Метод классификации функционального состояния сердечно-сосудистой системы по предикторам синхронности системных ритмов, определяемым по монокардиосигналу

Для выделения системных ритмов из кардиосгнала использовался вейвлет- анализ, который позволяет получить частотно-временное представление сигнала, аналогичное параллельной фильтрации множеством полосовых фильтров с непересекающимися полосами пропускания [66].

Свертка сигнала осуществляется с вейвлет-функцией s₁(t) = Ψ(t∕a*),где Ψ(t)- материнский вейвлет, а*- масштаб вейвлета с частотным диапазоном, соответствующим выбранному системному ритму. Назовем свертку сигнала с вейвлетом, частотный диапазон которого соответствует системному ритму, резонансным вейвлет-срезом сигнала, а вейвлет с масштабом а*- резонансным вейвлетом.

Резонансный вейвлет определялся экспериментальным путем посредством априорного определения системного ритма на вейвлет-плоскости сигнала s(t).В таком случае имеем дело только с узкополосным сигналом, характеризующим определенный системный ритм, например, дыхательную составляющую.

Пример срезов вейвлет-плоскости приведен на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 -Вейвлет-срезы фотоплетизмосигнала(а* соответствует полосе 0,396 Гц) до (слева) и после окклюзии (справа) мужчина 57 лет с высоким риском ССЗ

Так как частота системного ритма может варьироваться в процессе жизнедеятельности индивидуума или от индивидуума к индивидууму, то эмпирический выбор резонансного вейвлета сложен, поэтому целесообразно вместо одной тестовой вейвлет-строки использовать множество вейвлет-строк, лежащих в частотной области, соответствующей исследуемому системному ритму.

Если системные ритмы представлены на вейвлет-плоскости, то задача оценки их синхронности состоит в выборе релевантных строк вейвлет-плоскости, выбора критерия оценки синхронности соответствующих сигналов, являющихся резонансными вейвлет-срезами сигналов соответствующих подсистем, и оценка их синхронности по соответствующим критериям.

1ри вычислении показателей синхронизации используем корреляционную функцию или взаимные спектры наблюдаемого модулированного низкочастотными колебаниями сигнала. Для этого из кардиосигнала необходимо выделить релевантные системные ритмы и определить их корреляционную

функцию на интервале наблюдения сигнала. Степень корреляции системных ритмов определяет функциональное состояние системы в целом или ее реакцию на экзогенный фактор. Таким образом, необходим инструментарий, способный как выделить системные ритмы из кардиосигнала, так и определить эволюцию выделяемых спектральных составляющих во времени. В качестве такого инструментария выбираем вейвлет-преобразование. Вейвлет-преобразование формирует на вейвлет-плоскости строки с соответствующими системными ритмами в функции времени, то есть мы имеем возможность определять мгновенные частоты, а, следовательно, и их корреляцию как при нулевом сдвиге во времени, так и при фиксированных сдвигах.

Рисунок 2.4 - Вейвлет-плоскость электрокардиосигнала: верхняя частота - 40 Гц,

нижняя частота - 0,2 Гц

На вейвлет-плоскости электрокардиосигнала можно достаточно четко зафиксировать вторую гармонику кардиосигнала, первую гармонику кардиосигнала, дыхательный ритм и частоту 0,2 Гц [66]. По существу - каждая строка вейвлет-плоскости - это сигнал, ордината которого показывает амплитудное значение оконного спектра Фурье, определяемого соответствующим

этой строке масштабом вейвлета, а абсцисса - соответствующую координату окна (вейвлета) на оси абсцисс.

Несмотря на то, что вейвлет-преобразование мультиплицирует сигнал, то есть число отсчетов приблизительно умножается на число строк (число масштабов) вейвлет-плоскости, число выделенных из электрокардиосигнала информативных признаков будет значительно меньше отсчетов исходного сигнала [42, 43, 66]. Во-первых, мультиплицирование осуществляется не по всем строкам вейвлет-плоскости, а только по строкам, несущим релевантные ритмы. Следовательно, в данном случае можем использовать только четыре масштаба. Во-вторых, если не принимать во внимание нарушения «захватов ритма» в некоторые моменты времени и считать вейвлет-сигнал стационарным на апертуре строки, то каждая строка даст только один параметр - корреляционную функцию при Т=0, где Т в общем случае произвольная точка на оси сдвигов вейвлет- плоскости (T