Development of methods and algorithms for a stochastic biomedical signal period calculation in medical computer diagnostic systems

Autor: L. V. Hvostivska, I. Yu. Dediv, H. M. Shadrina, H. M. Osukhivska, M. O. Hvostivskyy
Jazyk: ukrajinština
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Visnyk NTUU KPI Seriia-Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia; 79; 78-84
Вестник НТУУ" КПИ ". Серия радиотехника Радиоаппаратостроение; 79; 78-84
Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування; 79; 78-84
ISSN: 2310-0397
2310-0389
Popis: An method and algorithm for a stochastic biomedical signal period calculation is developed, which characterized by high resolution and performance, suitable for using in biomedical computer diagnostic systems. The method and algorithm is implemented on the basis of determination a minimum of a centered biomedical signal mean values functional variation procedure. The results of existing algorithms operation for biomedical signals period calculation by known methods based on: averaging of time intervals between a biosignal realization maximum values, averaging of intervals between a biosignal amplitude spectra maximum values, averaging of time intervals between a biosignal autocorrelation function maximum values and averaging of time intervals between maximum values of a power spectral density are analyzed. The calculation results obtained by different methods differ, which in turn leads to ambiguous results of the biomedical signal processing. Algorithmic and software designed to calculate the stochastic biomedical signal period makes it possible to reduce the calculation estimates blur in medical computer diagnostic systems, because, unlike the known methods, the developed one has a small scatter of the standard deviation at the biomedical signal ensemble realizations synchronization and lower algorithmic complexity, which leads to calculations performance increasing. The software is implemented in the Matlab environment. The developed algorithm verification procedure is carried out by means of simulation. The verification results 100% confirmed the accuracy of a priori known test signal period determination.
Разработан метод и алгоритм вычисления периода стохастического биомедицинского сигнала, который характеризуется высоким разрешением и быстродействием, подходящий для использования в биомедицинских компьютерно-диагностических системах. Метод и алгоритм реализован на основе процедуры поиска минимума функционала вариации средних значений центрированного биомедицинского сигнала. Проанализированы результаты работы существующих алгоритмов вычисления периода биомедицинских сигналов известными методами, в основу которых положено: усреднение интервалов времени между максимальными значениями реализации биосигналов, усреднение интервалов между максимальными значениями амплитудных спектров биосигналов, усреднение интервалов времени между максимальными значениями автокорреляционной функции сигнала и усреднение интервалов времени между максимальными значениями спектральной плотности мощности сигнала. Результаты вычисления для различных методов отличаются между собой, что приводит в дальнейшем к получению неоднозначных результатов обработки биомедицинского сигнала. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение для вычисления периода стохастического биомедицинского сигнала, позволяет уменьшить размытость оценок вычисления в составе медицинских компьютерно-диагностических систем, поскольку, в отличие от известных методов, разработаный метод имеет малый размах среднеквадратичного отклонения при синхронизации ансамбля реализаций биомедицинского сигнала и низкую алгоритмическую сложность, что дает возможность повысить быстродействие вычислений. Программное обеспечение реализовано в среде Matlab. Осуществлена процедура верификации разработанного алгоритма путем имитационного моделирования. Результаты верификации на 100% подтвердили точность определения периода априорно известного тестового сигнала.
Розроблено метод та алгоритм обчислення періоду стохастичного біомедичного сигналу, який характеризується високою роздільною здатністю та швидкодією, придатний для використання у біомедичних комп’ютерно-діагностичних системах. Метод та алгоритм реалізовано на основі процедури пошуку мінімуму функціоналу варіації середніх значень центрованого біомедичного сигналу. Проаналізовано результати роботи існуючих алгоритмів обчислення періоду біомедичних сигналів відомими методами, в основу яких покладено: усереднення інтервалів часу між максимальними значеннями реалізації біосигналу, усереднення інтервалів між максимальними значеннями амплітудних спектрів біосигналу, усереднення інтервалів часу між максимальними значеннями автокореляційної функції сигналу та усереднення інтервалів часу між максимальними значеннями спектральної густини потужності сигналу. Результати обчислення для різних методів відрізняються між собою, що призводить в подальшому до отримання неоднозначних результатів обробки біомедичного сигналу. Розроблене алгоритмічне та програмне забезпечення для обчислення періоду стохастичного біомедичного сигналу дає можливість зменшити розмитість оцінок обчислення у складі медичних комп’ютерно-діагностичних систем, оскільки, на відміну від відомих методів, розроблений метод має малий розмах середньоквадратичного відхилення при синхронізації ансамблю реалізацій біомедичного сигналу і нижчу алгоритмічну складність, що дає можливість підвищити швидкодію обчислення. Програмне забезпечення реалізоване в середовищі Matlab. Здійснено процедуру верифікації розробленого алгоритму шляхом імітаційного моделювання. Результати верифікації на 100% підтвердили точність визначення періоду апріорно відомого тестового сигналу.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: