1 UVOD
Elektrokardiogram (EKG) je zapis električne srčne ak-
tivnosti. Nenormalna srčna stanja se odražajo kot spre-
membe v morfologiji signala EKG. Najpomembnejše
so spremembe v nivoju segmenta ST in v morfolo-
giji segmenta ST kompatibilne z ishemijo (ishemične
spremembe). Ker te spremembe niso vedno prisotne
Prejet 6. januar, 2011
Odobren 23. februar, 2011
in nastajajo med normalnimi dnevnimi aktivnostmi,
najpogosteje asimptomatsko, se EKG snema v daljših
obdobjih (24 ur ali več). Ti ambulantni EKG (AEKG)
podatki lahko kažejo obsežne in izrazite (>100 µV)
klinično pomembne prehodne spremembe v amplitudi
nivoja segmenta ST in morfologiji segmenta ST po-
vezane z ishemijo. Žal lahko nastajajo tudi neishe-
mične spremembe amplitude in morfologije segmenta
ST. Te spremembe nastajajo zaradi sprememb v srčni
frekvenci (spremembe, povezane s srčno frekvenco),
zaradi sprememb električne srčne osi povzročene z nena-
dnimi spremembami položaja telesa (premiki osi), zaradi
sprememb v prevajanju srčnih ventriklov (spremembe
v prevajanju) ali zaradi učinkov zdravil ali normalnih
dnevnih aktivnosti (počasna lezenja). Za odkrivanje pre-
hodne ishemije in za razlikovanje med ishemičnimi ter
neishemičnimi spremembami je treba zgraditi funkcije
nivoja segmenta ST. Funkcije nivoja segmenta ST so
potrebne, ker v njih iščemo prehodne epizode segmenta
ST, ki vsebujejo časovno dimenzijo in so lahko dolge
od 30 sekund pa do več ur. Prehodne epizode karak-
terizira sprememba nivoja segmenta ST vzdolž časa.
Ker prehodne epizode segmenta ST vsebujejo časovno
dimenzijo, je treba za pravilno ocenjevanje in odkrivanje
prehodnih epizod segmenta ST slediti časovnemu poteku
sprememb nivoja segmenta ST vzdolž posnetka. Ogro-
mna količina podatkov narekuje uporabo avtomatskih
procedur za gradnjo teh funkcij. Veliko avtomatskih
sistemov se opira na analizo funkcij nivoja segmenta ST
v časovnem prostoru za odkrivanje sprememb segmenta
ALGORITEM ZA OCENJEVANJE PREHODNEGA NIVOJA SEGMENTA ST MED SPREMLJANJEM 24-URNIH... 129
ST [1], [2], [3], [4], [5], [6]. Za zanesljivo delovanje
takih sistemov v časovnem prostoru je treba zanesljivo
oceniti nivo segmenta ST, funkcije nivoja segmenta ST
pa morajo biti zanesljivo zgrajene.
V tem članku je predstavljen natančen in zanesljiv
algoritem za oceno nivoja segmenta ST. Glavna prednost
razvitega algoritma je, da deluje na 24-urnih ambulan-
tnih posnetkih EKG in v vsakem srčnem utripu poišče
položaj kolena J.
2 METODE
Algoritem je bil razvit in testiran z uporabo posnetkov
podatkovne baze Long-Term ST Database (LTST DB)
[7]. Baza LTST DB vsebuje 86 2- in 3-odvodovnih 24-
urnih posnetkov AEKG 80 pacientov, vzorčenih z 250
vzorci na sekundo (∆T = 4 ms) na odvod, zbranih
med redno klinično prakso. Posnetki baze LTST DB so
prestali znatno fazo predprocesiranja [7] med razvojem
baze, ki je vključevala: pridobitev stabilnih referenčnih
točk kompleksa QRS za vsak srčni utrip (FP, Fiducial
point) z uporabo detektorja aritmij ARISTOTLE [8],
odstranjevanje šuma, izračun trenutne srčne frekvence,
avtomatsko iskanje položaja izoelektričnega nivoja, mer-
jenje nivoja segmenta ST, izračun morfoloških vektrojev
značilk za kompleks QRS in segment ST, temelječih na
transformaciji Karhunena in Loèveja (KL), odstranitev
nepravilnih srčnih utripov in njihovih sosedov ter odstra-
nitev šumnatih utripov v prostoru značilk KL. Nato so
strokovnjaki označevalci baze LTST DB ročno določili
položaje izoelektričnega nivoja in kolena J za normalne
in nešumnate srčne utripe, ki so bili uporabljeni za
izračun funkcij nivoja segmenta ST. Funkcije odstopanja
segmenta ST so bile nato dobljene kot funkcije nivoja
segmenta ST, od katerih se je odštel ročno označen
časovno spremenljiv referenčni nivo segmenta ST. Na-
zadnje pa so bile prehodne ishemične in prehodne ne-
ishemične epizode zaradi spremenjene srčne frekvence
ročno označene v funkcijah odstopanja segmenta ST.
