Сравнение аналоговых и цифровых технологий передачи ЭКГ
20.06.2007
Оборудование для передачи ЭКГ по телефону широко используется во многих странах мира. Одной из первых разработок был комплекс «Волна», созданный в 60-х годах 20 века в СССР. В последующие годы появилось значительное количество оборудования российского и зарубежного оборудования, использующего частотную модуляцию (один из видов аналоговой передачи) для трансляции электрокардиограмм по телефону.
Аналоговый метод достаточно прост в реализации и недорог в производстве, поэтому в настоящее время комплексы аналоговой передачи ЭКГ доминируют на рынке транстелефонной электрокардиографии. Тем не менее, этот метод имеет ряд неустранимых недостатков, которые приводят к снижению диагностической ценности передаваемых на его основе ЭКГ. Именно поэтому еще в 1996 году, приступая к разработке транстелефонного оборудования «Телекард», научно-исследовательский отдел нашего предприятия сделал выбор в пользу цифровой передачи, обеспечивающей качество ЭКГ на уровне лучших образцов стандартного электрокардиографического оборудования.
В настоящей работе на реальных примерах проводится сравнение достоинств и недостатков цифрового и аналогового методов передачи ЭКГ. В качестве базиса сравнения был выбран транстелефонный передатчик *** производства израильской фирмы - одного из мировых лидеров по производству транстелефонных систем. Данный образец аналоговой техники выполнен на превосходном коммерческом и хорошем техническом уровне. Сравнивать оборудование имеет смысл именно с лучшими образцами, а любые другие транстелефонные ЭКГ-передатчики, использующие аналоговый способ передачи сигнала, будут иметь те же самые особенности, что и передатчик ***.
В ходе испытаний, которые длились два дня, были проведены следующие работы:
-
Проверка работоспособности прибора. ЭКГ пациента А. была передана в Москву, на ее основе было получено диагностическое заключение.
-
Было проведено осциллографическое исследование параметров сигнала, передаваемого по проводному и мобильному телефонам. Были зарегистрированы существенные отличия параметров принимаемого сигнала, в связи с чем потребовалось более глубокое исследование.
-
Поскольку в нашем распоряжении не было приемной станции ***, пришлось разработать систему дешифрования частотно-модулированного сигнала, передаваемого данным устройством. Таким образом, дальнейший анализ проводился на дешифрованном сигнале, то есть, на сигнале ЭКГ. При этом интерес вызывали параметры истинного, «сырого» сигнала, принимаемого станцией, до начала программных обработок.
-
По окончании исследований ЭКГ пациента вновь была передана в Москву. Два раза по мобильному телефону, но, как и ожидалось, оператор приемной станции не смог провести диагностику в связи с невозможностью выделить электрокардиограмму на фоне шумов. На третий раз, по рекомендации оператора, передача ЭКГ была выполнена уже по проводному телефону. Проблем при передаче не возникло.
Примечание: В ходе проведенного исследования передатчик *** не вскрывался, внутреннее устройство прибора не анализировалось, коммерческие и технические тайны производителя попыткам раскрытия не подвергались.
Для сравнения ЭКГ пациента А. была зарегистрирована с помощью стандартного компьютерного 12-канального электрокардиографа и 12-канального цифрового транстелефонного комплекса «Телекард». Положение пациента при записях несколько отличалось, тем не менее, существенных отличий на ЭКГ это не повлекло (рис.1-2).
Электрокардиограмма этого же пациента была ранее зарегистрирована в дистанционном центре в г.Москва с помощью аналогового оборудования ***. Отсканированное изображение ЭКГ приведено на рис.3. Выделенные фрагменты описаны в таблице 1.
Форма передаваемого ЭКГ сигнала, полученного на приемном конце, приведена на рис.4-5 (проводной телефон Panasonic, цифровая высококачественная телефонная линия) и рис.6 (мобильный телефон SonyEricsson K700i).
