Piotr Augustyniak strefa studencka

Tematy projektów z przedmiotu obieralnego
“Automatyzacja diagnostyki medycznej”

1. Dopasowanie odcinków RR w miejscu wystąpienia sekwencji zespołów QRS o morfologii innej niż dominująca. (pliki 26kB)

Opis: Parametry zmienności rytmu serca (HRV) określają współdziałanie współczulnego i przywspółczulnego układu nerwowego w zakresie regulacji częstości skurczów węzła zatokowo-przedsionkowego. Tak więc do oceny HRV brane są pod uwagę jedynie zespoły QRS o morfologii dominującej (zatokowe). W miejscu wystąpienia sekwencji rytmu pozazatokowego powstaje nieciągłość, której usunięcie wymaga wstawienia “sztucznych” interwałów RR przy następujących założeniach:

• wstawiane interwały muszą dokładnie wypełnić nieciągłość (suma czasów interwałów musi być identyczna z czasem nieciągłości),
• kolejne wstawiane interwały powinny różnić się minimalnie między sobą i sąsiednimi rzeczywistymi interwałami RR na krańcach nieciągłości

Dane: struktura globalna PTab[] zawierająca w polu PTab[].QMx skorygowany punkt maksimum R (w ms od początku sygnału), w polu PTab[].MorfT typ morfologii (0 – zespół dominujący), dodatkowo w polu PTab[].localRR wartość [ms] odstępu od poprzedniego zespołu QRS. Dany jest indeks CurQrsNr wskazujący bieżący zespół w st rukturze PTab[] oraz wskaźnik MaxQrsNr zawierający całkowitą ilość zespołów QRS. Dany jest też indeks RRBP bieżącej (niezerowej) pozycji w buforze globalnym RRBuff[] zawierającym kolejne (rzeczywiste i sztuczne) interwały RR.

Szukane: funkcja wypełniająca nieciągłość przy podanych założeniach aż do napotkania dwóch kolejnych zespołów dominujących zwracająca nową wartość CurQrsNr i RRBP.

Uwaga: Ilość “sztucznych” interwałów wypełniających nieciągłość nie ma nic wspólnego z ilością zespołów rytmu pozazatokowego jakie się w tym czasie naprawdę wydarzyły – przyrost indeksów CurQrsNr i RRBP jest z założenia niezależny

2. Szybkie dopasowanie paraboli do pięciu kolejnych punktów w sąsiedztwie maksimum zespołu QRS i wskazanie położenia maksimum dopasowanej paraboli (pliki 39kB)

Opis: Ze względów oszczędnościowych zapisy holterowskie EKG (24 godzinne) próbkowane są stosunkowo rzadko (128 Hz). Standardowo dokładność wyznaczenia załamka R (a więc interwału RR) wynosi 7.8125 ms. Dokładność tę można jednak zwiększyć poprzez aproksymację sygnału w sąsiedztwie (32 ms tj. 5 punktów) maksymalnej wartości R za pomocą paraboli. Jest to szczególnie korzystne punktu widzenia poprawności parametrów zmienności rytmu serca (HRV), warunkiem jest jednak minimalizacja złożoności o bliczeniowej algorytmu, zapis 24 godzinny zawiera ok. 100000 zespołów QRS.

Dane: bufor globalny sigb[] zawierający wartości kolejnych próbek sygnału (próbkowanego z częstotliwością 128 Hz) i wskaźnik MxI w buforze sigb[] wskazujący wartość maksymalną.

Szukane: funkcja wyliczająca całkowitą [ms] wartość parametru korygującego położenie maksimum paraboli względem maksimum wskazywanego przez MxI

Uwaga: wartość parametru korygującego może być większa niż 7 (lub mniejsza niż –7)

Wskazówka: problem aproksymacji (macierzowy układ równań) można rozwiązać na papierze, a w programie stablicować co się da.    

