Signal Processing Methods for the Analysis of the Electrocardiogram

Das Elektrokardiogramm (EKG) zeichnet die elektrische Aktivität des Herzens auf der Brust- oberfläche auf. Dieses Signal kann einfach und kostengünstig aufgenommen werden und wird daher in einer Vielzahl von mobilen und stationären Anwendungen genutzt. Es ist über die letzten 100 Jahre zum Goldstandard bei der Diagnose vieler kardiologischer Krankheiten geworden. Herzerkrankungen bleiben ein relevantes Thema in unserer Gesellschaft, da sie zu 30 % aller Todesfälle weltweit führen. Allein die koronare Herzkrankheit ist die häufigste Todesursache überhaupt. Weiterhin sind 2 bis 3 % der Europäer von Herzrhythmusstörungen wie Vorhofflimmern und Vorhofflattern betroffen. Die damit verbundenen geschätzten Kosten in der Europäischen Union belaufen sich auf 26 Milliarden Euro pro Jahr. In allen diesen Fällen ist die Aufzeichnung des EKGs der erste unumgängliche Schritt für eine verlässliche Diagnose und erfolgreiche Therapie. Im Rahmen dieser Dissertation wurden eine Reihe von Algorithmen zur Signalver- arbeitung des EKG entwickelt, die automatisch die rhythmischen und morphologischen Eigenschaften aus dem EKG extrahieren und dadurch den diagnostischen Prozess und die Entscheidungsfindung des Arztes unterstützen. In einem ersten Projekt wurde das Phänomen der postextrasystolischen T-Wellen-Änderung (PEST) untersucht. Die aus der PEST ex- trahierten Biomarker haben wir als Prädiktoren für Herzversagen postuliert. Ein zweites Projekt handelte vom Entwurf eines akkuraten Algorithmus zur Detektion und Annotation der P-Welle im EKG. Als Referenz während der Entwicklung wurden intrakardial gemessene Signale verwendet. Eine dritte Untersuchg hatte das Ziel, das physiologische Phänomen der respiratorischen Sinusarrhythmie (RSA) besser zu verstehen. In diesem Projekt wurde ein Algorithmus zur Trennung der Herzratenvariabilität (HRV) in ihre atmungsabhängige und ihre atmungsunabhn ̈gige Komponente untersucht. Letzterer Anteil der HRV könnte neue Erkenntnisse über die Regulationsmechanismen des kardiovaskulären Systems liefern. In der vierten und letzten Studie wurde der Einfluss mentaler Belastung auf das EKG während der Autofahrt untersucht. Eine Vielzahl von Deskriptoren wurden gefunden, die eine gefährliche mentale Beanspruchung detektieren und somit den Fahrer vor einem möglichen Unfall schützen können. Wir schließen aus diesen Untersuchungen, dass gut entwickelte Methoden der Signalver- arbeitung des EKG das Potential haben, die Belastung der Patienten, die an Herzerkrankungen leiden, und die Anzahl der Verkehrsunfälle zu reduzieren

Effects of Irrigation Rate and Planting Density on Maize Yield and Water Use Efficiency in the Temperate Climate of Serbia

Scarce water resources severely limit maize (Zea mays L.) cultivation in the temperate regions of northern Serbia. A two-year field experiment was conducted to investigate the effects of irrigation and planting density on yield and water use efficiency in temperate climate under sprinkler irrigation. The experiment included five irrigation treatments (full irrigated treatment – FIT; 80% FIT, 60% FIT, 40% FIT, and rainfed) and three planting densities (PD1: 54,900 plants ha–1 ; PD2: 64,900 plants ha–1; PD3: 75,200 plants ha–1). There was increase in yield with the irrigation (1.05–80.00%) as compared to the rainfed crop. Results showed that decreasing irrigation rates resulted in a decrease in yield, crop water use efficiency (WUE), and irrigation water use efficiency (IWUE). Planting density had significant effects on yield, WUE, and IWUE which differed in both years. Increasing planting density gradually increased yield, WUE, and IWUE. For the pooled data, irrigation rate, planting density and their interaction was significant (P < 0.05). The highest two-year average yield, WUE, and IWUE were found for FIT-PD3 (14,612 kg ha–1), rainfed-PD2 (2.764 kg m–3), and 60% FITPD3 (2.356 kg m–3), respectively. The results revealed that irrigation is necessary for maize cultivation because rainfall is insufficient to meet the crop water needs. In addition, if water becomes a limiting factor, 80% FIT-PD3 with average yield loss of 15% would be the best agronomic practices for growing maize with a sprinkler irrigation system in a temperate climate of Serbia