Модели и алгоритмы для прогнозирования ишемической болезни сердца на основе анализа электрокардиосигнала

В [172] было показано, что в процессе суточного мониторинга эпизоды ишемии могут влиять друг на друга в зависимости от интервала времени между ними. Для диагностики степени тяжести ИБС посредством анализа ЭКС вначале классифицируются кардиоциклы на ишемические и не ишемические, затем определяются ишемические окна, после чего выделяются ишемические эпизоды, на основании анализа которых диагностируется ишемический риск [46].

В блоке 1 выполняется ввод дискретизированного ЭКС, Частота дискретизации ЭКС выбрана равной 360 Гц. Блок 2 осуществляет фильтрацию ЭКС от помех и наводок. На этом же этапе осуществляется удаление дрейфа изолинии посредством высокочастотной фильтрации. В блоке 3 выполняется сегментация ЭКС [46]. Характерные точки кардиоциклов в ЭКС и морфологические признаки, на основании которых осуществляется классификация кардиоциклов на ишемические и не ишемические , определяются в блоке 4 [46].

В блоке 6, в соответствии с рекомендацией Европейского Общества Кардиологии (ЕОК), ищутся интервалы ЭКС длительностью 30 с, в которых ишемических кардиоциклов больше 75 %. Пороговое значение в 75% позволяет исключить ситуации, в которых разделению кардиоциклов на ишемические и не ишемические мешают помехи.

Рисунок 2.11 - Схема алгоритма работы автономного интеллектуального агента нижнего иерархического уровня по классификации риска ишемической болезни сердца на основании анализа электрокардиосигнала

В блоке 7 определяют ишемические эпизоды. Ишемический эпизод формируется из ишемических окон путем их объединения, если интервал между ними меньше 30 с. На выходе этого блока выдаются границы ишемических эпизодов в ЭКС [46], на основе анализа которых принимаются решения о степени тяжести ИБС (блок 8), то есть, на основе их анализа вычисляется КУ3.

Точность классификации кардиоциклов на ишемические и не ишемические определяет формулирование ишемического эпизода, поэтому для их выделения целесообразно использовать НС. Использование искусственных НС (ИНС) повышает достоверность классификации кардиоциклов ЭКС. На рисунке 2.12 представлен алгоритм классификации кардиоциклов на основе НС.

Рисунок 2.12 - Алгоритм классификации кардиоциклов на основе нейронных сетей

Методы и алгоритмы предварительной обработки, выделения характерных точек и вычисления ИП кардиоциклов ЭКС рассмотрены в [46]. На входе системы классификации кардиоциклов подается набор ИП, вычисленных на основе координат выделенных характерных точек электрокардиоцикла (блок 1). Формирование признакового пространства выполняется блоком 2. ИП вычисляются на основе морфологического анализа выделенных электрокардиоциклов.

Блок 3 выполняет классификацию кардиоциклов ЭКС на основе выбранной НС из базы знаний (БЗ). Блок 4 представляет собой БЗ, содержащую модели НС. В итоге на выходе алгоритма (блок 5) получается двумерный массив C_ij-, где переменная C₁jопределяет координаты начало кардиоцикла, в переменных C₂j записаны индексы принадлежности кардиоцикла C₁jк ишемическому или не ишемическому (0 - не ишемический, 1 - ишемический), i= [1, 2], j- номер кардиоцикла в ЭКС [46].

После классификации кардиоциклов в ЭКС на ишемические и не ишемические, осуществляется формирование ишемических окон. Алгоритм формирования ишемических окон в ЭКС показан на рисунке 2.13.

На вход алгоритма подается массив - в (блок 1). В блоке 2 анализируются координаты границ ишемических кардиоциклов на тридцати секундном интервале ЭКС (в соответствии с рекомендацией ЕОК). Количество кардиоциклов в тридцати секундных интервалах зависит от ЧСС. Тридцати секундный интервал ЭКС назовем окном. Окно может быть ишемическим или не ишемическим.

Классификация ишемических окон выполняется следующим образом (вычисляем порог окна Y):

где V₁- число ишемических кардиоциклов в окне, V₂- общее число кардиоциклов в окне.

Рисунок 2.13 - Алгоритм выделения ишемических окон в электрокардиосигнале

Если Y> 75%, то окно считается ишемическим (блок 3). Границы окна определяются на временных шкалах. Границы окна записываются в трехмерный массив K.Каждый элемент массива является трехкомпонентным вектором, первая компонента которого является идентификатором номера ишемического окна, а две других компоненты — координаты левой и правой границ окна.

Классификация ишемических окон продолжается до тех пор, пока значение текущей конечной границы окна меньше чем значение границы исследуемого сигнала (блок 5). Таким образом, алгоритм рисунок 2.13 реализует продвижение окна вдоль ЭКС с шагом равным одному кардиоциклу (величиной около одной секунды) до конца ЭКС.

После классификации ишемических окон в холтеровском ЭКС выделяются ишемические эпизоды. Схема алгоритма выделения ишемических эпизодов в холтеровском ЭКС показана на рисунке 2.14.

Рисунок 2.14 - Схема алгоритма выделения ишемических эпизодов в

холтеровском электрокардиосигнале

Сущность алгоритма состоит в том, что в цикле, организованном блоками 4 и 7, просматриваются координаты границ ишемических окон. Если координаты границ ишемических окон отличаются менее чем на 30 с, то эти ишемические окна объединяются (блок 4). Процесс просмотра ишемических окон ведётся до последнего окна (блок 8).

На вход алгоритма подается трехмерный массив K,определяемый посредством алгоритма рисунок 2.13. Алгоритм рисунок 2.14 анализирует границы ишемических окон (двумерный вектор nс компонентами K1и K2). Если по результатам этого анализа интервал между смежными ишемическими окнами меньше 30 с, то объединяются границы этих окон. В результате такого объединения структура массива Kне меняется, но изменяется число элементов массива. Конечным выходом алгоритма являются модифицированный массив K. Сущность модификации состоит в том, что по мере объединения ишемических окон уменьшается число элементов массива. Число объединенных ишемических окон накапливается в переменной j, а в конце алгоритма осуществляется пересчет элементов массива K(блок 9).

2.5