Рис.1-2. ЭКГ пациента А., м., 1962 г.р. Изображения масштабированы
Рис 3. Аналоговая ЭКГ.
|
Таблица 1. Описание выделенных фрагментов. |
|||
|
№ п/п |
Фрагмент |
Отв |
Комментарий |
|
1 |
|
I
II |
В отведениях I и II, как и во всех других, за исключением III, уровень и плотность шума, а также систематической помехи (фона) недопустимо высоки. Проблема препятствует обнаружению и оценке зубца Р, что совершенно недопустимо. Фактически полностью исключается возможность оценки AV-проведения сигнала, например, оценка степени AV-блокады невозможна в принципе. |
|
2 |
|
III |
III отведение получено вычитанием I и II. Заметное снижение уровня и плотности шума и фона в отведении III свидетельствует о том, что шум и фон в I и II отведениях – синфазный. Это однозначное подтверждение того, что реальный коэффициент КОСС прибора требованиям ГОСТ не соответствует. |
|
3 |
|
V6 |
Тренды, на данной ЭКГ особенно выраженные в отведениях III, aVF, V6 и II (мониторинг 10 с), программно не устраняются. Проблема может вызвать затруднения при анализе ЭКГ, особенно при визуальной оценке ST-сегмента. |
|
4 |
|
V4
V5
V2 |
Сигнал ЭКГ обрезан в отведениях V2, V4, V5. Прибор имеет ограниченный динамический диапазон, судя по данной ЭКГ, ± 1,5 мВ. Это явно недостаточно и не соответствует требованиям ГОСТ. Проблема очень серьезная, резко снижающая качество диагностики электрокардиокомплексов, имеющих высокую амплитуду. Экстрасистолы, в частности, будут искажены недопустимо, оценить их амплитуду, что очень важно для диагностики, не удастся. |
Общая оценка:
-
ЭКГ не является стандартной синфазной и синхронной электрокардиограммой. Условие синфазности и синхронности выполняется для некоторых групп отведений, но не выполняется для всей электрокардиограммы.
-
Наблюдаемые тренды, уровень шума и фона на регистрируемой электрокардиограмме делают невозможной анализ зубца Р, AV-проведения, и в ряде случаев – смещения ST-сегмента.
-
Совокупное влияние пп.1 и 2, а также малая длительность записанных фрагментов ЭКГ (2,5 с) исключают возможность профессиональной топической диагностики.
-
Оценка ритма по отведению II длительностью 10 с, по сути, представляет собой оценку пульса, так как в данном отведении зубец Р из-за высокого уровня шума и фона обнаружить и проанализировать не удается.
Дополнительная информация:
Фактически, рассматриваемая аналоговая система представляет собой модернизацию комплекса «Волна», разработанного в 60-х годах в СССР. Использует тот же формат передачи данных, с той же частотой несущей, и с теми же величинами девиации частоты. Однако, данная система является ухудшенной копией «Волны», имеет относительно нее более низкое качество записи и значительно более высокий уровень фона и шума. На наш взгляд, это обусловлено грубой ошибкой разработчика.
Вероятно, в целях конкурентной борьбы и удешевления аппаратуры, частотная полоса входных усилителей была недопустимо расширена. В рекламе прибора обозначена верхняя граница полосы пропускаемых частот 150 Гц. В то же время, использование формата передачи данных «Волна» приводит к нарушению базового требования соотношения частот модулирующего сигнала и несущей 10f<<F. Это приводит к нерасчетным нарушениям спектра сигнала частотной модуляции, и, как следствие, к возникновению при детектировании такого сигнала дополнительного мультипликативного шума. Регистрируемые и распечатанные системой электрокардиограммы подвергаются значительной программной фильтрации на приемном конце с целью маскировки реального уровня шумов.
Исследовательским отделом предприятия была проведена работа по оценке качества передаваемых сигналов прибором ***. Дешифрование реального ЭКГ сигнала, переданного в телефонную линию, производилось спектроанализатором с частотным разрешением 0,2 Гц при использовании скользящего окна данных. Действительные сигналы, полученные на приемном конце высококачественной цифровой телефонной линии, показаны на рис.4-5.
 |
 |
|
Рис. 4
|
Рис. 5
|
Очевидно, что прибор не только обеспечивает высокий уровень шума в принимаемом сигнале, но эта помеха еще и модулирована по амплитуде. Тем не менее, путем применения адаптивной (вероятно) фильтрации, приемная станция *** способна в какой-то мере избавиться от части наблюдаемого шума и привести ЭКГ к виду, представленному на рис.3, что позволяет проводить ограниченную ЭКГ-диагностику. При этом нужно учитывать, что любая применяемая фильтрация приводит к неминуемому искажению формы кардиокомплексов и неизбежно снижает диагностическую ценность исследования.
