Распределенная компьютерная система сбора и математической обработки электрофизиологических сигналов
Диссертация
С этой точки зрения актуальным является исследование общих свойств компьютерных биомедицинских систем и разработка с учетом требований современных стандартов единых информационных моделей их функционирования. Реализация на этой основе универсальной объектно-ориентированной инфраструктуры, под которой понимается множество программных компонент и интерфейсов с четкой регламентацией возможностей… Читать ещё >
Содержание
- СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
- ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
- 1. 1. Биомедицинские системы регистрации и математической обработки электрофизиологической информации
- 1. 1. 1. Понятие о биомедицинских системах регистрации и математической обработки физиологических сигналов
- 1. 1. 2. Основные направления стандартизации в области аппаратно-программных систем регистрации и обработки биологических сигналов
- 1. 1. 3. Расширенные требования, предъявляемые к компьютерным биомедицинским системам
- 1. 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ БИОМЕДИЦИНСКИХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
- 1. 2. 1. Основные понятия и общая терминология
- 1. 2. 2. Разработка биомедицинских программных систем на основе компонентной программной архитектуры
- 1. 2. 3. Применение архитектур промежуточного ПО при проектировании программных биомедицинских систем
- 1. 1. Биомедицинские системы регистрации и математической обработки электрофизиологической информации
- 2. 1. Основные этапы исследования
- 2. 2. Разработка концепции решения задач
- 2. 2. 1. Структуризация биомедицинских систем регистрации электрофизиологической информации
- 2. 2. 2. Показатели и критерии эффективности. ф
- 2. 3. Разработка основных моделей компонентной архитектуры БМС
- 2. 3. 1. Модель организации вычислительных процессов
- 2. 3. 2. Структурная модель данных
- 2. 3. 3. Имитационная модель подсистемы распределения и обработки данных
- 3. 1. Основные функциональные характеристики аппаратно-программного комплекса
- 3. 1. 1. Краткая характеристика и назначение компьютерной БМС «IntelliCard»
- 3. 1. 2. Состав и структура программного комплекса
- 3. 2. Основные программные компоненты системы «IntelliCard»
- 3. 2. 1. Подсистема записи данных с устройств регистрации электрофизиологических сигналов и распределения данных
- 3. 2. 2. Подсистема визуализации и печати биомедщинских данных
- 3. 2. 3. Подсистема хранения и накопления биомедицинских данных
- 3. 2. 4. Подсистема внешних коммуникационных интерфейсов
- 3. 3. Анализ эффективности реализации элементов системы
- 3. 3. 1. Планирование внутренних задач системы
- 3. 3. 2. Исследование производительности программной реализации на основе СОМ+
- 3. 3. 3. Оценка затрат на реализацию дополнительных требований программной архитектуры
- 4. 1. Предварительная обработка ЭКГ реального времени
- 4. 1. 1. Характеристики и классификация шумов, присутствующих в электрокардиограмме
- 4. 1. 2. Методы подавления ряда инструментальных шумов. щ 4.1.3 Реализация подсистемы подавления шумов ЭКГ методами цифровой фильтрации
- 4. 2. Выделение и анализ QRS-комплексов в ЭКГ-системах реального времени
- 4. 2. 1. Классификация методик выделения QRS-комплексов
- 4. 2. 2. Алгоритм детектирования QRS-комплексов
- 4. 2. 3. Определение параметров Q-волны
- 4. 2. 4. Коррекция дрейфа изолинии
- 4. 2. 5. Определение параметров S-волны и окончания QRS-комплекса
- 4. 2. 6. Особенности реализации QRS-детектора
- 4. 2. 7. Реализация алгоритма детектирования QRS- комплексов на базе микроконтроллера
Список литературы
- Kurekov S. F., Prilutski D. A., Selishchev S. V. Sigma-Delta Analoque-to-Digital converters for Biomedical Data Acquisition Systems // Proceeding of 4th European conference on engineering and medicine.- Warsaw, May 25−28, 1997.-P. 163−164.
- Distributed Component Object Model Protocol. Microsoft, version 1.0, January 1998.
- Bronzino J. Biomedical Engineering Handbook, Biomedical Signals: Origin and Dynamic Characteristics- Frequency-Domain Analysis. CRC Press. -1999. — pp. 805−827.
- E.B. Аксенов и др., Системы сбора и обработки электрофизиологической информации на основе сигма-дельта аналого-цифрового преобразования //Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. № 12−2001. — стр. 56−65.
