªócenia spowodowane

dr»eniem mi¦±ni w zakresie 5-15 Hz oraz powstaj¡ce na skutek wpªywu sieci elektroenerge-

tycznej w pa±mie 50/60 Hz. Realizacja ltru pasmowo-przepustowego jest dokonywana przez

poª¡czenie ltru dolnoprzepustowego oraz górnoprzepustowego, co zapisuje si¦ w dziedzinie

czasu dyskretnego [III]:

y(nT ) = 2y(nT − T ) − y(nT − 2T ) + x(nT ) − 2x(nT − 6T ) + x(nT − 12T ) (8)

y(nT ) = 32x(nT − 16T ) − [y(nT − T ) + x(nT ) − x(nT − 32T )] (9)

T-okres próbkowania

6.3 O± elektryczna serca

Wykorzystano rozwi¡zanie polegaj¡ce na obliczaniu warto±ci pól pod zespoªami QRS (PQRS)

w staªym oknie czasowym centrowanym na zaªamku R w dwóch odprowadzeniach, co przed-

stawia si¦ nast¦puj¡co [21]:

Os = arctanPQRSI

PQRSII

(10)

40

Proponowana metoda jest maªo skomplikowana algorytmicznie i ªatwa obliczeniowo ana-

lizowane s¡ pola powierzchni pod zespoªami QRS odprowadze« I i II. Poniewa» odprowadzenia

te s¡ w przybli»eniu przestrzennie ortogonalne, arctangens stosunków zmierzonych powierzchni

daje w wyniku ±redni¡ o± elektryczn¡ serca. Otrzymane warto±ci s¡ dyskretne w czasie [21].

for i =1: length ( Rloc )

startRange = Rloc ( i )− f loor (window /2 ) ;

endRange = Rloc ( i )+ f loor (window /2 ) ;

area1 ( i ) = sum( signal1QRS ( startRange : endRange ) ) ;

area2 ( i ) = sum( signal2QRS ( startRange : endRange ) ) ;

end

heartAxis = (180/Π)∗atan ( area1 . / area2 ) ;

6.4 Zaªamek P

Zaªamek P jest bardzo istotn¡ komponent¡ krzywej EKG, a sposób jego prawidªowej analizy

jest pilnie strze»on¡ tajemnic¡. Autor, w dost¦pnej mu literaturze, nie odnalazª dokªadnego

opisu stosowanych metod, dlatego proponuje wªasne rozwi¡zanie.

Analiza zmian zaªamka jest uzale»niona od prawidªowego okre±lenia jego punktu pocz¡t-

kowego i ko«cowego. Punkt ko«cowy zaªamka P jest wyznaczany wzgl¦dem zaªamka Q na

odcinku -0,2 s poszukiwano maksimum o najwy»szej warto±ci i klasykowano je jako maksimum

zaªamka P (Pmax). Od tego punktu na odcinku -0,07 s poszukiwano minimum. Minimum posia-

daj¡ce najmniejsz¡ warto±¢ amplitudy przyjmowano za punkt pocz¡tkowy (Pstart). Nast¦pnie

przyst¡piono do sprawdzenia wyst¦powania ekstremów lokalnych na odcinku P-Q. Sªu»yªo to

skontrolowaniu poprawno±ci wcze±niej wyznaczonego punktu Pmax je±li maksimum o naj-

wi¦kszej warto±ci nie pokrywaªo si¦ z wcze±niej wyznaczonym punktem, nast¦powaªa korekta

umiejscowienia Pmax. W kolejnym kroku poszukiwano minimów lokalnych na odcinku Pmax-Q.

Warto±ci bezwzgl¦dne wybranych amplitud sortowano w kolejno±ci od najwi¦kszej do najmniej-

szej. Zaªamek Q posiadaª najmniejsz¡ warto±¢ (ostatnia pozycja na li±cie), natomiast minimum

znajduj¡ce si¦ na przedostatniej pozycji uznawano za punkt ko«cowy zaªamka P (Pend).

41

for i =1: length ( Rloc )

P_max( i ) = max( s i g n a l ( ( Rloc ( i )− f loor ( 0 . 2∗ f s ) ) : Rloc ( i ) ) ) ;P_start ( i ) = min( s i g n a l ( (P_max( i )− f loor (0 . 07∗ f s ) ) :P_max( i ) ) ) ;localMax ( i ) = local_max ( periodPQ ) ;

i f localMax ( i ) ~= P_max( i )

c o r r e c t (P_max( i ) ) ;

end

loca lMin ( i ) = local_min ( periodPQ ) ;

sLM( i ) = sort ( local_min , ' desc ' ) ;

P_end( i ) = sLM(end−1);

end

6.5 Odcinek PQ

Zaimplementowany algorytm analizuje dªugo±¢ odcinka Pstart-Q i ocenia czy zawiera si¦ on

w granicach (0,12 s - 0,2 s) oraz czy jest miarowy [18].

