Информативные параметры динамической нестационарности кардиосигналов

Abstract

Актуальность. Современная электрокардиография, несмотря на качественное улучшение в аппаратном обеспечении и возможности обработки данных, на сегодняшний день практически исчерпала ресурс получения дополнительной диагностической информации. В статье сделана попытка создания нового метода обработки электрокардиограмм на основе использования модели ЭКГ-сигнала, которая учитывает пьезоэлектрический эффект в некоторых биологических тканях и клеточных соединениях (кровь, стенки сосудов). Цель работы. Вероятностное обоснование возможности формирования принципиально новых информативных диагностических признаков, использующих частотно-временную корреляцию между двумя вейвлет-спектрами ЭКГ-сигнала и его линейного преобразования. Метод. В качестве экспериментальной модели используется аддитивная модель потенциала сердечной мышцы (наведенного электрического поля) и пьезоэлектрического потенциала системы "кровь-сосуды", вызванного сокращением миокарда. Для выделения влияния вызванного потенциала в работе предложен метод линейного преобразования ЭКГ-сигнала, обладающий высокой чувствительностью к локальной спектральной нестационарности. Для реализации этого метода использовано вейвлет-преобразование и предложен количественный показатель спектральной нестационарности ЭКГ-сигнала – коэффициент нормированной межспектральной корреляции (КНМК). Разработанный математический аппарат в работе использован для анализа двух электрокардиографических сигналов, условной нормы и с последствием инфаркта миокарда.

Contex. Modern electrocardiography, in spite of qualitative improvement in hardware and data processing capabilities, for today has practically exhausted a resource of reception of the additional diagnostic information. In the article an attempt is made to create a new method for processing electrocardiograms based on the use of the ECG signal model, which takes into account the piezoelectric effect in some biological tissues and cell connections (blood, vessel walls). Objective. Probabilistic justification of the possibility of forming fundamentally new informative diagnostic features, which uses the time-frequency correlation between two wavelet spectra of the ECG signal and its linear transformation. Method. As such a model is used the additive model of the potential of the cardiac muscle (induced electric field) and the piezoelectric potential of the blood-vessel system caused by myocardial contraction. To isolate the influence of the induced potential is proposed a method of linear transformation ECG signal. This method has a high sensitivity to local spectral nonstationarity. Wavelet transform is used to implement this method. The coefficient of normalized inter-spectral correlation (CNIC) is proposed as a quantitative indicator of the spectral nonstationarity of the ECG signal. The developed mathematical apparatus in the work is used for the analysis of two electrocardiographic signals: conditional norm and with the consequence of myocardial infarction.