Vhod v razviti algoritem so bili osnovni podatki
posnetkov EKG in ARISTOTLE-jeve referenčne točke
normalnih in nešumnatih srčnih utripov, ki so prestali
fazo predprocesiranja baze LTST DB. (Referenčne točke
so shranjene v datotekah *.ari baze LTST DB in so
dostopne uporabnikom baze LTST DB.) Na začeteku al-
goritem zgradi povprečni srčni utrip za vsak individualen
normalen in nešumnat srčni utrip z uporabo normalnih
in nešumnatih srčnih utripov v 16-sekundni okolici
trenutnega srčnega utripa. Slika 1 prikazuje primer dvo-
odvodovnega srčnega utripa, kot se vidi v odvodu 0
(zgoraj, x(0, k)) in v odvodu 1 (spodaj, x(1, k)), kjer k
označuje številko vzorca signala. V teh povprečnih srč-
nih utripih iščeta dve proceduri izoelektrično referenčno
točko (IRP) (položaj izoelektričnega nivoja) in koleno J
(JP, J point) (konec kompleksa QRS) v vsakem odvodu.
Za določitev položaja IRP, I(i, j), kjer i označuje
Referenčna točka (FP)
R
Odvod 0, x(0,k)
Odvod 1, x(1,k)
Val P
Izoelektrični nivo
Q
S
koleno J (JP)
J+60 ms
J+80 ms
Val T
čas
čas
Nivo
segmenta ST
100 ms
5
0
0
u
V
Izoelektrični nivo
Interval P-Q Segment ST
IRP
Slika 1: Povprečni srčni utrip z zaznamovanimi vrhovi in
intervali. Srčni utrip je prikazan v odvodu 0 (x(0, k)) in v
odvodu 1 (x(1, k)).
številko odvoda, j pa številko srčnega utripa, procedura
na začetku išče od ARISTOTLE-jeve referenčne točke,
FP (j), nazaj v vsakem odvodu EKG vse do točke
FP (j)−TQ (TQ = 60 ms) vzorec signala, kjer je razlika
amplitud dveh zaporednih vzorcev signala enaka nič ali
pa spremeni predznak, Q(i, j). Q(i, j) je dejansko lahko
konec intervala P-Q, vrh R, ali celo zobec Q (glej sliko
1). Vidi se lahko, da ARISTOTLE-jeva referenčna točka
ni poravnana z vrhom R, ampak leži v težišču odkritega
kompleksa QRS (v vseh odvodih). Procedura nato išče
od Q(i, j) nazaj do točke FP (j) − Tiso (Tiso = 108
ali 148 ms) “najbolj raven” 20 ms interval [9]. Najbolj
raven 20 ms interval je definiran kot tisti interval, ki
ima najmanjšo vsoto absolutnih odstopanj razlik vzorcev
signala od intervalove lastne srednje vrednosti. Najbolj
raven najdeni interval se šteje za interval P-Q, ki vsebuje
IRP, srednji vzorec tega intervala pa določa položaj IRP,
I(i, j).
Običajna povprečna širina kompleksa QRS je 80 ms
pri večini ljudi in v večini primerov, vendar včasih
nastanejo srčni utripi s širšimi kompleksi QRS. Po drugi
plati pa je položaj ARISTOTLE-jeve referenčne točke
postavljen v težišče kompleksa QRS, kar ni nujno blizu
vrha R. V takih primerih lahko IRP leži precej daleč
stran od FP (j). Zaradi teh vzrokov išče procedura
položaj IRP v dveh režimih [10]. Za posnetke s širšimi
kompleksi QRS uporablja procedura daljši interval za
iskanje položaja IRP, Tiso = TP−Qw = 148 ms; sicer
pa uporablja krajši interval, Tiso = TP−Q = 108 ms.
Tiso se določi v učni fazi, ki obsega prvih 50 normalnih
in nešumnatih srčnih utripov. V tej fazi procedure išče
130 SMRDEL
I(i, j) z uporabo Tiso = 108 ms in izračuna oddaljenost
Q(i, j) od FP (j). Če je ta razlika TQl = 48 ms ali
več za vsaj 40 izmed prvih 50 srčnih utripov v vsaj
enem odvodu EKG se Tiso postavi za vse preostale
srčne utripe na Tiso = TP−Qw ; sicer pa se postavi na
Tiso = TP−Q.
