DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2018.26.20

Матлаб модель генератора ЕКС на основі частотного перетворювання

Mykhailo Shyshkin, Olha Butova, Liudmyla Fetiukhina, Olena Akhiiezer, Olha Dunaievska

Анотація


Запропоновано метод побудови Matlab / Simulink моделі генератора електрокардіографічного сигналу на основі аналізу частотного спектра і формування відповідних компонент, що реалізують суперпозицію сигналів необхідних гармонійних складових. Метою роботи є синтез такого блоку із змінними параметрами, який би міг використовуватися в якості джерела сигналу при імітаційному моделюванні різних кардіологічних систем. В ході роботи були отримані рішення, що дозволяють генерувати кардіографічний сигнал найбільш часто зустрічаються патологій, моделювати варіабельність серцевого ритму і вплив найбільш поширених перешкод


Ключові слова


імітаційне моделювання; Matlab; електрокардіосигнал; дискретне перетворення Фур'є; варіабельність серцевого ритму

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Kovacs, P. ECG signal generator based on geometrical features. Annales Universitatis Scientiarum Budapestinensis de Rolando Eotvos Nominatae. Sectio Computatorica, 2012, 37, 247-260.

Jokic, S. Delic, V., Peric, Z., Krco, S., Sakac, D. Efficient ECG Modeling using Polynomial Functions. Electronics and Electrical Engineering, Kaunas, Technologija, 2011, 4(110), 121-124.

Vaysman, M. V., Prilutskiy, D. A., Selyshev, S. V. Algoritm sinteza imitatsionnikh elektrokardiosignalov dlia ispitania tsifrovikh elektrokardiografov. Elektronika, 2000, 4, 21-24.

Belotserkovskiy, O. M., Vinogradov, A. V., Galatian, E. E., Tarasov, A. S., Shebko, S. V. Sposob kodirovaniya dannikh EKG v modeli konturnogo I dinamicheskogo analiza EKG. Komp’uter i mozg. Novie tekhnologii, M., Nauka, 2005, 241-255.

Kostenkov, S. Y. Metodika formirovaniya matevaticheskikh modeley elektrofiziologicheskikh signalov. Nauchno-metodicheskiy zhurnal: XXI vek: itogi proshlogo i problemi nastoyashego plus. Periodicheskoe nauchnoe izdanie, seria «Tekhnicheskie nauki. Informatsionnie tekhnologii». Penza, 2014, 03(19), 125-132.

Savostin, A. A., Ivel, V. P. Modelirovanie tipichnogo elektrokardiosignala cheloveka. Mezhdunarodniy nauchnotekhnicheskiy zhurnal «Vestnik Natsionalnoy inzhenernoy akademii Respubliki Kazakhstan», Almati, 2009, 2 (32).

Nikiforov, P. L. Model elektrokardiograficheskogo signala na osnove sovokupnosti kolokolnikh impulsov. Vestnik molodikh uchenirh. Ser. Tekhn. Nauk., 1998, 1, 64-68.

Parvaneh, S., Pashna, М. Electrocardiogram Synthesis Using a Gaussian Combination Model (GCM). Computers in Cardiology, 2007, 34, 621-624.

Abramov, M. V. Approksimatsii eksponentami vremennogo kardiologicheskogo riada na osnove EKG. Vestnik kibernetiki, Tumen, 2010, 9, 85-91.

Bekler, T. Y. Modelirovanie iskustvennikh elektrokardiogramm normalnoy i patologicheskoy formi. Kibernetika i vichislitelnaya tekhnika, 2012, 169, 19-33.

Pipin, V. V., Ragulskaya, M. V., Chibisov, S. M. Analiz dinamicheskikh modeley i rekonstruktsiy EKG pri vozdeystvii kosmo- i geofizicheskikh faktofov. Mezhdunar. zhun. prikladnikh i fundamentalnikh issledovaniy, 2009, 5, 17-24.

