Porovnání tří metod měření QT intervalu



Podobné dokumenty
Ing. Martin Vítek, doc. Ing. Jiří Kozumplík, CSc. Ústav biomedicínského inženýrství, FEKT, VUT v Brně TRANSFORMACI. Kolejní 4, Brno

Porovnání nejpoužívanějších algoritmů pro detekci intervalu QT

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Elektronický systém a programové vybavení pro detekci a optimalizaci pulzů kardiostimulátoru

fluktuace jak dob trvání po sobě jdoucích srdečních cyklů, tak hodnot Heart Rate Variability) je jev, který

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Osnova. Idea ASK/FSK/PSK ASK Amplitudové... Strana 1 z 16. Celá obrazovka. Konec Základy radiotechniky

Waveletová transformace a její použití při zpracování signálů

Účinek noční směny/služby na repolarizaci srdce podle QT intervalu a indexu kardio- -elektrofyziologické rovnováhy (iceb) u sester a lékařů

DETEKCE KOMPLEXU QRS S VYUŽITÍM TRANSFORMACE SVODŮ

Laboratorní úloha č. 8: Polykardiografie

VYUŽITÍ VÝPOČETNÍHO SYSTÉMU MATLAB PŘI NEDESTRUKTIVNÍ KONTROLE STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ A DÍLCŮ ROZBOREM AKUSTICKÉ ODEZVY GENEROVANÉ MECHANICKÝM IMPULSEM

METODY DETEKCE QRS KOMPLEXU

MUDr. Jozef Jakabčin, Ph.D.

Číslicové zpracování signálů a Fourierova analýza.

Michal Huptych, Václav Chudáček, Lenka Lhotská

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

SEMESTRÁLNÍ PRÁCE X. Aproximace křivek Numerické vyhlazování

JEDNODUCHÝ VLNKOVÝ FILTR EKG SIGNÁLŮ

DETEKCE KOMPLEXU QRS U EXPERIMENTÁLNÍCH ZÁZNAMŮ EKG

DETEKCE KOMPLEXŮ QRS VE VÍCESVODOVÝCH SIGNÁLECH EKG

DETEKCE KOMPLEXU QRS U EXPERIMENTÁLNÍCH ZÁZNAMU EKG

doc. Dr. Ing. Elias TOMEH Elias Tomeh / Snímek 1

základní vlastnosti, používané struktury návrhové prostředky MATLAB problém kvantování koeficientů

Klasifikace hudebních stylů

Základy a aplikace digitálních. Katedra radioelektroniky (13137), blok B2, místnost 722

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

Identifikace změn parametrů signálu akustické emise jako důsledku mechanického poškození

VOLBA ČASOVÝCH OKEN A PŘEKRYTÍ PRO VÝPOČET SPEKTER ŠIROKOPÁSMOVÝCH SIGNÁLŮ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ DETEKCE P VLNY V EKG SIGNÁLECH DIPLOMOVÁ PRÁCE

ZOBRAZOVÁNÍ A ANALÝZA EKG Z PACIENTSKÉHO MONITORU DASH

AUTOMATICKÉ ROZMĚŘENÍ SIGNÁLŮ EKG

VLIV GEOMETRICKÉ DISPERZE

DETEKTOR QRS KOMPLEXŮ VYUŽÍVAJÍCÍ VLNKOVOU TRANSFORMACI

Signál v čase a jeho spektrum

Teorie a praxe detekce lomu kolejnice. Ing. Jiří Konečný, Ph.D. Středisko elektroniky, STARMON s.r.o.

