心电波形聚类策略的改进方法研究

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1、心电波形聚类策略的改进方法研究第1章绪论1.1研究目的及意义心脏病威胁着人类的生命安全，由于其症状隐蔽、病情发展慢、病发致死率高。一项关于人口死亡原因的调查报告中提到，世界人口死亡1/3是心脏病造成的，我国，每年就有几十万人因心脏病而丧命[1]。我们需要有效地预防和及时诊断、治疗心脏病。一个世纪前，出现了一种临床诊断使用的无创性检测手段心电图检查。能够让医生直观的观察生物心脏活动时的综合反映，其中蕴含了丰富的心脏节律和传导的生理及病理信息，以便医生对心脏的状态等做出判断。对医生诊断心脏疾病和监护病患有

2、巨大帮助，得到了广泛的应用。人体心脏的健康状况可以通过心电图反映出来，其不同波形的各个变化可能代表着心脏发生了病变。传统诊断方法是首先进行常规检查，再检查心电图，分析心电信号，得出初步判断，辅以其它部分器官的生理状况作为参考分析，应用医生的医疗经验得出最终结论。由此可见，传统心脏病的诊断方法虽然使用了现代医疗设备，可以在某种程度上提高诊断正确率，但是医生才是主要因素，过于依赖医生的知识经验和主观判断。但是，心脏病病症表现形式各异，有一部分可能是伴随着其他的并发症，病状非常复杂。而且凭借知识经验和主观性

3、因素不同的人并没有一个相同的标准，不同医生很有可能对同一患者会得出相差很远的结论，很容易造成误诊、漏诊。心电数据数量庞大，医生难以分析，容易造成漏检，诊断结果的可靠性并不高。计算机技术被广泛地应用在心电信号的波型检测、特征提取、模式聚类、辅助诊断等领域中。特别是波形检测和特征提取方面取得了一系列惊人的进展，小波技术被创造性地运用于寻找R波波峰，大大的提高了QRS波的检测准确率。但是，到目前为止心电波形自动聚类器只能作为心电专家进行判断分析的辅助，最终的诊断结果仍然完全依靠人工决定。心电信号自动聚类综合

4、诊断的准确率还停留在70%左右，精度无法达到临床医生的最高聚类精度[2]。为了提高诊断正确率、提高医疗质量，对患者进行准确诊断和及时救治，研发心电信号聚类识别系统非常有必要。..1.2心电信号聚类识别系统经过半个多世纪的发展，心电信号分析与检测系统已经越来越趋近于自动化，系统功能日趋丰富，并且不断引入一些新思想、新技术，使得心电信号检测算法多样化，逐步提高了其准确率。由美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库在本文得到采用，MIT-BIH数据库中的48个病例的心电波形数据包含正常心电波形和各种类型的

5、异常心电波形，病例具有代表性，最方便的是医学专家对MIT-BIH数据库中每个心电波形都做出识别和标注[3]。不论你计划采用哪种方法分析心电信号，都涉及到心电信号的滤波问题，这是心电信号处理的现实要求。因为心电信号非常微弱，仅为毫伏（mV）级，而环境的干扰往住要比被测信号大好几个数量级，所以极易受环境影响。例如从人类体表采集的心电信号会受到很多干扰，其中影响最大的是工频干扰信号。心电信号的特征提取主要是对QRS波、P波和T波检测。R波的准确检测决定QRS波能否准确检测，P波、T波的正确检测对ST段的分析

6、和评估起着重要作用。心电信号聚类识别系统综合利用计算机的分析能力强、检索范围广、计算速度快的特点，可以得出科学、合理的诊断结果。心电信号的聚类识别运用具体的聚类算法对心电特征矩阵进行判断、辨别分析心脏健康情况。第2章心电波形的相关知识2.1心电波形介绍心电图的发展经历了上百年的历史，随着医学技术的不断发展与进步，近年来一些新的检查技术和方法不断推陈出新，使心血管疾病的诊治提高到新的水准。尽管如此，心电波形检查依然是最基础、最简便、最快捷、最准确的诊断心电变化的检查方法。心电信号包含丰富的生理以及病理信

7、息与心脏节律，心脏状态是由心电信号的参数体现的。通过对心电信号中蕴涵的生理信息进行分析，从而对心脏的病理状态进行判断。波形。在测量心电图的时候也存在着影响正常心电图的因素，大致有三种主要干扰因素。如：交流电干扰，在心电图上表现为f=50/s的规律性细小波纹。附近有交流电设备，如电疗机、电动机、电吸引器等都有可能造成交流电干扰。或是病人身体与金属物体接触，未予绝缘。由于仪器的电极移动造成基线漂移。最后一种是来自人体自身的影响，由呼吸等低频干扰引起，尤其是深呼吸，干扰信号频率一般小于5Hz。情绪紧张、肌肉

8、紧绷等原因所引起的肌电干扰，其表现为不规则的细小波纹，易被误认为心房颤动[24]。..2.2常见病变心电图表现2.2.1急性心肌梗死每当因为有严重病变以致突然发生冠状动脉闭塞，使患者部分心肌组织失去血液供应，就将产生急性心肌梗死。此时可突然导致心肌缺血、损失，以及中心区域心肌发生的梗阻性坏死，出现一系列的三部曲演变的心电图改变。近年来发现早期忽略的超急性期损伤的T波改变，这恰被认定是心肌梗死更为早期的一种心电图表现。病理性Q波或QS波，心电图具备下列改变