доклад на конференции MicroCAD

Автор: · Дата: 30 Май 2012 · Пока нет комментариев

Павленко Д.В. Застосування швидкого перетворення Фур’є для обробки інфранизькочастотних біосигналів [Текст]/ Павленко Д.В., Хоружна А.В., Дацок О.М. //Матеріали XХ Міжнародна науково-практична конференція  “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я” (MicroCAD-2012), м. Харків, 15 – 17 травня 2012 р. – Харків: НТУ “ХПІ”.

ЗАСТОСУВАННЯ ШВИДКОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ ФУР’Є

ДЛЯ ОБРОБКИ ІНФРАНИЗЬКОЧАСТОТНИХ БІОСИГНАЛІВ

 Швидке перетворення Фур’є (ШПФ) широко застосовується у цифровій обробці сигналів. За допомогою ШПФ здійснюється очищення біоелектричних сигналів від завад шляхом корекції їх спектрального складу. Дослідження спектральних характеристик біоелектричних сигналів дозволяє значно розширити діагностику стану міокарду [1]. Спектральний аналіз низькочастотних компонентів варіабельності серцевого ритму дає можливість виявити приховані періодичні та корреляційні взаємозв’язки [2]. 

Класичним алгоритмом застосування ШПФ для вирішення задач цифрової фільтрації є проведення прямого перетворення Фур’є, корекція сигналу у частотній області та повернення його у часову область шляхом зворотнього ПФ.  Для забезпечення збереження низькочастотних складових вихідного сигналу тривалість вибірки прямого перетворення мусить бути більшою за період найнизькочастотніших складових, що становить для сигналів біологічного походження 1 – 10 секунд. Це зумовлює затримку на вказаний проміжок часу відображення та подальшої обробки сигналу при застосуванні ШПФ.

Нами розроблено, відлагоджено та впроваджено алгоритм очищення від завад біосигналів з застосуванням ШПФ, що забезпечує значно меншу затримку (~ 100 мс).

У запропонованому алгоритмі корекція сигналу відбувається у часовій області, а ШПФ застосовується лише для виділення зі спектру сигналу порівняно високочастотних складових завади. Характерними частотами для завад є 50 Гц та вищі гармоніки, спричинені впливом освітлювальної мережі змінного струму. Для коректного виділення спектральних складових цієї завади достатньо забезпечити тривалість вибірки 40 мс.

 

До вибірок вихідного сигналу тривалості 40 мс застосовується швидке перетворення Фур’є:

 З отриманого спектру за допомогою полосового фільтру виділяються складові завади, з якими виконується зворотне перетворення Фур’є:

 

Таким чином отримуємо у часовій області сигнал завади, який можна безпосередньо відняти з вихідного сигналу, таким чином позбавляючи його завади:

 

Вочевидь, затримка в обробці сигналу, яку вносить наведений алгоритм, визначається періодом завади, а не періодом біосигналу, тобто менше в десятки-сотні разів.

 

Алгоритм реалізовано та випробувано у розробленому нами комп’ютерному фотоплетизмографі, де він показав свою практичну придатність і відповідність фактичних результатів очікуваним.

Відеоролік «Класичне використання ШПФ» відображає роботу розробленого нами у 2011 році комп’ютерного USB електрокардіографа. Цифровий фільтр, застосований у цьому пристрої, побудований на базі класичного використання ШПФ. Тривалість вибірки складає ~7 секунд, що обумовлює затримку відображення кардіограмми на вказану величину. Тобто, якщо досліджуваний підіймає кінцівку безпосередньо під час запису кардіограми, артефакти руху з’являться на екрані лише через 7 секунд. 

Відеоролік «Цифрова фільтрація в режимі реального часу» показує роботу комп’ютерного фотоплетизмографа. У верхній частині головного окна програми відображаются вихідні дані з пристрою, що не підлягли подальшій обробці (тобто у реальному часі).  У центральній частині робочій області ви бачите сигнал, що був оброблений розробленим цифровим фільтром з використанням ШПФ. Вочевидь, що затримка сигналу значно менша, ніж у випадку застосування класичної цифрової фільтрації.

  1. Цибульский В.Р. Исследование зависимости частотных характеристик электрокардиограмм от изменения спектра ST [Текст]/ В.Р. Цибульский, О.И. Сергейчик, В.А. Кузнецов // Вестник кибернетики. – Тюмень: ИПОС СО РАН, 2002. – Вып.1. – С. 38 – 45
  2. Машин В.А. Анализ вариабельности сердечного ритма с помощью метода графа [Текст]/ В.А. Машин // Физиология человека, 2002. – т.28. — №4. – С. 63 – 73

Скачать тезисы доклада в формате pdf

Cкачать видеоролик «Классическое применение БПФ»

Скачать видеоролик «Цифровая фильтрация в режиме реального времени»

Популярность: 36%

Рубрика: Публикации · Запись имеет метки: , , , ,  



Оставить комментарий или два

Пожалуйста, зарегистрируйтесь для комментирования.