- Водолазский J1. А. Основы техники клинической электрографии Москва: Медицина.-1966.-270 с.
- Шакин В. В. Вычислительная электрокардиография.- М.: Наука.-1981.-166 с.
- Дроздов Д. В. Персональный компьютер в качестве электрокардиографа — за и против. // М: Компьютерные технологии в медицине.-1996.-№ 1.-С. 18−23.
- Metnitz P. G. Н., Lenz К. Patient data management systems in intensive care the situation in Europe. — Intensive Care Medicine, Springer-Verlag. -1995,21(7). — pp. 703−710.
- ISO/IEC 7498: Information Technology Open System Interconnection. — Internation Organization for Standartization. — Geneva.
- Health Level 7. ANSI Standard. — version 2.4,2000.
- ENV 13 606−1: Health informatics Electronic healthcare record communication. -European committee for standardization.
- IEEE 1073: Standard for Medical Device Communications. Overview and Framework.-The Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1996.
- Booch G. Object Solutions.-Addison-Wesley, 1996.- 322 p.
- Shaw M., DeLine R., Klein D., Ross Т., Young D., Zelesnik G. Abstraction for Software Architecture and Tools to Support Them. IEEE Transactions on Software Engineering. — Vol. 21, No. 4.- 1995.
- Селищев C.B. Автоматизированное проектирование биомедицинских электронных систем // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника.- М.: № 12, 2001. с. 5−17.
- Роджерсон Д. Основы СОМ. М: Русская редакция ТОО «Channel Trading Ltd.». — 1997
- The component object model specification. Draft Version 0.9. Microsoft-1995.
- Box D. Essential COM.- Addison Wesley Longman, Inc, 1998.
- Чаппел Д. Технологии ActiveX и COM. Microsoft Press- 1997.
- Хабибуллин И.Ш. Создание распределенных приложений на Java 2 // М.- 2002 г. 704 стр.
- CORBA/IIOP 2.2 Specification. OMG. — version 2.2. — June, 1998.
- CEN/TC251/N98−108: Short strategic study: enabling technologies CORBA and COM/DCOM, Final Report. -TC251 Secretariat. -Brussels, Belgium. — 1998.
- Recommendations for HL7 messaging over component technologies.-HL7 Committee.-ver. 1.0.- 1998.
- Jean F.C., и д.р. The HELIOS medical connection services // Computer methods programs, biomed. 1994- 45 — pp. 117−126.
- Lavril M., и д.р. A Reuse oriented development database: The HELIOS object information system // Comput. methods programs biomed., 1994, pp. 35−45.
- Wiederhold G, Mediators in the architecture of future information systems// IEEE Computer, 1992: 25 (3): 38−49.
- Xu Y., Degoulet P. Using XML in a component based mediation architecture for the integration of applications // CD-ROM Proceedings of International Conference «XML Europe-2001».- Berlin.- May, 2001.
- ActiveX for Healthcare messaging, Programmer’s guide.- Microsoft Healthcare user group, ActiveX for Healthcare Committee, version 1.60, November 1998.
- CEN ENV 12 967−1: Healthcare Information System Architecture (HISA) Part 1: Healthcare Middleware Layer — European Prestandard. — CEN — 1998.
- Ferrara F.M. The standard «Healthcare Information Systems Architecture» and the DHE middleware // Int. J. med. Inf. 52 (1998), p. 39−51.
- В. Cesnik, A.T.McCray, J.-R. Scherrer (Eds.) Systems // MEDINFO 98. IOS Press, Amsterdam, 1998, p. 217−21.
- Spahni S., Scherrer J.R., Sauquet D., Sottile P.A. Middleware for healthcare information systems// In: MEDINFO 98. IOS Press — Amsterdam, 1998, pp. 212−16.
- Nagin.V.A, Potapov I, V, Selishchev S.V. A universal object-oriented medical database system // CD-ROM proceeding of 23 IEEE International conference on engineering in medicine and biology. Istanbul, October 25−28,2001.
- Нагин B.A., Потапов И. В., Прилуцкий Д. А., Селищев С. В. Программная система для ЭКГ на основе компонентной архитектуры СОМ// Тезисы докладов международной конференции по биомедицинскому приборостроению «Биомедприбор-98», М., 1998 — с. 215−217.
- Scherrer J.R., MD, Spahni S., Healthcare Information System Architecture (HISA) and its Middleware Models// In: MEDINFO 98.- IOS Press Amsterdam 1998. — pp. 212−16.
