專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微伏級(jí)t波交替的定量檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)方法，具體涉及一種微伏級(jí)T波交替的定量檢測(cè)方法。屬于生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
T波電交替(TWaveAlternans，TWA)是指 在規(guī)則的心律時(shí)，體表心電圖上T波振幅、形態(tài)甚至極性的逐搏交替變化現(xiàn)象。自1872年Traube首次發(fā)現(xiàn)電交替現(xiàn)象后，許多研究表明TWA與心肌缺血、冠狀動(dòng)脈病變、電解質(zhì)紊亂和長(zhǎng)QT綜合癥有關(guān)，最近30年的研究表明TffA是心肌電活動(dòng)不穩(wěn)定的標(biāo)志，是預(yù)測(cè)室性心律失常與心臟性猝死獨(dú)立的，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的指標(biāo)。與其它無(wú)創(chuàng)心電檢測(cè)方法比較，TWA在預(yù)測(cè)心律失常事故上具有較高的精確度，對(duì)提高惡性心律失常的防治水平、降低猝死率具有重要意義。目前，TWA檢測(cè)已成為心律失常研究熱點(diǎn)，通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)檢測(cè)體表心電圖上肉眼難以辨別的微伏級(jí)T波交替也成為臨床上一種無(wú)創(chuàng)評(píng)定發(fā)生惡性室性心律失常及猝死的技術(shù)。然而，體表心電圖上肉眼可分辨的TWA現(xiàn)象非常少。1981年Adam等首次報(bào)告了微伏級(jí)TWA (Microvolt T-wave Alternans, MTWA),發(fā)現(xiàn)貌似形態(tài)完全一致的T波之間可能存在微小差異，表現(xiàn)為微伏級(jí)的電壓幅值差異，并呈交替性變化。MTWA在體表心電圖上肉眼不可辨，需經(jīng)特殊心電信號(hào)處理技術(shù)才能發(fā)現(xiàn)。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有了多種檢測(cè)方法。根據(jù)TWA檢測(cè)統(tǒng)計(jì)方法不同，將TWA檢測(cè)分為短時(shí)傅里葉變換法、符號(hào)變換法和非線性法。龐加萊映射(Poincare map, PM)是非線性法的一種，利用散點(diǎn)圖適于描述周期性變化數(shù)據(jù)的特性，可以使T波交替中T波幅值逐拍變化的特點(diǎn)從形態(tài)上直觀表現(xiàn)出來(lái)。但是只從直觀形態(tài)上進(jìn)行分析沒(méi)有明確的判據(jù)且不利于臨床統(tǒng)計(jì)研究，為此我們需要探討散點(diǎn)圖外部形態(tài)與T波交替的關(guān)系，并進(jìn)一步研究散點(diǎn)圖中的有效定量指標(biāo)。文獻(xiàn)《利用Poincare散點(diǎn)圖法檢測(cè)t波交替的指標(biāo)研究》(李斐、趙捷等,現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，VOL. 12，NO. 14MAY2012)和《基于Poincare散點(diǎn)圖與譜分析法的T波交替檢測(cè)》(李斐，山東師范大學(xué)，2012年)主要采用“散點(diǎn)到直線x+y=0的距離均值”和“散點(diǎn)到直線x-y=0的距離均值與到直線x+y=0的距離均值的比值”作為定量指標(biāo)來(lái)進(jìn)行TWA檢測(cè)。該方法對(duì)所有T波采樣點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值處理，數(shù)據(jù)處理量大且受異常數(shù)據(jù)影響較大，因不同人心電幅值差別較大且同一心電信號(hào)中也存在很多異常心拍，都會(huì)導(dǎo)致誤檢，降低TWA檢測(cè)的準(zhǔn)確性。