Cyklické změny v dynamice sluneční konvektivní zóny

Katedra biomedicínské techniky

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV RADIOELEKTRONIKY. OPTICKÝ SPOJ LR-830/1550 Technický popis

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Bezdrátový senzor jako osobní zdravotnícký prostředek pro dlouhodobé monitorování EKG

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Jasové transformace. Karel Horák. Rozvrh přednášky:

Bakalářská práce Analýza EKG signálu

Shluková analýza elektrokardiografických signálů

Direct Digital Synthesis (DDS)

Korelace změny signálu AE s rozvojem kontaktního poškození

diogram III. II. Úvod: Elektrokardiografie elektrod) potenciálu mezi danou a svorkou Amplituda [mv] < 0,25 0,8 1,2 < 0,5 Elektrická

MODERNÍ SMĚROVÉ ZPŮSOBY REPREZENTACE OBRAZŮ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Schémata a animace zpracovalo Servisní středisko pro e-learning na MU

Semestrální projekt. Vyhodnocení přesnosti sebelokalizace VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Krevní tlak/blood Pressure EKG/ECG

DETEKCE KOMOROVÝCH EXTRASYSTOL

Číslicová filtrace. FIR filtry IIR filtry. ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická

MĚŘENÍ A ANALÝZA ELEKTROAKUSTICKÝCH SOUSTAV NA MODELECH. Petr Kopecký ČVUT, Fakulta elektrotechnická, Katedra Radioelektroniky

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ VLNKOVÁ FILTRACE SIGNÁLŮ EKG DIPLOMOVÁ PRÁCE. doc. Ing. JIŘÍ KOZUMPLÍK, CSc.

31ZZS 9. PŘEDNÁŠKA 24. listopadu 2014

Virtuální elektrody v kochleárních implantátech Nucleus 24

Spektrální charakteristiky

Analýza signálů technikou Waveletů

ELEKTROKARDIOGRAFIE. ELEKTROKARDIOGRAFIE = metoda umožňující registraci elektrických změn vznikajících činností srdce z povrchu těla.

Fourierova transformace

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

1. Základy teorie přenosu informací

Quantization of acoustic low level signals. David Bursík, Miroslav Lukeš

Úvod do medicínské informatiky pro Bc. studium. 6. přednáška

APLIKACE DWT PRO POTLAČENÍ ŠUMU V OBRAZE

Lekce z EKG podpůrný e-learningový materiál k přednáškám

Úvod do zpracování signálů

v Praze mezi kanály EEG Ondřej Drbal 5. ročník, stud. sk. 9

Akustika. 3.1 Teorie - spektrum

1. Vlastnosti diskretních a číslicových metod zpracování signálů... 15

QRS DETEKTOR V PROSTŘEDÍ SIMULINK

Lineární a adaptivní zpracování dat. 3. SYSTÉMY a jejich popis ve frekvenční oblasti

íta ové sít baseband narrowband broadband

Komprese dat s použitím wavelet transformace

KAZUISTIKA 1. Komorové tachykardie. Tachykardie. Únor Jan Šimek 2. interní klinika VFN

Polykardiografie. Cíle. Pulsní pletysmografie měří optickou transparentnost/odrazivost, která se mění se změnou pulzního tlaku v cévkách měkkých tkání

Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity Brno. prezentace je součástí projektu FRVŠ č.2487/2011

Název práce: DIAGNOSTIKA KONTAKTNĚ ZATÍŽENÝCH POVRCHŮ S VYUŽITÍM VYBRANÝCH POSTUPŮ ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLU AKUSTICKÉ EMISE

VYUŽITÍ MATLABU K POTLAČOVÁNÍ ADITIVNÍHO ŠUMU POMOCÍ FILTRACE A POMOCÍ VLNKOVÉ TRANSFORMACE. Gabriela Eisensteinová, Miloš Sedláček

TSO NEBO A INVARIANTNÍ ROZPOZNÁVACÍ SYSTÉMY

Mechanismy bradykardií

MĚŘENÍ BIOPOTENCIÁLŮ

Laboratorní úloha č. 8: Elektroencefalogram

P7: Základy zpracování signálu

Spektrální analýza a diskrétní Fourierova transformace. Honza Černocký, ÚPGM

1 Zpracování a analýza tlakové vlny

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

1. Přednáška. Ing. Miroslav Šulai, MBA

1. Přednáška: Obecné Inf. + Signály a jejich reprezentace

Bioelektromagnetismus. Zdeněk Tošner

KTE/TEVS - Rychlá Fourierova transformace. Pavel Karban. Katedra teoretické elektrotechniky Fakulta elektrotechnická Západočeská univerzita v Plzni

