4.2.1 Модуль автоматизированного анализа электрокардиосигнала

Модуль автоматизированного анализа электрокардиосигнала (МААЭ) разработан для выполнения автоматизированного анализа ЭКС, на основе которого осуществляется прогноз ИР АИА, работающим с третьей группой ИП.

Рисунок 4.3 - Графический интерфейс модуля автоматизированного анализа электрокардиосигнала

МААЭ позволяет импортировать исходные данные (отсчеты дискретизированного ЭКС) из внешнего файла в форматах «.txt»или «.mat». Исходный файл содержит две группы данных и имеет структуру двумерного массива. Первый элемент массива содержит координаты отсчета ЭКС в секундах, а второй - величину отсчета ЭКС в вольтах.

МААЭ выполняет следующие процедуры:

- выполнение сегментирования кардиоциклов в ЭКС согласно методу морфологического преобразования, рассмотренному в [80];

- выполнение классификации кардиоциклов на ишемические и не ишемические и определение границ ишемических окон и ишемических эпизодов;

- визуальное отображение ЭКС и границ выделенных кардиоциклов, ишемических окон и ишемических эпизодов.

МААЭ построен на основе нейросетевого моделирования посредством НСПР (раздел 3.2). Для его тестирования используются 14 холтеровских ЭКС из базы данных Европейского Общества Кардиологии (ESC ST-T database): e0103, e0104, e0105, e0108, e0113, e0114, e0118, e0119, e0121, e0124, e0127, e0147, e0162 и e0206. Обучающая выборка содержала 9000 кардиоциклов, половина из которых была отнесена экспертами к ишемическим. Контрольная выборка формировалась из 3000 ишемических кардиоциклов и 3000 нормальных кардиоциклов.

В качестве расчетных показателей качества классификации использовались: диагностическая чувствительность (ДЧ), диагностическая специфичность (ДС), прогностическая значимость положительных результатов (ПЗ⁺), прогностическая значимость отрицательных результатов (ПЗ^-), диагностическая эффективность решающего правила (ДЭ), которые определялись согласно рекомендаций [93].

Согласно алгоритмам морфологического анализа ЭКС, предложенным в разделе 2, было сформировано пространство информативных признаков для выделения ишемических кардиоциклов из ЭКС. При построении ИП на основе анализа ЭКС использовались следующие обозначения морфологических признаков кардиоциклов:

Рисунок 4.3 - Морфологические признаки электрокардиоцикла

Рисунок 4.4 - Морфологические признаки, выделенных из сегмента-ST электрокардиоцикла

Согласно вышеприведенным обозначениям, морфологические признаки электрокардиоцикла вычисляются по следующим формулам:

• Ширина QRS-комплекс a (W)

• Интервал от начала волны Q до R-пика (Ip)

• Интервал от начала волны Q до S-пика (In)

• Площадь положительных отчетов QRS-комплексa (Ap)

где N - количество положительных отчетов QRS-комплекса,

• Площадь отрицательных отчетов QRS-комплексa (An)

где N - количество отрицательных отчетов QRS-комплекса,

• QRS-наклон для интервала от начала волны R до R-пика (Sl)

• QRS-наклон для интервала от R-пика до S-пика (S2)

• Разница между’ амплитудами R-пика и S-пика (SRS)

• Амплитуда волны P (hP)

• Ширина волны P (p FF)

• PR-интервал (iPR)

• PR-сегмент (sPR)

• Амплитуда волны T (AI)

• Ширина волны T (/FF)

• QT-интервал (IQT)

• ST-интервал (iST)

• ST-cerMeHτ(sS7)

• Амплитуда Точки J (J)

• Амплитуда Точки J80 (J80(60))

Если ЧСС 120, То J80(60) —амплитуда в точке (J+60mc)₅ (4.20)

• Угол сегмента ST (/Л)

НС для классификации электрокардиоциклов по морфологическим признакам построена на основе блочной структуры, включающей в себя 2 отдельных блока НС.

Структурная схема нейронной сети, предназначенная для работы с этим пространством ИП, представлена на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 - Структура нейронной сети ( i - номер образца входного вектора, m

- количество классов)

Таблица 4.1 - Состав признаков для классификации электрокардиоциклов

Структура признакового пространства для третьей группы АИА нижнего иерархического уровня содержит двадцать ИП: [P1-P17 и P21-P23]. В него

включены все выделенные в результате морфологического анализа ИП, представленные в таблице 4.1, кроме ИП, выделенные из сегмента-ST, и признаки ЧСС.

Таблица 4.2 - Вектор цели нейронной сети - классификатора кардиоциклов

Для выделения ишемических кардиоциклов использовались двадцать три ИП. Первые двадцать ИП [P1, P2, ..., P20] получены в результате анализа из QRS- комплексов, P-волн и T-волн электрокардиоциклов. ИП [P21, P22, P23] определялись на основе контроля ЧСС. Состав полного ИП для классификации электрокардиоциклов показан в таблице 4.1.

Результаты обучения и тестирования нейронной сети рисунок 4.5 приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Результаты обучения и тестирования нейронной сети NET

Анализ результатов работы нейронной сети показывает, что при классификации электрокардиоциклов на ишемические и не ишемические ДЧ превышает 90%, а ДС - 83%.

После классификации кардиоциклов выполняется выделение ишемических окон, из которых формируются ишемические эпизоды. Ишемическое окно представляет собой интервал ЭКС длительностью 30 с (в соответствии с рекомендацией ЕОК), в котором ишемических кардиоциклов больше 75 %. Если интервал между ишемическими окнами менее 30 с, то они объединяются в ишемические эпизоды.

Для тестирования АИА по обнаружению ишемических эпизодов использованы двух часовые записи четырнадцати холтеровских ЭКС из базы данных Европейского Общества Кардиологии (ESC ST-T database): e0103, e0104, e0105, e0108, e0113, e0114, e0118, e0119, e0121, e0124, e0127, e0147, e0162 и e0206.

Таким образом, АИА прогнозирования риска ИБС, построенный на основе анализа ЭКС, выполняет следующие процедуры: загружает двухчасовой фрагмент холтеровского ЭКС; сегментирует двухчасовой фрагмент ЭКС на кардиоциклы; формирует пространство ИП на основе морфологического анализа ЭКС для каждого каодиоцикла холтеровского ЭКС; на основе сформированного пространства ИП для текущего электрокардиоцикла относит текущий кардиоцикл к ишемическому или не ишемическому, формирует массив ишемических кардиоциклов; анализируя координаты ишемических кардиоциклов, формирует ишемические окна; анализируя координаты ишемических окон, формирует ишемические эпизоды; анализирует длительность и частоту ишемических эпизодов и принимает решения о степени риска ИБС, формируя числовое значение КУ3 по этому пространству ИП.

Результаты обнаружения ишемических эпизодов в ЭКС посредством АИА прогнозирования риска ИБС, построенного на основе анализа ЭКС, приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Показатели качества выявления ишемических эпизодов в ЭКС

автономным интеллектуальным агентом

• n- число ишемических эпизодов, определенных на основе экспертного заключения по анализу холтеровского ЭКС (истинных ишемических эпизодов).

• tl- число пропущенных ишемических эпизодов (ошибки первого рода).

• t2 - число ложно обнаруженных ишемических эпизодов (ошибки второго рода).

• k = (n-tl)- число истинных ишемических эпизодов, обнаруженных АИА.

• m = (n-t1+t2)- число ишемических эпизодов, обнаруженных АИА.

4.2.2