Обработка и анализ на биомедицински сигнали и данни

Ръководител на секцията

проф. д-р Весела Кръстева

  • Email: vessika@biomed.bas.bg
  • Телефон: 02 979 3631
  • Адрес: ул. “Акад. Г. Бончев”, блок 105, стая 201
    София 1113, България

Състав на секцията

Основни научни направления

  • Разработен е комплексен подход за отвеждане, обработка, анализ и визуализация на ЕКГ сигнали, включващ компактни усилвателни структури за синхронен запис на 12-те стандартни отвеждания и цифрови процедури за пълно отстраняване на мрежови смущения без да се засяга ЕКГ спектър, потискане на дрейф и тремор. Разработени бяха алгоритми за детекция на границите на ЕКГ вълни, измерване на време-амплитудни параметри и диагностична класификация.
  • Използвани са подобрени методи за анализ на вариабилитета на сърдечния ритъм с по-висока точност и разширена спектрална област. Методите са приложени за ранна диагностика на автономната невропатия при болни от диабет деца, за разпознаване на лека хипертония, за изследване на реактивността на вегетативната система и др.
  • Изследван и внедрен е метод за прилагането на кратка серия от бифазни импулси при електрохемотерапия, позволяващ по-ефикасно и по-лесно поносимо лечение на злокачествени кожни тумори.
  • Изследвани са ефикасни и щадящи дефибрилационни импулси – бифазни, с автоматично регулиране на параметрите на накъсани модулирани импулси според трансторакалното съпротивление на пациента. Формата им беше оптимизирана с помощта на модели на торакса, трансмембранния потенциал на сърдечните клетки и редица клинични експерименти. Импулсите бяха внедрени в нови серии дефибрилатори.
  • Измерени са значителен брой морфологични показатели на сърдечни контракции в международно признати и анотирани бази данни. Измерванията са използвани за автоматична класификация на сърдечните контракции при анализ на аритмии. Класификацията се извършва с невронни мрежи, дискриминантен анализ, най-близките K-съседи и др.
  • Създадени са методи за автоматично разпознаване на сърдечните контракции в ЕКГ. Детекцията се извършва в един или произволен брой отвеждания. Статистическите показатели са по-високи от, или съизмерими с, известните в научната литература.
  • Синтезиран е обобщен индекс на сърдечен риск в спешната несърдечна хирургия по данни за исхемия от ЕКГ.
  • Въз основа на прецизно автоматично измерване на времеви интервали в електрокардиограмата е разработен метод за анализ на важен изчислим електрокардиографски показател (QT дисперсия). Резултатите от прилагане на метода в кардиохирургията показват, че достоверното намаляване на QT дисперсията след направен байпас е признак за подобряване на камерната реполяризация след операцията. При съвместни изследвания с кардиолози е установена отрицателна корелация между QT дисперсията и реактивността на брахиалната артерия при пациенти с ангина пекторис, миокардна исхемия и с ангиографски доказано заболяване на коронарната артерия.

Изследователски проекти

Текущи проекти

  1. КП-06-Н42-3/27.11.2020 г. Компютърно подпомагане на решенията за диагностика на сърдечни аритмии чрез машинно обучение и дълбоки невронни мрежи
    Фонд „Научни изследвания“ по Конкурс за финансиране на фундаментални научни изследвания – 2020 г., научна област: „Математически науки и информатика“
    Ръководител: проф. Весела Кръстева
  2. Методи и алгоритми за регистриране, обработка, анализ и класификация на биомедицински данни, сигнали и образи и реализацията им в електронна клинична и животоспасяваща апаратура
    Съвместен проект с Schiller AG, Баар, Швейцария, от 2006.