for i =1: length ( periodP_startQ )

i f 0 .12 < periodP_startQ < 0 .2

cadence ( i ) = 1 ;

else

cadence ( i ) = 0 ;

end

end

cad0 = cadence ( cadence = 0 ) ;

cad1 = cadence ( cadence = 1 ) ;

check = length ( cad1 )/ length ( cad0 ) ;

i f check < pattern

finalPQCadence = 0 ;

else

f inalPQCadence = 1 ;

end

42

6.6 Zespóª QRS

W pracy zostaªa wykorzystana metoda oparta na algorytmie Pana-Tompkinsa. Przeprowa-

dza si¦ ró»niczkowanie sygnaªu, sªu»¡ce wytªumieniu niskocz¦stotliwo±ciowych komponentów

(zaªamków P i T) i wzmocnieniu wysokocz¦stotliwo±ciowych, reprezentuj¡cych nachylenia ze-

spoªów QRS [III]:

y(nT ) =1

8[−x(nT − 2T ) − 2x(nT − T ) + 2x(nT + T ) + x(nT + 2T )] (11)

Kolejnym krokiem jest pot¦gowanie sygnaªu w celu silniejszego wytªumienia zaªamków P

i T (posiadaj¡cych nisk¡ amplitud¦) oraz wzmocnienia próbek sygnaªu reprezentuj¡cych ze-

spóª QRS (zaªamek R - wysoka amplituda). Ujemne zaªamki R (dla prawidªowej osi serca,

w odprowadzeniu aVR) s¡ uwzgl¦dniane w dalszej analizie.

y(nT ) = [x(nT )]2 (12)

Po wzmocnieniu cech nast¦puje caªkowanie sygnaªu w ruchomym prostok¡tnym oknie cza-

sowym, co w efekcie prowadzi do uzyskania pojedynczej "fali" w obr¦bie zespoªu QRS. Tak

przygotowany sygnaª jest progowany w celu odci¦cia wyra¹nie wy»szych warto±ci symbolizuj¡-

cych poªo»enie zaªamków R.

Analiz¦ zmian zespoªów QRS opiera si¦ przede wszystkim o badanie wyekstrahowanych

z sygnaªu cech zaªamków R: amplituda, warto±¢ pola pod pikiem, wyst¡pienie dodatkowego

zaªamka.

s i g n a l 1 = d i f f e r e n t a t i o n ( s i g n a l 0 ) ;

s i g n a l 2 = s i g na l 1 2

s i g n a l 3 = i n t e g r a t i o n ( s i g n a l 2 ) ;

s i g n a l 4 = b i n a r i z e ( s i g n a l 3 ) ;

Rloc = getRloc ( s i g n a l 4 ) ;

[ Qloc , S loc ] = getQSloc ( Rloc ) ;

6.7 Odcinek ST

Tak jak zostaªo to przyj¦te w nieskomplikowanych systemach, kilka warto±ci przyjmuje si¦

arbitralnie: poªo»enie punktu J zakªada si¦ w odlegªo±ci 45 ms od maksimum zaªamka R,

a punkt ST 60 ms pó¹niej. Pó¹niej nast¦puje stwierdzenie czy odcinek jest narastaj¡cy czy

opadaj¡cy oraz podaje si¦ informacj¦ o wielko±ci wyst¦puj¡cego nachylenia [22].

43

for i =1: length ( Rloc )

J l o c ( i ) = Rloc ( i ) + 0.045∗ f s ;STloc ( i ) = J loc ( i ) + 0.06∗ f s ;d i f f e r e n c e ( i ) = s i g n a l ( J l o c ( i ))− s i g n a l ( STloc ( i ) ) ;

i f d i f f e r e n c e ( i ) >= 0

per iodS lope ( i ) = 1 ;

else

per iodS lope ( i ) = −1;

end

end

6.8 Zaªamek T

Podobnie jak w przypadku zaªamka P, autor w dost¦pnej literaturze nie znalazª szczegóªowego

opisu metod wykorzystywanych do wyznaczania jego punktów charakterystycznych. Na potrze-

by metody zaproponowanej przez autora zakªada si¦ istnienie tylko zaªamków T dodatnich.

Algorytm wyznaczaª odcinki Q-S, po czym eliminowaª je (zerowaª) z sygnaªu. Wszystkie war-

to±ci, które przyjmowaªy warto±ci ujemne byªy przenoszone na lini¦ zerow¡ (przypisywano im

warto±¢ 0) i tak wst¦pnie przygotowany sygnaª normalizowano. Korzystaj¡c z funkcji oferowa-

nej przez ±rodowisko MATLAB ndpeaks z parametrami minpeakhigh = SignalTmpsr oraz

minpeakdistance = RsrLocDiff (SignalTmpsr okre±la ±redni¡ warto±¢ wspomnianego sygnaªu

bez odcinków Q-S; RsrLocDiff oznacza ±redni¡ odlegªo±¢ pomi¦dzy zaªamkami R) wyszukiwa-

no zaªamek T. Je»eli zaªamek nie zostaª odnaleziony, byª on wstawiany sztucznie w poªowie

odlegªo±ci dziel¡cej dwa s¡siednie zaªamki R.

s i g n a l (Q_loc : S_loc ) = 0 ;

s i g n a l ( s i gna l <0) = 0 ;

Tloc = f indpeaks ( s i gna l , 'MINPEAKHIGH' , mean( s i g n a l ) , . . .