Dejstvo je, da bi morali biti položaji IRP v zaporednih
srčnih utripih blizu. Žal pa lahko nastanejo prehitre
spremembe položajev izoelektričnega nivoja v zapore-
dnih srčnih utripih zaradi napačno določenih položajev
IRP. Zaradi teh razlogov procedura izračuna povprečno
oddaljenost položajev IRP za trenutni srčni utrip od
ustreznih referenčnih točk za zadnjih N = 16 srčnih
utripov [10]
DI(i, j) =
1
N
N∑
m=1
(FP (j −m) − I(i, j −m)), (1)
in primerja to povprečno oddaljenost z oddaljenostjo
položaja trenutne IRP,
DI(i, j) = FP (j) − I(i, j). (2)
Če se DI(i, j) in DI(i, j) razlikujeta za več kot 8 ms,
procedura ponovno išče najbolj raven 20 ms interval,
tokrat od FP (j) − DI(i, j), v eni ali drugi smeri za
8 ms proti FP (j) − DI(i, j), srednji vzorec tega 20
ms intervala pa določa položaj IRP, I(i, j); sicer ostane
I(i, j), kot je bil prvotno določen [10]. To zagotavlja
robustnost procedure in tudi omogoča sledenje počasnim
spremembam oddaljenosti položajev IRP [10].
Do zdaj so bili položaji IRP za dani utrip dobljeni
v vsakem posameznem odvodu. Ker se položaji IRP v
različnih odvodih za dani srčni utrip zgodijo simultano,
je pričakovano, da bodo njihove ocene, določene z
algoritmom, blizu. Če se položaji IRP za j-ti srčni utrip,
I(i, j), v vsaj dveh odvodih razlikujejo za več kot 8 ms,
procedura določi en enoten končni položaj IRP za j-ti
srčni utrip za vse odvode; sicer ostanejo položaji IRP,
I(i, j), kot so bili določeni. Ta enotni položaj IRP je
izbran izmed obstoječih položajev IRP, I(i, j), v tem
srčnem utripu. Procedura sešteje absolutna odstopanja
prek vseh odvodov (v 20 ms intervalih) za vsak položaj
IRP, I(i, j). Tisti položaj IRP, I(i, j), za katerega je
ta vsota absolutnih odstopanj najmanjša, se vzame kot
en enoten dokončen položaj IRP za vse odvode, I(j).
To pravilo zagotavlja, da so položaji IRP za j-ti odvod
enotni, a vendar dovoljuje majhna odstopanja [10].
Nato druga procedura algoritma išče položaje JP,
J(i, j). Procedura na začetku išče v vsakem odvodu
EKG od FP (j) naprej do točke FP (j) + TS (TS = 32
ms) vzorec signala, kjer je razlika amplitud dveh zapo-
rednih vzorcev signala enaka nič, ali zamenja predznak,
S(i, j). To je dejansko lahko vrh R ali celo zobec S
(glej sliko 1). Procedura nato išče od te točke, S(i, j),
(ali preprosto ponovno od FP (j), če tak vzorec signala
ni bil najden) do točke S(i, j) + TJ (TJ = 68 ms)
interval, ki se “začenja ravnati” [10]. Procedura izračuna,
za vsak vzorec signala, absolutno razliko amplitud med
povprečjem vzorcev signala v 12 ms intervalu pred in
v 12 ms intervalu za trenutnim vzorcem signala. Če je
absolutna razlika med tema dvema 12 ms intervaloma
manj kot KJ = 15 µV za zaporedne vzorce signala
(znotraj 12 ms), potem se prvi vzorec signala znotraj
te 12 ms sekvence šteje kot položaj JP, J(i, j). Kriterij
naklona za odkrivanje spremembe morfologije signala
je bil povzet po [11]. Včasih pa pravilnega položaja
JP preprosto ni mogoče določiti avtomatsko. Če ne
obstaja noben segment signala, ki se začne ravnati,
postavi procedura položaj JP preprosto 40 ms po FP (j),
J(i, j) = FP (j) + 40 ms, ker je običajna povprečna
širina kompleksa QRS 80 ms. Nato se določi enoten
položaj JP za j-ti srčni utrip, J(j), kot tisti položaj
kolena J iz odvodov, ki je najbolj oddaljen od FP (j),
J(j) = max
i=1,2...
