基于體表心電圖的心房顫動(dòng)特征提取及臨床輔助診斷研究.pdf

1、心房顫動(dòng)(房顫)是最常見的心律失常，也是目前心律失常領(lǐng)域最難攻克的心臟疾病之一。我國(guó)是世界上房顫患者最多的國(guó)家，隨著人們生活水平的提高和人口老齡化，其發(fā)病率正呈逐年上升的趨勢(shì)，并將成為21世紀(jì)我國(guó)新興的主流心血管疾病。盡管房顫不象室顫一樣會(huì)直接引起患者的死亡，但房顫時(shí)快速的心室率可引起血流動(dòng)力學(xué)惡化，導(dǎo)致心功能損害和惡性室性心律失常，尤其是合并血栓將大大增加患者發(fā)生腦卒中的危險(xiǎn)。目前，由于找不到跟蹤房顫的狀態(tài)變化和治療效果的有效測(cè)試方法

2、，房顫的治理基本上都是基于臨床試錯(cuò)法，導(dǎo)致治療效率的下降。 體表心電圖(SurfaceECG)由于其無(wú)損、簡(jiǎn)單易行和重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，一直在有關(guān)心臟功能疾病的診斷和研究中發(fā)揮著獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)和重要作用。房顫患者的體表心電中包含反映患者心房活動(dòng)的信號(hào)，即心房顫動(dòng)波(f波)，其蘊(yùn)含著豐富的有關(guān)患者心房特征結(jié)構(gòu)及病理生理狀況的信息，在臨床上有很大的應(yīng)用潛力。因此，本文通過利用現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)對(duì)房顫患者的體表心電圖進(jìn)行分析和處理，希望能夠提取

3、出反映心房活動(dòng)的有效特征，從而為房顫的診斷和治療提供一種較先進(jìn)的無(wú)損方法，并為醫(yī)生制定個(gè)性化的治療策略提供引導(dǎo)。 本文研究的主要內(nèi)容有：消除體表心電圖中的QRST波成分，從而提取出反映心房活動(dòng)的那部分信號(hào)，是分析房顫波形特征的前提和基礎(chǔ)。因此，本文針對(duì)不同方式下記錄的ECG信號(hào)，提出了兩種不同的QRST波消除技術(shù)，即基于獨(dú)立分量分析(ICA)和主分量分析(PCA)方法的房顫信號(hào)提取技術(shù)。ICA方法是一種主要利用信號(hào)源的空間信息來(lái)

4、實(shí)現(xiàn)多分量信號(hào)分離的盲源分析技術(shù)，適合于處理多導(dǎo)聯(lián)(通常是十二導(dǎo)聯(lián))ECG記錄下的持續(xù)性房顫情形。PCA方法則利用了同一記錄中不同心搏間心臟活動(dòng)信息存在高度相關(guān)的特征，適合于處理單通道記錄下的陣發(fā)性房顫情形。消除方法的準(zhǔn)確性將直接影響后續(xù)特征提取的有效性，這兩種方法為后續(xù)的工作打下了良好的基礎(chǔ)。 在特征提取階段，本文主要分析了兩個(gè)最重要的反映房顫?rùn)C(jī)制特征的標(biāo)志量，即主譜峰頻率和瞬時(shí)頻率，并較詳細(xì)地討論了各自的生理基礎(chǔ)和臨床意義。

5、在比較了目前常用的功率譜估計(jì)和時(shí)頻分析技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，首次提出把Hilbert-Huang變換方法用于房顫信號(hào)的主譜峰頻率和相關(guān)參數(shù)估計(jì)。另外，通過結(jié)合Gabor展開和二次Wigner時(shí)頻分布各自的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種新的時(shí)頻分析方法：線性及二次混合時(shí)頻分布(HTFR)，并用來(lái)求取反映房顫瞬時(shí)特征變化的標(biāo)志：瞬時(shí)頻率及其相關(guān)參數(shù)。 最后，以前面的研究結(jié)果為基礎(chǔ)，在臨床應(yīng)用開展方面，對(duì)陣發(fā)性房顫的自發(fā)終止預(yù)測(cè)作了比較細(xì)致的研究。陣

6、發(fā)性房顫的自行終止往往是患者發(fā)展成持續(xù)性房顫的先兆，事先預(yù)測(cè)可以幫助臨床醫(yī)生及時(shí)采取措施提前終止房顫，從而減少轉(zhuǎn)變成持續(xù)性房顫的可能性。由于少量的臨床樣本和患者的個(gè)體差異，首次把支持向量機(jī)引入自發(fā)性終止和非自動(dòng)終止型房顫，及立即終止型和一分鐘后終止型房顫的預(yù)測(cè)分類研究，并探討了達(dá)到最優(yōu)分類效果和最高的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的參數(shù)優(yōu)化問題、特征量選擇問題以及相關(guān)的應(yīng)對(duì)策略。 通過較多的實(shí)驗(yàn)仿真和臨床數(shù)據(jù)測(cè)試分析的結(jié)果表明，本文所研究的方法不僅