本發(fā)明從圖形處理角度，提取散點(diǎn)圖最有價(jià)值的目標(biāo)邊界信息，大量縮減待分析數(shù)據(jù)的同時(shí)剔除異常數(shù)據(jù)，提高TWA檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)《心率的Poincare散點(diǎn)圖量化指標(biāo)》(生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2000 :17(4)，P433-436)是以連續(xù)心搏的RR間距為坐標(biāo)作散點(diǎn)圖，用“龜爬行計(jì)數(shù)”法進(jìn)行圖形處理，定義了適用于描述散點(diǎn)圖形態(tài)與心率變異關(guān)系的四個(gè)指標(biāo)長(zhǎng)軸、短軸、面積和角度。但其圖形處理算法是基于散點(diǎn)的，指標(biāo)計(jì)算公式復(fù)雜，算法不適于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)和實(shí)時(shí)處理，且由于心率變異與T波交替的發(fā)生機(jī)制不同，是基于不同心臟非線性動(dòng)力學(xué)特征的，所以其散點(diǎn)圖作圖方式，散點(diǎn)圖形態(tài)特征，檢測(cè)指標(biāo)都完全不同。若要利用散點(diǎn)圖法實(shí)現(xiàn)TWA片段檢測(cè)，還需克服以上困難。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)201210064226公開(kāi)了一種心電圖中的T波交替檢測(cè)的方法，采用相關(guān)分析法從時(shí)域角度檢測(cè)TWA信號(hào)，雖然能夠動(dòng)態(tài)跟蹤非穩(wěn)態(tài)TWA現(xiàn)象，但其對(duì)信號(hào)輸入質(zhì)量要求高，對(duì)鄰頻噪聲十分敏感，容易造成誤檢和漏檢。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)201110418860. 3公開(kāi)了一種基于模型的動(dòng)態(tài)心電圖T波交替定量分析方法，即基于維格納分布(Winger-Ville Distribution, WVD)的TWA時(shí)頻檢測(cè)。其檢測(cè)過(guò)程涉及多尺度小波變換、WVD時(shí)頻分析并采用WVD高階譜抑制交叉干擾項(xiàng)。這些方法的復(fù)雜度都很高，其主要應(yīng)用WVD雖然時(shí)頻集中性高，但交叉干擾嚴(yán)重，復(fù)雜度高，且清晰度和復(fù)雜度是彼此取舍的，運(yùn)算量大導(dǎo)致實(shí)時(shí)性差，對(duì)現(xiàn)有硬件的處理能力來(lái)說(shuō)在實(shí)際應(yīng)用中存在很大缺陷。
中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200410003212.1公開(kāi)了一種用于改善T波交替的測(cè)量的方法和系統(tǒng)，通過(guò)將某些搏動(dòng)從T波交替測(cè)量中剔除來(lái)改善TWA檢測(cè)的方法，僅涉及TWA檢測(cè)的心電信號(hào)預(yù)處理，并未提出具體的TWA檢測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微伏級(jí)T波交替的定量檢測(cè)方法。本發(fā)明分析T波交替散點(diǎn)圖的外部形態(tài)，根據(jù)其外部形態(tài)與T波交替的關(guān)系提出一種新的TWA檢測(cè)有效量化指標(biāo)。采用改進(jìn)的T波窗口分析法，對(duì)128個(gè)連續(xù)心拍的T波采樣點(diǎn)序列一次差分后作散點(diǎn)圖，分析散點(diǎn)圖外部形態(tài)與T波交替的關(guān)系，研究出有效的“橫向搜索法”對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行邊緣提取，進(jìn)而在散點(diǎn)圖“邊緣”上定義短軸、長(zhǎng)軸和短長(zhǎng)軸之比三個(gè)定量參數(shù)，并將短長(zhǎng)軸之比作為定量檢測(cè)指標(biāo)Axial_rati0，找出合適閾值判斷T波交替的存在與否。