(J(i, j)). (3)
Tako kot pri položajih IRP bi morali biti položaji JP v
zaporednih povprečnih utripih blizu. Razdalje kolen J od
ustreznih referenčnih točk bi morale biti podobne, sicer
je prišlo do napačne ocene položaja kolena J. Zaradi
teh razlogov izračuna procedura povprečne oddaljenosti
položajev JP za trenutni utrip od ustreznih referenčnih
točk za zadnjih N = 16 utripov,
DJ(j) =
1
N
N∑
m=1
(J(j −m) − FP (j −m)) (4)
in primerja to povprečno oddaljenost z oddaljenostjo
položaja trenutnega JP,
DJ(j) = J(j) − FP (j). (5)
Če se DJ(j) in DJ(j) razlikujeta za več kot 8 ms, je
verjetno prišlo do napake v oceni, končni položaj JP pa
se premakne za 8 ms v eni ali drugi smeri proti FP (j)+
DJ(j); sicer ostane položaj JP, J(j), kot je bil prvotno
določen [10]:
J(j) =


J(j) − 8 ms : če (DJ(j) −DJ < −8 ms)
J(j) + 8 ms : če (DJ(j) −DJ > 8 ms)
J(j) : sicer.
(6)
To zagotavlja robustnost procedure in obenem omogoča
sledenje počasnim spremembam položajev JP.
Na podlagi položaja JP, J(j), in srčne frekvence se
določi točka merjenja nivoja segmenta ST, S(j), sledeč
[7]:
S(j)=


J(j) + 80 ms : če HR(j) < 100
J(j) + 72 ms : če 100≤HR(j) < 110
J(j) + 64 ms : če 110≤HR(j) < 120
J(j) + 60 ms : če 120≤HR(j),
(7)
kjer HR(j) označuje srčno frekvenco pri j-tem srčnem
utripu, merjenem v utripih na minuto [unm]. Z uporabo
položajev IRP in točke merjenja nivoja segmenta ST,
ALGORITEM ZA OCENJEVANJE PREHODNEGA NIVOJA SEGMENTA ST MED SPREMLJANJEM 24-URNIH... 131
0
(a)
Heart rate
40
80
120
160
Lead 0
0
(b)
ST Level
Annotators
-100
-50
50
100
0
(c)
ST Level
Algorithm
-100
-50
50
100
Lead 1
0
(d)
ST Level
Annotators
-100
-50
50
100
0
(e)
ST Level
Algorithm
-100
-50
50
100
Annotations
Annotators
(f)
Time
[h:m:s] 11:00:00 11:30:00 12:00:00 12:30:00 13:00:00 13:30:00 14:00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:00 16:30:00
Record: s20041
Slika 2: Šest urni segment funkcij nivoja segmenta ST posnetka s20041 (glej tudi slike 3, 4 in 5, posnetek številka 4) baze
LTST DB, ki se začenja 11 ur po začetku snemanja. Legenda: (a) srčni utrip [unm]; (b) in (d) funkciji nivoja segmenta ST za
odvod 0 oziroma 1, zgrajeni z uporabo ročno določenih položajev (glej besedilo) [µV]; (c) in (e) funkciji nivoja segmenta ST
za odvod 0 oziroma 1, zgrajeni avtomatsko s strani razvitega algoritma [µV]; (f) prehodne ishemične epizode segmenta ST za
odvod 0 in 1, združene v smislu logične funkcije ALI (majhni pravokotniki pod črto) ter premiki osi za odvod 0 in 1 (majhne
navpične črte pod črto), kot so jih označili strokovnjaki označevalci baze LTST DB. Povprečne napake (odvod 0 oziroma 1 s
standardnimi deviacijami) za položaje IRP so bile: 1.42 ± 3.74 ms in 1.33 ± 4.54 ms; za položaje JP so bile: -1.52 ± 6.23 ms
in -0.83 ± 7.12 ms; in za amplitude vzorcev zgrajenih funkcij nivoja segmenta ST so bile: 3.08 ± 8.53 µV in 4.43 ± 11.00
µV.
S(j), v povprečnih srčnih utripih, za dani odvod, algo-
ritem nato zgradi funkcijo nivoja segmenta ST, s(i, j),
kot:
s(i, j) = a(i, j) − z(i, j), (8)
kjer je a(i, j) amplituda signala v točki merjenja nivoja
segmenta ST, S(j), z(i, j) pa je amplituda signala v
položaju IRP, I(i, j). Obe amplitudi, a(i, j) in z(i, j),
se določita kot srednja vrednost amplitud v 20 ms okolici
S(j) in I(i, j).
Optimizacija algoritma je obsegala določitev optimal-
nih vrednosti za naslednje arhitekturne parametre: TQ,
TQl , TP−Q, TP−Qw , TS , TJ , in KJ . Vrednosti so bile
prvotno ocenjene empirično na podlagi strokovnega zna-
nja o obliki in trajanju intervalov srčnega utripa EKG.