Рекламная информация о том, что прибор *** способен передавать ЭКГ по сетям мобильной связи, была проверена экспериментально двумя способами. Зарегистрированная ЭКГ (см. рис.4-5) была передана по телефону SonyEricsson K700i, и сигнал телефонной линии был дешифрован указанным выше способом. Результат представлен на рис.6. Необходимо указать, что представлен наиболее читаемый фрагмент, на котором можно узнать импульс калибровочного сигнала (отмечен стрелкой). Остальная часть переданной ЭКГ не поддается дешифрованию никакими способами.
Рис. 6
Та же ЭКГ была дважды передана в Москву на пульт ***, где находится на обслуживании исследуемый прибор. В обоих случаях оператор не смог выполнить ЭКГ-диагностику, даже оценку частоты сердечных сокращений, и настоятельно рекомендовал сменить телефон. После замены телефона на обычный проводной, по переданной заново ЭКГ было дано диагностическое заключение. Тот же оператор службы *** порекомендовал и в дальнейшем мобильным телефоном при передаче ЭКГ не пользоваться.
Таком образом, заявления о том, что прибор *** с аналоговой передачей данных может использовать мобильную связь для передачи ЭКГ, следует признать несоответствующими действительности. Появление таких заявлений, видимо, вызвано коммерческой необходимостью или особенностями конкурентной борьбы на рынке дистанционной ЭКГ-диагностики.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ:
-
Аппаратура *** является развитием системы «Волна», выполненным на высоком коммерческом уровне, но с грубыми ошибками проектирования. В результате диагностическая ценность принимаемой ЭКГ существенно ниже, чем у «Волны» в связи со следующим:
-
стойкость к высокочастотным помехам недопустимо мала;
-
малая длительность передаваемых фрагментов ЭКГ (2,5 с);
-
невозможность определения зубца Р на фоне шумов;
-
узкий динамический диапазон;
-
отсутствие функции устранения трендов.
-
-
Следует признать, что данная аппаратура условно применима только для обнаружения грубых патологий и предварительной оценки ритма. Ограниченно пригодна для оценки ишемических изменений.
-
Аппаратура с аналоговой передачей ЭКГ не пригодна для:
-
топической диагностики;
-
определения особенностей AV-проведения;
-
точной оценки ишемических нарушений;
-
детальной оценки ритма;
-
особенностей внутрижелудочкового проведения импульсов.
-
-
Аппаратура с аналоговой передачей ЭКГ ограниченно пригодна для эксплуатации частными пользователями в рамках коммерческих сетей дистанционной ЭКГ-диагностики при условии наличия исходной ЭКГ пациента, служащей для сравнения и обнаружения изменений на электрокардиограмме. Не пригодна для профессиональной кардиологической работы на всех уровнях оказания медицинской помощи в рамках государственной системы здравоохранения.
-
Аппаратура с аналоговой передачей ЭКГ не может быть использована для передачи ЭКГ по сетям мобильной связи.
-
При включении в телефонную линию на любом ее участке современных устройств связи – радиорелейных узлов, радиоудлинителей, вокодеров, цифровых систем уплотнения линий и т.п, аналоговая передача либо невозможна, либо приведет к значительным неустранимым артефактам на ЭКГ. С каждым годом таких устройств становится все больше, об их применении даже в обычных проводных телефонных сетях пользователь не информируется. В ближайшее время следует ожидать прогрессирующего отказа любых систем аналоговой передачи сигнала по телефонным линиям, в том числе, и аппаратуры *** в стандартном исполнении.
-
Все указанные выводы относятся к любой транстелефонной аппаратуре, использующей аналоговый способ передачи ЭКГ.
-
Любой передатчик ЭКГ, использующий аналоговую передачу, следует считать морально устаревшим независимо от качества и даты его изготовления.
-
Качество ЭКГ, передаваемой цифровым комплексом «Телекард», несопоставимо с качеством ЭКГ, передаваемых аналоговым способом с помощью любых аналоговых передатчиков.
Примечание: При выборе звуковоспроизводящей аппаратуры в XXI веке покупают цифровые системы, а не граммофоны или патефоны, какими бы уважаемыми фирмами они не были изготовлены…
Категории:
- Войдите, чтобы оставлять комментарии
|
|
|