Fainzilberg, L. S. Komp’uterniy analiz i interpritatsiya elektrokardiogramm v fazovom prostranstve. Sistemni doslidzhennia ta informatsiyni tekhnologii, 2004, 1, 32-46.

Fainzilberg, L. S., Bekler, T. Y., Glushauskane, G. A. Matematicheskaya model porozhdeniya iskustvennoy elektrokardiogrammi s zadannimi amplitudno-vremennimi kharakteristikami informativnikh fragmentov. Problemi upravlenia i informatiki, 2011, 5, 61-72.

Fainzilberg, L. S. Generalized method of processing cyclic signals of complex form in multidimension space of patameters. Journal of automation and information sciences, 2015, 47, 3, 24-39.

McSharry, P. A., Clifford, G., Tarassenko, L. Dynamical model for generating synthetic electro cardiogram signals. IEEE Transaction On biomedical Engineering, 2003, 3, 289-294.

Clifford, G. D., Azuaje, F., McSharry, P. E. Advanced Methods and tools for ECG Data Analysis, Artech House, 2006, 384.

Degtiariov, S. V., Filist, S. A., Titov, V. S. Ribochkin, A. F. Klassifikatsiya sostoyania serdechno-sosudistoy sistemi po analizu fazovogo portreta dvukh kardiosignalov. Nauchnie vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Seria: Meditsina. Farmatsiya, 2013, 11 (154), 22/1, 65-72.

Kazakov, D. V. Kvaziperiodicheskaya dvukhkomponent-naya dinamicheskaya model dlia sinteza kardiosignala s ispolzovaniem vremennikh riadov i metoda Runge-Kutta chetvertogo poriadka. Komp’uternie issledovanie i modelirovanie, 2012, 4, 1, 143-154.

McSharry, P. M., Clifford, G. D., Tarassenko L., Smith, L. A. A dynamical model for generating synthetic electrocardiogram signals. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2003, 50, 289-294.

Sayadi, O., Shamsollahi, M. B., Clifford, G. D. Synthetic ECG generation and Bayesian filtering using a Gaussian wave-based dynamical model. Physiological Measurement, 2010, 31, 1309-1329.

Kovacs, Peter. ECG Signal Generator Based On Geometrical Features. Annales Univ. Sci. Budapest, 2012, 37, 247-260.

Dorosh, D. V., Kuchmiy, G. L., Boyko, O. V., Dorosh O. I. Modelirovanie algoritmov spektralnogo analiza elektrokardiograficheskikh signalov s priznakami narusheniya serdechnogo ritma v bazisakh Fur’e i Uolsha. Biomed. Inzheneriya i elektronoka, 2012, 1, 5.

Yakushenko, E. S. Programma modelirovania EKG v srede LabVIEW. Biotekhnosfer, 2012, 3-4, 64-67.

Tanmaya, Ch., Syamala, N., Rajesh, P., Pavannadh, B., Sridhar, B. Analysis of ECG Signal for Detecting Heart Blocks Using Signal Processing Techniques. IJIRCCE, 2016, 4, 3, 3778-84.

McSharry, P. E., Clifford, G. D. Open-source software for generating electrocardiogram signals. ARXIV preprints 0406017, 2004.

Ackora-Prah, Joseph, Aidoo, Anthony Y. An Artificial ECG Signal Generating Function in MATLAB. Applied Mathematical Sciences, 2013, 7, 54, 2675-2686.

Lukáč, O. Ondráček. Using Simulink and MATLAB for real time ECG signal processing. Conference MATLAB, 2012.

Fainzilberg, L. S. Imitatsionnie modeli porozhdeniya iskustvennikh elektrokardiogramm v usloviyakh vnatrennikh i vneshnikh vozmusheniy. Journal of Qafgaz University – Маthемаtics and Computer Science, 2012, 34, 92-104.

