سیگنال تابعی از یك یا چند متغیر مستقل است كه اطلاعاتی را در مورد یك پدیدة فیزیكی یا بیولوژیكی در بردارد. موجودات زنده از سلول گرفته تا ارگان‌های بدن، سیگنال‌هایی با منشاء بیولوژیكی تولید می كنند. این سیگنال‌ها به صورت الكتریكی، مكانیكی یا شیمیایی‌اند. سیگنال‌های الكتریكی نتیجة دپلاریزاسیون سلول‌های عصبی یا ماهیچة قلبی‌اند. صدای تولید شده توسط دریچه‌های قلب نمونه‌ای از سیگنال‌های مكانیكی است. این سیگنال‌های بیولوژیكی یا سیگنال‌های حیاتی برای تشخیص پزشكی و تحقیقات زیست-پزشكی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
سیگنال‌های حیاتی در سطح بدن وضعیت درونی و فعالیت الكتریكی بدن را منعكس می‌كنند. بنابراین با استفاده از اندازه‌گیری غیر تهاجمی اطلاعاتی درباره ارگان‌های داخلی فراهم می‌کند. الكتروكاردیوگرام توسط كاردیولوژیست‌ها برای اهداف تشخیصی استفاده می‌شود و اطلاعات كلیدی درباره فعالیت الكتریكی ECG[1] ارائه می‌دهد. بنابراین با نمایش دائمی این سیگنال می‌توان تغییرات فعالیت الکتریکی قلب را در طول زمان مشاهده نمود که این تغییرات،شامل اطلاعات بسیارکلیدی برای پزشکان می باشد]1[.
 

1-2- تعریف مسئله

قلب یکی از مهمترین اعضای بدن است که وظیفه پمپ کردن خون در سیستم قلبی عروقی را به عهده دارد. چنانچه عملکرد قلب از نظم طبیعی (ریتم) خود خارج شود، گردش خون به خوبی انجام نمی شود و این امر می‌تواند خطرهای جدی برای فرد به دنبال داشته باشد، از این رو تشخیص درست و به موقع آریتمی‌های قلبی از اهمیت به سزایی برخوردار است. یکی از راههای شناخته شده برای تشخیص به موقع این آریتمی‌ها بررسی فعالیت‌های الکتریکی قلب با استفاده از سیگنال‌های الکتروکاردیوگرافی یا به اختصار ECG، است. تغییرات معنی داری از ساختار قلب بیماران و ضربان‌های آن با استفاده از این سیگنال‌ها قابل تشخیص هستند‌]2[. در چندین سال اخیر،طبقه‌بندی خودکار سیگنال‌های الکتروکاردیوگرام توجه زیاد مهندسین پزشکی را به خود جلب کرده است. به واسطه این سیگنال‌ها یک متخصص قلب اطلاعاتی مفید درباره ریتم و عملکرد قلب خواهد داشت. بنابراین آنالیز آن نشان دهنده ی یک راه مؤثر برای شناسایی و درمان انواع بیماری‌های قلبی است]3[.
برای طراحی یك سیستم هوشمند تشخیص آریتمی‌های قلبی از روی سیگنال‌های الكتروكاردیوگرافی،لازم است ابتدا ویژگی های مناسبی از روی این سیگنال‌ها استخراج شود. با توجه به اینكه ضرایب موجك قادرند اطلاعات زمان-فركانس سیگنال را به طور توام توصیف كنند، یکی از انتخاب ها برای استخراج ویژگی از یك سیگنال الكتروكاردیوگرافی خواهد بود. در این راستا باید تعداد سطوح تجزیه و نوع موجك مشخص شوند. همچنین، نتایج تحقیقات قبلی نشان داده است كه برای استخراج ویژگی از سیگنال‌های الكتروكاردیوگرافی خانواده دابیچز و هار در مقایسه با سایر موجك‌ها بسیار مناسب‌تر هستند ]4[. تشخیص پزشك براساس اطلاعات زمانی و ریخت‌شناسی استخراج شده از سیگنال الكتروكاردیوگرافی است. در حالی كه گاهی اوقات تحلیل موجک بر روی سیگنال‌های قلبی به تنهایی برای طبقه‌بندی کافی نیست و به همین دلیل استفاده از دیگر ‌مشخصه‌های موجود در سیگنال‌های قلبی برای طبقه‌بندی بیماری‌های قلبی ضروری است. برای توصیف کامل‌تر سیگنال‌های الکتروکاردیوگرافی علاوه بر ویژگی‌های موجک از ویژگی‌های زمانی نیز استفاده می‌شود. ]4[.

