Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
УДК 61:001.89.76.01.25
О. В. Мельник, Е. И. Кузьмина
устройствО для предварительной обработки кардиосигнала на основе нейронных сетей
Проблеме повышения эффективности диагностики сердечно-сосудистой системы (ССС) уделяется очень большое внимание, как в России, так и за рубежом. Постоянно совершенствуются существующие и разрабатываются новые методы и средства обработки электрокардиосигнала (ЭКС) [1].
Одним из интенсивно развивающихся и перспективных направлений развития средств функциональной диагностики ССС является применение искусственных нейронных сетей (ИНС). Использование нейросетевого анализа в клинической практике способствует повышению точности диагностики заболеваний сердечно-сосудистой системы [2,3].
Определение показателей психоэмоциональной напряженности человека-оператора при эксплуатации транспортных и энергетических систем является важной задачей поддержания работоспособности человека, повышения безопасности и снижения рисков работы таких систем. Некоторые катастрофы, в том числе и техногенные, произошли по вине операторов из-за высокого уровня психологического воздействия на них. Предотвращение подобных катастроф возможно при динамическом определении степени адаптации оператора к случайным или постоянно действующим нагрузкам [4-6].
Устройство предварительной обработки кардиосигнала должно выполняет следующие функции:
Структурная схема разрабатываемого устройства выглядит следующим образом:
Рисунок 1 –Структурная схема устройства для предварительной обработки кардиосигнала
Используемые в схеме обозначения:
–электроды;
–блок усиления;
–АЦП;
–блок фильтрации;
–блок выделения R-зубцов.
Разрабатываемое устройство будет работать следующим образом. Электрокардиосигнал (ЭКС) снимается с биологического объекта (БО) посредством электродов, включенных по схеме грудных отведений (в соответствии с техническим заданием). Далее ЭКС усиливается до необходимого уровня АЦП и преобразуется в цифровую форму. Затем оцифрованный кардиосигнал необходимо избавить от помех (фильтрация). Полученные данные поступают на интерфейс для передачи в ПК. Следующим этапом обработки кардиосигнала является обнаружение R-зубцов (эта функция реализуется с помощью нейронных сетей). Информативную часть обработанного кардиосигнала, а именно –очищенный от помех сигнал и интервалы RR необходимо сохранить для использования ее в устройствах дальнейшей обработки. Для этого используем встроенную память ПЛИС.
Известно, что максимальная амплитуда электрокардиосигнала составляет 1…5 мВ, следовательно, с учетом дрейфа изолинии ЭКС, для перевода его в цифровую форму посредством АЦП, имеющего диапазон входного сигнала порядка нескольких вольт, сигнал необходимо усилить в 100-500 раз [7].
Блок выделения R-зубцов кардиосигнала реализуется на основе нейронной сети на ПЛИС. АЦП входит в состав ПЛИС, которая так же используется для цифровой фильтрации электрокардиосигнала и в качестве памяти для временного хранения результатов обработки. Далее полученные данные передаются пользователю для дальнейшей обработки.
Функциональная схема устройства представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 –Функциональная схема устройства для предварительной обработки кардиосигнала
Используемые в схеме обозначения:
БО –биологический объект;
Э –электроды;
АЦП –аналого-цифровой преобразователь;
ПЛИС –программируемая логическая интегральная схема.
Разработанная нейронная сеть является двухслойной и имеет следующую структуру:
Рисунок 3 –Структура нейронной сети
x1, х2,…, хn –отсчеты входного сигнала;
w1,w2, …, wm –весовые коэффициенты 1 слоя;
u1,u2, …, uk –весовые коэффициенты 2 слоя;
y –выходной сигнал.
1 слой:
(1)
z1, z2, …, zk –выходы нейронов 1 слоя;
f(x, w) –функция активации нейронов 1 слоя;
f(x, w)=0 , если x1>x2;
f(x, w)=1, если x1≤x2.
2 cлой:
(2)
y –выход нейронов 2 слоя;
f(z, u) –функция активации нейронов 2 слоя;
f(z, u)=0 , если ;
f(z, u)=1, если .
Разработано устройство для предварительной обработки кардиосигнала на основе нейронных сетей. Для выявления заболеваний ССС разработаны модели искусственных нейронных сетей (ИНС).
Библиографический список
1. Коробейников А. В. Алгоритмы и комплексы программ мониторно-компьютерных систем для анализа морфологии ритма электрокардиограмм: автореф. дис. канд. тех. наук.: 20.12.04: защищ. 21.01.05/ Коробейников Александр Васильевич. - Ижевск, 2005. – 218 с.
2. Дехтярь Г.Я. Электрокардиографическая диагностика. / Г. Я. Дехтярь. –М.: Медицина, 1972. – 447 с.
3. Малахов А.И., Щукин С. И. Комбинированный алгоритм выявления и дифференцирования трепетаний и фибриляций предсердий на основе анализа электрокардиосигнала // Медицинская техника, 2013, №1. С. 12 -15.
4. Панченко Л.Л. Диагностика стресса: учеб. пособие./ Л. Л. Панченко. – Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2005. – 35 с.
5. Варнавский А.Н. Применение нелинейных преобразований электрокардиосигнала для выявления нарушений ритма сердца в режиме реального времени //Материалы всероссийской конференции «Биомедсистемы –». Рязань. 2008. С. 1 - 5.
6. А.Н. Варнавский. Определение параметров психоэмоциональной напряженности оператора во временной области. // Вестник РГРТУ. № 3 (выпуск 41). Рязань, 2012. С. 9 - 12.
7. Агаханян Т. М. Электронные устройства в медицинских приборах: Учебное пособие./ Т. М. Агаханян. – М.: НИЯУ МИФИ, 2010. –с.