The research resource for complex physiologic signals. URL: https://www.physionet.org//

Shishkin, M. A., Kolesnik, K. V. Nechetkaya sistema opredelenia parametrov QRS-kompleksa EKG v telemeditsine. Trudi XVI Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoa konferentsii «Sovremennie informatsionnie i elektronnie tekhnologii: SIET-2015», 2015, 1, 42-43.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Kovacs, P. ECG signal generator based on geometrical features / Р. Kovacs // Annales Universitatis Scientiarum Budapestinensis de Rolando Eötvös Nominatae. Sectio Computatorica. – 2012. – № 37. – P. 247-260.
  2. Jokic, S. Efficient ECG Modeling using Polynomial Functions / S. Jokic, V. Delic, Z. Peric, S.Krco, D. Sakac // Electronics and Electrical Engineering – Kaunas: Technologija. – 2011. – N. 4(110). – P. 121-124.
  3. Вайсман, М. В. Алгоритм синтеза имитационных электрокардиосигналов для испытания цифровых электрокардиографов / М. В. Вайсман, Д. А. Прилуцкий, С. В. Селищев // Электроника. – 2000. – № 4. – С. 21-24.
  4. Белоцерковский, О. М. Способ кодирования данных ЭКГ в модели контурного и динамического анализа ЭКГ / О. М. Белоцерковский, А. В. Виноградов, Э. Э. Галатян, А. С. Тарасов, С. В. Шебко // Компьютер и мозг. Новые технологии. – М.: Наука, 2005. – С. 241-255.
  5. Костенков, С. Ю. Методика формирования математических моделей электрофизиологических сигналов / С. Ю. Костенков // Научно-методический журнал: XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс Периодическое научное издание Серия: «Технические науки. Информационные технологии». – Пенза 03(19). – 2014. – С. 125-132.
  6. Савостин, А. А. Моделирование типичного электрокардиосигнала человека / А. А. Савостин, В. П. Ивель // Международный научнотехнический журнал «Вестник Национальной инженерной академии Республики Казахстан». – Алматы, 2 (32) – 2009.
  7. Никифоров, П. Л. Модель электрокардиографического сигнала на основе совокупности колокольных импульсов / П. Л. Никифоров // Вестник молодых ученых. Сер. Техн. Наук. – 1998. – N 1. – С. 64-68.
  8. Parvaneh, S. Electrocardiogram Synthesis Using a Gaussian Combination Model (GCM) / S. Parvaneh, M. Pashna // Computers in Cardiology. – 2007. – Iss.34. – P. 621-624.
  9. Абрамов, М. В. Аппроксимации экспонентами временного кардиологического ряда на основе ЭКГ / М. В. Абрамов // Вестник кибернетики. – Тюмень, ИПОС СО РАН. – 2010. – N 9. – С. 85-91.
  10. Беклер, Т. Ю. Моделирование искусственных электрокардиограмм нормальной и патологической формы / Т. Ю. Беклер // Кибернетика и вычисл. техника. – 2012. – Вип. 169. – С. 19-33.
  11. Пипин, В. В. Анализ динамических моделей и реконструкций ЭКГ при воздействии космо- и геофизических факторов / В. В. Пипин, М. В.Рагульская, С. М. Чибисов // Междунар. журн.  прикладных и фундаментальных исследований. – 2009. – No 5. – С. 17–24.
  12. Файнзильберг, Л. С. Компьютерный анализ и интерпретация электрокардиограмм в фазовом пространстве / Л. С. Файнзильберг // Системні дослідження та інформаційні технології. – 2004. – № 1. – С. 32–46.
  13. Файнзильберг, Л. С. Математическая модель порождения искусственной электрокардиограммы с заданными амплитудно-временными характеристиками информативных фрагментов / Л. С. Файнзильберг, Т. Ю. Беклер, Г. А. Глушаускене // Проблемы управления и информатики. – 2011. – № 5. – С. 61-72.
