心电微伏级T波交替检测技术的研究

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目前心血管疾病成为世界上发病率和死亡率最高的疾病之一,引起人类的高度重视。T波电交替(T-wave Alternans, TWA)是指在规则心律时,体表心电图上T波振幅、形态甚至极性逐搏交替的心电变异现象。最近30年的研究表明,TWA是预测恶性心律失常与心脏性猝死独立的,具有统计学意义的指标。显性TWA一旦出现,病人很快发展为室颤和猝死,预测价值不高。微伏级TWA(Microvolt T-waveAlternans, MTWA)肉眼不可辨,表现为微伏级的电压幅值差异,需经特殊心电信号处理技术才能发现。通过数字信号处理技术检测MTWA对预防恶性心律失常、避免猝死具有重要意义。本文以TWA检测算法研究为重点,主要研究内容如下:(1)心电信号的预处理。首先通过简单整系数50Hz陷波器、线性相位FIR数字滤波器、结合小波分解与重构理论和改进的阈值算法去除工频及其谐波干扰、基线漂移、肌电干扰等心电噪声;然后使用定位准确,计算简便的二阶微分Marr小波,应用多孔算法对ECG中QRS波群进行标定,最后在S波峰后一定范围内搜索极大值得到T波峰,为心电信号的后续研究打好基础。(2)TWA检测算法研究。首先,我们采用改进T波窗口法,选取连续的128个T波段,以T波波峰对齐,对每个T波同步7点采样,构成T波矩阵和T波采样点序列。其次,采用谱分析法检测TWA。通过快速傅立叶变换,将T波交替幅值变化转化成功率谱,叠加平均后计算TWA平均幅值Vtwa,作为检测标准。最后,采用散点图法检测TWA。对T波采样点序列一次差分后作出T波交替散点图,分析散点图外部形态与T波交替的关系,研究出有效的“横向搜索法”对散点图进行边缘提取,进而在散点图“边缘”上定义短轴、长轴和短长轴之比三个定量参数,并将短长轴之比作为定量检测指标Axial_ratio,找出合适阈值判断T波交替的存在与否。(3)仿真分析。通过人工合成已知心电参数的模拟TWA心电信号,对不同T波形态、T波交替幅值和信噪比的心电信号进行算法仿真分析,得出不同情况下算法的灵敏度,准确性,特异性和预测度等,客观评估检测算法的整体性能。另外,通过对权威数据库临床数据的仿真实验,对两种方法的检测结果进行分析,验证本文散点图法检测TWA的可行性和有效性。总体来看,散点图法不仅直观而且计算简单,由于是差值作图,抗干扰性较强,对信号没有高质量要求,不仅可以测得相邻T波交替幅值,而且包含时域信息,是一种新的可行的检测方法。但是国内外关于散点图法检测TWA的研究比较少,需要更多的数据分析来完善算法,其应用前景也有待于进一步临床测验。
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