- Крачтен Ф. Введение в Rational Unified Process, 2-е изд.: пер. с англ. -М.:Издательский дом «Вильяме», 2002.-240 стр.
- Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон A. UML: руководство пользователя: пер. с англ. М.: ДМК, 2000.- 432 с.
- Волкова В.Н., Денисов А. А. Основы теории систем и системного анализа. изд. 2-е.- СПб.: СПбГТУ, 1999.-512 с.
- Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++ СПб.: Бином.- 1998 — 560 с.
- Потапов И.В., Нагин В. А. Использование сервиса USSD в сетях GSM для задач телемедицины //Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика-2002», М., 2002.
- Потапов И.В., Нагин В. А., Селищев С. В. Применение микропроцессорных smart-карт для защиты данных медицинских приложений// Труды международнойконференции по биомедицинскому приборостроению «Биомедприбор-2000», — М., 2000 -ч. 2. с. 217−218
- Нагин В.А. Система защищенного хранения медицинских данных // Тезисы докладов Всероссийской межвузовской конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2002», М., 2002. — с. 85.
- Гома X. Проектирование систем реального времени, распределенных и параллельных приложений: Пер. с англ. М.:ДМК Пресс, 2002. — 704 с.
- Michael R. Garey and David S. Johnson. Computers and Intractability: A Guide to the Theory ofNP-Completeness.-W. H. Freeman and Company.-New York. 1979.
- Walid A. Najjar, Edward A. Lee, Guang R. Gao Advances in the data flow computational model, // Parallel Computing, 25 (1999). Elsevier, pp. 1907±1929,
- Lee E. A. and Messerschmitt D. G. Static scheduling of synchronous data flow Programs for Digital Signal Processing// IEEE Trans, on Computers. January 1987. -c-36(2).
- Halbwachs N., P. Caspi, P. Raymond, and Pilaud D. The synchronous data flow programming language LUSTRE.// Proc. of the IEEE, 79(9).- pp. 1305−1321. -Sept. 1991.
- Нагин В.А. Планирование вычислительных процессов в компьютерных биомедицинских системах// Тезисы докладов Международной конференции «Электроника и Информатика 2002», Москва, Зеленоград.
- Sha L., Goodenough J.B. Real-time scheduling theory and Ada // IEEE Computer, 23, no. 4.-1990.
- Ida Т., Tanaka J. Functional programming with streams. Information Processing '83. -Elsevier Science pubs. — 1993.
- Franco J., Friedman D. P., and Johnson S. D., Multi-way streams in scheme. -Comput. Lang., Vol. 15, No. 2.-pp. 109−125.-1990.
- Chang W.T., Ha S., Lee E. A., Heterogeneous simulation—mixing discrete-event models with dataflow// Journal of VLSI Signal Processing 15.-127−144 (1997).- Kluwer Academic Publishers.
- Шибанов Г. П. Количественная оценка деятельности человека в системах «человек-техника» М.: Машиностроение, 1983 — 263 с.
- Lee Е. A., Murthy Р. К. Multidimensional synchronous dataflow// IEEE Transactions on Signal Processing July 2002.
- IEEE 754−1985: Standard for Binary Floating-Point Arithmetic. IEEE. — 1985.
- Shuvra S. Bhattacharyya Edward A. Lee A Memory management for dataflow programming of multirate signal processing algorithms.- IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 42, No. 5. May 1994.
- Гультяев A. K. MATLAB 5.3. Имитационное моделирование в среде Windows. //М.: Корона Принт, 2001 — 400 с.
- Таха Х.А., Введение в исследование операций, 6-е издание: пер. с англ. М: Издательский дом «Вильяме», 912 с.
- Ramamritham К., and others, Using Windows NT for real-time applications: experimental observations and recommendations// Proceedings of the IEEE Real-time technology and applications symposium. -1998.-Denver, Colorado.
- Нагин В.А., Потапов И. В., Селищев С. В., Шарф В. Программный комплекс сбора и математической обработки ЭКГ-данных на отснове компонентной архитектуры СОМ. // М.: Медицинская техника.-2001.-№ 1. С. 3−7.
- Цимерман Ф. Клиническая электрокардиография. М.: Восточная Книжная Компания, 1997.-448с.
- Java Remote Method Invocation (RMI), Developer documentation // http ://j ava. sun.com/products/j dk/rmi/.