  14. Fainzilberg, L. S. Generalized method of processing cyclic signals of complex form in multidimension space of patameters / L. S. Fainzilberg // Journal of automation and information sciences. – 2015. – Vol. 47. – Iss. 3. – P. 24–39.
  15. McSharry, P. A dynamical model for generating synthetic electro cardiogram signals / P. McSharry, G. Clifford, L. Tarassenko et al. // IEEE Transaction On biomedical Engineering. – 2003. – N 3. – P. 289–294.
  16. Clifford, G. D. Advanced Methods and tools for ECG Data Analysis / G. D. Clifford, F. Azuaje, P. E. McSharry // Artech House. – 2006. – P. 384.
  17. Дегтярев, С. В. Классификация состояния сердечно-сосудистой системы по анализу фазового портрета двух кардиосигналов / С. В. Дегтярев, С. А. Филист, В. С. Титов, А. Ф. Рыбочкин // Научные ведомости Белгородского государственного университета. – Серия: Медицина. Фармация. – 2013. – № 11(154). – Выпуск 22/1. – C. 65-72.
  18. Казаков, Д. В. Квазипериодическая двухкомпонентная динамическая модель для синтеза кардиосигнала с использованием временных рядов и метода Рунге-Кутта четвёртого порядка / Д. В. Казаков // Компьютерные исследование и моделирование. – 2012. – Т. 4. – № 1. – С. 143–154.
  19. McSharry, P. M. A dynamical model for generating synthetic electrocardiogram signals / P. M. McSharry, G. D. Clifford, L. Tarassenko and L. A. Smith // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. – 50(2003). – P. 289-294.
  20. Sayadi, O. Synthetic ECG generation and Bayesian filtering using a Gaussian wave-based dynamical model / O. Sayadi, M. B. Shamsollahi, G. D. Clifford // Physiological Measurement. –31(2010), – P. 1309-1329.
  21. Kovacs, Peter. ECG Signal Generator Based On Geometrical Features / Peter Kovacs // Annales Univ. Sci. Budapest. –37(2012). – P. 247-260.
  22. Дорош, Д. В. Моделирование алгоритмов спектрального анализа электрокардиографических сигналов с признаками нарушения сердечного ритма в базисах Фурье и Уолша / Д. В. Дорош, Г. Л. Кучмий, О. В. Бойко, О. И. Дорош // Биомед. Инженерия и электроника. – 2012. – N1. – 5 c.
  23. Якушенко, Е. С. Программа моделирования ЭКГ в среде LabVIEW / Е. С. Якушенко // Биотехносфер. – 2012. – №3-4. – С. 64-67.
  24. Tanmaya, Ch. Analysis of ECG Signal for Detecting Heart Blocks Using Signal Processing Techniques / Ch. Tanmaya, N. Syamala, P. Rajesh, B. Pavannadh, B. Sridhar // IJIRCCE. – 2016. – vol.4. – 3. – P.3778-3784.
  25. McSharry, P. E. Open-source software for generating electrocardiogram signals / P. E. McSharry, G. D. Clifford //ARXIV preprints 0406017. – 2004.
  26. Joseph Ackora - Prah. An Artificial ECG Signal Generating Function in MATLAB / Joseph Ackora - Prah, Anthony Y. Aidoo // Applied Mathematical Sciences. – Vol. 7. – 2013. – No. 54 – P. 2675–2686.
  27. Lukáč, O. Ondráček. Using Simulink and MATLAB for real time ECG signal processing / O. Ondráček Lukáč // Conference MATLAB. – 2012.
  28. Файнзильберг, Л. С. Имитационные модели порождения искусственных электрокардиограмм в условиях внутренних и внешних возмущений / Л. С. Файнзильберг // Journal of Qafgaz University – Маthемаtics and Computer Science. – 2012. – № 34. – 92- 104.
  29. The research resource for complex physiologic signals. URL: https://www.physionet.org//.
  30. Шишкин, М. А. Нечеткая система определения параметров QRS-комплекса ЭКГ в телемедицине / М. А. Шишкин, К. В. Колесник // Труды ХVІ Международной научно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии: СИЭТ-2015». – 2015. – Т.1. – С.42-43.