Применение финитных базисных сплайнов при восстановлении сигналов электрогастроэнтерографии
Ключевые слова:
базисный сплайн, конечная энергия, компактный носитель, биосигнал, автоматизированная обработка биомедицинских сигналов, электрофизиология, электрогастроэнтерографияАннотация
Электрогастроэнтерография — перспективный метод обследования сократительной активности органов пищеварительной системы, основанный на съеме и последующей обработке биоэлектрических сигналов. Прогресс в развитии электрофизиологических методов диагностики в последние годы во многом обеспечен возможностью компьютерной обработки измерительных сигналов. Данная статья посвящена вопросам организации измерений в электрогастроэнтерографии. Дано введение в предметную область, проанализирован информационный состав измерительных сигналов электрогастроэнтерографии, приведены диагностические показатели, получаемые в результате спектрального анализа сигналов, рассмотрены задачи автоматизации диагностики. Предложен новый метод выбора частоты отсчетов гастроэнтерограмм, учитывающий фактор конечной длительности измерительных сеансов и спектральных свойств сигнала. В предлагаемом методе применяется разложение сигнала в виде конечной суммы финитных кардинальных В-сплайнов целых степеней. Проведен вычислительный эксперимент для определения точности восстановления сигнала при используемых в электрогастроэнтерографии параметрах измерительного сеанса.Литература
1. Зайченко К.В., Жаринов О.О., Кулин А.Н. Съем и обработка биоэлектрических сигналов // СПб: РИО ГУАП. 2001. 140 c.
2. Alvarez W.C. The electrogastrogram and what it shows // JAMA. 1922. vol. 78. pp. 1116–1119.
3. Yin J., Chen J. D. Z. Electrogastrography: Methodology, Validation and Applications // Journal of Neurogastroenterology and Motility. 2013. vol. 19. no. 1. pp. 5‒17.
4. Ребров В.Г. Возможности электрогастроинтестинографии при ряде заболеваний желудка и кишечника // Терапевтический архив. 1981. № 10. С. 66‒70.
5. Kosenko P.M., Vavrinchuk S.A. Electrogastroenterography in patients with complicated peptic ulcer // Science Book Publishing House. Yelm. USA. 2013. 164 p.
6. Khan S., Ahmad M. A study on B-spline wavelets and wavelet packets // Applied Mathematics. 2014. vol. 5. pp. 3001–3010.
7. Свиньин С.Ф., Попов А.И. Финитные базисные функции в задачах формирования выборок сигналов конечной протяженности // Труды СПИИРАН. 2015. № 6. С. 50‒67.
8. Riezzo G., Russo F., Indrio F. Electrogastrography in adults and children: the strength, pitfalls, and clinical significance of the cutaneous recording of the gastric electrical activity // BioMed research international. 2013. pp. 1–14.
9. Электрогастроэнтерография: исследование электрической активности желудка и кишечника. URL: http://www.gastroscan.ru/physician/egg/ (дата обращения: 20.08.2016).
10. Попов А.И., Тюльпин А.А., Рудалёв А.В. Программная библиотека для цифровой обработки сигналов электрогастроэнтерографии // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2014. №6. С. 40‒45.
11. Свиньин С.Ф., Попов А.И., Рудалёв А.В. Вейвлет-анализ и информационные технологии в задачах обработки электрогастроэнтерограмм // Труды СПИИРАН. 2013. № 27. С.129‒143.
12. Chen J., Lin Z., McCallum R.W. Noninvasive feature-based detection of delayed gastric emptying in humans using neural networks // Biomedical Engineering, IEEE Transactions. 2000. vol. 47. no. 3. pp. 409–412.
13. Liang H. Application of support vector machine to the detection of delayed gastric emptying from electrogastrograms // Support Vector Machines: Theory and Applications. 2005. pp. 399–412.
14. Kara S., Dirgenali F., Okkesim Ş. Detection of gastric dysrhythmia using WT and ANN in diabetic gastroparesis patients // Computers in biology and medicine. 2006. vol. 36. no. 3. pp. 276‒290.
15. Косенко П.М. и др. Математическое моделирование моторно-эвакуаторных нарушений желудочно-кишечного тракта у пациентов с язвенным пилоро-дуоденальным стенозом // Новости хирургии. 2014. Т. 22. № 2. С. 224‒229.
16. Попов А.И., Косенко П.М. Программа для диагностики степени компенсации стеноза по данным электрогастроэнтерографии. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2016614008. 2016.
17. Никольский С.М. Курс математического анализа // М.: Наука. 1973. Т.2 392 с.
18. Слепян А.Д. О ширине полосы // ТИИЭР. 1976. Т. 64. № 3. C. 4‒14.
19. Yang Z., Chen X., He Z. Wave propagation modeling in one-dimension structures be the B-spline wavelet on interval finite elements // Applied Mechanics and Materials. 2012. vol. 105. pp. 3–8.
20. Свиньин С.Ф. Теория и методы формирования выборок сигналов с инфинитными спектрами // СПб: Наука. 2016. 72 с.
21. Li X. Numerical solution of fractional partial diffetential equations using cubic B-spline wavelets collocation method // Australian Communications and Media Autority. 2012. vol. 1. no. 3. pp. 159–164.
22. Гребенников А.И. Метод сплайнов и решение некорректных задач теории приближений // М.: Изд-во Московского ун-та. 1983. 208 с.
