Synthesis of an integral signal for solving the problem of morphological analysis of electrocardiograms

Abstract

This work is devoted to solving the scientific and practical problem of morphological analysis of electrocardiograms based onan integral biomedical signal with locally concentrated features. In modern conditions of introduction of telemedicine in the health care system of Ukrainethe creation of cardiological decision support systems basedon automatic morphological analysis of electrocardiogramis of particular importance.The authors proposed a method for synthesizing an integral electrocardiogram in the frontal plane from all limb leads, taking into account the lead angle in the hexaxial reference system and the position of the heart’s electrical axis, since integral electrocardiological signals allow to obtain more accurate results compared to conventional electrocardiogram, because they take into account the individual characteristics of patients, a wide variety of electrocardiogramwaveforms and complexes, which is associated not only with the presence of pathological processes in the myocardium, but also with the position of the electrical axis of the heart, in particular, the electrocardiogramwill not register a low-amplitude P wave in the II department in the case of a horizontal electrical axis, but it will be clearly visible on the integral signal.To implement the method proposed in the article, a program was written in the MATLAB language, , the high speed of computation and good optimization of which allow to obtain results much faster and more accurate than using traditional approaches, and using the MATLAB Runtime library, which does not require licensing and is distributed free of charge, it was possible to provide more economical development, as well as to implement interaction with popular operating systems, which makes it more accessibleand versatile.Verification of the results was carried out using a database of electrocardiograms, which were recorded using a transtelephone digital 12-channel electrocardiological complex “Telecard”, which is part of the medical diagnostic complex “TREDEX”. The paper shows that the proposed method for the synthesis of an integral signal with locally concentrated features will improve the quality of morphological analysis of electrocardiograms in cardiological decision support systems.

Дана робота присвячена вирішенню науково-практичної проблеми морфологічного аналізу електрокардіограм на основі інтегрального біомедичного сигналу з локально-концентрованими ознаками. В сучасних умовах впровадження телемедицини в систему охорони здоров'я України особливого значення набуває створення кардіологічних систем підтримки прийняття рішень на основі автоматичного морфологічного аналізу ЕКГ.Авторами запропоновано методику синтезу інтегральної електрокардіограми у фронтальній площині від усіх відведень кінцівок з урахуванням кута відведення в гексаксіальній системі відліку та положення електричної осі серця, оскільки інтегральні електрокардіологічні сигнали дозволяють отримати більш точні результати в порівнянні зі звичайною ЕКГ, оскільки враховують індивідуальні особливості пацієнтів, велика різноманітність форм і комплексів ЕКГ, що пов'язано не тільки з наявністю патологічних процесів в міокарді, але і з положенням електричної осі серця, зокрема, на ЕКГ не буде реєструватися низькоамплітудний зубець Р у ІІ відведенні у разі горизонтального розташування електричної осі, але він буде чітко видно на інтегральному сигналі.Для реалізації запропонованого в статті методу була написана програма на мові MATLAB, висока швидкість обчислень і хороша оптимізація якої дозволяють отримувати результати набагато швидше і точніше, ніж при використанні традиційних підходів, а використання бібліотеки MATLAB Runtime, яка не вимагає ліцензування і поширюється безкоштовно, дозволило забезпечити більш економічну розробку, а також реалізувати взаємодію з популярними операційними системами, що робить її більш доступною і універсальною. Верифікацію результатів проводили за допомогою бази даних електрокардіограм, запис яких здійснювався за допомогою транстелефонного цифрового 12-канального електрокардіологічного комплексу «Телекард», що входить до складу лікувально-діагностичного комплексу «ТРЕДЕКС». Показано, що запропонований метод синтезу інтегрального сигналу з локально сконцентрованими ознаками дозволить підвищити якість морфологічного аналізу електрокардіограм у кардіологічних системах підтримки прийняття рішень.