Приключили проекти

  1. Приложимост на биоелектричната активност на сърцето за персонална верификация/идентификация,
    № Т02/11, Фонд „Научни изследвания“, 2015-2018
    Ръководител: проф. Ирена Жекова
  2. Изследване на ефективността на рискови маркери в ЕКГ при различни популации,
    Съвместен изследователски проект между БАН и Италианската академия на науките, Национален съвет за научни изследвания (ISIB-CNR), Падова, Италия, 2016-2018, ЕБР
    Ръководител проф. И. Христов
  3. Оценка на влиянието на неинвазивната вентилаторна терапия върху невро-вегетативния статус при пациенти със синдром на обструктивна сънна апнея посредством 16-канален апаратно-програмен комплекс за високочестна електрокардиография и дихателен сигнал
    Споразумение за сътрудничество между БАН и Schiller AG, Швейцария, 2013-2014.
    Ръководител: проф. Михаил Матвеев
  4. Проектиране и разработка на 16-канален електрокардиографски симулатор за директно възпроизвеждане на стандартизирани бази данни
    Споразумение за сътрудничество между БАН и Schiller AG, Швейцария, 2013-2014.
    Ръководител: доц. Татяна Добрева
  5. 16-канална система за отвеждане и запис на стандартни и ортогонални електрокардиографски отвеждания и дихателен сигнал с висока резолюция
    Споразумение за сътрудничество между БАН и Schiller AG, Швейцария, 2012-2013.
    Ръководител: проф. Михаил Матвеев
  6. Разработване на автоматизирана система за контрол на качеството при регистриране на диагностично-полезна 12-канална електрокардиограма
    Споразумение за сътрудничество между БАН и Schiller AG, Швейцария, 2012-2013.
    Ръководители: доц. Ирена Жекова, доц. Весела Кръстева
  7. Промени на QRS комплекса и Т вълната на пациента в зависимост от натоварването по време на стрес тест ECG (задача от рамков договор Анализ на цифрови
    електрокардиографски данни)
    Споразумение за сътрудничество с CNR – Italy, St George’s University of London, UК, 2010-2015, ЕБР
    Ръководител от ИБФБМИ: проф. Ивайло Христов
  8. Анализ на цифрови електрокардиографски данни
    Съвместен проект с Университет “St George”, Лондон и Институт по биомедицинско инженерство – Италиански национален съвет за научни изследвания (ISIB-CNR), 2010-2015, ЕБР
  9. Система за компютърно подпомагане на решенията за отвикване от апаратна вентилация при зависими от респиратора критично болни
    Фонд “Научни изследвания”, 2010-2013.
  10. Откриване и анализ на миниатюрни периодични промени на QRS комплекса и Т вълната в електрокардиографски сигнали
    Съвместен проект с Институт по биомедицинско инженерство – Италиански национален съвет за научни изследвания (ISIB-CNR), 2010-2012, ЕБР
  11. Роля на физическото развитие и пубертетното съзряване върху сърдечно-съдовата автономна инервация при здрави деца и млади хора
    Медицински университет – София, Съвет по медицинска наука, 2010-2011.
  12. Определяне на енергиите на поредица електрични импулси, осигуряваща успешна дефибрилация при минимално натоварване на пациента
    №ДО-02-170, Фонд “Научни изследвания”, 2009-2011.
  13. Изследване и разработване на високоволтови генератори за външна дефибрилация
    № DOCF01/101, Фонд “Научни изследвания”, 2009-2011.
  14. Работен еталон за проверка на цифрови електрокардиографи
    Конкурс за обществена поръчка, Български институт по метрология, 2008-2009.
  15. Реполяризационна фаза в електрокардиографията: Анализ на морфологията на Т-вълната и на QT дисперсията в компютъризирани електрокардиографски записи
    Съвместен проект с Институт по биомедицинско инженерство – Италиански национален съвет за научни изследвания (ISIB-CNR), 2007-2009, ЕБР
  16. Анализ на аритмия посредством автоматична класификация на сърдечни удари в електрокардиографски сигнали
    Съвместен проект с Международен център за обработка на данни, Тампере, Финландска академия, 2005-2007.
  17. Автоматично разпознаване на формата на QRS комплекса в електрокардиографски сигнали за целите на ритъмен анализ.Изследване на реполяризационната фаза в електрокардиографски сигнали
    Съвместно с Институт по биомедицинско инженерство – Италиански национален съвет за научни изследвания (ISIB-CNR), 2004-2006, ЕБР
  18. Обезшумяване на електрокардиографски сигнали от повърхността на тялото за извличане на сърдечни микропотенциали
    Съвместно с Международен център за обработка на данни, Тампере, Финландска академия, 2003-2005.

