Введение 13
Глава 1. Анализ предметной области 16
1.1 Электрокардиографии высокого разрешения 16
1.2 Электрокардиограмма 16
1.3 Постановка задачи 17
Глава 2. Математическая постановка задачи 19
2.1 Модель кардиосигнала 19
2.2 Методы обработки ЭКГ 19
Глава 3. Метод главных компонент 21
3.1 Описание метода главных компонент 21
3.2 Связь метода главных компонент с сингулярным разложением 22
Г лава 4. Разработка алгоритма решения задачи 24
Глава 5. Выбор и описание программной среды 27
5.1 Выбор программной среды 27
5.2. Программная реализация алгоритма 27
Глава 6. Реализация алгоритма 29
Глава 7. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 36
7.1 Продолжительность этапов работ 36
7.2 Расчет сметы затрат на выполнение проекта 38
7.3 Расчет затрат на электроэнергию 38
7.4 Расчет заработной платы 39
7.5 Расчет затрат на социальный налог 40
7.6 Расчет амортизационных расходов 41
7.7 Расчет прочих расходов
7.8 Расчет общей себестоимости разработки 42
7.9 Оценка научно-технического уровня НИР 42
Глава 8. Социальная ответственность 46
Аннотация 46
Введение 46
8.1 Производственная безопасность 47
8.1.1 Анализ выявленных вредных факторов 48
8.1.1.1 Шум на рабочем месте 48
8.1.1.2 Микроклимат 49
8.1.1.3 Электромагнитные излучения 50
8.1.1.4 Освещенность рабочей зоны 52
8.1.2 Анализ выявленных опасных факторов 53
8.1.2.1 Электрический ток 53
8.2 Экологическая безопасность 55
8.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 55
8.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 57
8.4.1 Требования эргономики 57
8.4.2 Режим труда 63
8.4.3 Специальные правовые нормы трудового законодательства 64
Заключение 69
Список публикаций 70
Список литературы 71
Приложение A (обязательное) 74
Объектом исследования является кардиосигнал, предметом являются
ортогональные составляющие кардиосигнала.
Цель работы: разработать методику применения метода главных
компонент к кардиосигналу.
В процессе исследования проводился анализ методов обработки
кардиозаписей и разработка методики для обработки кардиозаписей.
В результате исследования кардиосигнал был разделен на ортогональные
составляющие, удалена шумовая компоненты, выделена информативная часть.
Разработана методика для обработки кардиозаписи.
Область применения: медицинская среда
Экономическая эффективность/значимость работы заключается в
повышении эффективности электрокардиографических обследований с
помощью математической обработки, в научной значимости и актуальности
поставленной задачи.
В будущем планируется проводить исследование и улучшение
алгоритмов обработки кардиозаписей на основе метода главных компонент.
Введение
Электрокардиография (ЭКГ) является одним из ведущих методов
инструментального исследования сердечно-сосудистой системы, который
остается наиболее распространенным в силу своей доступности, простоты
использования и небольших денежных затрат. ЭКГ позволяет своевременно
диагностировать многие заболевания. В основе этой методики лежит
регистрация биопотенциалов, возникающих в сердце.[3]
Выделение информативных составляющих из зашумленного
кардиосигнала до сих пор является важной задачей при проведении
электрокардиологических исследований. При этом определение
информативных участков электрокардиосигнала (ЭКС), форма и временное
положение которых несут диагностическую информацию, может быть
выполнено с использованием современных методов цифровой обработки
сигналов[11].
Современное развитие компьютерных технологий дало возможн
ость проводить анализ ЭКГ-сигнала на качественно более высоком уровне,
что открыло новые возможности в диагностике кардиологической патологии.
Это особенно актуально при выявлении электрической нестабильности
миокарда, диагностике угрожающих для жизни нарушений ритма и риска
внезапной сердечной смерти[1].
В последнее время все большее развитие получает ЭКГ высокого
разрешения (ЭКГ ВР). ЭКГ ВР - это метод исследования, который позволяет с
помощью компьютерной обработки ЭКГ-сигнала регистрировать
низкоамплитудные, высокочастотные сигналы, невидимые на обычной ЭКГ.
Широкое применение в методе нашло выявление так
называемых поздних потенциалов желудочков (ППЖ) и поздних потенциалов
предсердий (ППП) с помощью специальной методики записи ЭКГ[4].14
Выделяют технические и физиологические помехи при записи ЭКГ.
Технические помехи (высокочастотные помехи) обычно связаны с
записывающей системой, наводками от сопутствующих сигналов и т.д.
Физиологические помехи (низкочастотные помехи) могут быть вызваны
кашлем или дыханием, движения рук или ног, также могут быть вызваны
плохим контактом электродов с кожей[1]. При этом физиологические помехи
не могут быть охарактеризованы какой-либо специфической формой волны или
спектральным составом и, как правило, являются динамическими и
нестационарными.
Ошибки электрокардиодиагностики часто приводят к тому, что
пациенту назначается неправильное лечение, также необходимо более точное
выявление факторов риска внезапной сердечной смерти. Из этого следует, что
задача уменьшения вероятности ошибки электрокардиодиагностики весьма
актуальна.[8]
Для выявления, извлечения и анализа различных компонентов
электрокардиограммы применяются различные методы обработки цифровых
сигналов. В данной работе будет рассмотрен метод главных компонент.
Объектом данного исследования является кардиосигнал, предметом –
ортогональные составляющие кардиосигнала.
Целью данного исследования является разработка методики применения
метода главных компонент, который позволяет подготовить кардиосигнал для
дальнейшей обработки, с целью выявления и удаления шумов из кардиозаписи.