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種微伏級(jí)T波交替的定量檢測(cè)方法，包括以下步驟(I)獲取心電圖數(shù)據(jù)并進(jìn)行心電信號(hào)預(yù)處理；(2)心電信號(hào)特征點(diǎn)標(biāo)定對(duì)心電圖中的QRS波群及T波進(jìn)行標(biāo)定；(3)心拍選擇采取多個(gè)步驟的復(fù)合預(yù)處理對(duì)系列心拍進(jìn)行選擇；(4)選取T波采樣點(diǎn)采用T波窗口，并以T波波峰對(duì)齊，選取128個(gè)T波段，每段T波提取7個(gè)采樣點(diǎn)，構(gòu)成待測(cè)的T波采樣點(diǎn)序列；(5)作T波交替散點(diǎn)圖對(duì)步驟(4)中的T波采樣點(diǎn)序列一次差分后作散點(diǎn)圖，并利用MATLAB7. O軟件仿真繪圖；(6)確定散點(diǎn)圖“邊緣”，采取“橫向搜索法”對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行邊緣提取，確定散點(diǎn)圖的“邊緣”并得到散點(diǎn)圖邊緣點(diǎn)集；(7)提取散點(diǎn)圖的定量參數(shù)，分析散點(diǎn)圖外部形態(tài)與T波交替的關(guān)系，根據(jù)散點(diǎn)圖“邊緣”的幾何特征，定義短軸、長(zhǎng)軸、短長(zhǎng)軸之比Axial_ratio三個(gè)定量參數(shù)；(8)確定T波交替的散點(diǎn)圖定量檢測(cè)指標(biāo)，以步驟(7)所述短長(zhǎng)軸之比作為定量檢測(cè)指標(biāo)，采用MATLAB7. O軟件仿真并與譜分析法比較，找出合適閾值判斷T波交替的存在與否。
步驟(4)中，所述 復(fù)合預(yù)處理包括心拍剔除。步驟(6)中所述采用“橫向搜索法”對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行邊緣提取，具體步驟如下61)散點(diǎn)圖預(yù)處理將散點(diǎn)圖轉(zhuǎn)換成MXN的二值化的數(shù)字圖像矩陣G，根據(jù)其橫縱坐標(biāo)序列 X=IX2-X1, X3-X2, ...,Xw-Xi,…}、Y={x3-x2, X4-X3,…，xi+2-xi+1,…},其中 X和 Y 的長(zhǎng)度都為L(zhǎng),及散點(diǎn)坐標(biāo)(Xw-Xi, xi+2_xi+1)，首先將散點(diǎn)圖坐標(biāo)序列值取整后上移和右移，使其剛好完全移至平面直角坐標(biāo)系第一象限內(nèi)，然后通過(guò)如下方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換
權(quán)利要求
1.一種微伏級(jí)T波交替的定量檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)獲取心電圖數(shù)據(jù)并進(jìn)行心電信號(hào)預(yù)處理； (2)心電信號(hào)特征點(diǎn)標(biāo)定對(duì)心電圖中的QRS波群及T波進(jìn)行標(biāo)定； (3)心拍選擇采取多個(gè)步驟的復(fù)合預(yù)處理對(duì)系列心拍進(jìn)行選擇； (4)選取T波采樣點(diǎn)采用T波窗口，并以T波波峰對(duì)齊，選取128個(gè)T波段，每段T波提取7個(gè)采樣點(diǎn)，構(gòu)成待測(cè)的T波采樣點(diǎn)序列； (5)作T波交替散點(diǎn)圖對(duì)步驟(4)中的T波采樣點(diǎn)序列一次差分后作散點(diǎn)圖，并利用MATLAB7. O軟件仿真繪圖； (6)確定散點(diǎn)圖“邊緣”，采取“橫向搜索法”對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行邊緣提取，確定散點(diǎn)圖的“邊緣”并得到散點(diǎn)圖邊緣點(diǎn)集； (7)提取散點(diǎn)圖的定量參數(shù)，分析散點(diǎn)圖外部形態(tài)與T波交替的關(guān)系，根據(jù)散點(diǎn)圖“邊緣”的幾何特征，定義短軸、長(zhǎng)軸、短長(zhǎng)軸之比三個(gè)定量參數(shù)； (8)確定T波交替的散點(diǎn)圖定量檢測(cè)指標(biāo)，以步驟(7)所述短長(zhǎng)軸之比作為定量檢測(cè)指標(biāo)，采用MATLAB7. O軟件仿真并與譜分析法比較，找出合適閾值判斷T波交替的存在與否。