'MINPEAKDISTANCE' , f loor (mean( d i f f ( Rloc ) ) ) ) ;

c o r r e c t ( Tloc ) ;

6.9 Odst¦p QT

Algorytm ocenia czy poszczególne odcinki QT s¡ niemiarowe oraz czy ich dªugo±¢ trwania

jest mniejsza od poªowy dªugo±ci interwaªu RR, co mo»e ±wiadczy¢ o powa»nych zaburzeniach

wyst¦puj¡cych w organizmie [18].

44

for i =1: length ( Qloc )

periodQT ( i ) = Tloc ( i )−Qloc ( i ) ;

i f perriodQT ( i ) < RRinterval /2

warning = 1 ;

end

i f low < periodQT < high

cadence ( i ) = 1 ;

else

cadence ( i ) = 0 ;

end

cad0 = cadence ( cadence = 0 ) ;

cad1 = cadence ( cadence = 1 ) ;

check = length ( cad1 )/ length ( cad0 ) ;

i f check < pattern

finalQTCadence = 0 ;

else

f inalQTCadence = 1 ;

end

end

6.10 Cz¦sto±¢ akcji serca

Program wylicza cz¦sto±¢ akcji serca (f) na podstawie istniej¡cych zespoªów QRS (Rpeaks) w sy-

gnale oraz czasu trwania badania (t). Jest ilorazem ilo±ci uderze« serca na jednostk¦ czasu [22]:

f =Rpeaks

t(13)

Nast¦pnie uzyskane warto±ci s¡ porównywane z przyj¦tymi normami [18].

f = length (R_peaks ( 1 : ( 6 0∗ f s ) ) ) ;

6.11 Rytm

Ocenie podlegaªa ilo±¢ interwaªów RR speªniaj¡cych warunek wyst¦powania po sobie kolejnych

interwaªów w oczekiwanej odlegªo±ci czasowej do ilo±ci interwaªów wykazuj¡cych odchylenia od

przyj¦tej normy [22].

pu l s e = length ( goodRRintervals )/ length ( badRRintervals ) ;

45

6.12 Klasykacja uderze«

Wykorzystano powszechnie stosowan¡ metod¦ wyznaczania dªugo±ci caªego zespoªu QRS. Na

potrzeby pracy przyj¦to, »e zespoªy o dªugo±ci mniejszej ni» 100 ms odzwierciedlaj¡ uderzenia

nadkomorowe, a dªu»sze ni» 130 ms komorowe [5].

for i =1: length (QRSloc )

i f QRSlen ( i ) < 0 .01

QRStype ( i ) = ' sv ' ;

e l s e i f QRSlen ( i ) > 0.013

QRStype ( i ) = ' v ' ;

end

end

6.13 Detekcja arytmii

Zaimplementowana w pracy metoda oparta jest na analizie czasu trwania zespoªów QRS, mor-

fologii i interwaªu mi¦dzyuderzeniowego [28]. Jest to proste rozwi¡zanie, jednak»e wystarcza do

wykrywania kilku podstawowych arytmii:

• tachykardia komorowa,

• tachykardia nadkomorowa,

• bradykardia zatokowa,

• pauza,

• para,

• bigeminia,

• trigeminia.

Pola tablicy zespoªów QRS, zawieraj¡cych dane o interwale RR oraz morfologii s¡ kilkukrot-

nie przeszukiwane: za pierwszym razem wykrywane s¡ arytmie pierwszego rodzaju, za drugim

- arytmie drugiego rodzaju, a za trzecim - arytmie trzeciego rodzaju.

for i =1: length (QRSloc )

v1 ( i ) = checkQRSlen (QRSloc ( i ) ) ;

v2 ( i ) = checkRRintervals (QRSloc ( i ) ) ;

v3 ( i ) = checkQRStype (QRSloc ( i ) ) ;

end

r e s u l t = checkArythmia ( v1 , v2 , v3 ) ;

46

7 Testowanie programu

Testowanie programu to aktywno±¢ podstawowa i bardzo wa»ne jest, aby byªo przeprowadzone

na mo»liwie najwi¦kszej ilo±ci próbek, w tym przypadku sygnaªów EKG.

7.1 Baza sygnaªów elektrokardiogracznych

Wszystkie sygnaªy, na których przeprowadzono testy, pobierane byªy z ogólnodost¦pnej bazy

danych PhysioBank Database Archive Index (PhysioNet).

Zgromadzone tam dane s¡ udost¦pniane nieodpªatnie. U»ywaj¡c PhysioBank Automated

Teller Machine (PhysioBank ATM) mo»na pobra¢ sygnaªy EKG o okre±lonej dªugo±ci: 10-

sekundowe, 1-minutowe, 1-godzinne, 12-godzinne oraz peªne zapisy (o ró»nym czasie trwania).