23. Rakowski W. Prefiltering in Wavelet Analysis Applying Cubic B-Splines // Intern. journal of electronics and telecommunications. 2014. vol. 60. no. 4. pp. 331‒340.
2. Alvarez W.C. The electrogastrogram and what it shows // JAMA. 1922. vol. 78. pp. 1116–1119.
3. Yin J., Chen J. D. Z. Electrogastrography: Methodology, Validation and Applications // Journal of Neurogastroenterology and Motility. 2013. vol. 19. no. 1. pp. 5‒17.
4. Ребров В.Г. Возможности электрогастроинтестинографии при ряде заболеваний желудка и кишечника // Терапевтический архив. 1981. № 10. С. 66‒70.
5. Kosenko P.M., Vavrinchuk S.A. Electrogastroenterography in patients with complicated peptic ulcer // Science Book Publishing House. Yelm. USA. 2013. 164 p.
6. Khan S., Ahmad M. A study on B-spline wavelets and wavelet packets // Applied Mathematics. 2014. vol. 5. pp. 3001–3010.
7. Свиньин С.Ф., Попов А.И. Финитные базисные функции в задачах формирования выборок сигналов конечной протяженности // Труды СПИИРАН. 2015. № 6. С. 50‒67.
8. Riezzo G., Russo F., Indrio F. Electrogastrography in adults and children: the strength, pitfalls, and clinical significance of the cutaneous recording of the gastric electrical activity // BioMed research international. 2013. pp. 1–14.
9. Электрогастроэнтерография: исследование электрической активности желудка и кишечника. URL: http://www.gastroscan.ru/physician/egg/ (дата обращения: 20.08.2016).
10. Попов А.И., Тюльпин А.А., Рудалёв А.В. Программная библиотека для цифровой обработки сигналов электрогастроэнтерографии // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2014. №6. С. 40‒45.
11. Свиньин С.Ф., Попов А.И., Рудалёв А.В. Вейвлет-анализ и информационные технологии в задачах обработки электрогастроэнтерограмм // Труды СПИИРАН. 2013. № 27. С.129‒143.
12. Chen J., Lin Z., McCallum R.W. Noninvasive feature-based detection of delayed gastric emptying in humans using neural networks // Biomedical Engineering, IEEE Transactions. 2000. vol. 47. no. 3. pp. 409–412.
13. Liang H. Application of support vector machine to the detection of delayed gastric emptying from electrogastrograms // Support Vector Machines: Theory and Applications. 2005. pp. 399–412.
14. Kara S., Dirgenali F., Okkesim Ş. Detection of gastric dysrhythmia using WT and ANN in diabetic gastroparesis patients // Computers in biology and medicine. 2006. vol. 36. no. 3. pp. 276‒290.
15. Косенко П.М. и др. Математическое моделирование моторно-эвакуаторных нарушений желудочно-кишечного тракта у пациентов с язвенным пилоро-дуоденальным стенозом // Новости хирургии. 2014. Т. 22. № 2. С. 224‒229.
16. Попов А.И., Косенко П.М. Программа для диагностики степени компенсации стеноза по данным электрогастроэнтерографии. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2016614008. 2016.
17. Никольский С.М. Курс математического анализа // М.: Наука. 1973. Т.2 392 с.
18. Слепян А.Д. О ширине полосы // ТИИЭР. 1976. Т. 64. № 3. C. 4‒14.
19. Yang Z., Chen X., He Z. Wave propagation modeling in one-dimension structures be the B-spline wavelet on interval finite elements // Applied Mechanics and Materials. 2012. vol. 105. pp. 3–8.
20. Свиньин С.Ф. Теория и методы формирования выборок сигналов с инфинитными спектрами // СПб: Наука. 2016. 72 с.
21. Li X. Numerical solution of fractional partial diffetential equations using cubic B-spline wavelets collocation method // Australian Communications and Media Autority. 2012. vol. 1. no. 3. pp. 159–164.
22. Гребенников А.И. Метод сплайнов и решение некорректных задач теории приближений // М.: Изд-во Московского ун-та. 1983. 208 с.
23. Rakowski W. Prefiltering in Wavelet Analysis Applying Cubic B-Splines // Intern. journal of electronics and telecommunications. 2014. vol. 60. no. 4. pp. 331‒340.
Application of Finite basis Splines in Reconstructing Electrogastroenterography Signals
Abstract
Electrogastroenterography is the promising method of examination of the motion activity of the digestive system. It is based on the measurement and further processing of bioelectric signals. During last years the progress in the development of electrophysiological methods of diagnostics is due to the computer processing of measuring signals. This paper is devoted to the aspects of organization of measurements in electrogastroenterography. In the paper, we present an introduction to the problem domain; analyze the information structure of a measuring signal; review the diagnostics parameters obtained as a result of spectral analysis of electrogastroenterography signals; discuss the tasks of automation of diagnostics. We propose the new method of sampling of gastroenterograms. It considers the factor of the finite length of measurement sessions and spectral properties of signals. Representation of a signal as the finite sum of finite cardinal B-splines with integer degrees is used in the method. The computer experiment for testing the accuracy of signal reconstruction with parameters of measuring session used in electrogastroenterography was conducted.
Опубликован
2017-02-02
Как цитировать
Попов, А. И., & Свиньин, С. Ф. (2017). Применение финитных базисных сплайнов при восстановлении сигналов электрогастроэнтерографии. Труды СПИИРАН, 1(50), 93-111. https://doi.org/10.15622/sp.50.4
Раздел
Методы управления и обработки информации
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).