Struktura a typy lékařských přístrojů. X31LET Lékařskátechnika Jan Havlík Katedra teorie obvodů

1. Úvod Jednou z! "# $ posledn % & $$' ( )(( (*+ % ( (* $ $%, (* ( (* obvodech pro elektronickou regulaci.*' (( $ /

Základy EKG. Alena Volčíková Interní kardiologická klinika FN Brno Koronární jednotka

Návrh frekvenčního filtru

u Pacova Metoda pro validaci koncentrace přízemního ozónu kontinuálně měřené na Atmosférické 1 / 23sta

Vysoká škola chemicko-technologická v Praze. Abstrakt. k rekonstrukci pozorovaných dat. Tento postup je aplikován na vybrané biomedicínské

Transkript:

Porovnání tří metod měření QT intervalu Ing. Dina Kičmerová Prof. Ing. Ivo Provazník Ph.D. Ústav biomedicínského inženýrství Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně Článek se věnuje popisu třech metod měření QT intervalu EKG signálu a jejich porovnání. Dvě metody jsou založené na spojité vlnkové transformaci a třetí metoda na porovnávání šablony. Metody byly testovány na 12 nasnímaných a digitalizovaných signálech zdravých dobrovolníků. Výsledky prokázaly podobnou efektivitu testovaných metod. Obsah: 1. Úvod 2. Měření QT intervalu 3. Závěr 4. Literatura Úvod QT interval (Obrázek 1.1) je úsek EKG signálu ohraničený začátkem QRS komplexu a koncem T vlny. Reprezentuje periodu mezi začátkem komorové depolarizace a koncem repolarizace komor v srdečním cyklu. QT interval může pomoci hodnotit kardiovaskulární zdravotní stav pacientů a detekovat potenciální abnormality. Jeho hodnota je také dobrým indikátorem syndromu dlouhého QT intervalu. U zdravých dospělých osob se pohybuje v intervalu 0.33 až 0.44 sekund. QT interval převyšující 0.44 sekund je ukazatelem myokardiální elektrické nestability. Takové prodloužení QT intervalu může být spojeno s možným vznikem komorových arytmií, synkop a náhlou smrtí. Měření konce T vlny je však často velmi subjektivní a jeho verifikace je tudíž obtížná. Za prvé, je zde podstatná nepřesnost v definici konce T vlny, protože chybí kompletní porozumění repolarizačnímu procesu a jeho projekci na povrch těla. Konec T vlny nemusí být rozpoznatelný díky chybějícímu inflexnímu bodu, nedostatečné změně strmosti křivky nebo dalším spolehlivě detekovatelným bodům. Za druhé, významná odchylka začátku QRS komplexu a konce T vlny mezi svody EKG poskytuje různé hodnoty QT intervalu v závislosti na vybraném svodu při měření. EKG signál může být označen experty a manuálně zkontrolován, což je nepřijatelné pro dlouhodobé studie. Bylo publikováno mnoho metod měření QT intervalu [3-5, 7-9], obvykle jsou ale použity výsledky více metod a více svodů pro verifikaci. Článek prezentuje dvě metody založené na spojité vlnkové transformaci a třetí metodu na porovnávání šablony. 6-1