Sygnaªy w formacie CSV, u»ywane w pracy, pobierane byªy bezpo±rednio przy u»yciu Wave-

Form DataBase (WFDB). Chc¡c pobra¢ plik o mgh003.csv mo»na ustawi¢ parametry zapisane

poni»ej:

rdsamp -r mghdb/mgh015 -c -H -f 0 -v -Ps > mgh015.csv

lub po±rednio poprzez interfejs przegl¡darki internetowej (ograniczenie czasu trwania sygna-

ªu do 1 minuty).

Analizowane pliki zawieraªy informacj¦ o czasie trwania badania [s], o warto±ciach odpro-

wadze« I oraz II [mV], a tak»e dane, które nie byªy wykorzystywane (np. inne odprowadzenia).

7.2 Test poprawno±ci wyszukiwania zaªamka R

Testowanie poprawno±ci zostaªo wykonane poprzez porównanie poªo»enia zaªamków R z poªo-

»eniem wzorcowym udost¦pnionym w bazie PhysioNet ATM MGHDB. Uzyskano poprawno±¢

rz¦du 98%, co jest bardzo dobrym wynikiem (np. na 96 zaªamków poprawnie zostaªo wykrytych

95), tym bardziej, »e od poprawnego wykrycia zaªamka R uzale»nione jest caªy dalszy proces

analizy sygnaªu.

47

8 Opis programu komputerowego

Program zostaª napisany w ±rodowisku Matlab, a dla wygody u»ytkownika stworzone zostaªo

Graphical User Intarface (GUI) w GUIDE.

Program ma budow¦ modularn¡ przygotowane funkcje zostaªy napisane niezale»nie od

GUI. Odpowiednie akcje powi¡zane z interfejsem gracznym wywoªuj¡ funkcje i zbieraj¡ war-

to±ci zwracane. Niektóre zmienne zostaªy oznaczone jako globalne, aby ªatwiejszym byªo od-

woªywanie si¦ do nich w poszczególnych cz¦±ciach programu. Funkcje zostaªy napisane zgodnie

z konwencj¡ Pomocy programu Matlab, »eby ich opis byª dost¦pny w dokumentacji.

Sygnaª, który zostaª wykorzystany do przedstawienia dziaªania programu pochodzi z bazy

sygnaªów EKG PhysioBank.

8.1 Przykªad zastosowania programu do analizy sygnaªu

Po uruchomieniu programu pojawia si¦ okno, przedstawione na Rysunku 21

Rysunek 21: Wygl¡d okna startowego.

Po lewej stronie okna w bloku "Parametry" znajduj¡ cztery sekcje:

• Dane pacjenta

Po klikni¦ciu przycisku Wpisz otwiera si¦ nowe okno, w którym mo»na wpisa¢ podsta-

wowe dane: imi¦ lub imiona, nazwisko, uwagi oraz numer PESEL, na podstawie którego

automatycznie nast¦puje wyliczenie faktycznego wieku, daty urodzenia i pªci. Przycisk

Zapisz powoduje zapisanie danych do pami¦ci oraz przekazanie ich do startowego okna

programu, gdzie s¡ wy±wietlane. Przycisk Anuluj powoduje zamkni¦cie okna Panelu Edy-

cji Danych Pacjenta.

Podawanie danych nie jest wymagane. W tym przypadku warto±ci okre±laj¡ce zakresy

norm dla poszczególnych elementów krzywej odpowiadaj¡ normom dla dorosªego m¦»czy-

zny.

48

Rysunek 22: Panel edycji danych pacjenta.

Wprowadzane dane s¡ walidowane. Przewidziano mo»liwo±¢ pomyªki w trakcie ich wpi-

sywania, dlatego nast¦puje automatyczna zamiana pierwszych liter imienia i nazwiska

na wielkie, je»eli te byªy wpisane jako maªe. Komunikat bª¦du jest wy±wietlany w przy-

padku u»ycia innych znaków ni» litery. Sprawdzane jest czy wpisany numer PESEL ma

odpowiedni¡ ilo±¢ znaków, czy zªo»ony jest z samych cyfr, czy taki istnieje. Je»eli któ-

re± z powy»szych kryteriów nie zostanie speªnione, u»ytkownik jest proszony o ponowne

podanie poprawnych danych.

• O± elektryczna serca

U»ytkownik dokonuje wyboru jednej z czterech dost¦pnych opcji okre±laj¡cych "prawi-

dªowy zakres normy". Mo»liwe jest równie» wpisanie wªasnego przedziaªu - warto±¢ mi-

nimalna osi w polu Od, a warto±¢ maksymalna w kratce Do. Wybrany zakres normy jest

przekazywany do programu jako zmienna. Wyliczona na podstawie dziaªaj¡cego algoryt-

mu rzeczywista warto±¢ osi powinna mie±ci¢ si¦ w zakresie [Od ; Do] i jest oznaczana jako

prawidªowa, w przeciwnym razie jako nieprawidªowa.