Международно сътрудничество

  • Institute of Biomedical Technology, Патра, Гърция
  • Schiller-Medical SA, Висамбур, Франция
  • Schiller AG, Баар, Швейцария
  • Tampere international center for signal processing, Тампере, Финландия
  • Institute of Biomedical Engineering, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Падуа, Италия
  • Cancer Institute “Regina Elena”, Рим, Италия
  • St George’s University of London, Лондон, Великобритания

Патенти

  • Cansell A., Daskalov I. (2003) Modulated defibrillation elementary pulse train. European patent 20010934083, Assignee: Schiller Medical (Fr)
  • Cansell A., Daskalov I. (2003) Impulses or a series of impulses for defibrillation and device to generate them. United States Patent 20030078622, Assignee: Schiller Medical (Fr)
  • Mudrov N., Daskalov I., Peicheva E., (2002) Method and instrumentation for electrochemotherapy, № 63712.

Награди

  • 2008 – Михаил Матвеев – Награда за високи научни постижения, Съюз на учените в България
  • 2008 – Михаил Матвеев – Награда за най-добро представяне на конференция Computers in Cardiology
  • 2008 – Ивайло Христов – 1во място на международен конкурс “Откриване и оценка на периодични изменения на Т-вълната” организиран от Physionet/Computers in Cardiology
  • 2007 – Весела Кръстева – Награда за високи научни постижения на млади учени, Съюз на учените в България
  • 2007 – Ирена Жекова – Награда за високи научни постижения на млади учени, Съюз на учените в България
  • 2006 – Ивайло Христов – 2ра награда в международен конкурс “Измерване на QT интервали” организиран от Physionet/Computers in Cardiology: Раздел 1: “Ръчни и полуавтоматични методи” и Раздел 3: “Напълно автоматизирани методи с предоставяне на кода на програмата”
  • 2006 – Весела Кръстева – Награда “Марин Дринов” за млади учени на БАН
  • 2006 – Весела Кръстева – Диплома за съществени научни приноси на Министерство на образованието и науката
  • 2005 – Съвместна награда на учени от секцията и от Schiller-Medical SAS, France, “L’Invention de Strasbourg” от Асоциацията на Изобретателите и Индустриалците във Франция за изделието “Easy port defibrillator”
  • 2005 – Иван Даскалов и Николай Мудров, диплома за изделие “Неинвазивен монитор за дихателна дейност“ от Българска Стопанска Камера

Провеждани обучения

  • Информационни технологии в медицината – Технически университет – София
  • Обработка и анализ на биомедицински сигнали – Технически университет – София
  • Обработка на медицински образи – Технически университет – София
  • Изкуствен интелект – Технически университет – София
  • Компютърна периферия – Технически университет – Варна
  • Цифров дизайн – Технически университет – Варна