Obrázek 1.1: Definice QT intervalu ve schematickém průběhu EKG signálu Měření QT intervalu V první metodě [2] je vstupní EKG signál transformován spojitou vlnkovou transformací (CWT) definovanou vztahem:, (2.1) kde a je dilatační faktor a b je časový posun. Dilatace mateřské vlnky prakticky znamená její roztažení nebo smrštění a tím i její délku a přeneseně tak i nepřímo úměrně šířku pásma. Roztažením je vybíraný časový úsek signálu delší. Smrštění představuje opačnou analogii. Takto vzniklé časově měřítkové spektrum nám umožňuje měřit časově-frekvenční změny ve spektrálních komponentech. Interpretace časového a frekvenčního rozlišení u CWT je následující: CWT představuje časově-měřítkový rozklad realizovaný korelací signálu f(t) s bázovými funkcemi odvozenými z mateřské vlnky ψ(t). Jako mateřská vlnka ψ byla pro detekci QRS komplexu experimentálně zvolena vlnka typu Coiflet. Měřítko bylo zvoleno v intervalu <1; 32>. 6-2

Obrázek 2.1: Spojitá vlnková transformace EKG: (a) EKG průběh, (b) CWT s vlnkou typu Coiflet, (c) konturový obrazec. 2D normalizovaný obraz CWT abs (a,b) (obrázek 2.1 (b)) může být zjednodušen pro další zpracování řezem v rovině z pro zvolenou hodnotu L <0; 1>. Čímž vznikne konturový obrazec C L (obrázek 2.1 (c)) definovaný jako:, (2.2) kde e je malé číslo. V dalším kroku uvažujeme jen tu část kontury, která je nejblíže nejvyšším frekvencím (obalovou křivku řezu). Taková kontura je nazývána konturovou obálkou EC:, (2.3) pro všechny b. A je diskrétní množina měřítek. Konturová obálka EC je 1D funkce, která je dále zpracovávaná klasickými algoritmy pracujícími v časové oblasti. EC je použita pro detekci Q a R vlny a konec T vlny je detekován jako lokální extrém v EKG signálu 6-3

transformovaném pouze jedním experimentálně zvoleným měřítkem 20 a vlnkou typu mexický klobouk. V druhé metodě [4] operátor definuje šablonu QT intervalu výběrem začátku QRS komplexu a konce T vlny v jednom srdečním cyklu (obrázek 2.2 (a)). Algoritmus poté hledá QT interval ve všech dalších cyklech na základě určení, jak moc musí být úsek natažen nebo zkrácen v čase, aby odpovídal šabloně (obrázek 2.2 (b)). Tímto způsobem jsou změny v QT intervalu stanoveny použitím celé T vlny. Obrázek 2.2: (a) Výběr hranic šablony operátorem, (b) porovnávání vybraných šablon. R vlna je detekována automaticky algoritmem první vlnkové metody. Pro porovnávání šablony a dalších cyklů, algoritmus ignoruje současný QRS komplex a používá pouze ST segment a T vlnu. Pro porovnávání šablony a cyklů byly amplitudy normalizovány. Jestliže operátor definuje konec T vlny šablony před nebo za správným koncem T vlny, všechny vypočtené QT intervaly budou zkresleny proporčně níže nebo výše, ale jejich variabilita cyklus za cyklem bude relativně nedotčena. Třetí metoda kterou prezentujeme používá prahovaný obrázek I z z CWT (obrázek 2.3) a vlnku typu mexický klobouk. Hodnoty CWT koeficientů jsou prahovány přes nulový práh:. (2.4) Poté je proveden řez prahovaným obrazem CWT (obrázek 2.4) pro konkrétní měřítko a hrany určují hranice jednotlivých vln (obrázek 2.5). Hodnota měřítka pro T vlnu byla 25, pro QRS komplex 17 a pro P vlnu 12. 6-4

Obrázek 2.3: (a) EKG signál, (b) spojitá vlnková transformace EKG signálu vlnkou typu mexický klobouk Obrázek 2.4: Prahovaný obraz CWT s vlnkou typu mexický klobouk a jeho korespondence s jednotlivými vlnami EKG signálu ve třech různých řezech. Modrá křivka koresponduje s hranicemi T vlny, červená s QRS komplexem a zelená s P vlnou). 6-5