• Wzorzec nieprawidªowo±ci

Klikni¦cie przycisku powoduje otwarcie nowego okna zawieraj¡cego obraz wzorcowych

nieprawidªowo±ci. Wszystkie pojawiaj¡ce si¦ tutaj wzorce zostaªy opisane w Rozdziale

5.3: zaªamek P, odcinek PQ, zespóª QRS, odcinek ST, zaªamek T lub odst¦p QT.

• Wczytaj plik

Wci±ni¦cie przycisku powoduje otwarcie okna, w którym uzyskujemy mo»liwo±¢ wybrania

z dowolnego miejsca na dysku pliku z rozszerzeniem .csv zawieraj¡cego zapis sygnaªu

EKG, który chcemy analizowa¢. Nad wczytanym i wy±wietlanym w oknie gªównym wy-

kresem wypisana jest jego nazwa.

49

Rysunek 23: Wybór sygnaªu do analizy.

Po prawej stronie w bloku znajduj¡ si¦ cztery sekcje i dwa przyciski:

• Dane pacjenta

W tej cz¦±ci wy±wietlane s¡ dane wpisywane w wy»ej opisanym Panelu Edycji Danych

Pacjenta.

• O± elektryczna i cz¦sto±¢ akcji serca

Po dokonaniu odpowiednich operacji analizy sygnaªu EKG, wy±wietlane s¡ informacje

o zakresie, w jakim mie±ci si¦ o± elektryczna. Algorytm sprawdza czy wyliczona warto±¢

zawiera si¦ w zdeniowanym zakresie, a je±li tak, to w polu pojawia si¦ sªowo prawidªowa

w kolorze zielonym w przeciwnym razie sªowo nieprawidªowa w kolorze czerwonym.

Pod t¡ informacj¡ pojawia wiadomo±¢ o cz¦sto±ci akcji serca

• Wpisz diagnoz¦

Jest to pole edytowalne, w którym mo»liwe jest wpisywanie tekstu.

• Przycisk Zapisz

B¦dzie umo»liwiaª zapisanie wyników do pliku .mcz w wybranej przez U»ytkownika loka-

lizacji.

• Przycisk Drukuj

B¦dzie wywoªywaª polecenie drukowania wyników

• Wykresy

W zakªadce Narz¦dzia, po wybraniu polecenia Ustawienia, u»ytkownik decyduje czy wy-

±wietla¢ efekty dziaªania algorytmu (aktywne pole Rysuj wykresy) oraz deniuje zakres

normy interwaªów RR i kryterium ilo±ci wymaganego odsetku interwaªów RR speªniaj¡-

cych warunek, aby mo»na byªo uzna¢ sygnaª za prawidªowy pod k¡tem interwaªów RR.

50

Rysunek 24: Narz¦dzia: Ustawienia.

Operacje wst¦pnego przetwarzania sygnaªu:

• U±rednienie i normalizacja sygnaªu nast¦puje po wyborze Sygnaª: Preprocessing: U±rednij

i normalizuj

Rysunek 25: Sygnaª po operacji u±rednienia i normalizacji.

• U»ytkownik mo»e zapozna¢ si¦ z dziaªaniem ltru dolno- i górnoprzepustowego wybieraj¡c

odpowiednio Sygnaª: Preprocessing: Filtr dolnoprzepustowy i Sygnaª: Preprocessing: Filtr

górnoprzepustowy

51

Rysunek 26: Zastosowanie ltru dolnoprzepustowego.

Rysunek 27: Zastosowanie ltru górnoprzepustowego.

• Wyliczenie pochodnej nast¦puje po wybraniu polecenia: Sygnaª: Wylicz zaªamki: Oblicz

pochodn¡

Rysunek 28: Operacja wyliczania pochodnej.

52

• Pot¦gowanie sygnaªu ma miejsce po klikni¦ciu Sygnaª: Wylicz zaªamki: Podnie± warto±ci

do kwadratu

Rysunek 29: Operacja podnoszenia warto±ci sygnaªu do drugiej pot¦gi.

• Caªkowanie sygnaªu jest mo»liwe po wybraniu Sygnaª: Wylicz zaªamki: Caªkowanie

Rysunek 30: Operacja caªkowania sygnaªu.

53

• Progowanie jest operacj¡, która jest uruchamiana w zakªadce Sygnaª: Wylicz zaªamki:

Proguj

Rysunek 31: Progowanie sygnaªu.

Opisane operacje nie musz¡ by¢ wykonywane pojedynczo wystarczy wybra¢ Sygnaª: Pre-

processing: Wykonaj wszystko, aby przeprowadzi¢ w jednym kroku u±rednienie i normalizacj¦

sygnaªu oraz odci¦cie warto±ci o okre±lonych cz¦stotliwo±ciach za pomoc¡ ltrów dolno- i górno-

przepustowego. Inne polecenie Sygnaª: Wylicz zaªamki: Wykonaj wszystko pozwala na wylicze-

nie pochodnej oraz pot¦gowanie, caªkowania i progowanie sygnaªu, a tak»e okre±lenie poªo»enia

poszczególnych zaªamków.