- CEN ENV 13 735: Interoperability of patient connected medical devices. European Commission for Standardisation (CEN), Briissel.
- Wooldridge M.,. Jennings N. R. Agent Theories, Architectures and languages: a survey and in intelligent agents. Berlin: Springer-Verlag. — 1995.
- Nagin V.A., Potapov I.V., Selishchev S. V. Design of acquisition devices management subsystem for IEEE 1073 compliant software agents// Studies in Health Technology and Informatics, vol. 90, pp. 774−779, IOS Press, Amsterdam, 2002.
- Куцевич H. A Средства визуализации в системах реального времени// CD-ROM Proceedings of ICSNET'99. -Moscow, 1999.
- American national standard: ambulatory electrocardiographs. Arlington, VA: ANSI/AAMI- 1994. EC 38.
- Нагин В.А. Сжатие ЭКГ в компьютерных ЭКГ-системах // Тезисы докладов Всероссийской межвузовской конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2001», М., — 2001, с. 129.
- Плотников А. В., Прилуцкий Д. А., Селищев С. В. Стандарт DICOM в компьютерных медицинских технологиях. // М: «Медицинская техника».-1997.-№ 2.-С. 18−24.
- ENV-1613 Messages for exchange of laboratory information// European Committee for Standardisation (CEN). Brussel. — Belgium.
- B.Kemp, A. Vaerri, A.C. Rosa, K.D. Nielsen, J. Gade, Data interchage for clinical neurophysiology. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol., vol. 82., pp. 391−393,1992.
- A. Vaerri, B. Kemp, T. Penzel, A. Schloegl, Standards for biomedical signal databases. -IEEE Engineering in medicine and biology mag. vol. 20, No. 3,2001. — pp. 33−44.
- ASTM El467−94: Standard specification for transferring digital neuropsychological data between independent computer systems American Society for Testing and Materials ASTM, 1994.
- CEN ENV 1064. Standard Communications Protocol for Computer-Assisted Electrocardiography// European Committee for Standardisation (CEN), Brussel, Belgium, 1996.
- Нагин В. А. Применение стандарта SCP-ECG в компьютерной электрокардиографии// Тезисы докладов II Всероссийской конференции с международным участием «Электроника и информатика-97», М., 1997 — ч. 2, с. 144.
- CENTC251PT-40: File exchange format for vital signs, Interim Report, Revision 2. — TC251 Secretariat. Sweden. — 2000.
- CEN ENV 13 734: Vital Signs Information Representation. CEN. -Brussels, Belgium, 2000.
- Hellmann G., Kuhn M., Prosch M., Spreng M., Extensible biosignal (EBS) file format -simple method for EEG data exchange // EEG clinic. Neurophysiol., in press, 1996.
- Cunha, M.B., Cunha, J.P. and Oliveira e Silva, T. SIGIF: A digital signal interchange format for biological signals// Proceedings of the 15th Annual International Conference of the IEEE Engineering Medicine and Biology Society, 1993, 2:644−5.
- Friesen G.M., Jannett Т.С., Jadallah М.А., Yates S.L., Quint S.R., Nagle H. T, A comparison of the noise sensitivity of nine QRS detection algorithms// IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. BME-37, pp. 85−98, 1990.
- Куриков С. Ф., Прилуцкий Д. А., Селищев С. В. Применение технологии многоразрядного сигма-дельта преобразования в цифровых многоканальных электрокардиографах. // М.: Медицинская техника.-1997.-№ 4. С. 7−10.
- Солонина А.И. и др. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов // СПб.:БХВ-Петербург, 2001−464 с.
- Curtin М. Sigma-Delta techniques reduce hardware count and power consumption in biomedical analog front end // Analog Dialogue Journal.-1994.-V. 28.-№ 2.-. 6−8.
- Куприянов M.C., Матюшкин Б. Д. Цифровая обработка сигналов // СПБ: Политехника, 2002, стр. 304−358.
- Ветвицкий Е.В., Плотников А. В., Прилуцкий Д. А., Селищев С. В. Применение универсального последовательного интерфейса USB в компьютерных медицинских комплексах. // М: Медицинская техника. 2000. — № 4. — С.3−7.
- Куриков С. Ф., Прилуцкий Д. А., Селищев С. В. Применение технологии многоразрядного сигма-дельта преобразования в цифровых многоканальных электрокардиографах. // М.: Медицинская техника.-1997.-№ 4. С. 7−10.
