基于隐马尔科夫模型的j波识别技术研究

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1、基于隐马尔科夫模型的J波识别技术研究第一章绪论1.1课题研究背景与意义心脏是人体的重要器官、是人体血液循环流动的动力泵。它有规律的跳动反映了身体机能的生理状况。心脏的病变愈来愈成为人类的健康杀手，尤其是心血管疾病发病率很高[1]。心血管疾病引发的猝死具有突发性、未知性和不可预料性，对心血管疾病的猝死的预测和识别是临床上一个重要的难题。心电图（Electrocardiogram,ECG）作为一种典型的无创地检测人体心脏状态的手段在临床上分析治疗心血管疾病具有重要的意义。目前，医生对心电图的利用仅仅是利用肉眼对心电图进行定性分析，通过经验对纸质心电图做一个定性描述，从而对心血管疾病做一个类型

2、判断和大致的范围程度预测。但是，由于纸质心电图提供的信息有限，仅仅凭借经验和肉眼很容易造成误诊和错诊，当遇到临床症状特征表现不明显或者较复杂的病症时，就会很难确诊。在最近几年中，在心电信号处理领域，J波作为一个新的判断心血管疾病的指标得到了国内外学者的大量研究。学者们对J波的意义进行了分析，J波研究在医电信号领域成为了新的热点。J波是出现在心电图中QRS波群下降支终点的一个凹口或顿挫[2]。在心电图中QRS波群及ST段之间的连接处，J波偏离心电图基线具有特殊的幅值、形式和持续时间。同时，J波被称为驼峰波，奥斯本波（Osbornv，持续时间达到20ms形成的尖峰、驼峰、圆顶形态称为J波[4

3、]。J波与J波综合征有着紧密的联系，J波综合征包括早期复极综合征（Earlyrepolarizationsyndrome，ERS），特发性室颤（Idiopathicventricularfibrillation，IVF）和Brugada综合征（Brugadasyndrome，BRS），而且这三种综合征有许多共同心电图特征[5]。..........1.2J波信号的研究现状1936年Shipley和Hallaran两位学者最早发现了过早复极综合征患者心电图中的J波表征[10]。1938年，Tomashee，BrS)[14]。1996年，严干新和Antzelevitch[15]在《血液循环》

4、上发表论文，证明了J波的分子和电生理原理，认为J波的产生与跨膜离子流产生的瞬时电位差有关，并认为J波的出现可能导致室性心动过速或者心室纤颤，使人们对于J波的认识发生了质变[16]。自1996年J波分子和电生理基础研究以来，随后的研究逐渐认为在BrS、特发性室性心动过速(IdiopathicVentricularTachycardia,IVT)和早期复极综合征(EarlyRepolarizationSyndrome，ERS)等疾病中J波发生都能导致室性心动过速、心室纤颤和猝死，并把这几种症状统称为J波综合征[17]。2010年,CAntzelevitch等学者发表在《HeartRhythm

5、》上的JM模型是在一定的理想条件约束条件进行的，在实际的应用中会有一些缺陷。比如，在实际情况中，有时候观测序列不是以离散的形式出现，有时候是是连续的分布函数；其次，有些观测状态的概率不仅仅依赖于其现在所处的状态，还可能依赖于前一个时刻或者前几个时刻的观测状态，此时一阶的HMM模型是无法胜任对问题的描述的。从数据集提取特征向量后，提取的五个特征向量整合成一个大特征向量，变成一个综合了时频域特征的、具有236维的综合特征向量，作为HMM分类器的输入。输入向量的维数太大，导致数据冗长，计算量大。因此，我们需要减少输入向量的维数，而且保持那些对J波敏感的特点。在本文中，我们选择主成分分析（Pri

6、ncipalponentanalysis,PCA）技术进行降维。首先对数据进行PCA分析，得到多个主成分。然后在主成分空间（Principalponentsspace,PCs）中对这些特征进行统计检验和特征选择，主要讨论主成分的个数对分类结果的影响。最后，我们优化了对J波分类最敏感的主成分集。..........总结在最近几年中，大量研究对J波的临床意义进行了分析，J波研究在医电信号领域展现出了新的热点。J波是出现在心电图中QRS波群下降支终点的一个凹口或顿挫。在心电图中QRS波群及ST段之间的连接处，J波偏离心电图基线具有特殊的幅值，形式和持续时间。当今世界上，每年由心血管疾病在世界范

7、围内引起非常高的死亡率，这些死亡率中有很大一部分是由J波综合征引起的。即使有些患者发病J波综合征后能存活下来，但是其中许多人会容易出现一些严重的心律失常，比如室性心动过速（ventriculartachycardia，VT）和心室颤动（ventricularfibrillation，VF）。室性心动过速是相比正常心脏活动的一种心室跳动过快的心率失常[65]；心室颤动是心脏杂乱无章的跳动，会引起血压不足危害身体的健康。如果不及时用电击