Необходимо выделить ортогональные составляющие из зашумленной
кардиозаписи по методу главных компонент с последующим отбором тех,
которые формируют полезный сигнал.
В соответствии с данной целью в исследовании ставятся и решаются
следующие задачи:
• выделить отдельные кардиосигналы из ЭКГ;15
• согласовать кардиосигналы по R- пикам;
• составить матрицу, где каждый столбец – отдельный кардиосигнал;
• уточнить положение экстремумов R-зубцов путем аппроксимации;
• разложить матрицу по сингулярным числам;
• определить количество кардиосигналов для анализа кардиозаписи.
В ходе выполнения бакалаврской работы была изучена литература по проблеме
обработки кардиозаписей, выяснена эффективность метода ЭКГ ВР для анализа и
диагностики кардиозаписей. Рассмотрены математические методы обработки ЭКГ ВР.
Изучены методы разложения сигналов, критерии разложения. Была разработана и
описана методика применения метода главных компонент для кардиосигналов.
Выявлена необходимость аппроксимации максимумов R-зубцов кардиоимпульсов, так
как аппроксимации существенно улучшила анализ кардиозаписи. Также определено
количество кардиосигналов, которое характеризует всю кардиозапись, но при этом
значительно меньше всей кардиозаписи.
В соответствии с целью в исследовании были решены следующие задачи:
Разработана процедура нахождение максимумов R-пиков кардиозаписи;
Разработана процедура аппроксимация найденных максимумов R-пиков;
Разработан метод формирование матрицы кардиосигналов, в которой:
Кардиоимпульсы упорядочивались относительно друг друга по
максимальному значению потенциала, которое соответствует R-зубцу
кардиоимпульса;
В каждом кардиоимпульсе выделялась часть, необходимая для анализа.
Все кардиоимпульсы имеют одинаковое количество отсчетов;
Применение процедуры сингулярного разложения к полученной матрице;
Определение количества кардиосигналов для анализа.
Г.Г.Иванов, В.Е.Дворников. Электрокардиография высокого разрешения,
Издательство Российского университета дружбы народов.1999.
2. Simson M. B. Use of signals in the terminal QRS-сomplex to identify patients
with ventricular tachycardia after myocardial infarction //Circulation. 1981. Vol.64. № 2. Рp.
235–241.
3. Викторов И. В. Современные компьютерные системы для
автоматического анализа электрокардиосигналов. //Медицинская техника. – 1994. –
№1. – с.34 – 35.
4. Авдеева Д.К., Вылегжанин О.Н., Пеньков П.Г., Кашуба И.В., Турушев
Н.В. Выделение референтного импульса из зашумленной последовательности //
Контроль. Диагностика. – 2013. – № 13. – С.107-110.
5. Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер К. Машинные методы
математических вычислений: пер с англ.– М. Мир, 1980.– 279 с.
6. 2. Зайченко К. В., Жаринов О. О., Кулин А. Н., Кулыгина Л. А., Орлов А.
П. Съем и обработка биоэлектрических сигналов. Учебное пособие / Под ред. К. В.
Зайченко .–. СПб. : СПбГУАП, 2001. 140 c.
7. Д. В. Казаков. Квазипериодическая двухкомпонентная динамическая
модель для синтеза кардиосигнала с использованием временных рядов и метода
Рунге–Кутты четвёртого порядка // Компьютерные исследование и моделирование,
2012 Т. 4 № 1 С. 143−154.
8. Мазур Н.А. Внезапная смерть // В кн. Болезни сердца и сосудов. Под ред.
Е.И. Чазова. - М.:Медицина, 1992, С. 133-146.
9. Викторов И.В. Современные компьютерные системы для
автоматического анализа электрокардиосигналов // Медицинская техника. – 1994. – №
1. – С. 34–35.72
10. Жаринов О.О., Жаринов И.О. Электрокардиография высокого
разрешения: новый подход к обработке сигнала // Научно–технический вестник
информационных технологий, механики и оптики. – 2006. – №33. – C. 106–120.
11. Jarno M.A. Tanskanen, Jari J. Viik. Independent Component Analysis in ECG
Signal Processing, Advances in Electrocardiograms – Methods and Analysis, PhD. Richard
Millis (Ed.) // InTech – 2012. – P. 349 – 372.
12. R. Simoliuniene, A. Krisciukaitis, A. Macas, G. Baksyte, V. Saferis, R.
Zaliunas. Principal Component Analysis Based Method for Detection and Evaluation of
ECG T-Wave Alternans // Computers in Cardiology. – 2008. – Vol. 35 – P. 757–760.
13. F. Castells, P. Laguna, L. Srnmo, A. Bollmann, J. Millet Roig. Principal
Component Analysis in ECG Signal Processing // EURASIP Journal on Advances in Signal
Processing – Vol. 2007. – Article ID 74580. – 21 pages.
14. Алексей Померанцев. Метод Главных Компонент (PCA) [Электронный
ресурс] – Режим доступа:http://www.chemometrics.ru/materials/textbooks/pca.htm.
15. ГОСТ 12.0.003-74. ССБТ. Опасные и вредные производственные
факторы. Классификация.
16. ГОСТ 12.1.003–83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.
17. СанПиН 2.2.2.548-96. Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений.
18. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03. Гигиенические требования к естественному,
искусственному и совмещённому освещению жилых и общественных зданий.
19. ГОСТ 12.1.045–84 ССБТ. Электростатические поля. Допустимые уровни
на рабочих местах и требования к проведению контроля.
20. ГОСТ 12.1.038–82 ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые
уровни напряжений прикосновения и токов.