W celu uzyskania poszczególnych informacji o sygnale wybieramy polecenia:

• Okre±lenie jako±ci sygnaªu

Sygnaª : Jako±¢ sygnaªu.

Rysunek 32: Jako±¢ sygnaªu.

54

• Wyliczenie poªo»enia zaªamków

Sygnaª: Wylicz zaªamki: Oblicz poªo»enia zaªamków.

Rysunek 33: Lokalizacja zaªamków.

• Analiza interwaªów RR

Sygnaª: Wylicz zaªamki: Oblicz interwaªy RR.

Rysunek 34: Obliczanie odlegªo±ci pomi¦dzy s¡siednimi zaªamkami R.

55

• Klasykacja zespoªów QRS

Statystyki i wykresy: Klasykacja zespoªów QRS.

Rysunek 35: Sklasykowane zespoªy QRS.

• Statystyki czasowe sygnaªu

Statystyki i wykresy: Parametry czasowe sygnaªu.

Rysunek 36: Informacje na temat ilo±ci próbek sygnaªu, czasu trwania sygnaªu, warto±ci mini-

malnej, ±redniej i maksymalnej amplitudy.

56

• Statystyki czasowe odlegªo±ci pomi¦dzy kolejnymi zaªamkami R.

Statystyki i wykresy: Parametry czasowe interwaªów RR.

Rysunek 37: Przykªadowe statystyki czasowe interwaªów RR.

• Cz¦sto±¢ akcji serca

Statystyki i wykresy: Cz¦sto±¢ akcji serca.

Rysunek 38: Okno zawieraj¡ce informacj¦ o cz¦sto±ci akcji serca [1/min] oraz o miarowo±ci

rytmu.

57

• Ocena miarowo±ci odcinka PQ

Statystyki i wykresy: Miarowo±¢ PQ.

Rysunek 39: Okno zawieraj¡ce informacj¦ o miarowo±ci wyst¦powania odcinka PQ.

• O± elektryczna serca

Statystyki i wykresy: O± elektryczna serca.

Rysunek 40: Wykres przedstawiaj¡cy zmiany poªo»enia osi elektrycznej serca.

Rysunek 41: Komunikat wy±wietlany równocze±nie z 40.

58

• Nieprawidªowe interwaªy RR

Wybór polecenia Statystyki i wykresy: Nieprawidªowe interwaªy RR skutkuje wy±wietle-

niem trzech poni»ej przedstawionych okien:

Rysunek 42: Wykryty zbyt dªugi interwaª RR.

Rysunek 43: Wykryty zbyt krótki interwaª RR.

59

Rysunek 44: Podsumowanie wykrycia patologicznych interwaªów RR.

• Czas trwania zaªamka P

Statystyki i wykresy: Parametry zaªamka P

Rysunek 45: Parametry czasowe zaªamka P.

• Czas trwania zespoªów QRS

Statystyki i wykresy: Parametry zespoªu QRS

Rysunek 46: Parametry czasowe zespoªów QRS.

60

• Analiza odcinka ST

Statystyki i wykresy: Analiza ST

Rysunek 47: Parametry odcinka ST.

• Detekcja arytmii

Arytmie: Detekcja, Arytmie: Poka» na wykresie

Rysunek 48: Wykres przedstawiaj¡cy rodzaje wykrytych arytmii w zadanym sygnale EKG.

61

9 Podsumowanie

Praca zostaªa wykonana z wykorzystaniem Infrastruktury PL-Grid i pozwala na przeprowadze-

nie kompleksowej analizy sygnaªu pod k¡tem wykrycia wyst¦puj¡cych nieprawidªowo±ci w nim

ewentualnych. Jego obsªuga dzi¦ki nieskomplikowanemu GUI jest ªatwa i intuicyjna. Wszystkie

narz¦dzia, wykresy i statystyki s¡ dost¦pne z jednego menu, aby u»ytkownik nie musiaª szuka¢

ich w wielu zdeniowanych miejscach. Wyniki analizy sygnaªu s¡ ªatwe do interpretacji i b¦d¡

pomocne w okre±laniu nieprawidªowo±ci badanego sygnaªu EKG.

Przygotowany program jest dedykowany dla osób ucz¡cych si¦. U»ytkownik dzi¦ki mo»li-

wo±ci r¦cznego uruchamiania kolejnych etapów przetwarzania i analizowania sygnaªu mo»e np.

zapozna¢ si¦ z efektem dziaªania ltrów. Pozostawia mu si¦ decyzj¦ o wpisywaniu podstawo-

wych danych pacjenta. Wyrabia to u osoby obsªuguj¡cej program ±wiadomo±¢, »e nawet od

tak prostej decyzji wiele zale»y. Wiele programów dedykowanych analizie danych uwzgl¦dnia

wiek i pªe¢ osoby badanej, wi¦c nie podanie tych informacji skutkuje przeprowadzeniem analizy

sygnaªu z uwzgl¦dnieniem pewnych norm tutaj obowi¡zuj¡cych dla dorosªego m¦»czyzny.