3. Resampling (przepróbkowanie) niejednorodnie próbkowanej funkcji RR do celów analizy widmowej zmienności rytmu serca (HRV)
(pliki 12kB)

Opis: Interwał międzyuderzeniowy RR jest odstępem pomiędzy szczytami dwóch sąsiednich załamków R i w sposób naturalny obliczany jest tylko po wystąpieniu kolejnego zespołu QRS. Funkcja RR(t) jest więc próbkowana niejednorodnie (tj. okres próbkowania nie jest stały). Aby dokonać analizy widmowej takiej funkcji (np. z zastosowaniem transformacji Fouriera) należy dokonać przepróbkowania istniejącej sekwencji rzeczywistych interwałów RR na ciąg interwałów próbkowanych w stałych odstępach czasu (przykładowo, niech 24 godzinom odpowiadają 131072 prób ki funkcji RR(t))

Dane: bufor globalny RRBuff[] zawierający kolejne interwały RR, wskaźnik RRBP w tym buforze i zmienna QrsMaxNr zawierająca całkowitą ilość interwałów w buforze RRBuff[] oraz bufor globalny RRFun[#1FFFF] zawierający docelowo kolejne (jednakowo odległe) próbki funkcji RR(t)

Szukane: funkcja wypełniająca bufor RRFun[] na podstawie zawartości RRBuff[]

Uwaga1: oba bufory zawierają dane całkowite w ms.

Uwaga2: tylko w szczególnym przypadku może się zdarzyć, że wartość RRFun będzie identyczna jak wartość w RRBuff.

Wskazówka: problem może być rozwiązany na kilka różnych sposobów.

Opis: Wyznaczanie końca załamka T w zaawansowanych systemach analizy holterowskiej ma na celu pomiar odstępu QT i analizę jego zmienności. Tymczasem wyznaczenie końca załamka T na podstawie lokalnych własności sygnału jest bardzo trudne z uwagi na niską częstotliwość próbkowania (128 Hz) i niską rozdzielczość (standardowo 8 bitów). Dlatego często stosowana je st mniej dokładna, ale pewniejsza w stosowaniu metoda polegająca na poprowadzeniu stycznej do sygnału w połowie między maksimum wklęsłości (na szczycie załamka T) a maksimum wypukłości (poza załamkiem T) – lub odwrotnie w przypadku ujemnego załamka T – a następnie wyznaczenie punktów czasowych, w których ta styczna przecina poziom maksimum T i linii izoelektrycznej. Różnica momentu przecięcia poziomu maksimum T przez styczną i chwili rzeczywistego wystąpienia maksimum T jest następnie użyta do korekcji momen tu przecięcia przez styczną linii izoelektrycznej, co kończy wyznaczanie końca załamka T

Dane: bufor globalny sigb[] zawierający wartości kolejnych próbek sygnału (próbkowanego z częstotliwością 128 Hz) i wskaźnik MxI w buforze sigb[] wskazujący wartość maksymalną (Jest to maksimum zespołu QRS, poszukiwanie maksimum T powinno się rozpocząć najwcześniej po 100 ms od chwili wskazywanej przez MxI).

Szukane: Funkcja wyznaczająca wartość odstępu czasowego [ms] końca załamka T od chwili wskazywanej przez MxI

Uwaga1: W celu zwiększenia odporności na zakłócenia druga pochodna powinna być wyznaczana w oparciu o co najmniej 5 próbek sygnału.

Uwaga2: Wyznaczenie położenia maksimum T za pomocą aproksymacji sygnału w 5 punktach parabolą realizuje znana funkcja appr(p1, p2, p3, p4, p5) zwracająca wartość parametru korygującego [ms] w stosunku do maksymalnej wartości w sygnale p3

5. Wyznaczanie jądra (centrum) klasy zespołów QRS przez uśrednienie z nadpróbkowaniem skorygowanych zespołów. (pliki 40kB)

Opis: Jądro (centrum) klasy przy klasyfikacji zespołów QRS stanowi wzorzec odniesienia i podstawę przynależności kandydatów do danej klasy. Niska częstotliwość próbkowania (128 Hz) a więc i niewielka liczba punktów stanowiących wzorzec powoduje znaczne niedokładności porównania. Tymczasem położenie zespołów QRS jest wyznaczane z dokładnością 1 ms dzięki współczynnikowi korygującemu zawierającemu odległość wartości maksymalnej sygnału od maksimum najlepiej dopasowanej paraboli [ms]. Wzięcie pod uwagę tego współczynnika także przy uśrednianiu pozwala dokonać “nadpróbkowania” sygnału wzorca.

Dane: tablica globalna RQrs[][] zawierająca po 22 wartości sygnału dla każdego zespołu QRS (maksimum jest zawsze w punkcie [NrQrs][10]) tablica globalna MQrs[] zawierająca wartości współczynników korekcji położenia maksimum oraz wskaźnik MaxQrsNr zawierający całkowitą ilość zespołów do uśrednienia (zakładamy, że wszystkie tworzą tę samą klasę). Dany jest także globalny bufor AvgQrs[176] zawierający docelowo uśredniony nadpróbkowany zespół będący jądrem klasy.