Избрани публикации

  1. Bortolan G., I.I. Christov, W. Pedrycz. Hyperellipsoids for beat classification in electrocardiogram, chapter 10, pp. 219-236. In: ECG Signal Processing, Classification and Interpretation: A Comprehensive Framework of Computational Intelligence, Eds: Gacek A, Pedrycz W, Springer, 279 pages, 2011. ISBN 978-0-85729-867-6
  2. Krasteva V., I. Jekova, J.P. Didon. An audiovisual feedback device for compression depth, rate and complete chest recoil can improve the CPR performance of lay persons during self-training on a manikin, Physiological Measurement, 32, (6), 687-699, 2011, ISSN: 0967-3334.
  3. Kostov J., T. Mudrov, I. Dotsinsky, N. Mudrov. Comparison between two defibrillation waveforms. Journal of Medical Engineering & Technology, 35, 429-436, 2010, ISSN 0309-1902.
  4. Krasteva V., I. Jekova, I. Dotsinsky, J.P. Didon. Shock advisory system for heart rhythm analysis during cardiopulmonary resuscitation using a single ECG input of automated external defibrillators. Annals of Biomedical Engineering, 38, 1326-1336, 2010, ISSN: 0090-6964.
  5. Matveev M. Non-parametric Criterion for Estimation of the Sensitivity of Object’s Features to Influences of a Factor and its Application in Clinical Practice. pp. 569-572. In: V. Luzar-Stiffter, I. Jarec, Z. Bekic (Eds.), Information Technology Interfaces 2010, ISBN 978-953-7138-18-9.
  6. Didon J.P., I. Dotsinsky, I. Jekova, V. Krasteva. Detection of Shockable and Non-Shockable Rhythms in Presence of CPR Artifacts by Time-Frequency ECG Analysis., Comp. in Card., 36, 817-820, 2009, ISSN 0276-6547.
  7. Jekova I., V. Krasteva, S. Ménétré, T. Stoyanov, I. Christov, R. Fleischhackl, J-J. Schmid, J-P. Didon. Bench study of the accuracy of a commercial AED arrhythmia analysis algorithm in the presence of electromagnetic interference. Phys. Meas., 30, 695-705, 2009, ISSN 0967-3334.
  8. Didon J-P., G. Fontaine, R. White, I. Jekova, J.J. Schmid, A. Cansell. Clinical Experience with a Low Energy Pulsed Biphasic Waveform in Out-of-Hospital Cardiac Arrest. Resuscitation, 76, 350-353, 2008, ISSN 0300-9572.
  9. Dobrev D., T. Neycheva, N. Mudrov. Digital lock-in techniques for adaptive power-line interference extraction. Physiological Measurement, 29, 803-816, 2008, ISSN 0967-3334
  10. Dobrev D., T. Neycheva, N. Mudrov. Bootstrapped two-electrode biosignal amplifier. Medical and Biological Engineering and Computing, 46, (6), 613-619, 2008, ISSN 0140-0118.
  11. Dotsinsky I, G. Mihov. Tremor suppression in ECG. BioMedical Engineering OnLine 7, 29, 2008, ISSN: 1475-925X.
  12. Jekova I., G. Bortolan, I. Christov. Assessment and comparison of different methods for heartbeat classification. Medical Engineering & Physics, 30, 248-257, 2008, ISSN 1350-4533.
  13. Mihov G., I. Dotsinsky. Power-line interference elimination from ECG in case of non-multiplicity between the sampling rate and the power-line frequency. Biomed. Sign. Proc. Control 3, No 3, 334-340, 2008, ISSN: 1746-8094.
  14. Simova I., S. Denchev, I. Christov, M. Matveev, S. Dimitrov, L. Vladimirova, S. Kurtev. Flow mediated dilatation and QT interval dispersion in stable coronary artery disease patients according to the presence or absence of myocardial infarction. The Internet Journal of Cardiology, 5, (2), 2008, ISSN 1528-834X.
  15. Tabakov S., I. Iliev, V. Krasteva. Online digital filter and QRS detector applicable in low resource ECG monitoring systems. Annals of Biomedical Engineering, 36, 1805-1815, 2008, ISSN 0090-6964.
  16. Christov I., I. Simova. Q-onset and T-end delineation: Assessment of the performance of an automated method with the use of a reference database. Physiol. Meas., 28, 213-221, 2007, ISSN: 0967-3334.