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟(4)中，所述復(fù)合預(yù)處理包括心拍副除。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟(6)中所述采用“橫向搜索法”對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行邊緣提取，具體步驟如下 61)散點(diǎn)圖預(yù)處理將散點(diǎn)圖轉(zhuǎn)換成MXN的二值化的數(shù)字圖像矩陣G，根據(jù)其橫縱坐標(biāo)序列 X= (X2-X1, X3-X2,…，Xw-Xi,…}、Υ={χ3-χ2, χ4-χ3，···, xi+2-xi+1,…,其中 X 和 Y 的長(zhǎng)度都為L(zhǎng),及散點(diǎn)坐標(biāo)(Xw-Xi, xi+2_xi+1)，首先將散點(diǎn)圖坐標(biāo)序列值取整后上移和右移，使其剛好完全移至平面直角坐標(biāo)系第一象限內(nèi)，然后通過(guò)如下方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟(7)中所述散點(diǎn)圖“邊緣”的幾何特征是設(shè)邊緣點(diǎn)集為Ω，(X, Y)表示Ω中點(diǎn)的坐標(biāo)，以直線y=_x+z對(duì)Ω進(jìn)行遍歷，當(dāng)縱截距z的值取最大和最小時(shí)，即分別找到該邊緣點(diǎn)集的兩條切線BC y=-x+zfflax和AD y=-x+zmin,同理，以直線y=x+b對(duì)Ω進(jìn)行遍歷,分別找到該邊緣點(diǎn)集的兩條切線AB y=x+bmax和⑶y=x+bmin，由此得到該邊緣點(diǎn)集的最小外接矩形AB⑶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟(7)中所述短軸為其最小外接矩形AB⑶的短邊長(zhǎng)，
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟(7)中所述長(zhǎng)軸為其最小外接矩形AB⑶的長(zhǎng)邊長(zhǎng)，
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟(7)中所述短長(zhǎng)軸之比為短軸與長(zhǎng)軸的比值，這個(gè)指標(biāo)能夠描述該邊緣點(diǎn)集沿直線y=_x的伸長(zhǎng)程度；指標(biāo)值越小，散點(diǎn)分布越趨近于直線I二-1 ;反之，散點(diǎn)分布越接近圓形，
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟(8沖所述T波交替的散點(diǎn)圖定量檢測(cè)指標(biāo)短長(zhǎng)軸之比是 規(guī)定短長(zhǎng)軸之比的閾值為O. 57，即短長(zhǎng)軸之比< O. 57時(shí)，存在T波交替；短長(zhǎng)軸之比> O. 57時(shí)，無(wú)T波交替。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種微伏級(jí)T波交替的定量檢測(cè)方法。本發(fā)明分析T波交替散點(diǎn)圖的外部形態(tài)，根據(jù)其外部形態(tài)與T波交替的關(guān)系提出一種新的TWA檢測(cè)有效量化指標(biāo)。采用改進(jìn)的T波窗口分析法，對(duì)128個(gè)連續(xù)心拍的T波采樣點(diǎn)序列一次差分后作散點(diǎn)圖，分析散點(diǎn)圖外部形態(tài)與T波交替的關(guān)系，研究出有效的“橫向搜索法”對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行邊緣提取，進(jìn)而在散點(diǎn)圖“邊緣”上定義短軸、長(zhǎng)軸和短長(zhǎng)軸之比三個(gè)定量參數(shù)，并將短長(zhǎng)軸之比作為定量檢測(cè)指標(biāo)Axial_ratio，找出合適閾值判斷T波交替的存在與否。
文檔編號(hào)A61B5/0452GK103006206SQ20131000976
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者趙捷, 陳甜甜, 尹文楓 申請(qǐng)人:山東師范大學(xué)