Za vsako kombinacijo sprejemljivih vrednosti (TQ = 60
ms, TQl = 48 ms, TP−Q = 84, 88, 92, 96, 100, 104, 108
ms, TP−Qw = 148 ms, TS = 32 ms, TJ = 68, 80, 92
ms in KJ = 5, 10, 15, 20 µV) so bile dobljene funkcije
nivoja segmenta ST. Izračunane so bile celotne pov-
prečne napake med amplitudami vzorcev funkcij nivoja
segmenta ST dobljenih avtomatsko in tistih, dobljenih z
uporabo ročno določenih položajev IRP ter JP. Najboljši
rezultati v smislu najmanjše celotne povprečne napake
(0.69 µV) in brez izrazitih odstopajočih vzorcev v
funkcijah nivoja segmenta ST so bili dobljeni z uporabo
naslednjih vrednosti parametrov: TQ = 60 ms, TQl = 48
ms, TP−Q = 108 ms, TP−Qw = 148 ms, TS = 32 ms,
TJ = 68 ms, in KJ = 15 µV.
3 REZULTATI
Slika 2 prikazuje 6-urni segment funkcij nivoja segmenta
ST, dobljenih avtomatsko, in tistih, dobljenih z uporabo
ročno določenih položajev IRP ter JP. Prehodne ishe-
mične epizode segmenta ST so jasno vidne v funkcijah
nivoja segmenta ST kot izrazite spremembe amplitude
(glej tudi oznake epizod v sliki 2.f). Kot zaplet pa so
prisotni tudi premiki osi med prvima dvema epizodama
(glej oznake premikov osi v sliki 2.f) in počasno lezenje,
ki nastaja v obeh odvodih med posnetkom. Vizualni pre-
gled in primerjava funkcij nivoja segmenta ST, dobljenih
avtomatsko ter dobljenih z uporabo ročno določenih
položajev IRP in JP kažeta, da so si funkcije podobne,
brez očitnih izrazitih artefaktov.
Tabela 1 prikazuje celotne povprečne napake med
avtomatsko in ročno določenimi položaji IRP, med av-
tomatsko in ročno določenimi položaji JP in med am-
plitudami vzorcev funkcij nivoja segmenta ST, zgrajenih
avtomatsko ter z uporabo ročno določenih položajev IRP
in JP. (Položaji IRP in JP, kot so jih ročno določili
strokovnjaki označevalci baze LTST DB, so dostopni
uporabnikom baze LTST DB in so shranjeni v datotekah
*.16a podatkovne baze.) Celotna povprečna napaka med
avtomatsko in ročno določenimi položaji IRP za vseh
190 odvodov baze LTST DB je bila -3.15 ms (st. dev.
7.57 ms), celotna povprečna napaka med avtomatsko
in ročno določenimi položaji JP za vse odvode pa je
bila -3.22 ms (st. dev. 5.18 ms). Celotne povprečne
napake med avtomatsko in ročno določenimi položaji
132 SMRDEL
IRP JP ST segment level
L 0 -2.80 ± 7.55 ms -2.05 ± 5.06 ms 0.38 ± 9.17 µV
L 1 -3.59 ± 7.77 ms -3.84 ± 5.15 ms 1.60 ± 8.73 µV
L 2 -2.70 ± 6.70 ms -5.83 ± 5.90 ms -2.23 ± 8.27 µV
All -3.15 ± 7.57 ms -3.22 ± 5.18 ms 0.69 ± 8.89 µV
Tabela 1: Celotne povprečne napake s standardnimi deviaci-
jami med avtomatsko in ročno določenimi položaji IRP, JP
ter amplitudami vzorcev funkcij nivoja segmenta ST dobljenih
avtomatsko in z uporabo ročno določenih položajev IRP ter
JP, za odvode 0 (L 0), 1 (L 1) in 2 (L 2) ter za vse odvode
(All) baze LTST DB. Celotna dolžina posnetkov v bazi LTST
DB je 1991 h, 50 min in 49 sec, skupaj vsebujoč 7,831,024
normalnih in nešumnatih srčnih utripov.
IRP ter JP so bile relativno majhne (upoštevajoč da
je časovni korak med vzorci signala ∆T = 4 ms),
kar nakazuje dobre zmogljivosti algoritma v “resničnem
svetu”. Celotna povprečna napaka med amplitudami
vzorcev funkcij nivoja segmenta ST, dobljenih z uporabo
avtomatsko določenih položajev IRP in JP, ter tistih,
dobljenih z uporabo ročno določenih položajev, za vse
odvode baze LTST DB, obsegajoč 7,831,024 normalnih
in nešumnatih srčnih utripov, je bila 0.69 µV (st. dev.