Drug¡ grup¦ odbiorców mog¡ stanowi¢ osoby zajmuj¡ce si¦ na co dzie« analiz¡ sygnaªów

EKG. Ten program mo»e by¢ im pomocny, poniewa» w efekcie jego dziaªania uzyskuje si¦

informacje umo»liwiaj¡ce postawienie diagnozy lub sªu»¡ce kontrolowaniu post¦pów w terapii.

Program umo»liwia wczytanie plików w formacie CSV, zawieraj¡cych skwantowane w czasie

warto±ci z odprowadze« EKG (przykªadowe pliki s¡ do pobrania z bazy danych PhysioBank).

Po wczytaniu jest mo»liwe sprawdzenie jako±ci sygnaªu na podstawie porównania opisanego

w [25]. Kontynuacj¡ preprocessingu dla wczytanego sygnaªu jest jego ltracja. Filtry dolno-

oraz górnoprzepustowe pozwalaj¡ na usuni¦cie szumów pozakardiogennych. Po kolejnych fa-

zach zgodnych z algorytmem Pana-Tompkinsa dokonywana jest detekcja poªo»enia zaªamków

R, a na tej podstawie zaªamków Q oraz S. Maj¡c ustalone poªo»enie zaªamków wchodz¡cych

w skªad zespoªu QRS mo»liwe jest wykrycie poªo»enia innych zaªamków (P, wraz z okre±leniem

jego punktu pocz¡tkowego i ko«cowego oraz zaªamka T). Metoda detekcji tych dwóch elemen-

tów zostaªa opracowana przez autora, ró»ni si¦ od tych, które byªy opisywane w dost¦pnej mu

literaturze. Sygnaª mo»na powi¡za¢ z pacjentem na podstawie wpisanych przez niego danych

osobowych. Dane te maj¡ wpªyw na porównania wyników testów poprawno±ci sygnaªu zale»-

nych np. od wieku i pªci. Testy obejmuj¡ poprawno±¢ zakresu warto±ci osi elektrycznej serca,

cz¦sto±ci akcji serca, miarowo±ci odcinka PQ, nieprawidªowo±ci (zbyt dªugich lub zbyt krótkich)

interwaªów RR, parametrów zaªamka P, czasu trwania zespoªów QRS oraz analizy zaªamka ST.

Innymi parametrami mo»liwymi do sprawdzenia w programie s¡ klasykacja zespoªów QRS, de-

tekcja kilku rodzajów arytmii oraz sprawdzenie parametrów czasowych sygnaªu i analiza HRV

w dziedzinie czasu.

W przyszªo±ci planowane jest udoskonalenie programu i uzupeªnienie go o kolejne elementy.

Jak zostaªo wykazane w rozdziale 4 wiele parametrów zale»y od wieku i pªci. Nale»y bardziej

szczegóªowo rozpatrywa¢ grupy wiekowe - wszystkie warto±ci referencyjne, na których bazuje

62

wiele prac nale»y zwerykowa¢. Nie mo»na wykluczy¢, »e rejestratory biopotencjaªów stosowane

obecnie ró»ni¡ si¦ od stosowanych kilkana±cie lat temu, kiedy to opracowano zestawienie, na

którym bazuje si¦ po dzie« dzisiejszy. Koniecznym jest podzielenie grup wiekowych 0-8 lat oraz

>16 lat na kilka mniejszych, co b¦dzie wymagaªo przeprowadzenia osobnych bada«.

Nie istnieje metoda wykrywaj¡ca w 100% poprawnie poªo»enie zespoªów QRS, wi¦c du»y

nacisk zostanie poªo»ony na jej udoskonalenie. Innym mo»liwym kierunkiem rozwoju pracy jest

skupienie si¦ na wykrywaniu punktów pocz¡tkowych i ko«cowych poszczególnych zaªamków,

a w pierwszej kolejno±ci planowane jest rozwini¦cie programu poprzez opracowanie algorytmu

badaj¡cego ksztaªt zaªamka P, poniewa» na tej podstawie mo»na wnioskowa¢ m. in. o tocz¡cym

si¦ procesie chorobowym (Rysunek 13, Rysunek 14).

Jeszcze jednym, nie mniej wa»nym aspektem jest ulepszenie funkcji wykrywaj¡cej zaªamki

T (wprowadzona b¦dzie ocena ksztaªtu zaªamka i warto±¢ jego amplitudy). Wyznaczenie po-

cz¡tku i ko«ca tego zaªamka umo»liwi analiz¦ odst¦pu QT oraz odcinka ST z uwzgl¦dnieniem

zmienno±ci rytmu serca (HRV).

Ostatecznym celem jest przystosowanie programu do dziedziny nauki jak¡ jest telemedycyna

i dopisanie klienta dla urz¡dze« mobilnych (wearable computers).