  17. Denchev S., I. Simova, M. Matveev. Evaluation of the SCHILLER BR-102 plus noninvasive ambulatory blood pressure monitor according to the International Protocol introduced by the Working Group on Blood Pressure Monitoring of the European Society of Hypertension. Blood Pressure Monitoring, 12:5, 329-333, 2007, ISSN 1359-5237.
  18. Dotsinsky I. Atrial wave detection algorithm for discovery of some rhythm abnormalities. Physiol. Meas., 28, 595-610, 2007, ISSN: 0967-3334.
  19. Iliev I., V. Krasteva, S. Tabakov. Real-time detection of pathological cardiac events in the electrocardiogram, Physiol. Meas., 28, (3), 259-276, 2007, ISSN: 0967-3334.
  20. Jekova I. Shock advisory tool: Detection of life-threatening cardiac arrhythmias and shock success prediction by means of a common parameter set. Biomedical Signal Processing & Control, 2, 25-33, 2007, ISSN 1746-8094.
  21. Krasteva V., I. Jekova. QRS Template Matching for Recognition of Ventricular Ectopic Beats. Ann. Biomed. Eng., 35, (12), 2065-2076, 2007, ISSN 0090-6964.
  22. Christov, I., G. Gómez-Herrero, V. Krasteva, I. Jekova, A. Gotchev, K. Egiazarian. Comparative study of morphological and time-frequency ECG descriptors for heartbeat classification. Medical Engineering & Physics, 28, (9), 876-887, 2006, ISSN 1350-4533.
  23. Christov, I., I. Dotsinsky, I. Simova, R. Prokopova, E. Trendafilova, S. Naydenov. Dataset of manually measured QT intervals in the electrocardiogram. Biomedical Engineering Online, 5, 2006, ISSN 1475-925X.
  24. Krasteva, V., M. Matveev, N. Mudrov, R. Prokopova. Transthoracic impedance study with large self-adhesive electrodes in two conventional positions for defibrillation. Physiological Measurement, 10, (27), 1009-1022, 2006, ISSN: 0967-3334.
  25. Matveev, M., R. Prokopova, Ch. Nachev. Normal and Abnormal Circadian Characteristics in Heart Autonomic Control New Opportunities for Cardiac Risk Prevention. Nova Science Publishers, Inc., New York, USA, 2006, ISBN 1594549087:9781594549083.
  26. Krasteva, V., P-L. Kerkhof. On the optimal defibrillation waveform – how to reconcile theory and experiment. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 8, (53), 1725-1726, 2006, ISSN: 0018-9294.
  27. Christov I.I., G.L. Iliev. Public access defibrillation: Suppression of 16.7 Hz interference generated by the power supply of the railway systems. Biomedical Engineering Online, 4, 2005, ISSN 1475-925X.
  28. Christov I., I. Jekova, G. Bortolan. Premature ventricular contraction classification by the K-th nearest neighbours rule, Physiological measurements, 26, 123-130, 2005, ISSN: 0967-3334.
  29. Dotsinsky I. Suppression of AC railway power-line interference in ECG signals recorded by public access defibtillators. BioMed. Eng. OnLine, 4, 2005, ISSN 1475-925X.
  30. Dotsinsky I., T. Stoyanov. Power-line interference cancellation in ECG signals. Biomedical Instrumentation & Technology, 39, (2), 155-162, 2005, ISSN 0899-8205.
  31. Jekova I., V. Krasteva. Subtraction of 16.67 Hz railroad net interference from the electrocardiogram: Application for automatic external defibrillators, Physiol. Measurement, 26, pp. 987-1003, 2005, ISSN: 0967-3334.
  32. Krasteva V., I. Jekova. Assessment of ECG frequency and morphology parameters for automatic classification of life-threatening cardiac arrhythmias. Physiol. Measurement, 26, 707-723, 2005, ISSN: 0967-3334.
  33. Levkov Ch, G. Mihov, R. Ivanov, I. Daskalov, I. Christov, I. Dotsinsky. Removal of power-line interference from the ECG: a review of the subtraction procedure. Biomedical Engineering Online, 4, 2005, ISSN 1475-925X.