В ЛЭТИ создали генератор искусственной ЭКГ с элементами теории хаоса

В ЛЭТИ создали генератор искусственной ЭКГ с элементами теории хаоса

В Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» создана новая модель генератора искусственной электрокардиограммы (ЭКГ) с применением теории хаоса. Эта разработка может применяться в медицинских приборах, которые фиксируют электрические сигналы сердца и используются для диагностики широкого спектра заболеваний.

Электрокардиограмма отображает электрическую активность сердца, и по её данным врачи выявляют различные патологии. Для калибровки медицинских аппаратов и обучения персонала давно используются генераторы искусственных сигналов ЭКГ. Однако традиционные модели отличаются тем, что им не присуща природная изменчивость сердечного ритма: вариации в них вводятся искусственно через генератор случайных чисел, что ограничивает сферу их применения, в том числе при обучении систем искусственного интеллекта для работы с ЭКГ.

В новой модели, разработанной в СПбГЭТУ «ЛЭТИ», используется хаотическая динамика, что позволяет достичь более достоверного распределения интервалов между сокращениями сердца. По словам доцента Екатерины Копец, модель воспроизводит ключевые особенности реальной кардиограммы без применения генерации случайных чисел. Основа модели — гармонический осциллятор, параметры которого варьируются по определённому закону, что обеспечивает появление естественной изменчивости, характерной для реальных ЭКГ.

В качестве усовершенствования учёные добавили к модели генератор хаоса, который вносит небольшие изменения в параметры сигнала, благодаря чему генерируемые ЭКГ максимально приближены к данным живого человека. Новая система также включает алгоритм удаления помех и может подстраиваться под реальные входные данные.

В ходе испытаний исследователи сравнили искусственные сигналы, полученные с помощью новой модели, с 90 записями реальных ЭКГ из открытой базы данных. Анализ показал, что модель эффективно воспроизводит основные особенности сигналов настоящих пациентов.

Разработка может быть реализована в виде как цифрового, так и аналогового устройства. В аналоговом исполнении для генерации хаотического сигнала предлагается использовать нелинейный элемент мемристор, что позволит более точно имитировать природную изменчивость сердечного ритма. Технология особенно полезна для тестирования медицинских приборов и обучения специалистов, а также для поддержки систем искусственного интеллекта, использующихся при диагностике болезней сердца.

Информация предоставлена порталом «Научная Россия».


Подписывайтесь на Science XXI в Дзен и Telegram.

Поделиться с друзьями
Science XXI