63

Literatura

[1] red. B. Wojtyniak, P. Gory«ski, B. Moskalowicz: Sytuacja zdrowotna ludno±ci

Polski, Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego - Pa«stwowy Zakªad Higieny,

Warszawa 2012

[2] G. G. Matthews, Neurobiologia od cz¡steczek do ukªadów, Wydawnictwo Lekar-

skie PZWL, Warszawa 1998

[3] J. Koolman, K. H. Roehm, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition, Thiemme,

New York 2005

[4] D. L. Nelson, M. M. Cox, Principles of Biochemistry, 5th edition, W.H.Freeman

& Company, New York 2008

[5] P. Augustyniak, Przetwarzanie sygnaªów elektrodiagnostycznych, Uczelniane

Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2001

[6] W. Z. Traczyk, Fizjologia czªowieka w zarysie, Wyd. VIII, Wydawnictwo Lekar-

skie PZWL, Warszawa 2010

[7] J. M. Berg, L. Stryer, J. L. Tymoczko, Biochemia, Wyd. IV, Wydawnictwo Na-

ukowe PWN, Warszawa 2009

[8] T. B. Garcia, N. E. Holtz, EKG: sztuka interpretacji, MediPage, Warszawa 2007

[9] P. Abrahams, Atlas anatomii. Ciaªo czªowieka: budowa i funkcjonowanie, wiat

Ksi¡»ki, Warszawa 2003

[10] J. R. Hampton, EKG to proste, Wyd. I polskie, Elsevier Urban & partner, Wro-

cªaw 2009

[11] Red. A. Siela«czyk, A. Siero«, Elektrogramy serca, l¡ska Akademia Medyczna,

Katowice 2001

[12] P. Augustyniak, Adaptacyjna rozproszona interpretacja elektrokardiogramu,

Akademicka Ocyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2012

[13] A. R. Houghton, D. Gray, EKG - jasno i zrozumiale, Wyd. III, α-medica press,

Bielsko-Biaªa 2010

[14] S. A. Jones, ECG Notes. Interpretation and Management Guide, F.A.Davis Com-

pany, Philadephia 2005

[15] P. Gawro«ski, K. Saeed, K. Kuªakowski, Early Warning of Cardiac Problems in

a Crowd, Lect. Notes on Articial Intelligence 6071 (2010), 220-228

64

[16] M. Czuchry, Metody ekstrakcji sygnaªu oddechowego z elektrokardiogramu, praca

magisterska, WEAIiE AGH, Kraków 2012

[17] T. Tomasik, A. Windak, A. Skalska, J. Kulczycka-yczkowska, J. Kocemba, Elek-

trokardiograa dla lekarza praktyka, Uniwersyteckie Wydawnictwo Medyczne

"Vesalius", Kraków 1998

[18] P. Rijnbeek, M. Witsenburg, E. Schrama i wsp.: New normal limits for the pa-

ediatric electrocardiogram. Eur. Heart J. 2001; 22, 702711

[19] P. Augustyniak, Adaptacyjna dyskretna reprezentacja elektrokardiogramu,

Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2003

[20] A. Szczepa«±ki, K. Saeed, A. Ferscha, A New Method for ECG Signal Feature

Extraction, Computer Vision and Graphics, Lecture Notes in Computer Science

Volume 6375, 2010, pp 334-341

[21] S. Sajja, D. V. S. Pallavi, V. Chaurey, Ch. Gangwar, A Study on deriving Re-

spiratory Signals from ECG, Apollo: The International Magazine Of Art And

Antiques, Issue: 200101029. 2004:132

[22] P. Augustyniak, Elektrokardiograa dla InformatykaPraktyka, Wydawnictwo

Studenckiego Towarzystwa Naukowego, Kraków 2011

[23] A. Szczepa«ski, K. Saeed, A. Riener, A. Ferscha, Wearable Computers: A Study

on ECG Signal Changes During Everyday Activities, Published in: Biometrics

and Kansei Engineering (ICBAKE), 2011 International Conference on

[24] A. Cie±li«ski, J. Dubiel, L. Giec: Kardiologia, wyd. 2, Wydawnictwo Lekarskie

PZWL, Warszawa 2005

[25] praca zbiorowa: Encyklopedia PWN, wyd. 36, uaktualnione, Wydawnictwa Na-

ukowe PWN, Warszawa 2011

[26] V. Corazza, R. Daimler, A. Ernst, K. Federspiel, V. Herbst, K. Langbein, H.

P. Martin, H. Weiss: Podr¦czna encyklopedia zdrowia. Dolegliwo±ci i objawy.

Choroby. Badania i leczenie. Jak sobie pomóc, Zysk i S-ka Wydawnictwo s. j.,

Pozna« 2002

[27] P. Wang, N. Mark Estes III: Supraventricular Tachycardia, Circulation. Journal

of the American Heart Association, 200; 106, 206-208

65

[28] S. Gradl, P. Krugler, C. Lohmuller, B. Eskoer, Real-time ECG monitoring and

arrythmia detection using Android-based mobile devices, Engineering in Medi-

cine and Biology Society (EMBC), 2012 Annual International Conference of the

IEEE (2012), 2452-2455

Strony internetowe:

I www.nobelprize.org

II www.slownikmedyczny.edu.pl

III home.agh.edu.pl/pieciak

IV www.kardiolo.pl

66