- Curtin М. Sigma-Delta techniques reduce hardware count and power consumption in biomedical analog front end // Analog Dialogue Journal. 1994. V. 28. № 2. P. 6−8.
- Kurekov S. F., Prilutski D. A., Selishchev S. V. Sigma-Delta Analoque-to-Digital converters for Biomedical Data Acquisition Systems // Proceedings of 4th European conference on engineering and medicine Warsaw, May 25−28, 1997. — P. 163−164.
- McK.ee J. J., Evans N. E. and Wallace D. Sigma-Delta analogue-to-digital converters for ECG signal acquisition. // in CD-ROM Proceedings of 18th Annual International Conference of the IEEE EMBS. Amsterdam, 1996.
- Oppenheim, A.V., and R.W. Schafer, Discrete-Time Signal Processing, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1989,
- Нагин В. А. Методика предварительной цифровой обработки ЭКГ для программных ЭКГ-систем // Тезисы докладов Всероссийской межвузовской конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика 2000», — М., 2000, — с. 97.
- Haykin S. Adaptive Filter Theory, 3rd ed Englewood Cliffs//NJ: Prentice Hall, 1996.
- Pan J., Tompkins, A real-time QRS detection algorithm// IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. BME-32, pp. 230−236,1985.
- Kaplan D., Simultaneous QRS detection and feature extraction using simple matched filter basis functions// Computers in Cardiology- IEEE Computer Society Press. 1990, pp.503−506.
- Li C., Zheng C, Tai C. Detection of ECG characteristic points using the wavelet transform// IEEE Trans. Biomed. Eng., 1995−42: pp.21−28.
- Xue Q., Hu Y. H., and Tompkins W. J., Neural-network- based adaptive matched filtering for QRS detection// IEEE Trans. Biomed. Eng., BME-39(4): pp. 317−329,1992.
- Mahalingam N., Kumar D., Neural networks for for signal processing applications: ECG classification// Australas. Phys. Eng. Sci. Med., vol. 20, no. 3, pp 147−151,1997.
- Trahanias, P.- Skordalakis, E. Syntactic pattern recognition of the ECG// IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, July 1990, vol.12, (no.7): pp 648 657.
- Kohler В., Hennig C., Orglmeister R., The principles of software QRS detection// IEEE Engineering in Medicine and Biology, No. l, 2002, pp. 42−57.
- Intel Signal Processing Library, Library Manual. Intel Corp. — 1995.
- Нагин В.А., Потапов И. В., Селищев C.B. Алгоритм выделения QRS-комплексов для ЭКГ-систем реального времени // Материалы 4 международной конференции «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии-2000», — Владимир, 2000. — ч. 1, с. 201−204.
- Нагин В.А., Селищев С. В. Выделение QRS-комплексов в ЭКГ-системах реального времени // М: Медицинская техника. 2001. — № 6- с. 18−23.
- Нагин В.А., Потапов И. В., Селищев С. В. Выделение QRS-комплексов в компьютерных ЭКГ-системах // Труды международной конференции по биомедицинскому приборостроению «Биомедприбор-2000», — М., 2000 — ч. I.e. 120 121.
- Sedaaghi М. Н., ECG wave detection using morphological filters.- Applied Signal Processing, Springer-Verlag, London. 1998.- vol.5. — pp. 182−194.
- Иванов Г. Г., Потапова Н. П., Буланова H.A. Современные неинвазивные методы оценки и прогнозирования развития потенциально опасных и угрожающих жизни аритмий: состояние проблемы и перспективы развития. Кардиология. 1997.- N2.- с. 70−75.
- Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов: Пер. с англ. М.: Мир, 1989.- 448 с.
- Cooley J., Tukey J., An algorithm for the machine computation of complex Fourier Series.- Math. Сотр. 19(1065):pp. 297−301.
- Нагин В.А. Алгоритм выделения QRS-комплексов для ЭКГ-систем реального времени// Тезисы докладов III Международной конференции «Электроника и информатика-2000», М., — 2000, с. 85.
- Sun Y., Suppappola S., Wrublewski Т.A., A microcontroller-based real-time QRS detection// Biomed. Instrum. Technol., vol 26, no. 6, pp. 447−484,1992.
- Нагин В.А., Селищев С. В. Реализация алгоритма выделения QRS-комплексов на микроконтроллерах семейства С166 // Труды международной конференции «Радиоэлектроника-2001» М., 2001, с. 72−74.