8.89 µV) (glej tabelo 1). Kot prej je bila tudi tu napaka
relativno majhna (pod 1 µV), še zlasti če upoštevamo, da
je amplituda klinično pomembne spremembe segmenta
ST večja od 100 µV. Po drugi plati pa lahko vidimo, da
so bile standardne deviacije še kar visoke, kar pomeni,
da so vzorci funkcij nivoja segmenta ST, dobljeni z upo-
rabo avtomatsko določenih položajev IRP in JP, oscilirali
okoli vzorcev funkcij nivoja segmenta ST, dobljenih z
uporabo ročno določenih položajev.
Slika 3 prikazuje rezultate primerjave avtomatsko in
ročno določenih položajev IRP, medtem ko slika 4 prika-
zuje rezultate primerjave avtomatsko in ročno določenih
položajev JP, za vseh 190 odvodov baze LTST DB.
Povprečna napaka med avtomatsko in ročno določenimi
položaji IRP je bila v večini primerov pod 8 ms. V le
štirih odvodih je ta razlika presegla 20 ms: posnetek 59
(s20561) v odvodu 0 in posnetek 80 (s30751) v vseh treh
odvodih. Podobno je bila tudi povprečna napaka med
avtomatsko in ročno določenimi položaji JP v večini
primerov pod 8 ms. Vendar je bila v 14 odvodih napaka v
položajih JP več kot 20 ms: posnetek 5 (s20051) v obeh
odvodih, posnetek 24 (s20241) v odvodu 1, posnetek
35 (s20321) v obeh odvodih, posnetek 52 (s20491)
v odvodu 1, posnetek 53 (s20501) v obeh odvodih,
posnetek 75 (s30721) v vseh treh odvodih in posnetek
84 (s30781) v vseh treh odvodih. In v obeh odvodih
posnetka 35 (s20321) je napaka presegla 40 ms.
Slika 5 prikazuje rezultate primerjave med ampli-
tudami vzorcev funkcij nivoja segmenta ST, dobljenih
avtomatsko in dobljenih z uporabo ročno določenih
položajev IRP ter JP, za vseh 190 odvodov baze LTST
DB. Povprečna napaka je bila majhna in je bila pod
10 µV za večino odvodov. Le v petih odvodih je
povprečna napaka presegla 25 µV: posnetek 24 (s20241)
v odvodu 1, posnetek 34 (s20311) v odvodu 1, posnetek
35 (s20321) v odvodu 0 in posnetek 53 (s20501) v obeh
odvodih. Noben izmed posnetkov z veliko povprečno
napako v položajih IRP ni imel velike povprečne napake
v amplitudi, a v štirih izmed petih odvodov z veliko
povprečno napako v amplitudi so se avtomatsko in ročno
določeni položaji JP znatno razlikovali.
Slika 6 prikazuje 6-urni segment funkcij nivoja se-
gmenta ST, zgrajenih avtomatsko in ročno za posnetek
s20501 (posnetek številka 53) baze LTST DB, ki je
najslabši primer v oceni nivoja segmenta ST med po-
snetki baze LTST DB. Povprečna napaka med vzorci
funkcij nivoja segmenta ST, dobljenih avtomatsko in z
uporabo ročno določenih položajev IRP ter JP, je bila
za ta posnetek največja. Avtomatsko dobljene funkcije
nivoja segmenta ST so dejansko podobne dobljenim z
uporabo ročno določenih položajev IRP in JP, čeprav je
amplituda vzorcev avtomatsko dobljenih funkcij nivoja
segmenta ST konstantno previsoka, a nikoli za več kot
100 µV. Poleg tega pa je po času 13:30:00 amplitu-
dna sprememba po premiku osi v avtomatsko dobljeni
funkciji nivoja segmenta ST premajhna. To je najbolj
očitno približno od 13:30:00 v odvodu 0 in od 14:45:00
v odvodu 1, do približno 15:30:00 v obeh odvodih.
Povprečna napaka za ta posnetek je velika, a še vedno
ne povzroči klinično pomembnih artefaktov. Klinično
pomembna sprememba nivoja segmenta ST je namreč
100 µV. Napaka v ocenjevanju nivoja segmenta ST za ta
posnetek je nastala zaradi napačno določenih položajev
kolena J (glej sliko 4, posnetek številka 53).
