Читать онлайн «Синтез и оптимизация вычислительных алгоритмов обработки сигнала на основе корреляционно-экстремального метода в электрокардиографии высокого разрешения»

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА УДК 621. 317. 08; 681. 2. 001. 5; 615. 47 О. О. ЖАРИНОВ, И. О. ЖАРИНОВ СИНТЕЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА НА ОСНОВЕ КОРРЕЛЯЦИОННО-ЭКСТРЕМАЛЬНОГО МЕТОДА В ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ Рассматриваются подходы к оптимизации вычислительных алгоритмов обра- ботки электрокардиограмм на основе корреляционно-экстремального метода. Предложен алгоритм, позволяющий уменьшить время вычислений в десятки раз при сохранении показателей качества обработки сигнала с учетом требова- ний электрокардиографии высокого разрешения. Ключевые слова: электрокардиография высокого разрешения, QRS-комплекс, корреляционно-экстремальный метод, вычислительный алгоритм, быстрое преобразование Фурье, цифровая свертка. Введение. Развитие метода электрокардиографии на современном этапе связано с совер- шенствованием технических средств регистрации электрокардиограммы (ЭКГ) и математиче- ских методов ее обработки. В электрокардиографии интенсивно развивается самостоятельное направление исследований  электрокардиография высокого разрешения (ЭКГ ВР) [1]. Одна из ключевых процедур автоматизированной обработки сигнала в ЭКГ ВР основана на применении ресурсоемкой, с вычислительной точки зрения, процедуры корреляционно- экстремальной обработки [2—4], которая является оптимальной для решения задач обнаруже- ния и оценивания временнóго положения каждого кардиоцикла в реализации ЭКГ на фоне со- провождающих регистрацию помех. Практический опыт показывает, что при обработке ЭКГ, зарегистрированной с повышенной частотой дискретизации, вычислительная сложность корре- ляционно-экстремального метода существенно ограничивает возможности его практического применения, поэтому необходимо разработать специальный алгоритм, который обеспечит су- щественное уменьшение времени вычислений при сохранении показателей качества обработки. Анализ проблемной ситуации. Обработка оцифрованной реализации ЭКГ, представ- ленной N∑ дискретными отсчетами η[k], k=0, 1, …, N∑1, на основе корреляционно- экстремального метода заключается в вычислении нормированного коэффициента корреля- ции между эталонным QRS-комплексом s[k], k=0, 1, …, N1 и анализируемым фрагментом ЭКГ на скользящем временном окне дискретных отсчетов длиной N [3]: N 1   s  k   M s     k  n   M   n  r n  k 0 , n  0, 1,  , N   N  2, (1) N 1 N 1   s  k   M s      k  n   M   n  2 2 k 0 k 0 ИЗВ.