1-3- ضرورت و اهمیت تحقیق

از آنجائی که ECG پزشک را قادر می­سازد تا فعالیت الکتریکی قلب را ثبت کند، می­توان به کمک آن بیماری‌های قلبی را تشخیص داد. برای از بین بردن خطای انسانی و همچنین استفاده از بانک­های اطلاعاتی موجود در تشخیص دقیق و سریع بیماری­ها، از آنالیز خودکار کامپیوتری استفاده می‌شود.. بنابراین در این پژوهش سعی در  تشخیص خودکار بیماری‌های قلبی شده که در آینده­ای قابل پیش­بینی سبب حذف اشتباهات انسانی در تشخیص بیماری­ها می‌شود. هدف از انجام این تحقیق ارائه یک روش مناسب برای تشخیص خودکار 5  بیماری‌ مهم قلبی، شامل نارسائی­های RBBB[2]،LBBB[3]   و  PVC[4] وAPC[5]  وP[6]  می‌باشد.

1-4- روش تحقیق

در این پژوهش ابتدا داده‌های مربوط به سیگنال ECG از پایگاه داده تهیه می‌شود و پیش پردازش آن‌ها جهت انتخاب سیگنال‌های مناسب و همچنین پنجره‌گذاری روی آنها انجام خواهد شد. سپس ویژگی های مناسبی استخراج و بر اساس این ویژگی‌ها عمل طبقه‌بندی انجام می‌شود. مراحل فوق با استفاده از نرم افزار متلب صورت خواهد گرفت.
 
 

1-5- تعریف مفاهیم

سیگنال الکتریکی قلب:

انتشار پتانسیل عمل در قلب، یک جریان ایجاد می‌کند. این جریان به نوبه خود تولید یک میدان الکتریکی می‌نماید که می‌تواند با استفاده از یک سیستم اندازه‌گیری ولتاژ تفاضلی به صورت خیلی ضعیف در سطح بدن بدست آید. سیگنال اندازه‌گیری شده به این طریق، هنگامی که به وسیله الکترودهایی در مکان‌های استاندارد گرفته شود، به عنوان الکتروکاردیوگرام یا به اختصار ECG شناخته میشود. سیگنال ECG معمولی، در رنج ±2mv است و برای ثبت آن نیاز به دستگاهی با پهنای باند 0.5 تا 15هرتز می‌باشد. به عبارت دیگر ECG یک نمایش گرافیکی از فعالیت قلب به صورت سیگنال الکتریکی است که در طول یک دوره زمانی ثبت شده است[5].
وجود فعالیت الكتریكی برای ایجاد ضربان در قلب ضروری است. خون‌رسانی كافی به بافت‌‌های بدن، مستلزم تعداد ضربان كافی قلب بوده و هم چنین باید زمان‌بندی و توالی انقباضات عضلانی قلب به دقت هماهنگ باشند. ضربان‌ساز طبیعی قلب، “گره سینوسی- دهلیزی SA ” است كه یك گروه میكروسكوپی از سلول‌های الكتریكی تخصص یافته قلبی می‌باشند و در بالای دهلیز  راست واقع شده‌اند. به دنبال ایجاد یك تحریك الكتریكی توسط “گره سینوسی– دهلیزی “، یك ضربان قلب ایجاد می‌شود. این تحریك از طریق مسیرهای اختصاصی به سلول‌های بافت عضلانی دیواره‌های قلب منتقل می‌شود. این تحریك ابتدا حفره‌های فوقانی قلب یعنی دهلیزها را منقبض می‌كند و خون را به داخل بطن‌ها  می‌راند. سپس تحریك به ناحیه دیگری از سلول‌های الكتریكی تحت عنوان “گره دهلیزی- بطنی “، كه در بالای بطن‌ها واقع شده است، منتقل می‌گردد. این گره به شكل یك ایستگاه تأخیری در مسیر تحریك عمل می‌كند و اجازه می‌دهد دهلیزها به طوركامل تخلیه شوند. پس از یك فاصله كوتاه زمانی، تحریك از طریق مسیرهای شاخه‌ای وارد بطن‌ها شده و منجر به‌انقباض آنها می‌گردد.
سیگنال ECG در طول هر سیکل کاری قلب، دارای منحنی مشخصه‌ای به صورت شکل 1-1 است.