4 RAZPRAVA IN SKLEPI
Avtomatsko določeni položaji IRP so ponavadi pos-
tavljeni bolj stran od referenčne točke kot tisti, postav-
ljeni ročno, saj je procedura sposobna razlikovati med
majhnimi razlikami v “ravnosti”, ki jih strokovnjak
lahko spregleda. Te razlike v položajih IRP ne pov-
zročijo izrazitih napak v funkcijah nivoja segmenta ST.
Avtomatsko določeni položaji JP so ponavadi postavljeni
bliže referenčni točki kot tisti, ki so postavljeni ročno.
Popravek bi bilo mogoče doseči z ojačitvijo pogoja
za določanje, kdaj se začne signal ravnati. Na splošno
bi to povzročilo odkrivanje položajev JP bolj stran od
referenčne točke, a bi bil v nekaterih primerih pogoj
preveč strog, JP ne bi bil odkrit, zato bi bil postavljen
privzeti položaj, to pa bi pripeljalo do večje napake.
Za nekatere izmed posnetkov baze LTST DB so
strokovnjaki označevalci postavili enotne položaje IRP
za vsak srčni utrip v vseh odvodih. Ti posnetki so
bili: s20231, s20251, s20272, s20391, s20411 in od
s20581 do s30801. Postavili so tudi enotne položaje JP
v posnetkih od s20581 do s30801. V vseh preostalih
posnetkih pa so postavili položaje IRP in/ali JP v vsakem
odvodu posebej. Razviti algoritem postavi položaj IRP v
ALGORITEM ZA OCENJEVANJE PREHODNEGA NIVOJA SEGMENTA ST MED SPREMLJANJEM 24-URNIH... 133
-40
-20
0
20
40
A
v
e
r
a
g
e
e
r
r
o
r
[
m
s]
L
e
a
d
0
-40
-20
0
20
40
A
v
e
r
a
g
e
e
r
r
o
r
[
m
s]
L
e
a
d
1
-40
-20
0
20
40
0  5  10  15  20  25  30  35  40  45  50  55  60  65  70  75  80  85
A
v
e
r
a
g
e
e
r
r
o
r
[
m
s]
L
e
a
d
2
Record number
Slika 3: Rezultati primerjave med avtomatsko in ročno določenimi položaji IRP za odvode 0 (zgoraj), 1 (sredina) in 2 (spodaj)
baze LTST DB. Prikazane so povprečne napake s standardnimi deviacijami.
-40
-20
0
20
40
A
v
e
r
a
g
e
e
r
r
o
r
[
m
s]
L
e
a
d
0
-40
-20
0
20
40
A
v
e
r
a
g
e
e
r
r
o
r
[
m
s]
L
e
a
d
1
-40
-20
0
20
40
0  5  10  15  20  25  30  35  40  45  50  55  60  65  70  75  80  85
A
v
e
r
a
g
e
e
r
r
o
r
[
m
s]
L
e
a
d
2
Record number
Slika 4: Rezultati primerjave med avtomatsko in ročno določenimi položaji JP za odvode 0 (zgoraj), 1 (sredina) in 2 (spodaj)
baze LTST DB. Prikazane so povprečne napake s standardnimi deviacijami.
vsakem utripu v vsakem odvodu posebej, razen tedaj, ko
so “ravni” intervali v različnih odvodih zelo narazen. V
takih primerih algoritem obravnava položaje kot napačno
določene in postavi robustno enoten položaj IRP za
vse odvode. Poleg tega algoritem vedno postavi enoten
položaj JP za vse odvode v srčnih utripih.
Povprečna napaka med amplitudami vzorcev funkcij
nivoja segmenta ST, dobljenih avtomatsko, in tistih,
dobljenih z uporabo ročno določenih položajev IRP ter
JP, je bila majhna. Nekateri odvodi so imeli kar veliko
povprečno napako. Vendar sta vizualni pregled in pri-
merjava avtomatsko dobljenih funkcij nivoja segmenta
ST ter tistih, dobljenih z uporabo ročno določenih po-
ložajev IRP in JP, pokazala, da to ni vodilo v izrazite
artefakte, kar še vedno ohranja ta algoritem primeren za
avtomatsko gradnjo funkcij nivoja segmenta ST.
