Анализ псевдофазового портрета в задаче распознавания сердечного ритма

АНАЛИЗ ПСЕВДОФАЗОВОГО ПОРТРЕТА В ЗАДАЧЕ РАСПОЗНАВАНИЯ СЕРДЕЧНОГО РИТМА

,

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. (Ленина) (СПбГЭТУ «ЛЭТИ»)

E-mail : *****@***ru

Сегодня проблема анализа биосигналов с хаотическими свойствами является актуальной задачей. Ее решение имеет важное значение для распознавания различных сигналов. Целью работы является разработка и исследование метода анализа биосигналов, выявляющих по псевдофазовому портрету отличия нормального ритма от патологии сигналов ритмограмм. Разработанный алгоритм, предназначенный для медицинских компьютерных систем, реализован в программной среде MATLAB.

Фазовая плоскость - координатная плоскость, в которой по осям откладываются фазовые координаты, однозначно определяющие состояние системы второго порядка. Такая плоскость является частным случаем фазового пространства, которое может иметь большую размерность [1].

Для проведения исследования были сформированы 3 группы записей длительностью 2 с, каждая из которых содержала ритмограммы 10 пациентов. Группы сигналов отличались видами сердечного ритма: нормальный ритм (НР), частая экстрасистолия (ЧЭ) и мерцательная аритмия (МА). Для нахождения корреляционной размерности был использован алгоритм Грассберга-Прокаччиа, который является одним из самых эффективных способов анализа временных рядов [2]. Результаты вычисления зависимости корреляционной размерности от размерности вложения для нормального ритма (НР), частой экстрасистолии (ЧЭ) и мерцательной аритмии(МА) представлены в табл.1.

Табл. 1. Зависимость корреляционной размерности от размерности вложения при нормальном ритме, частой экстрасистолии, мерцательной аритмии

m	1	2	3	4	5	6	7	8	9
НР	0,669	1,374	2,150	2,873	3,565	3,630	3,979	4,069	4,095
ЧЭ	0,241	0,577	0,977	1,428	2,901	3,789	3,873	3,987	4,019
МА	0,388	0,878	1,425	2,015	3,666	4,915	5,074	5,126	5,229

Для решения задачи классификации, учитывая различия в минимальных значениях m для трех видов сердечного ритма, снизим размерность пространства вложения до двух и проведем анализ особенностей псевдофазового портрета.

В статье [3] рассмотрен геометрический анализ сигналов (построение фазового портрета), который является на сегодняшний день принципиально новой методикой. Автор предлагает нелинейную динамику сигналов анализировать путем построения ломаной линии в системе координат, где по оси абсцисс откладываются полученные длительности сигналов в диапазоне , а по оси ординат в диапазоне . Фазовая траектория в рассматриваемых интервалах, а именно в зависимости текущего от последующего, помогает нам представить природу нелинейных колебаний. Для оценки морфологических признаков псевдофазового портрета сердечного ритма выберем ряд параметров, позволяющих дифференцировать разные виды анализируемых сигналов. В данной работе исследуются четыре параметра псевдофазового портрета: периметр и площадь контура псевдофазового портрета; коэффициент псевдофазового портрета, равный отношению квадрата периметра к площади; длина ломанной линии псевдофазового портрета. Примеры полученных фазовых портретов для каждого вида

рит
мограммы представлены на рис.1: а – НР, б – ЧЭ, в – МА.

а б

в

Рис. 1. Фазовые портреты для: а - нормального ритма, б –частой экстрасистолии, в – мерцательной аритмии

Результаты статистической обработки полученных данных представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Сердечный ритм	Периметр	Площадь	Коэффициент	Длина кривой
Нормальный ритм	0,3±0,1	0,2±0,1	1,8±0,5	1,1±0,2
Экстрасистолия	1,0±0,2	0,3±0,0	4,6±1,2	8,6±2,1
Мерцательная аритмия	2,9±0,3	0,5±0,1	17,4±3,5	14,8±2,4

Проанализировав полученные данные, можно сделать вывод, что значения периметра, коэффициента и длины кривой имеют явные отличия для рассматриваемых видов ритмограмм. Чем больше хаотических составляющих в сигнале, что характерно для МА, тем больше разброс фазовых точек на плоскости, вследствие чего больше периметр и длина контура фазового портрета. Этот анализ полезен для исследования морфологических особенностей биосигналов на псевдофазовой плоскости и оценки возможности распознавания некоторых видов нарушений ритма по результатам построения фазового портрета.

Библиографический список

1.  , , Подлазов динамика. Москва, книжный дом «ЛИБРОКОМ» 2011. – 280с.

2.  Данилов по нелинейной динамике [Текст]. Москва, книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2011. – 208с.

3.  , «Теоретические и практические аспекты нелинейных хаотических колебаний ритма сердца. Медленные колебательные процессы в организме человека. Теоретические и прикладные аспекты нелинейной динамики, хаоса и фракталов в физиологии и медицине». Материалы 3-го Всероссийского симпозиума 21-25 мая 2001г. Новокузнецк, 2001.

Сведения об авторах

Докладчик: , аспирант, г, [e-mail], [phone]

, доцент, профессор,

Вид доклада: устный (/ стендовый)