Szukane: funkcja realizująca uśrednianie z nadpróbkowaniem

Uwaga: należy rozważyć także przypadek, kiedy któraś wartość wsólczynnika korekcji nie wystąpi ani razu w tablicy MQrs[] i zaproponować skąd tedy wziąć próbkę do nadpróbkowanego wzorca.

6. Wyznaczanie poziomu linii izoelektrycznej za pomocą średniej ważonej prędkością oraz korekcja morfologii na odcinku QRS-T

Opis: Linia izoelektryczna to fragment zapisu elektrokardiograficznego pomiędzy końcem załamka P a początkiem zespołu QRS, gdy nie zachodzą żadne zjawiska elektrofizjologiczne obserwowane na powierzchni ciała. Trudność wyznaczania poziomu linii izoelektrycznej polega na istnieniu zakłóceń i szumów, przez co założenie o braku zjawisk elektrycznych jest spełnione tylko częściowo. Dodatkowo, jedynym parametrem wejściowym jest punkt detekcji zespołu QRS, o którym wiadomo jedynie, że leży w obrębie zespołu. Dlatego do wyznaczania linii izoelektrycznej stosuje się średnią ważoną wszystkich próbek sygnału leżących w interwale 200 ms przed punktem dete kcji, przy czym wagi poszczególnych punktów są odwrotnie proporcjonalne do prędkości (pochodnej) sygnału w tych punktach. W podobny sposób można wyznaczyć poziom linii izoelektrycznej za załamkiem T, a następnie dokonać korekcji wartości sygnału (morfologi i) na odcinku QRS-T.

Dane: bufor globalny sigb[] zawierający wartości kolejnych próbek sygnału (próbkowanego z częstotliwością 128 Hz) i wskaźnik DetP w buforze sigb[] wskazujący punkt detekcji zespołu QRS. Dany jest także bufor globalny Cbuff[] zawierający docelowo interwał QRS-T o skorygowanej morfologii (z odjętą linią izoelektryczną)

Szukane: Funkcja wyznaczająca interwał QRS-T o skorygowanej morfologii.

Uwaga: Zakłada się liniowy przebieg izolinii pomiędzy poziomami wyznaczonymi przed zespołem QRS i za załamkiem T

Opis: Kliniczna wartość parametru HR (ang.: Heart Rate) jest odwrotnością interwałów RR uśrednionych w zadanym przedziale czasu (np. 8 s). Dodatkowo, często stosowane są zabiegi eliminacji błędów detektora. Skutki detekcji fałszywie negatywnych są korygowane przez odrzucenie najdłuższego interwału RR w podanym przedziale uśredniania, natomiast skutki detekcji fałszywie pozytywnych są korygowane prze z odrzucenie dwóch najkrótszych interwałów RR w podanym przedziale uśredniania. Przy uśrednianiu należy dodatkowo wziąć pod uwagę fakt, że tylko w szczególnym przypadku wszystkie interwały całkowicie zmieszczą się w zadanym okresie uśredniania. W pozostał ych przypadkach niezbędny jest czynnik korygujący reprezentujący w średniej część interwału skrajnego.

Dane: struktura globalna PTab[] zawierająca w polu PTab[].localRR wartość [ms] odstępu od poprzedniego zespołu QRS, a w polu PTab[].HR zawierająca docelowo wartość parametru HR. Dany jest indeks CurQrsNr wskazujący bieżący zespół w strukturze PTab[] oraz wskaźnik MaxQrsNr zawierający całkowitą ilość zespołów QRS. Dana jest także długość przedziału uśredniania HRAvgTime [ms].

Szukane: Funkcja wypełniająca pole PTab[].HR za pomocą uśredniania w zadanym przedziale czasu z odrzuceniem wartości ekstremalnych.

Uwaga: Interwał RR leżący na skraju okresu uśredniania powinien być brany pod uwagę przy eliminacji najdłuższego interwału tylko wtedy, gdy jego część znajdująca się w okresie uśredniania jest najdłuższa, natomiast przy eliminacji najkrótszych interwałów tylko wtedy, gdy w całości jest jednym z dwóch najkrótszych interwałów.