Obrázek 2.5: Detekční hranice prahovaného CWT obrazu pro vlnku typu mexický klobouk (hranice P, QRS a T vlny). Závěr Všechny tři popsané metody byly implementovány v prostředí MATLAB s použitím standardní knihovny funkcí Wavelet Toolbox. Metody byly testovány na 12 signálech zdravých dobrovolníků s následujícím nastavením (vzorkovací frekvence 500 Hz, byl použit 16-ti bitový AD převodník, poloha pacienta: 5 minut vleže na zádech, 15 minut v 75 stupňovém naklonění, 5 minut vleže, řízené dýchání 6 dechů za minutu - 0,1 Hz). Porovnávané metody vykazují srovnatelnou schopnost detekce hranic vln a měření QT intervalu. Liší se od sebe pouze korigovatelným stálým rozdílem ve výsledných hodnotách šířky QT intervalu, jak je dokumentováno na třech signálech na obrázcích 3.1, 3.2 a 3.3. Obrázek 3.1: Porovnání QT intervalů pro první signál (modrá křivka - CWT metoda 1, zelená křivka - CWT metoda 2, červená křivka šablonová metoda). 6-6

Obrázek 3.2: Porovnání QT intervalů pro druhý signál (modrá křivka - CWT metoda 1, zelená křivka - CWT metoda 2, červená křivka šablonová metoda). Obrázek 3.3: Porovnání QT intervalů pro třetí signál, zde je patrné, že šablonová metoda má větší rozptyl (modrá křivka - CWT metoda 1, zelená křivka - CWT metoda 2, červená křivka šablonová metoda). Horní signál (modrá křivka) je zpracován prvním vlnkovým algoritmem, prostřední signál (zelená křivka) je zpracován druhým vlnkovým algoritmem a spodní signál (červená křivka) šablonovou metodou. Všechny tři metody vykazují podobný průběh, ale u první vlnkové 6-7

metody je o 15 ms delší QT interval než u druhé vlnkové metody, a nejkratší interval je u šablonové metody. Průběh šablonové metody je však méně hladký a má vyšší rozptyl u méně kvalitních signálů (obrázek 3.3). Ale na rozdíl od vlnkových algoritmů nemá sklony k velkým únikům hodnot. Vlnková metoda je plně automatická, zatímco šablonová metoda vyžaduje vstup operátora. Literatura [1] STRANG G., NGUYEN T. Wavelets and filter banks. Wellesley-Cambridge Press, USA, 1996. [2] KIČMEROVÁ D. Detection and classification of ECG signals in time-frequency domain, Diploma Thesis, Brno University of Technology, 2004. [3] SAHAMBI J. S., TANDON S. N., BHATT R. K. P. Using wavelet transforms for ECG characterization. IEEE Engineering in Medicine and Biology, 1997, pp. 77-83. [4] DAY C. P., MCCOMB J. M., CAMPBELL R. W. F. QT dispersion: an indication of arrhythmia risk in patients with long QT intervals. British Heart Journal. 1990, vol. 63, pp. 342-344. [5] CUIWEI L., CHONGXUN Z., CHANGFENG T. Detection of ECG characteristic points using wavelet transforms. IEEE Transaction on Biomedical Engineering, 1995, vol. 42, pp. 21-28. [6] KOHLER B., HENNIG C., ORGLMEISTER R. The principles of software QRS detection. IEEE Eng. Med. Biol. Mag., 2002, pp. 42-54. [7] LAGUNA P., JANĂ R., CAMINAL P. Automatic Detection of Wave Boundaries in Multilead ECG Signals: Validation with the CSE Database. Computers and Biomedical Research, 1994, 27: 45-60. [8] KAUTZNER J., QT Interval Measurements. Cardiac Electrophysiology Review, Springer, vol. 6, n. 3, September 2002, pp. 273-277(5). [9] SCHREIER, G., HAYN, D., LOBODZINSKI, S. Development of a new QT algorithm with heterogeneous ECG databases. Journal of Electrocardiology 2003, vol. 36, pp. 145-150. V článku jsou uvedeny poznatky, které byly získány při řešení grantu GAČR 102/04/0472, 305/04/1385 a výzkumného záměru MSM 0021630513 6-8