Primerjava zmogljivosti razvitega algoritma z drugimi
algoritmi ni mogoča, saj ni objavljenih rezultatov vre-
dnotenja drugih takih algoritmov. Številni drugi algo-
ritmi sicer gradijo funkcije nivoja segmenta ST, vendar
134 SMRDEL
-40
-20
0
20
40
A
v
e
r
a
g
e
e
r
r
o
r
[
u
V
]
L
e
a
d
0
-40
-20
0
20
40
A
v
e
r
a
g
e
e
r
r
o
r
[
u
V
]
L
e
a
d
1
-40
-20
0
20
40
0  5  10  15  20  25  30  35  40  45  50  55  60  65  70  75  80  85
A
v
e
r
a
g
e
e
r
r
o
r
[
u
V
]
L
e
a
d
2
Record number
Slika 5: Rezultati primerjave amplitud vzorcev funkcij nivoja segmenta ST zgrajenih na podlagi avtomatsko določenih položajev
IRP in JP ter tistih, dobljenih na podlagi ročno določenih položajev, za odvode 0 (zgoraj), 1 (sredina) in 2 (spodaj) baze LTST
DB. Prikazane so povprečne napake s standardnimi deviacijami.
0
(a)
Heart rate
40
80
120
160
Lead 0
0
(b)
ST Level
Annotators
-100
-50
50
100
0
(c)
ST Level
Algorithm
-100
-50
50
100
Lead 1
0
(d)
ST Level
Annotators
-100
-50
50
100
0
(e)
ST Level
Algorithm
-100
-50
50
100
Annotations
Annotators
(f)
Time
[h:m:s] 12:00:00 12:30:00 13:00:00 13:30:00 14:00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:00 16:30:00 17:00:00 17:30:00
Record: s20501
Slika 6: Šest-urni segment funkcij nivoja segmenta ST posnetka s20501 (glej tudi Sl. 3, 4 in 5, posnetek številka 53) baze LTST
DB, ki se začenja 12 ur po začetku snemanja. Legenda: (a) srčni utrip [unm]; (b) in (d) funkciji nivoja segmenta ST za odvod
0 oziroma 1, zgrajenih z uporabo ročno določenih položajev (glej besedilo) [µV]; (c) in (e) funkciji nivoja segmenta ST za
odvod 0 oziroma 1, zgrajenih avtomatsko s strani razvitega algoritma [µV]; (f) premiki osi za odvod 0 in 1 (majhne navpične
črte pod črto), kot so bili označeni s strani ekspertov označevalcev baze LTST DB. Povprečne napake (odvod 0 oziroma 1, s
standardnimi deviacijami) za položaje IRP so bile: 2.85 ± 4.41 ms in -8.05 ± 5.38 ms; za položaje JP so bile: -24.30 ± 11.91
ms in -36.69 ± 12.03 ms; in za amplitude vzorcev zgrajenih funkcij nivoja segmenta ST so bile: 45.74 ± 44.03 µV in 50.33
± 40.37 µV.
ali sploh ne iščejo položajev JP ali pa ne poročajo o
zmogljivosti odkrivanja položajev JP. Prav tako še noben
drug algoritem ni bil ocenjen glede na zmogljivosti
odkrivanja položajev IRP. Podatkovna baza LTST DB
omogoča oceno zmogljivosti algoritmov za iskanje po-
ložajev IRP in JP, saj vsebuje ročno postavljene oznake
položajev izoelektričnega nivoja in kolena J, vendar
do zdaj še niso bile ocenjene zmogljivosti nobenega
drugega tovrstnega algoritma. Veliko algoritmov za od-
krivanje prehodne ishemije išče položaje IRP in nekateri
celo položaje JP, vendar niso bili objavljeni še nobeni
rezultati. Določitev položajev JP v vseh posnetkih EKG
ALGORITEM ZA OCENJEVANJE PREHODNEGA NIVOJA SEGMENTA ST MED SPREMLJANJEM 24-URNIH... 135
je zelo težavna. Zato ne obstajajo rezultati zmogljivosti
takšnih algoritmov. Razviti algoritem je dober, saj zna
poiskati JP v vseh posnetkih baze LTST DB in je
do zdaj edini algoritem, katerega zmogljivosti so bile
vrednotene na 24-urnih posnetkih. Drugi algoritmi, ki
uporabljajo bazo LTST DB, odkrivajo prehodne epizode
segmenta ST, klasificirajo med prehodnimi epizodami
segmenta ST in neishemičnimi dogodki ter klasificirajo
prehodne epizode segmenta ST na ishemične epizode in
na epizode zaradi spremenjene srčne frekvence, nihče
pa še ni ocenil natančnosti določitve položaja IRP in JP
ter natančnosti določitve nivoja segmenta ST glede na
ročno določene oznake, ki so dostopne v bazi LTST DB.
Za konec, razvit je bil preprost, natančen in učinkovit
algoritem za avtomatsko iskanje položajev IRP ter JP,
oceno nivoja segmenta ST in gradnjo funkcij nivoja se-
gmenta ST. Algoritem deluje dobro v 24-urnih posnetkih
baze LTST DB in tako dovoljuje zanesljivo odkrivanje
prehodnih epizod segmenta ST.